铁路自动退票系统设计

刘子宽

(中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，100081，北京∥助理研究员)



铁路自动退票系统设计

刘子宽

(中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，100081，北京∥助理研究员)

退票业务自动化办理有助于减轻窗口工作人员的压力,并为旅客提供更加快捷化、优质化的服务。提出一套适用于铁路客运站自动退票系统的实际应用方案,详细阐述了该系统软硬件设备的设计,及系统中关键技术的实现。自动退票系统为旅客提供更加便捷、多样的退票业务选择,并能有力推动铁路信息技术的进一步应用。

铁路; 自动退票系统; 系统设计

Author′s address Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Railway Sciences,100081,Beijing,China

自2008年,自动售检票系统在我国铁路部门全面推广以来,有力提升了铁路客运的服务质量。但退票业务却至今仍处于窗口人工服务的阶段,其落后的管理方式与服务手段,与自动售检票系统形成了较为鲜明的对比。由于铁路退票业务与改签业务,通常都是在同一窗口下进行,而改签业务的办理时间长、操作繁杂,很容易耽误退票旅客的时间与行程,从而造成退票效率低、窗口人员工作强度大等一系列问题。因此,铁路退票业务的自动化,不仅是旅客的迫切需要,也是铁路运营部门提高自身管理水平与服务质量的迫切需要。

本文提出了一套适宜于铁路客运站的自动退票系统方案。可以预见,随着该自动退票系统逐步取代传统的人口窗口退票服务,必将在方便旅客退票以及提高退票效率方面发挥出更大的作用。

1 自动退票系统的需求分析及设计原则

1.1 自动退票系统的需求分析

1.1.1 系统功能需求

自动退票系统主要用于铁路客运站内旅客的自助退票。退票旅客点击LED(发光二极管)屏中的退票按钮后，送入磁介质车票并刷身份证。系统比对车票信息和身份证信息，确认退票后打印退票手续发票,送出退票款。

可见，自动退票系统除应提供自助退票、取票的功能以外,还应具备退票信息显示、设备运行状态显示、用户触摸输入、(现金、银行卡)支付、找零、视频监控、实名制证件读取及凭条打印等多种相关功能。同时,自动退票系统还应具备良好的运营维护功能与系统管理功能。其中,在运营维护功能方面,可实现根据权限进行设备的现金盘点、添加零钞、更换钱箱、更换票卷、硬件模块复位、设备测试、设备状态检测、重启应用程序、重启操作系统等操作;在系统管理功能方面,还可远程实现退票终端定义、状态查询、结账时间设定、关闭终端设备、暂停/恢复退票、LED屏显示内容、票号核查及车票作废等操作业务。

1.1.2 系统性能需求

在旅客自助退票过程中,铁路自动退票系统的退票速度、人机交互便利性等因素,都将直接影响到退票服务的质量。因此,结合自动退票系统的特点,对其性能提出了一系列要求[1]。

1.1.2.1 退票机关键性能需求

本文所设计的铁路自动退票系统以自动退票机为核心应用层,不仅应当能满足我国铁路客运的技术规格要求,能实现车票读取、证件识别、发票打印、发票剪切、废票处理以及金额找零等多种功能的应用,而且还应具备高响应速度、低成本、高可靠性、易维护、外形美观、使用方便等多方面优点。为符合上述要求,该自动退票机各重要部件及模块的性能需求如下:

(1) 工控机。该自动退票机的工控机主要负责对整机内各模块的运行进行控制,以及完成车票处理和现金处理显示、数据通信、状态监控等多种功能。工控机设置在机柜的下方,其操作系统采用的Windows XP,可支持以太网通信,并具有抗电磁干扰性强的优点,能保证自动退票机整机昼夜不停机地稳定运行。

(2) 旅客显示模块。该模块设置在自动退票机的前面上部，包括显示屏与触摸屏2部分,是自动退票机与旅客之间进行充分交流的必要设备。其中,显示屏安装在自动退票机的前面板部位,位于触摸屏之后,主要用于显示有关退票操作提示的信息;触摸屏采用48.26 cm(19 英寸)红外防爆触摸屏。旅客可通过触摸屏对自动退票机进行操作,同时触摸屏还可自动识别灰尘与障碍物,具有防水、防尘、抗刮擦等多种特性。

(3) 退票模块。由中国铁道科学研究院电子所研制的磁介质退票模块具有车票识读、证件识读、票据传输、金额找零等多种功能,能实现自动退票业务的高效率与高质量。同时,自动退票机外侧的液晶显示屏还可实时显示退票模块的工作状态,使操作人员可直观地了解其运行状况是否良好。

1.1.2.2 其他非关键性能需求

(1) 退票机整机性能需求。工作功率为80 W，待机功率为15 W。退票全过程总用时≤2.4 s；可维护性上，MTTR(平均恢复前时间)≤30 min；运行噪声≤60 dB。

