周世爽

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部，518040，深圳∥高級(jí)工程師）

自動(dòng)售票機(jī)中硬幣模塊找零箱容量的設(shè)計(jì)

周世爽

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部，518040，深圳∥高級(jí)工程師）

介紹了自動(dòng)售票機(jī)中硬幣模塊的工作原理，分析了硬幣模塊的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了循環(huán)找零箱容量和后備找零箱容量設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方法。以深圳地鐵3條線所有車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過一個(gè)模型算法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)售票機(jī)硬幣的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到能最大限度利用乘客投入硬幣進(jìn)行找零的硬幣循環(huán)箱容量的臨界值；在此基礎(chǔ)上給出了硬幣循環(huán)找零箱的容量，并對(duì)后備找零箱容量設(shè)置給出了建議。

地鐵；自動(dòng)售票機(jī)；硬幣模塊；找零箱容量

Author'saddressShenzhen Metro Group Co.，Ltd.，518040，Shenzhen，China

在地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中，都使用自動(dòng)售票機(jī)（TVM）出售單程車票。自動(dòng)售票機(jī)中安裝有硬幣模塊用于識(shí)別乘客投入的硬幣以及用于向乘客找零硬幣。找零硬幣儲(chǔ)存于硬幣模塊的找零箱中。硬幣模塊的找零箱一般分為循環(huán)找零箱和后備找零箱。循環(huán)找零箱儲(chǔ)存乘客投入的硬幣，并用于找零；后備找零箱儲(chǔ)存工作人員加入的找零硬幣，當(dāng)循環(huán)找零箱硬幣不足以找零時(shí)使用后備找零箱的硬幣找零。

1 硬幣模塊工作原理

乘客投入的硬幣首先進(jìn)入硬幣識(shí)別器，不可識(shí)別硬幣直接退還到找零/退幣口；如果投入的硬幣有效則進(jìn)入硬幣暫存裝置。硬幣按種類暫存，乘客取消或投幣過程中發(fā)生故障會(huì)原幣奉還。乘客購票確認(rèn)后，暫存的硬幣可進(jìn)入循環(huán)找零箱或硬幣回收箱。當(dāng)循環(huán)找零箱已滿時(shí)，有效硬幣將被直接送入硬幣回收箱。

硬幣模塊一般配置2個(gè)硬幣品種的后備找零箱，通過硬幣補(bǔ)充箱為后備找零箱補(bǔ)充硬幣。硬幣模塊可接收清幣命令清空循環(huán)找零箱和后備找零箱中的硬幣，清幣時(shí)硬幣進(jìn)入硬幣回收箱。硬幣模塊的工作原理框圖如圖1所示。

圖1 硬幣處理模塊原理框圖

2 現(xiàn)狀及存在的問題

目前，生產(chǎn)硬幣模塊的廠家很多，各廠家設(shè)置的硬幣模塊循環(huán)找零箱和后備找零箱的容量各不相同：循環(huán)找零箱容量一般在80～200枚硬幣之間，后備找零箱容量一般在800～1 500枚硬幣之間。各廠家在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述兩種找零箱容量的確定比較隨意，一般是為了適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求或后備找零箱容量而設(shè)定的。這樣做主要會(huì)帶來以下2方面的問題。

（1）循環(huán)找零箱容量不合適：循環(huán)找零箱容量過大造成設(shè)備的浪費(fèi)；循環(huán)找零箱過小則不能充分利用乘客投入的硬幣進(jìn)行找零，造成硬幣數(shù)量的緊張。

（2）后備找零箱容量不合適：后備找零箱容量過大（或加入的硬幣數(shù)量過多）則造成設(shè)備的浪費(fèi)和硬幣的浪費(fèi)；后備找零箱容量太小，則需要工作人員多次為自動(dòng)售票機(jī)增加硬幣，將會(huì)加大工作人員的工作量。

3 設(shè)計(jì)要求和方法

如果硬幣循環(huán)找零箱和后備找零箱容量設(shè)計(jì)合理，就可以最大限度地利用乘客在購票時(shí)投入的硬幣用于找零以減少后備找零箱的找零數(shù)量，緩解硬幣不足給運(yùn)營帶來的的壓力，同時(shí)還可以減少工作人員加幣的工作量。

理論上來講，為了達(dá)到上述目的，循環(huán)找零箱容量和后備找零箱容量都是越大越好，這樣可以將乘客投入的硬幣全部用于找零，并且運(yùn)營人員也只需要往后備找零箱里加1次硬幣就可以讓自動(dòng)售票機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行下去，并能滿足乘客各種各樣的找零要求。但實(shí)際情況不是這樣，也做不到這樣。因?yàn)檠h(huán)找零箱的容量和后備找零箱容量的大小受很多因素限制，比如硬幣模塊尺寸的限制、后備找零箱的大小限制，那么就需要為循環(huán)找零箱容量和后備找零箱容量找到一個(gè)合理配置。

