云计算技术在城市轨道交通AFC领域的应用研究

吕 欢

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518026）



云计算技术在城市轨道交通AFC领域的应用研究

吕 欢

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518026）

摘 要：在城市轨道交通自动售检票系统中,传统模式下的线路中心和自动售票机存在投入大、维护成本高、工作量大等问题，而云计算技术在解决以上问题的同时，也为用户数据分析提供了途径。文章首先介绍了自动售检票系统的现存问题，然后分析探讨了利用云计算技术改进AFC多线路中心和自动售票机的方法，最后探讨了未来AFC大数据的应用方向。

关键词：城市轨道交通；自动售检票；云计算；大数据；虚拟支付

0　引言

自动售检票系统（AFC）以计算机及信息传输网络为基础，采用非接触式 IC 卡作为车票信息载体，车站配备自动售票机、自动充值机、自动检票设备，可以实现售票、充值、检票、计费、收费、统计、结算全过程的自动化管理。AFC系统一般由清分系统、线路中央计算机系统、车站计算机系统、车站终端设备、传输通道和车票构成。

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。基于云计算平台的 AFC系统实现了虚拟支付手段购票，克服了传统购票模式的诸多问题，同时也使得地铁运营商可以获得除客流数据、交易数据以外更多的用户数据。

1　自动售检票系统现存问题

1.1传统线路中心现存问题

在城市轨道交通形成线网并建立了专门的轨道交通票务清分系统后，传统做法要求每条线路都建设 1 个AFC 物理中心，这不仅大大增加了硬件投资，同时也会占用大量资源，导致资源利用率低，且分散的各线路中心不便于维护和管理。

1.2传统自动售票机现存问题

1.2.1乘客方面

对乘客来说，在传统自动售票机上购票需要提前准备零钱，没有零钱时需去客服中心兑换；排队购票时间较长，现场选择线路并采用现金购票也比较耗时。

1.2.2轨道交通运营公司方面

（1）实物车票流失率高，周转成本和设备维护成本较高。

（2）纸币、硬币找零压力大。目前，自动售票机购票只接收小面额纸币及硬币，车站自动售票机需要提前准备好纸币、硬币找零，因此需要专门的站务人员处理现金并每日进行清点，增加了钱票管理成本；同时有较多乘客到客服中心兑换零钱，也给客服中心售票员增加了一定工作量。

（3）现金模块容易出现卡纸币现象，故障率高，且现金支付模块多为国外进口，价格昂贵，维护成本高。

2　云计算技术在 AFC 多线路中心的应用

对于 AFC 线路中心来说，传统的基于 UNIX 小型机和关系型数据库的大数据处理系统正在向基于分布式处理（分布式并行计算、分布式数据库）的云计算解决方案过渡。

基于云计算的分布式处理系统，其优势在于：采用PC 集群及开源的分布式数据库，使得硬件投资大幅下降；采用分布式计算和分布式存储，使得系统性能大幅提升；具有高系统可靠性及良好的扩展性。

AFC 虚拟化平台将 AFC 应用服务器统一部署在云平台上。应用服务器主要完成系统数据接口、数据传输、数据处理及其他系统管控工作，因数量较多，需求不定，将其统一部署在云平台上可做到配置灵活，易于扩展，便于维护管理，并实现系统的高可用功能。高可用指的是：当 1 台物理机发生故障时，之上的虚拟机可以实现在集群之内的其他物理机上重新启动，以保障业务的连续性；支持在线的虚拟机迁移功能，可以实现虚拟机在集群之内的不同物理机之间在线迁移；具有容错机制，可以保证在硬件故障情况之下，业务系统的不中断运行；每个虚拟机可以支持虚拟多路 CPU 技术，以满足高负载应用环境的要求；提供统一的图形界面管理软件，可以在 1 个地点完成所有虚拟机的日常管理工作，包括控制管理、用户管理、存储管理、网络管理、日志收集、性能分析、故障诊断、权限管理、在线维护等。

在轨道交通 AFC 领域，利用云计算的虚拟化技术可实现集中的多线路中心的构建，建立 1 个基于城市的私有云平台，在逻辑上保留每条线路的虚拟线路中心，以实现各线路中心系统的全部功能。这一做法既提升了硬件资源的利用率，实现了集中管理，又减少了系统维护的工作量，同时可大大减少应用服务器的硬件成本。

3　云计算技术在自动售票机上的应用

3.1虚拟支付及AFC云架构

虚拟支付在传统定义下仅包括支付方式的非现金化，即银行卡支付、信用卡支付、网上支付、手机支付等各种非现金的支付方式；广义上定义为支付介质和交换物全是虚拟化的，支付完成后，形成虚拟化的支付凭证，如二维码、加密文件戳等。

目前，手机支付已经成为了最为普遍的虚拟支付方式。传统手机支付为储值卡模式，乘客直接用手机里的电子现金进行消费，这要求用户购买具有近距离无线通讯技术功能（NFC）的手机。虽然做到了钱包和消费流程的标准化，但由于各地票务业务的差异，造成真正实现互联互通很困难。

要想真正做到各地互联互通，需要做到城市轨道交通单程票虚拟化，并构建基于城市的地铁云平台。考虑到当前实物货币还是支付主流，为了减小对已运营自动售检票设备的改造难度，可以采用表 1 的过渡模式，逐步过渡到完全的虚拟支付购票模式。

表1　货币、单程票形式及设备模式的演化

图1　AFC 云架构

为实现完全虚拟化的支付方案，需要构建城市轨道交通 AFC云平台，如图 1 所示。该系统由云、管、端3 部分组成：“云”指的是城市轨道交通云平台；“管”指的是城市轨道交通专用通信传输网络；“端”指的是用户 APP、自动售票机、自动检票机等。由于每个城市的轨道交通通常由多条线路组成，由多个运营商运行，因此云平台建设在城市轨道交通清分中心（ACC）最合适。

