车站AFC终端设备移动化和轻量化研究

张所斌，王瑜，王春燕

（成都地铁运营有限公司，四川 成都 610058）

1 概述

21世纪的“智慧城市”充分运用数据和通信技术手段，感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动等需求做出智能响应，为人类创造更美好的城市生活[1]。

在轨道交通行业，“互联网+”和人工智能等技术为自动售检票、安检、监控与设备维护等业务领域的升级改造发挥积极作用。根据城市轨道交通自动售检票系统（Automatic Fare Collection System，AFC）专委会对2018年上半年AFC项目招投标情况的调查，期间我国AFC公开招标项目有25个，包括5个互联网改造项目和2个现有系统改造项目，总金额达27.7亿元。未来几年，新线AFC项目将持续出现，也会新增大量既有线AFC系统设备“互联网+”改造项目[2]。

依据成都地铁运营现状，在保证服务质量和运营安全性的前提下，提供以“移动化”和“轻量化”为主题的设备及系统改造方案。该方案应保证在设备改造后仍然全覆盖原有需求内容，并优化目前AFC终端设备的服务功能，在考虑改造成本的基础上，满足应对常态化大客流、互联网运维等场景。方案研究范围包括：（1）AFC终端设备移动化和轻量化的应用场景细分；（2）下一代AFC终端设备的应用分类研究；（3）人工智能在设备端的应用。

2 应用场景趋势分析

2.1 售检票模式变迁

目前，成都地铁主要票种有：单程票、实体储值票、虚拟储值票（NFC）以及二维码票等。在支付手段上，支持现金、银行卡、网络支付等方式。随着互联网、人工智能、生物识别等技术的发展，技术成熟且符合广大乘客应用习惯的二维码识别售检票体系已在多个城市得到很好的应用和验证。这种新型售检票模式依托于移动互联网，在部分城市不到1年时间就占据了30%～40%的交易量。下一代售检票模式还包括人脸、指纹等生物识别技术，真正的无感通行支付时代即将来临。

新型售检票模式更多依托于互联网，强调基于后台的移动支付数据交互，提供后付费或信用付费等方式，弱化了预付费现金交易的比例。从业务全面性和运营成本优化的角度，部分设备“去现金化”改造具备可行性，并向“模式专业化”方向发展。同时，随着基础通信网络的升级改造，网络不再是限制设备与系统之间通信的主要问题[3-4]。

2.2 突发性高峰客流应对

除了常态化客流，地铁售检票还面临包括演唱会、体育赛事、临时性群众活动、站点临时停运等单站临时性、突发性高峰客流的难题。常态化客流可通过固定配置应对，但突发客流则十分考验售检票设备的快速配置能力。以成都地铁2号线为例，2013年9月的日平均客流为372 744人次，9月30日客流达到513 513人次，大大超出平均水平，产生了1次显著突发大客流。

传统设备在配备策略方面主要以站点为单位，其设备质量体积大、位置变动不灵活，当出现非常规性客流高峰时，附近站点或中心难以及时调整设备，造成客流拥挤。因此，应对突发性高峰客流，除调配足够工作人员，还需要设计并配备合适类型的设备给予业务辅助[5]。

2.3 网络化运维及智能分析

随着互联网、物联网技术的发展，终端信息的实时采集、上传与分发为高效的运维服务提供了基础。基于传感器的设备状态采集，通过频繁高速的网络消息传输，设备故障、监控状态等消息可通过站内网络与中心进行实时通信，一旦发生异常，故障即推送到管理人员的手机终端，提醒处理，从而降低故障时间，提高设备应用率[6]。

基于设备和部件的维护记录，通过人工智能分析，计算出运维预警线，对预期高危设备、零部件生成消息推送，形成设备预警机制，通知相关人员提前维保，进一步降低故障率。

2.4 统一操作终端

传统设备后台操作需要使用设备的维护单元，通过键盘输入发送指令获取设备信息，并下发维护指令。随着APP的普及和站内网络的不断优化，为统一操作终端变革提供了坚实的技术基础。