硬幣模塊循環(huán)找零箱和后備找零箱容量設(shè)置多大比較合適，可以從對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的數(shù)據(jù)分析以后總結(jié)得到。方法是：首先從地鐵車站現(xiàn)場(chǎng)取得每臺(tái)自動(dòng)售票機(jī)每天的交易日志。每天的交易日志里記錄了當(dāng)天每筆交易硬幣入幣數(shù)量和每筆交易找零硬幣數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)。在這些歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)算法模型，以這些歷史交易數(shù)據(jù)為輸入，最大限度地將乘客投入的硬幣用于找零，并盡量少地使用后備找零；計(jì)算出每筆交易結(jié)束時(shí)硬幣循環(huán)找零箱內(nèi)的存幣數(shù)量、后備找零箱找零硬幣數(shù)量以及乘客投入的硬幣回收到硬幣回收箱的數(shù)量；通過變化循環(huán)找零箱容量和后備找零箱容量，找到循環(huán)找零箱可以最大限度利用乘客投入硬幣的容量的臨界值，并分析模型計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果，得到循環(huán)找零箱、后備找零箱容量的合理配置。其模型描述如下：

（1）記錄每天每次乘客購票投入的硬幣數(shù)量和找零數(shù)量作為原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（2）假設(shè)只使用一種找零硬幣，使用多種找零硬幣時(shí)，按各種硬幣種類分別計(jì)算。

（3）定義Xi、Yi分別為第i次購票時(shí)乘客投入的硬幣數(shù)量和找零數(shù)量，i≥1。

（4）定義Pi為第i次購票后循環(huán)找零箱剩余硬幣數(shù)量，i≥1，P0=0；Qi為第i次購票后后備找零箱找零硬幣總數(shù)量，i≥1，Q0=0；Ri為第i次購票后回收到硬幣回收箱的硬幣總量，i≥1，R0=0。

按下列算法進(jìn)行計(jì)算：

For i=1 to n ∥從第一筆交易到最后一筆交易（第n筆交易）

該過程輸入數(shù)據(jù)為﹛X1，X2，…，Xn﹜和﹛Y1，Y2，…，Yn﹜，代表的意義為乘客每次購票操作時(shí)的入幣數(shù)量和找零數(shù)量。輸出為﹛P1，P2，…，Pn﹜、Rn、Qn，分別代表如下意義：乘客每次購票操作后循環(huán)找零箱中硬幣數(shù)量；進(jìn)入到硬幣回收箱中的硬幣總數(shù)；從后備找零箱找出的硬幣總數(shù)。

將循環(huán)找零箱容量Cbuf設(shè)為無窮大時(shí)，也即進(jìn)入硬幣回收箱的數(shù)量為零的情況下，取max﹛P1，P2，…，Pn﹜就是循環(huán)找零箱需要的最大容量；

將Cbuf設(shè)為一個(gè)固定值（如180枚）以后，通過以上算法可以計(jì)算出Rn，Qn，Qn，就是在循環(huán)找零箱容量確定以后后備找零箱的最大容量；Rn就是進(jìn)入回收箱里的硬幣總數(shù)，Rn越小，Cbuf的值設(shè)置得越合理。這樣，通過計(jì)算Rn的值就可以判斷硬幣循環(huán)找零箱的容量是否更合理。

同樣，根據(jù)得到的Qn的值，結(jié)合硬幣質(zhì)量以及期望的加幣次數(shù)，可以設(shè)定硬幣后備找零箱的容量（或加幣量）。每次設(shè)定的加幣數(shù)量越多，則每次需要加幣的質(zhì)量就越大，需要考慮工作人員是否能拿得動(dòng)；每次設(shè)定的加幣數(shù)量越少，則需要加幣的次數(shù)就可能增加，這樣會(huì)增加維護(hù)人員的工作量，且每次加幣時(shí)也會(huì)影響乘客的購票操作。

該方法可以將實(shí)際的硬幣模塊的結(jié)構(gòu)、實(shí)際的循環(huán)找零箱容量、實(shí)際的后備找零箱容量等因素都視為透明的，用模型模擬硬幣模塊的入幣和找零工作過程。

4 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和分析

在深圳地鐵3條線現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)提取了各個(gè)車站（包含3條線每個(gè)車站的設(shè)備）500多臺(tái)自動(dòng)售票機(jī)連續(xù)6個(gè)月的日志，并提取其中有關(guān)硬幣投入及找零的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的日志數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，5角硬幣接收和找零數(shù)量都很少，所以用上述模型，只對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行1元硬幣接收和找零交易的分析，計(jì)算1元硬幣循環(huán)找零箱的臨界容量。循環(huán)找零箱臨界容量的計(jì)算方法是：滿足設(shè)備找零要求，在后備找零箱最少找零數(shù)量的情況下，硬幣循環(huán)找零箱容量的最小值。