(2) 票据打印性能需求。采用热敏/热转印;打印分辨率为203 DPI(8 dot/mm);最大打印宽度为 104 mm;打印速度为 110 mm/s;打印退票费报销凭证的时间<2 s。

(3) 关键部件参数。该自动退票机采用自适应打印头,便于抬起与压下,并能自动找准位置,确保打印质量,打印头的寿命长达65 km以上。采用的旋转式切纸刀体积小巧、拆卸自如,且经久耐用,使用寿命达70万次以上。

1.1.3 系统接口需求

该铁路自动退票系统通过应用服务器实现与铁路客票系统之间的数据交换。应用服务器主要运行该系统的后台应用软件与接口软件,并支撑自动退票系统的业务数据处理。与客票系统之间的接口协议采用TCP/IP(传输控制/因特网互联协议)和socket(套接字)通讯方式。

1.2 设计原则

为保障铁路自动退票系统的运行良好,并能提供优质、快捷的退票服务,该系统在设计时应遵循以下原则:一是先进性,要求自动退票系统的各项主要指标要求,均应达到国际先进及国内领先标准;二是标准化,系统各应用模块均应遵循国内﹑国际标准,其设备接口应具备良好的兼容性以及良好的集成性;三是模块化和安全性,系统的软件及硬件均采用模块化设计,整机及所有零件应满足国家安全标准(GB 4943—2011),应用可靠性高;四是应符合人体工程学设计,以充分体现以人为本的退票服务理念;五是可维护性,要求系统各设备及主要零部件应尽可能无维修、少维修,且各零部件之间应具备良好的通用性和互换性,耗材更换简单。

总体而言，自动退票系统的设计与实现，不仅为 旅客提供了更为方便、快捷的取票选择，极大减轻了车票售退票窗口的压力，改善了当前旅客退票困难的局面，而且通过与铁路票务系统及旅客服务系统之间的互联互通，实现了相关信息无缝对接。这也极大改善了我国铁路现代化综合交通体系的建设，节省了大量的人力与物力，起到了节能减排的功效。据统计，目前该退票系统在我国18个铁路局、10条客运专线及多达70余个高铁站中，均已相继投入使用。按照每一台自动退票系机替代一名员工进行计算，每年可为我国铁路系统节省费用超过5 000万元，经济效益非常显著。

2 铁路自动退票系统的设计

该铁路自动退票系统,主要由自动退票机、管理机、服务器、网络设备(交换机、负载均衡器、路由器及调制解调器等)等多种设备组成,并通过应用服务器与客票系统相连接,为旅客提供自动化的退票、取票及查询等相关服务。

2.1 系统总体结构设计

该自动退票系统采用三层分布式应用体系,主要由接口层、应用服务层及设备层构成。

接口层主要负责与客票系统之间的数据交换,通过核心交换机、负载均衡器等网络设备与退票系统的应用服务器相连接。应用服务层主要包括了自动退票系统的应用服务器、管理机和监控终端等。其中，应用服务器是整个自动退票系统的核心,可支持与管理多台自动退票机,并可挂接多台管理机与监控终端。设备层主要由分布在铁路客运站各区域的自动退票机构成,能完成旅客证件识别、车票识别、款额支付、自动退票等多种功能。

2.2 系统网络架构设计

该铁路自动退票系统的网络架构主要采用路局集中模式[2]。在铁路客运站各区域设置自动退票机,在铁路局设置自动退票应用服务器。应用服务器通过群集化处理以承担下辖车站内所有自动退票业务的数据处理与数据存储,并以双链路连接铁路局票务系统的核心交换机,采用光纤通道接口与磁盘阵列相连接。

自动退票系统还采用了负载均衡器，以实现退票业务的均衡化处理，保证了自动退票运行的高可靠性与高安全性。

2.3 系统硬件设计

自动退票机主要由终端控制单元(工控机)、纸币找零模块、硬币找零模块、运营状态显示屏、多证件识读器、退票费报销凭证打印机、电源模块、加热模块等多个部件所构成(如图1所示)[3]。

如图2所示,该自动退票机以终端控制单位为核心,并通过采用抗干扰性较强的串行通信端口,以有效控制各外围设备及模块的运行,确保了退票机整机运行的可靠性与稳定性。其中,旅客显示屏具有语音提示与图文功能,能为旅客提供人机界面友好的自助式退票环境;在退票机的找零口与退票口还配置相应的LED灯光显示与扬声器,以方便旅客顺利取走钱款和证件,并能引导旅客完成退票的各项操作。

2.4 系统软件设计

该自动退票系统所采用的软件主要包括自动退票机机内软件、应用服务软件、管理监控软件等,都采用层次化、模块化的软件架构设计。这也有效降低了各软件应用过程中的耦合度,并为退票体系提供了良好的伸缩性与安全性,便于自动退票系统后续应用的进一步拓展。

