城市轨道交通自动售检票系统区域中心总体设计＊

黎 庆 张 宁 徐钟全 王 健

（1.南京地铁建设有限责任公司，210024，南京；2.东南大学智能运输系统研究中心，210018，南京；3.北京全路通信信号研究设计院有限公司，100073，北京∥第一作者，教授级高级工程师）

GB／T20907—2007《城市轨道交通自动售检票系统技术条件》中提出：自动售检票（AFC）系统采用标准五层构架体系［1］。五层构架体系是根据我国国情和城市发展现状，综合考虑了城市轨道交通建设和运营的特点（如票种设置丰富、线路多而复杂、与城市一卡通兼容等），具有一定的可伸缩性［2－3］。同时，随着运营经验的丰富和相关技术的进步，运营商意识到AFC 系统的架构体系需符合城市自身特点。在考虑未来线网规模、管理体制、系统升级改造、满足运营管理需求的基础上，对现有的五层架构体系进行了一定程度的拓展，以提高运营效率，节约建设、运营成本，使系统更好地适应并满足线网网络化运营带来的种种需求［4］。例如北京地铁提出的多线公用 AFC 系统线路中心［5］、南京地铁提出的AFC 系统区域中心［6］等。本文对城市轨道交通AFC 系统的区域中心（ZLC）总体设计及功能设计进行探讨。

1 ZLC总体设计

城市轨道交通AFC 系统ZLC 是面向城市轨道交通线网的区域化管理而提出的，旨在解决一定规模的线网内相关各线路独立运营所带来的运营管理复杂、维修调配不便，线网建设发展带来的线路升级改造对运营产生的影响，以及新老线路间接口不统一带来的一系列问题。其业务需求如下：

（1）网络化运营下对区域范围内车站实现统一运营、统一票务、统一维修管理；

（2）统一线路内部技术标准、接口标准，满足新建或改造项目的接入（例如延伸线的接入）；

（3）减轻清分中心（ACC）日常运营压力，同时为ACC 升级改造确定前提条件；

（4）为后续项目（如控制中心）的建设提供参考样本。

基于以上业务需求，ZLC 建成后应能作为AFC 系统的核心部分，实现对AFC 系统运营、票务、收益、维修等的集中管理功能。ZLC 可收集、处理系统内各类数据，制定、维护系统各类参数，接收、下达系统各类指令，接受ACC的统一管理并提供高度的安全机制和严格的操作规程；同时，通过ACC实现本区域与城市轨道交通网络其它区域以及城市公共交通一卡通之间的结算。在线网中设置ZLC 的AFC 系统架构如图1所示。

图1 设置区域中心的AFC 系统架构图［3］

根据对ZLC 业务需求的分析，ZLC 层位于ACC层与SC（车站中心）层之间，依据AFC 系统建设实际情况，该层可独立设置ZLC 或设置ZLC／LC（线路中心）共存模式，以便AFC 系统由线路管理过渡到区域管理。ZLC 的设置对原先布置与LC的清分管理、运营管理、票务管理、收益管理、维修管理、数据管理、报表管理等功能与其对应管理主体都需做出相应变动。ZLC 通过统一交互接口实现不同车站或线路的接入，ACC 通过 ZLC 与SC 及终端设备进行数据交换。ZLC 系统的核心由实时数据库和关系数据库组成。其中，实时数据库用于处理在线更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理，如设备／客流实时监控等；而关系数据库建立在ZLC 各类数据集合的基础上，通过不同软件模块实现如系统管理、网络管理、报表分析等分析和管理功能。ZLC 硬件部署的核心是中心数据库集群与交易处理集群的设置。其中，交易处理集群实现对ZLC所辖车站交易数据收集、分析、处理的支持，并将处理后数据发送至ZLC 数据库集群；ZLC数据库集群收集、分析、处理ZLC 各类综合数据（如收益数据、运营数据、清分数据等），为ZLC 各类功能的实现提供支持。以南京地铁为例，ZLC 总体规划及系统硬件部署如图2、图3所示。

2 ZLC功能设计

根据ZLC 的总体规划，ZLC 系统可以划分为核心业务后台、核心业务前台和运营支持与分析三大功能模块。

2.1 核心业务后台

核心业务后台包含通信管理、数据管理以及时钟管理3个模块，是核心业务前台与支持分析系统的基础，保证系统内部所有数据的传输、解析、审核、核对、备份以及安全等。

2.1.1 通信管理

系统将整个通信系统分为消息接入模块和消息处理模块。消息接入模块接受来自内部和外部系统的消息报文，然后转由消息处理模块处理。

消息接入模块主要提供通信服务，包括消息报文的接受和发送，分别由通信服务模块和通信客户模块来完成。通信服务模块接受外接系统的连接请求，建立通信连接，接收消息请求报文，发送给消息处理模块，然后从消息处理模块接收应答报文，发送到外接系统；通信客户模块向外接系统发送消息请求和接收外接系统的消息应答。

