浅析地铁AFC系统优化措施

王瑜

摘 要：本文从AFC系统的组成及应用现状出发，得出了开展系统优化的必要性，就系统配置、系统功能两方面，从设备配置、网络、数据库、系统功能、售检方式等多角度分析了优化的需求，并结合系统应用的实际经验提出了可行的措施，可为AFC系统在建设、应用中的系统优化工作提供参考。

关键词：AFC系统；配置；功能；优化措施

中图分类号：U231 文献标识码：A

1.AFC系统及运营概述

AFC（Automatic Fare Collection System）系统是指城市轨道交通普遍应用的网络化自动售检票系统，系统集计算机技术、信息收集和处理技术、机械制造于一体，综合运用了计算机、通信、网络、自动控制等技术，具有很强的智能化功能，能够实现售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化运行、处理。AFC系统具有高度便捷性和准确性，大幅优于传统的纸票售票方式，克服了传统模式下固有的速度慢、财务漏洞多、出错率高、劳动强度大等缺点，能够有效地防止假票，杜绝人情票，防止工作人员作弊，大幅提高管理水平并减轻劳动强度，随着AFC系统广泛应用在城市轨道交通车站的客运管理中，成为轨道交通系统中公众直接参与交互，影响公众体验的重要系统，已经不仅是地铁和交通系统发展的一个趋势，也是城市信息化建设的一个重要标志。

AFC系统可以追溯至1962年，日本开始在铁路沿线车站使用自动售票机，1965年，开始大规模使用自动检票装置，目前，国外轨道交通领域已普遍采用了AFC管理系统。国内AFC系统的发展经历了从无到有的过程，最初引进自国外，1993年，上海首先在轨道交通1号线启用了引进的AFC系统，实现了城市轨道交通在售票、检票、计费、统计等方面的全过程自动化。经过国内相关机构、企业大量的研发工作，发展了技术水平较高的多种形式的产品，目前已广泛应用于国内铁路及各个城市的轨道交通系统工程，且随着计算机技术和软件的发展，还进一步实现了与城市一卡通接轨，实现城市内甚至城市区间的互通。

目前，国内地铁等轨道交通系统正处于大发展阶段，国内一线城市都规划了大规模的城市轨道交通网络，甚至一些二、三线城市也正在逐步加入进来，AFC系统也随之不断发展，本文试从AFC系统优化工作出发，浅析优化的相关措施。

2.系统优化分析

城市轨道交通AFC系统的线网构架通常由5层结构构成，第一层为城市轨道交通清分系统，包含了城市公共交通城市通卡系统；第二层为运行在轨道交通线路管理中心的AFC线路中央计算机系统（LCC）；三层为运行在线路各车站的AFC车站计算机系统（SC）；第四层为车站的AFC终端设备（SLE），主要包括自动售票机、闸机、半自动售票机、自动验票机及手持验票机等；第五层为车票（Ticket），如图1所示。

通常，城市地铁的建设是逐步从单条线路逐步发展为多条线路构成网络，随着地铁运营线网规模的不断扩大，考虑到线路分期完成、不同线路先后开通等，一般从建设规划到设计，再到建设、开通运营需要5年左右，在此期间，AFC系统涉及的计算机、通信、网络、自动控制等软硬件技术领域往往能够产生较多的新技术、新功能，不断进步提升，新旧线路的系统匹配成为系统运营必须满足的条件。同时，根据不同地区，不同城市，不同线路来发展地铁线路服务功能拓展、特色化运营等个性需求已经成为一种趋势。此外，投运后还需要根据实际的设备运行、客流组织等与预期的差异进行完善、优化。因此，AFC系统优化是为了适应系统软硬件技术的发展，满足新旧线路系统匹配及优化运营模式需要所必须的。

根据上述分析及工程实践，AFC系统优化主要从系统基础条件优化和运营管理优化两个维度开展分析。其中，系统基础条件优化可包括设备、网络、数据库、功能等方面，运营管理优化包括售票、检票方式等。