退票机机内软件支持退票信息的输入,采集旅客身份证件的信息与对比等功能；当信息核对正确后,还支持票款的支付与票据的打印；最后通过应用服务软件在系统的数据库内记录相应的退票信息。

应用服务软件是整个自动退票系统的核心,主要负责整个系统的接入访问控制,是自动退票机与客票系统之间的通道与桥梁。提供该退票系统数据库的操作接口以便于旅客退票信息的记录、查询与管理。

管理监控软件主要负责对整个自动退票系统运行状态的监视与控制,同时还需负责对系统内各种业务数据的设置与管理。

3 铁路自动退票系统关键技术的实现

3.1 自动退票流程的实现

该自动退票系统借鉴了铁路自动售检票系统运营的成功经验,采用集中式管理、分布式操作的管理模式,从而保证了整个自动退票系统中退票流程的有序与顺利,为旅客提供优质、高效的退票服务。自动退票系统的工作流程如图2所示[4]。

图2 自动退票系统的工作流程

由图2可见，该自动退票系统可根据不同的票制、不同的退票事由,可提供相应的退票处理方式。当旅客持实体车票进行退票操作时,系统将旅客证件信息与车票信息进行一致性核对;当旅客持电子车票进行退票操作时,系统通过应用服务器与客票系统相连接以获取旅客对应车票的存根信息,然后再进行相应的信息核对。

3.2 人体工程学设计

在自动退票机外形尺寸及结构的设计上,应尽量根据人体工程学进行设计。一方面,可满足铁路客运站各种既有设备的共同使用要求,以达到混合编组使用的目的;另一方面,也需充分考虑不同退票人群的身体条件及使用情况。

经研究表明,成年人身高大多集中在1.15～1.80 m,操作高度范围为0.74～1.40 m,最佳操作范围为0.90～1.25 m[5],如图3所示。综合考虑残疾人和儿童使用的需要,该自动退票机的旅客操作显示屏设计高度为1.3 m。这样可以最大限度地方便旅客,提高设备的使用效率。同时,该退票机后门还能开启180°。这也最大程度地为维护人员与操作人员提供了空间。

图3 显示屏的最佳操作高度示意图

3.3 证件识读技术

目前,我国铁路客票系统中支持实名购票/退票的证件多达24种。其中,可通过设备识别的证件主要包括居民身份证、电子护照以及港澳地区来往的通行证件等。

在该铁路自动退票系统中通过采用多合一证件识读技术,可同时实现对以上几种证件信息的有效识别与读取。该证件识读技术功能的实现,一是利用射频技术(RFID)可对各类证件电子信息进行正确识读;二是利用光学字符识别技术(OCR),可正确识读各类证件是否符合ICAO 9303标准;三是根据ICAO 9303标准,能正确还原各类证件的电子信息。

4 结语

该铁路自动退票系统设计方案是在我国铁路信息化发展战略的指导下,在铁路跨越式发展的形式下,并结合旅客退票业务的实际需求所进行设计与实现的。该自动退票系统采用了模块化设计,并充分考虑到当前铁路自动退票的状况及退票业务的需求,符合我国铁路退票业务的实践应用需求,能为旅客提供更加便捷、多样的退票业务选择,并有力促进了我国铁路信息技术的进一步深入应用。

[1] 李士达,蒋秋华.铁路旅客自动售票系统设计与实现[J].铁路技术创新,2012(4):22.

[2] 赵时昱.轨道交通自动售检票系统[M].上海:同济大学出版社,2007.

[3] 董宝田,刘军.铁路信息化概论[M].北京:中国铁道出版社,2014.

[4] 李超.铁路自动售票系统故障诊断与维修专家[J].铁路计算机应用,2013(5):13.

[5] 单杏花,张振利,等.铁路车票实名制的研究与展望[J].铁路技术创新,2012(4):33.

[6] 黎江.轨道交通自动售检票系统可靠性设计探讨[J].城市轨道交通研究,2014(8):28.

[7] 刘子宽,姜利,邓胜江,等.铁路自动退票系统方案研究[J].铁路信息技术,2015(7):28.

On the Design of Automatic Railway Refund System

LIU Zikuan

Automation of the refund business in rail transit could relieve the pressure of station staff, provide passengers with more efficient and higher quality service. In this paper, a practical application program of automatic refund system suitable for rail transit passengers is proposed, the design of the system hardware and software, the implementation of the key technologies of the system are deliberated in detail. This system is expected to offer passengers with more convenient and diversified business options, and will have a strong impetus to the construction of urban rail transit information technology.

railway; automatic refund system; systm design

U 293.29

10.16037/j.1007-869x.2016.06.010

2016-01-29)