机电一体化技术在地铁中的应用研究

钟盛

（东莞市力源机电工程有限公司）

【摘要】近年来，随着我国经济社会的飞速发展，城镇化进程稳步加快，越来越多的人口涌入城市，给城市交通带来了巨大的压力，为了缓解严峻的城市交通压力，地铁等轨道交通方式开始得到人们的关注与认可，在城市公共交通中发挥了重要的作用。地铁作为一个庞大的机电一体化系统工程，涉及机械、电气、电子、控制等诸多领域，机电一体化技术在其中得到了广泛的应用。本文主要针对机电一体化技术在地铁中的应用进行了简要的阐述，并重点对其在地铁AFC系统中的应用进行了详细的分析与研究。

【关键词】机电一体化 地铁 AFC系统

二十一世纪以来，随着我国城镇化进程的不断推进，城市基础设施建设发展十分迅速，公共交通设施作为城市基础设施的关键组成部分，更是得到了先行发展。随着城市规模的不断扩大以及城市人口的不断增长，城市交通压力不断增长，交通拥堵以及环境污染等现象十分严峻，已经成为制约城市进一步发展的关键瓶颈。为了解决城市交通问题，以地铁为代表的城市轨道交通发展迅速，其便捷、快速、安全、不占用城市空间等特点使其在许多城市得到了推广与应用，在一些大城市中已经成为城市公共交通的主动脉。

地铁作为一个复杂的系统性工程，涉及机械、电气、电子、控制等诸多领域，是机电一体化技术应用的典型代表，其中机电设备系统、列车监控系统、自动售检票系统、屏蔽门系统以及通信系统等，都需要机电一体化技术的应用。本文主要针对机电一体化技术在地铁中的应用进行了简要的阐述，并主要针对其在地铁AFC系统中的应用进行了简要的分析。

一、机电一体化技术在地铁中的应用

随着信息化时代的到来，以计算机技术与互联网技术为首的信息技术发展迅速，并不断向传统的机械工业渗透，促进了机电一体化技术的形成与发展。机电一体化技术以系统功能为导向，综合运用机械技术、电子技术、控制技术、计算机技术以及互联网技术等，实现了复杂灵活的系统功能，在实际生产生活中发挥着巨大的作用。

在地铁这一复杂的系统性工程中，机电一体化技术的应用十分普遍，根据实现功能的不同，其应用主要可以体现在以下三个方面：

一是智能控制系统。地铁列车与车站的控制智能化离不开机电一体化技术的广泛应用：车站的自动扶梯可以自动检测有无乘客，并根据乘客数量控制运行速度；地铁的屏蔽门在进站出站时自动按顺序开启和关闭；列车内的空调设备等能够根据列车内的环境情况自动进行调节。

二是分布式调度系统。为了保证地铁的便捷性与时效性，地铁需要在规定的时间准点到达，且相邻两班地铁间的时间间隔不能过长，这就对地铁的调度管理提出了较高的要求。为了满足庞大数量地铁列车的调度与控制需求，基于机电一体化技术，利用分布式调度系统，实现了集监控、管理、调度于一体的地铁运行控制系统。

三是网络通信系统。地铁作为一个庞大复杂的机电系统，不同功能的子系统数量较多，且相互之间存在复杂的信息交互。为了满足不同子系统对数据信息的需求，基于机电一体化技术建立了总线拓扑结构网络，实现了车站自动扶梯、地铁屏蔽门以及列车系统间的信息交互与共享。

二、机电一体化技术在地铁AFC系统中的应用

随着地铁在城市中的应用越来越广泛，其方便、快捷、安全、可靠、经济等优势逐渐得到人们的认可，越来越多的市民选择乘坐地铁出行，传统的人工售票已经无法满足地铁庞大的人流量，为了提高车站的服务效率，避免拥堵现象， 自动售检票系统（AFC）开始在地铁站中得到广泛的应用。

AFC系统是基于机电一体化技术实现的地铁售检票过程一体化管理系统，其综合利用了电子技术、计算机技术以及自动控制技术等，通过非接触式IC卡等载体，实现了安全、可靠、高效的自动售检票过程，大大提高了地铁车站的服务能力与服务效率。根据AFC系统数据处理的不同流程，可以进一步将其分为以下几个层次：

（一）车票层

车票层作为整个地铁AFC系统的最底层，是直接面向用户的部分，主要负责对用户使用的车票、一卡通、手机钱包以及各类车票形式进行识别，判别车票的合法性及有效性。为了实现非接触式快速便捷的车票识别，射频识别技术以及车票加密技術等机电一体化技术在车票曾得到了广泛的应用。