2.1 设备布置优化

由于车站之间的差异以及运行的实际，为满足客流通行需求，应按照车站实际客流组织需求，调整AFC终端设备的布置，要根据实际运行车站的客流数量、客流走向及各出入口客流分布的情况，合理调整自动售票机、进出站检票机及双向检票机等AFC设备的布置数量和方式。同时优先考虑AFC设备预留的安装位置，以减少现场的工程量。

2.1.1 车站设备布置

（1）车站设备布置基本原则

①自动售票机、验票机安装在非付费区，与车站出入口、进闸机位置相协调，以方便乘客使用、不影响安全疏散为原则。

②进、出站和双向闸机（标准通道）设置在付费区和非付费区的分隔带上，其布置与车站出入口、扶梯及相协调。

③票房售票机安装在车站售票亭内，售票亭通常设在付费区和非付费区的分隔带上，以方便处理售票、充值、补票和车票更新等业务。

④车站终端设备按近期设备数量布置，并预留远期设备安装位置和安装条件。

⑤进闸机、出闸机的布置应满足每组闸机不少于4通道的要求，由于门式闸机需要使用装设门扇的端机，因此闸机按通道设计，同时闸机应尽量集中布置，减少群数。

⑥在AFC设备布置时，除需考虑设备计算参数的取值及布置原则外，还应考虑尽量减少购票、进站、出站等客流的交叉，同时充分考虑客流量及运营管理的需求，分别建立相应的购票、进站及出站功能区，功能区预留足够的缓冲区域，并结合车站站厅的实际布置，适当进行调整。

⑦每组自动售票机数量不少于4台。轨道交通AFC系统现场设备数量的确定除了依据客流、列车行车对数、设备通过能力等客观因素外，还应根据实际运用的经验以及结合车站建筑结构对现场设备数量的确定作进一步完善，根据实际情况对AFC现场设备做出合理设置，使系统充分发挥自身功能和作用。

（2）典型车站及换乘车站设备布置

车站设备布置须重视地铁站内人流组织的问题，注重进出闸机，售票机等AFC设备的布置方式，防止人流交叉，注重进出闸机与站内楼梯及电扶梯的位置关系，对于换乘站设备的布置应坚持以人为本，尽量缩短换乘距离，使换乘客流流线明确、简捷，方便乘客换乘。

我们常见的换乘根据车站站位不同，主要有通道换乘、两线平行、两线交叉等几种换乘形式，任何一种换乘车站，任何一种换乘方式对于乘客来说，他们只需在非付费区购买车票后持票进入付费区，无论他在该车站如何进行换乘，对AFC系统来说在设备布置需考虑到如何使换乘客流集中，使换乘路线较明确、简捷。同时设备布置时需考虑换乘客流宜与进、出站客流分流，避免相互交叉干扰。

2.1.2设备数量计算

AFC系统现场设备数量的确定，最基础的数据就是客流。客流预测数据包括近/远期早高峰客流预测（高、低方案）、晚高峰客流预测（高、低方案）、全天客流预测（高、低方案）。理论计算时选取的客流数据为近、远期早高峰客流预测（高方案）。除客流数据，其他基础数据还有：各站超高峰系统、换乘站的换乘系统、近/远期高峰小时列车运行交路、近/远期自动售票机使用率、近/远期单程票使用率、闸机每分钟通过能力、自动售票每分钟售票能力。其中，近/远期高峰小时列车运行交路主要是确定列车小时行车对数。所有基础计算数据确定之后，才可对AFC现场设备进行理论值的计算。