消息处理模块接受来自外部和内部接入模块的各种消息，进行业务处理后，形成应答报文发送给外部和内部系统。

2.1.2 数据管理

系统的数据管理包括数据传输、数据解析、数据审核、数据核对、数据聚类、数据连续性检验以及数据安全。

图2 ZLC 系统总体规划

图3 ZLC 系统硬件部署

ZLC 系统的数据传输可分为实时通信传输与文件传输。通过实时通信传输，ZLC 实现区域内SC、车站设备（SLE）以及区域外部ACC、LC 之间的实时通信（比如设备事件、设备工作状态、客流信息、监控命令、车站模式状态、控制命令等）。实时报文采用CRC32算法来验证报文中的数据有没有发生丢失或被篡改，确保数据传送过程中的数据安全及完整性。实时通信传输采用CORBA（公共对象请求代码体系结构）技术开发实现，部署在接入服务器上。ZLC 系统的文件传输包括FTP（文件传输协议）的服务端程序和客户端程序两个部分。ZLC 系统向SC 系统提供FTP服务，SC 系统通过实时通信传输平台向ZLC 发送FTP 登录申请报文，获取FTP服务的用户名和密码等信息后，登录ZLC 的FTP服务器并主动向ZLC 上传或下载文件。同样，ACC系统向ZLC 系统提供FTP服务，ZLC 系统通过实时通信传输平台向ACC发送FTP登录申请报文，获取FTP 服务的用户名和密码等信息后，登录ACC 的FTP服务器并主动向ACC 传输或下载文件。

在数据传输完成后，ZLC 对所收集的数据进行处理，根据数据的类型及用途进行实时或批量地处理，以满足系统监视、运营管理及决策分析的需求。同时，ZLC 系统需对数据进行审计，以检查原始数据的真实性、完整性等。通常对于每种车票交易类型的数据一方面通过设备寄存器进行数据累计，另一方面以交易数据的形式存在，两种数据均上传到ZLC。ZLC 对两种数据进行相互核对，检查系统中是否存在非法数据。通过对收集数据、审查数据的核对，检查收集数据、审查数据的一致性，检查系统是否存在数据的缺失。ZLC 对数据的核对分为三级，分别为 ZLC／ACC 核对、ZLC／SC 核对以及SC／SLE核对，保证交易文件处理结果的准确性。

2.1.3 时钟管理

AFC 系统以ACC 作为主时钟源，线路通信服务作为备时钟源。系统使用SNTP（简单网络时间协议）进行时钟同步。ZLC 从时钟源获得标准时钟后，把自己作为SNTP服务器，向本ZLC 的管理终端和所辖线路及其下属SC 提供标准时钟。

2.2 核心业务前台

核心业务前台由监控管理、参数管理、票务管理以及收益管理等功能模块组成，负责ZLC所辖车站的相关日常管理。

2.2.1 监控管理

监控管理负责区域监控、车站监控、客流监控以及系统监视。ZLC 区域监控模块集中监视区域内各个车站的状态，车站的状态包括车站的运行状态和模式状态。车站的运行状态包括正常，报警，警告和离线状态。车站的模式状态包括紧急模式、正常模式和各降级模式。

ZLC车站监控模块集中监视本区域内各个车站的设备，对设备的监控主要包括运行模式、设备状态、设备故障及报警等各类监控信息。同时，ZLC系统可以集中控制整个系统的运行，可向某组设备、某类设备或某台设备下达控制指令。

ZLC客流监控模块集中监视系统内线路和车站的客流情况，以提供制定运营计划的基础数据。所监视的客流包括所有设备处理的客流，同时ZLC系统生成客流统计报告，显示系统各类设备处理各类客流的情况。通常，统计报告包括各类车票使用人数、自动售票机购票人数、半自动售票机处理各类车票人数，自动加值机使用人数、各类车票进站人数、各类车票出站人数、补票人数、无票通过人数等。