3.2互联网售票机方案

3.2.1方案实现途径

由于各城市均已形成城市轨道交通线网，且目前已投入使用的传统自动售票机、自动检票机的使用寿命还远远没有到期，为实现虚拟支付技术的推广，同时减少对既有线网设备的改造，考虑在车站增加互联网售票机，使虚拟支付购买实物单程票的过渡方案得以实现。

互联网售票机具备通过移动互联网支付手段购买单程票，或凭验证码（如二维码）获取单程票的功能，这要求在售票系统上增加区别于传统自动售票机的二维码扫描窗、支付模块和通信模块。

整个购票流程如下：乘客在手机上打开 APP 并选择出发地和目的地，之后系统自动计算票价，乘客选择微信、手机 QQ、支付宝、手机网上银行等第三方支付手段支付后，生成验证码。乘客到地铁站后，在互联网售票机上扫描手机上的取票二维码，售票机读取二维码并解析，发送到地铁云平台进行验证、核销，验证成功后自动发售指定数量的单程票，之后乘客可进站乘车。

3.2.2方案优势分析

采用互联网售票机方案的优势具体体现在以下方面：①可以减少传统自动售票机的数量，使现金处理工作相对减少，纸币及硬币识别器数量的减少也可以避免国外技术垄断（纸币、硬币模块识别器，找零机），增加国产化比例；②无需设纸硬币模块，省电节能；③二维码兑票机硬件成本低、故障率低，因此维护成本也低；④将现有自动售票机购票过程中最消耗时间的选站和支付环节引导至线上实现，并完成购票预付功能，产生购票验证码，乘客凭验证码到线下互联网售票机上可快速兑换车票，减少至少 2/3 的购票时间。

3.3二维码单程票

认证后的用户二维码对系统而言是一张电子虚拟卡，虚拟卡采用与物理卡一样的编号规格，并设有 1 位特殊标识位，用以区别物理卡。原有票务操作不受任何影响。

二维码节省了售票模块，但增加了闸机识别模块改造成本，需增加二维码读写器。乘客在互联网售票机扫码取票和扫码过闸，系统需要实时对二维码车票的合法性、有效时间 、有效里程进行校验，这要求手机、后台服务器必须同时在线。此外，为了防止二维码验证码或者二维码车票被复制，可以通过活码方式，设置5秒一变，以保证二维码不重复，杜绝二维码被复制的危险。

4　AFC大数据的应用

在传统模式中，AFC 数据量虽大，但广度不足。客流数据、交易数据等能够体现整个路网的运营状况，但在过去并没有得到充分有效的利用。

在大数据时代，通过多种途径的购票方式，可以获得更多的用户数据。大数据最核心的价值就是在于对海量数据进行存储和分析，形成决策驱动的知识体系。目前，采用云计算处理大数据被公认为是最有效的方式。

AFC系统实时数据主要包括客流数据、票卡及票库数据、设备状态数据、运营模式数据及联机数据等。其中，票卡及票库数据为票卡购买和线网化票卡调配提供依据，设备状态数据为设备维护与检查提供实时信息。在进行大数据分析挖掘时，可根据不同的需求建立数学模型，分析挖掘 AFC系统有价值的信息，提升 AFC系统的信息化、智能化程度。

客流数据作为应用方向最广的重要数据，既为公共交通乘客错峰出行提供了数据支持，又为车站有效加强非付费区的客流组织能力，减少机场、高铁、码头、长途车站等地铁接驳枢纽的排队购票时间，有效降低公共交通出行的旅行拥堵率等提供了分析依据。同时也为运营方有效掌握突发客流提供预警信息，并确保在线列车调度能够及时响应。未来，客流数据可实时提供给乘客，使得乘客可在手机 APP 上进行站点人流信息查询、行程用时信息查询，并获得最短、最快、最舒适的路径；也可提前了解路网客流状况，自行避开大客流拥堵时段；还可以在换乘站接到换乘提醒。

5　结论

云计算技术的应用，使得 AFC 多线路中心系统大大减少了硬件成本。城市轨道交通云平台的搭建，互联网售票机的设置，将虚拟支付功能引入到城市轨道交通领域，为乘客提供信息服务及移动购票功能服务。AFC系统是乘客的体验接口，云计算技术的应用使得乘客购票更加方便、快捷、人性化。AFC 数据的有效利用除了为运营调度、设备维护提供了依据，也将使乘客出行的用户体验大大提升。

参考文献

[1] 姚宏宇，田溯宁. 云计算：大数据时代的系统工程[M]. 北京：电子工业出版社，2013.

[2] GB 50157-2013 地铁设计规范[S].

责任编辑 李媛芳

Study on Cloud Computing Technology in AFC Application of Transit

Lv Huan

Abstract:In the urban rail transit AFC system, the traditional mode of line center and ticket vending machines have lots of existing problems including large investment, high maintenance cost, and heavy workload. However the cloud computing technology solves the above-mentionedproblems at the same time provides path for user data analysis. This paper fi rst introduces the existing problems in the AFC system ， and then makes an analysis to explore the method of using cloud computing technology to improve AFC multi-line center and automatic ticket vending machine. In conclusion, the paper discusses the application direction ofAFC big data in the future.

Keywords:urban rail transit, AFC, cloud computing, big data, virtual payment

中图分类号：U293.2+21

作者简介：吕欢（1983—），女，工程师

收稿日期2016-04-25