本文列出深圳地鐵部分車站的自動(dòng)售票機(jī)分析數(shù)據(jù)記錄樣例表，參見表1、表2。

從表1、表2樣例表中的數(shù)據(jù)可以看出，崗廈站的TVM在使用過程中都是入幣總數(shù)大于找零總數(shù)，從理論上來講，都可以不需要后備找零，只需循環(huán)找零就可以滿足設(shè)備的找零要求了。后備找零主要發(fā)生在設(shè)備剛開始運(yùn)營就出現(xiàn)找零的情況，此時(shí)循環(huán)找零箱還未足夠接收乘客投入的硬幣。而在羅湖站，入幣總數(shù)明顯少于找零總數(shù)，就算最大限度利用了乘客投入的硬幣進(jìn)行找零，也需要從后備找零箱找出相當(dāng)數(shù)量的硬幣才能滿足設(shè)備找零的要求。

循環(huán)找零容量的臨界值隨入幣數(shù)量和找零數(shù)量的變化而變化，不同設(shè)備不同交易日其臨界容量是不同的，但都可以用一個(gè)較小的循環(huán)箱容量完成大量入幣數(shù)量的緩存和找零。對(duì)于后備找零箱找零數(shù)量，相同車站設(shè)備之間差異不大，但不同站點(diǎn)的設(shè)備之間存在很大的差異，這就應(yīng)該需要不同的站點(diǎn)根據(jù)各自的運(yùn)營情況配置后備找零箱內(nèi)的硬幣數(shù)量。

表1 2012年12月崗廈站分析數(shù)據(jù)記錄樣例

表2 2012年12月羅湖站分析數(shù)據(jù)記錄樣例

5 結(jié)語

通過對(duì)模型結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，循環(huán)找零箱的臨界容量都在60枚以內(nèi)，所以后備找零箱容量設(shè)計(jì)為大于等于60枚就可以較好地利用乘客投入的硬幣進(jìn)行循環(huán)找零。后備找零箱的找零數(shù)量，除羅湖、華強(qiáng)北、世界之窗等少數(shù)幾個(gè)車站外，其余車站每天的后備找零都在500枚以內(nèi)。所以，后備找零箱容量設(shè)計(jì)在500枚就可以基本滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。使用時(shí)，各站點(diǎn)根據(jù)運(yùn)營情況加入不同數(shù)量的初始硬幣。像崗廈這樣的車站，TVM后備找零箱加入硬幣數(shù)量容量可設(shè)置在100枚以內(nèi)；而像羅湖這樣的車站，入幣總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于找零總數(shù)，則需要將后備找零箱容量設(shè)置在300～500枚，并且在使用過程中可以多次增加后備找零箱的硬幣數(shù)量。

由于現(xiàn)在深圳地鐵的票價(jià)方案沒有5角找零，5角硬幣使用數(shù)量非常少，所以可以將5角的硬幣循環(huán)找零箱容量也設(shè)置為60枚；5角后備找零箱容量可以設(shè)置為與1元后備找零箱容量一致，但在使用時(shí)不用加入初始5角硬幣。但如果票價(jià)方案發(fā)生變化，需要5角找零，則可以參照1元硬幣的使用情況給5角后備箱找零加入相同數(shù)量的初始硬幣；以后可在運(yùn)營過程中總結(jié)運(yùn)營情況，對(duì)5角后備箱找零加入的硬幣數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。

［1］ 白洪波.關(guān)于地鐵AFC設(shè)備國產(chǎn)化研究［J］.都市快軌交通，1998（2）： .

［2］ 周末.城市軌道交通AFC系統(tǒng)運(yùn)用分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2003（11）： .

［3］ 伍敏.自動(dòng)售檢票設(shè)備應(yīng)用中存在問題及應(yīng)對(duì)措施的探討［J］.都市快軌交通，2002（4）： .

Design of Odd Change Hopper Capacity in Ticket Vending Machine Coin Module

Zhou Shishuang

In this paper，the working principle of ticket vending machine coin moduleis introduced，its application and existing prolems are analyzed，requirements in the design of cycle hopper capacity and backup odd change hopper capacity are discussed.Based on the data collected from all the TVM on 3 Shenzhen metro lines，and through an ideal model algorithm to analysis these data，the critical value to make maximal use of the cycle hopper in coin module is obtained.On this basis，the appropriate capacity of the cycle hopper and odd change hopper could be calculated，some related suggestions are provided at the same time.

metro；ticket vending machine（TVM）；coin module；odd change hopper capacity

U 293.22

2013-05-13）