ZLC系统监控模块负责对系统主机性能、后台线程、存储设备、数据库、UPS（不间断电源）以及网络进行监控。

2.2.2 参数管理

ZLC参数管理主要包括设备运行数据（EOD）、黑灰名单和履历等。EOD 参数又分为ACC级参数和ZLC 级参数。ACC 级别的参数在ACC生成，向全线网所有ZLC 发布。ZLC 级别的参数，向本ZLC 的下级SC 发布，SC 转发给下级设备。黑灰名单在ACC 生成，以文件的形式向全线网所有ZLC发布。履历在ACC 生成，以文件的形式向全线网所有ZLC 发布。

2.2.3 票务管理

ZLC票卡库存管理统一集中管理ZLC 和各个车站的库存点的票卡库存信息。当区域所辖站点每天日终结算后，产生当日票卡结存信息并上传ZLC。当需要进行票卡调拨操作时，ZLC 根据库存情况向ACC提出票卡调拨申请，接受ACC 调拨命令，根据线路实际情况响应该命令，完成票卡的调拨。

2.2.4 收益管理

ZLC收益管理查看本区域内某个设备或多个设备的当前收益，或日终收益，通常包含自动售票机（TVM）现金管理、POST（半自动售票机）现金管理以及一卡通充值现金管理。同时，系统负责为车站提供备用金增加、减少、领用、归还等管理功能。

2.3 运营支持与分析

ZLC运营支持与分析由维修管理、系统管理和运营分析等功能模块组成。

2.3.1 系统管理

ZLC 系统管理主要对系统的操作权限、系统日志以及内务进行管理。操作员在对ZLC 系统进行操作前，需要对操作员ID、操作密码进行验证，通过验证后方可进行权限允许内的操作。同时系统软硬件运作过程中产生的各种事件，包括系统运行事件、应用软件运行事件、安全事件、异常事件等都由系统统一管理。在内务管理方面，系统对生成的文件及与各子系统相关联的文件进行有效管理，对任何过期或无效的文件定期进行删除、清理、归档或备份处理。

2.3.2 维修管理

ZLC 维修管理对本区域线路AFC 系统设备进行登记，形成设备台账。台帐详细记录设备的设备号、设备名、设备属性、设备所处车站、服务运行状态、故障维修记录、主要部件更换记录、安全卡更换记录和设备搬迁记录等信息。数据库中记录了设备或部件的规格、数量、出入库和库存等信息，以便维修人员查询和统计备品备件在其入库、出库、报废等周期内的完整记录。根据设备维修历史和检修周期等，系统自动或手动生成维修计划，并对维修计划进行统一管理。

2.3.3 运营分析

ZLC 运营分析通过对各类运营原始数据的统计，进行收益分析、客流分析以及差异分析。收益分析包括ZLC对所辖线路、车站、设备进行收益统计分析，如各类车票的不同处理类型的统计分析、系统现金数据的核算及统计分析、各种优惠条件下的收益损失统计、对车站每日收益状况进行统计等。客流分析主要根据设备上传的实时客流状态来监视实时客流数据，通过建立合适的路网模型来计算各车站不同方向的断面客流，为指定票务政策、行车调度等提供参考。差异分析为常见的差异类别，提供便捷的查询、分析差异的工具，减少相应的数据分析人员对底层数据库表的直接访问，提高效率的同时增加数据安全性。

3 结语

随着城市轨道交通网络化运营的深入，许多城市在AFC 系统标准的五层架构的基础上提出了相应的调整策略，如增设LC、ZLC 等。笔者在分析城市轨道交通线网网络化后带来新的运营需求的基础上，首先对ZLC 的总体规划进行分析，然后从核心业务后台、核心业务前台以及支持与分析系统3个模块详细分析了ZLC 的功能设计，为国内城市轨道交通AFC 系统ZLC 的总体设计提供参考。

［1］GB／T20907－2007城市轨道交通自动售检票系统技术条件［S］.

［2］邓先平，陈凤敏.中国城市轨道交通AFC 系统的现状及发展［J］.都市快轨交通，2005，18（3）：18.

［3］邱华瑞，张宁，徐文，等.城市轨道交通自动售检票系统架构体系研究［J］.都市快轨交通，2014，27（2）：74.

［4］王健，张宁，黄亮，等.南京地铁AFC 系统网络化建设思路和再思考［J］.都市快轨交通，2011，24（1）：69.

［5］李道全，赵华伟.多线共用AFC 系统线路中心设计探讨［J］.都市快轨交通，2012，25（5）：71.

［6］陈楠，李继铭.南京地铁AFC 系统管理方式的分析和研究［J］.铁路通信信号工程技术，2011，8（6）：47.

［7］杨柯，苏竞.地铁自动售检票系统运营筹备体系的研究与实现［J］.城市轨道交通研究，2014（5）：22.