1.射频识别技术

当前广泛应用的城市交通一卡通主要以非接触式IC为主，其主要由IC芯片与感应天线构成，当外部射频发生器向IC卡发出固定频率的电磁波时，卡片内部的感应天线将产生谐振，从而在内部电容中积累电荷形成电压，驱动IC芯片将存储数据通过感应天线反馈至外部的读写器或接受外部读写器的指令对内部存储数据进行修改。

2.车票加密技术

城市交通IC卡以及其他各类电子车票中，都存储着用户的相关个人信息以及乘车信息，为了避免IC卡中的隐私信息被他人读取，需要利用车票加密技术对其进行加密。应用车票加密技术后，利用射频读写器读出的IC卡数据并不能直接使用，而是首先需要进行解密和鉴权，判断车票是否合法，之后利用特定的解密算法对独处的数据进行解密，进而得到IC卡的相关信息。利用车票加密技术，大大降低了用户个人信息泄露的风险，提高了车票管理的可靠性与安全性。

（二）车站设备终端层

车站设备终端层主要包括车站内自动售票机、自动充值机、自动检票机等自动化设备，主要负责完成售票、充值、检票等单项功能，接收上层的控制指令同时将处理结果及时向上层进行反馈，其可靠稳定运行离不开机电一体化技术的应用，是上层系统能够稳定运行的重要基础。

当用户利用自动售票机进行购票时，自动售票机要根据用户输入的出发站与终点站，自动计算票价，并根据用户的投币情况自动进行找零，同时将相应的行程信息注入车票的IC芯片之中；当用户利用购买的车票进行检票时，自动检票机中的射频读写器自动读取车票IC芯片中的行程信息，并联网判别车票的有效性，判别有效则打开闸门令乘客通过，判别无效则自动进行报警。

（三）车站计算机系统层

车站计算机系统层位于车站终端设备层之上，主要负责对车站内不同功能的终端设备进行管理与控制，同时对各终端设备反馈的信息进行处理，获取当前地铁车站运行的相关信息。车站计算机系统层主要由主控系统、功能子系统以及通信链路等组成，数据的交互与处理技术是车站计算机系统可靠运行的关键。

主控系统实时从车站内的各自动售票机处读取售票信息，并将信息存储于数据库中，当车站自动检票机读取用户的车票信息并反馈至主控系统时，主控系统在数据库中进行匹配，并将匹配结果反馈至自动检票机，匹配成功则认为车票有效，否则认为车票无效。车票信息数据库必须实时进行更新，当用户购买成功车票后，及时在数据库中新建相应的车票信息，同时当用户行程结束时，及时在数据库中删除相应的一次性车票信息，或在一卡通信息中减掉相应的车票金额。

除了控制自动售检票机的协调运行外，车站计算机系统还具备车站客流统计、票务统计等更加丰富的其他功能，通过对车站售票信息的统计分析，能够及时了解车站的客流情况，及地铁列车的载客情况，同时及时发现车站内各设备的运行情况，有助于及时发现设备的故障。

（四）線路中央计算机系统层

线路中央计算机系统层是连接清分系统层与车站计算机系统层的重要传输层，一方面负责接收上层下传的列车运行时刻表、票价表、黑名单表等数据，并及时传输至各车站计算机系统，另一方面接收车站计算机系统上传的地铁实时客流数据及设备运行数据，并将数据传输至上层的清分系统。

（五）清分系统层

清分系统位于整个轨道AFC系统的最顶层，是整个系统的运控大脑，主要负责综合处理整个地铁系统的运行数据，管理与发行不同类型的地铁车票，结算不同线路的地铁票款，同时通过网络与一卡通系统、银行系统等进行票款的清算。

清分系统主要由服务器、交换机、车票编码机等设备组成，能够对整个地铁AFC系统进行管理与控制，同时负责对整个地铁AFC系统产生的数据信息进行处理，具有丰富的数据处理功能：一是对地铁AFC系统运行产生的原始交易数据自动进行存储与备份；二是对AFC系统内各层的数据参数进行更新与维护；三是对地铁AFC系统内各层的时钟进行同步维护，同时对系统内的密钥进行管理；四是向城市公共交通清分系统上传地铁系统的原始交易数据；五是向下层发布列车运行时刻表、票价表、黑名单等数据信息等。

三、结束语

地铁作为方便快捷的城市公共交通方式，在城市中得到了广泛的应用，其安全稳定运行离不开机电一体化技术的广泛应用。本文主要针对机电一体化技术在地铁中的应用进行了阐述，并重点针对其在地铁AFC系统中的应用进行了深入的分析与研究。

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