（1）设备数量理论计算

①自动售票机

自动售票机数量 =（远期车站高峰小时上车人数Х超高峰系数Х单程票比例Х处理单程票比例）/自动售票机处理能力

②进闸机

进闸机数量 = ∑〔（远期车站高峰小时上车人数Х超高峰系数Х入口部不均衡系数）/进闸机处理能力〕

③出闸机

根据客流计算：

数量1 = ∑〔（远期车站高峰小时下车人数×超高峰系数×出口部不均衡系数）/出闸机处理能力〕

根据车站旅客传输设备计算：

数量2 = ∑〔远期车站出口配置自动扶梯的台数×（自动扶梯的输送能力/出闸机处理能力）〕

根据紧急情况时客流疏散计算：

数量3 = 〔远期整列车载客量+（远期车站高峰小时上车人数×超高峰系数×列车间隔时间/60）〕/疏散时间/ 通道的通过能力

最终数量计算：

出闸机数量 = Max（数量1，数量2，数量3）

④票房售票机：

票房售票机数量 =〔远期车站高峰小时上车人数×超高峰系数×（单程票比例×处理单程票比例+储值票比例×处理储值票比例×充值比例）〕/票房售票机处理能力

⑤自动充值机：

自动充值机数量 =（远期车站高峰小时上车人数×超高峰系数×储值票比例×处理储值票比例×充值比例）/票房售票机处理能力

⑥自动验票机：

为乘客提供查询车票信息及其他服务信息的设备。可根据车站规模、出入口布置和客流量酌情配置。

⑦其他

上述设备数量仅是理论计算数据，实际的设备数量还应考虑车站的建筑平面布置，包括出入口的数量、售票/补票处的布置等。除此之外，还应考虑设备的余量；分析各车站客流的组成和乘车特点，如使用单程票、储值票的比例，问讯乘客的多少，是否存在客流集中进出站的现象等。由此确定符合实际需求的设备数量。

（2）实际设备数量调整

设备数量实际公式计算出来的进/出闸机通道数、自动售票机台数并不是实际配置的数量，因为根据地铁线网AFC系统运行的经验，在确定进/出闸机、自动售票机实际数量时还应根据实际进行一定的调整。通常，考虑到将来一些无法预测的因素以及全国已运营地铁线路的经验，首先将计算值（一般为小数）取10%或20%的富余量。另外，因为出站客流是瞬时、集中的，而进站客流时零散、分散的，因此出闸机通道应大于等于进闸机通道数。

2.2 网络优化

在系统投入运营后，要保证网络系统快速、稳定、可靠运行，需利用专业的网络分析工具，查找网络传输过程中的瓶颈，通过在现有设备基础上，分析网络在不同负载下的最佳方案，并进行相应调整以达到更佳的网络性能。

AFC网络典型拓扑结构图示意图如图2所示。

AFC网络的特点是星形、树形、环形相结合。首先，网络应采用开放式技术，支持标准协议，确保满足应用性、可靠性、扩充性、安全性及可管理性要求。其次，应对整个网络系统进行性能测试，通过网络优化分析，统计网络上数据量和使用资源的情况并作评估，对应进行网络系统运行优化的调整。例如：IP地址的规划网络IP地址资源一定情况下，地址分段规划不合理，会浪费宝贵的地址资源；应用的规划、用户上网的规划应基于IP地址分配，地址分配的同时要考虑对网络稳定性的影响。VLAN的规划将网络划分为若干子网以方便网络管理，并且使数据限制在本地流动，保证部门、工作组数据流安全，隔离广播域，提高网络性能。如果虚拟网之间的通信通过交换机的第3层功能进行网络分段管理，还可以提供第3层各网段间数据传输的安全控制。网络策略在整个网络中，会有大量的数据传输到服务器，所以要求对数据包进行多层次识别分类，有效地保证系统中重要数据的优先传输和数据的安全性。通过对上述问题的分析，为实现网络系统效率优化的目标，可采用生命周期法，对网络进行性能测试和评估，分析影响网络的各个因素，并进行性能优化分析，按照所确定的优化目标进行实施，再次重复以上步骤，将性能保持在目标的范围内。

2.3 数据库的优化

数据库是AFC系统运行的后台支撑，其运行的效率直接影响系统各项功能的体验。随着AFC系统运行年数增长，数据处理的用户响应时间逐渐增长，导致运营管理效率降低，由此需要优化AFC数据库系统。

AFC系统的数据库具有很高的可靠性、实时性、完整性等要求，故数据库模式必须满足数据处理的要求，保证常用或大多数的数据处理高效、便捷，并且可根据实际应用需求，调整数据结构，优化数据模型。具体包括：

第一，调整数据结构设计，对数据库进行功能分区，对于经常访问的数据库表建立索引，最大限度地缩短数据查询的响应时间；第二，调整服务器内存，这要根据数据库运行状况，可扩大服务器内存并合理调整数据库系统全局区（SGA区）的数据缓冲区、监视和优化共享区的大小，以及程序全局区（PGA区）的大小，可减小因数据库全局区过大，占用操作系统使用的内存而引起虚拟内存的页面交换，降低系统效率；第三，调整硬盘I/O，即可将同一个表空间的数据文件（如数据、日志、索引等）放在不同的硬盘I/O上，实现硬盘之间I/O负载均衡，提高读取数据的速度；此外，还可通过应用数据库管理工具（例如数据字典、语言跟踪及优化等），提高数据库应用系统的性能，将网络流通、磁盘I/O和CPU时间减到最小，使每个查询的响应时间最短并最大限度地提高整个数据库服务器的吞吐量。

2.4 功能优化

随着地铁运营飞速发展，AFC系统的售票、检票及收益统计等业务方面的运营需求呈现多元化，由此需要AFC系统进行相应的功能优化。

AFC系统功能优化可重点从以下4个方面开展：一是针对新的业务需求（如增加新票种或新的票务使用规则），实现系统功能的扩充；二是对原有的业务流程进行修改使其更符合运营实际需要；三是为提高系统或设备的易用性和人性化，对系统或设备的人机界面和操作方式进行简化或优化调整；四是对历史数据进行数据挖掘或统计分析，研究地铁系统的运营质量。

结合国内地铁相关运营经验，系统功能优化的常用方法主要有5种：一是通过对系统运营参数的调整，实现运营规则的优化；二是通过软件配置管理实现部分业务功能的调整，例如将LCC的某些功能调整到清分系统；三是通过应用软件升级，增加新的业务功能或对原有的业务功能进行调整；四是通过更新人机界面、信息提示方式等手段，提高系统或设备的人性化程度；五是通过新增的功能模块实现新的处理功能，如数据挖掘等。同时，AFC功能优化必须在确保系统正常运营的前提下，科学、有序地实施。首先清理及分析运营过程中存在的问题及新业务要求，梳理出功能的优化需求。根据功能优化需求制定系统功能优化技术方案，进行运营相关部门会审。按照会审议定的技术方案指定详细的功能优化实施方案，并落实于系统功能研发，最终通过AFC检测中心平台进行性能和兼容性测试，以确保不影响正常运营的情况下完成相关参数或软件更新，实现系统功能优化。

2.5 售检方式优化

在线路运营初期，一般单程票使用率较高，在大客流车站高峰时段排队购票的客流易拥堵。此时可在早、晚高峰到来前，使用票房售票机批量发售定值预售票，在高峰时间，售票人员可以直接将车票销售给乘客而不必再操作票房售票机，从而提高售票速度，而未售的预售票可在本机注销，保证票款统计的正确性。该方式在缩短售检票处理时间，减少乘客排队的同时，增加了单位时间的客流通过量。同时，AFC系统可引入第三方支付方式，可以有效减少单程票的使用量，降低运营成本。这要求在AFC系统建设中须考虑预留第三方支付卡支付功能接口，相应读写器硬件须支持符合ISO14443协议的第三方支付卡支付功能，且可以通过软件更新即可实现第三方支付卡支付。

结语

本文概述了AFC系统的运用及其需求趋势，从系统配置、系统功能两方面分析了AFC系统的优化工作，并初步提出了优化的思路及可行措施，可为实际开展既有地铁线路AFC系统的优化工作起到一定的指引作用，并对新建地铁线路AFC系统的设计、建设提供参考。

参考文献

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