统一操作终端意味着设备现场的维护指令不再依赖维护单元下发，所有维护单元可通过网络集成至统一终端。运维人员通过手机运维APP进行远程身份及设备验证，并通过站内局域网将操作指令传输至终端，实现1个运维设备面向所有设备的操作，进一步缩减设备控制面板成本。

在这种逻辑下，所有设备的维护指令从硬件发送转化为软件发送，大大减少设备建设成本，在模块的更新迭代上提供了较大的灵活性。

2.5 智能化票务模式

随着人工智能、生物识别技术的进步，人脸识别等生物信息验证技术基础已经具备。对乘客而言，购票时不再需要现金、手机等同步支付，也不再需要储值票、单程票进行乘车验证；对员工而言，也不再需要用户密码验证身份。通过建立人脸库，对比得出实名信息，实现真正的“无感验证”。

3 升级改造方案

3.1 系统改造

3.1.1 系统架构

在原有多线路中心MLC下，升级原有运维子系统，建设针对移动运维的功能模块，主要针对内处理设备的状态信息和监控业务，向移动客户端提供消息推送和指令接收服务。

3.1.2 维护接口

将原有设备维护单元的本机操作功能实现方式改为通过接口进行联网实现。接口数据最终通过AFC连接终端设备，实现指令的远程操作。

3.1.3 人工智能应用模块

该模块包括人脸识别服务、人工智能票务处理。建立人脸库，通过图像识别算法实现人脸的转码注册，并对其他应用子系统提供识别服务。通过机器对票务业务、票务语言等范围的归纳性深度学习，提供最终面向乘客的智能票务处理服务，并按照现有的票务处理模式执行相关处理流程。

3.2 移动端改造

移动端是一种基于局域网内通信的实时通信手机软件，集成运维人员授权、设备维护单元和信息接收等功能。运维人员通过站内无线局域网访问，或通过互联网接入地铁内网，实现移动端与设备端的互联互通。移动端改造架构示意见图1。

3.2.1 员工授权登录

维护人员通过AFC内部权限认证，获取对应车站及设备的操作权限，作为SC的一种移动化登录补充。员工登录时，仅在SC局域网内实现登录并获取设备端的对应状态和工单任务，可通过设备摄像头采集人脸信息登录。

3.2.2 维护单元集成

将原本在每台设备中配置维护单元、在设备上操作的方式，优化移植到手机或前端显示屏。将每台设备对应的编号、类型等信息生成二维码，通过手机扫描二维码的方式向SC发起登录认证，获取权限。

认证通过后，运维人员通过手机对设备中的钱箱、票箱等部件进行指令下发，或通过数据面板查看相应执行日志汇总及数据。

3.2.3 消息推送分发

设备产生的数据通过SC上传至MLC，一旦发生故障或出现其他需要运维人员处理的设备状态时，MLC通过查看对应设备的管理权限及当前员工的工作状态，将处理消息即时推送给处于工作中的运维人员。

3.3 终端改造

3.3.1 设备类型

（1）云售票机。云售票机是传统售票机的一种简化版本。与传统售票机不同，该设备不对乘客提供现金服务，只提供互联网支付购票服务。在硬件上，减少了硬币处理模块、纸币处理模块和硬币回收单元，进行轻量化升级改造，主要面向使用互联网支付购买单程票的乘客。

图1 移动端改造架构示意图

售票机的轻量化改造，一方面适应了无现金出行的消费趋势，能满足50%以上的单程票购买需求；另一方面，非必要模块的移除能降低制造成本、缩减占用空间，并减少运维成本。

（2）自助票务处理终端。自助票务处理终端（见图2）是一种乘客自行完成基本票务处理的设备，操作时无需客服人员参与。在面向乘客端，SBOM装有读卡器、二维码摄像头、触控屏等模块。设备不具备票卡回收、硬币纸币模块，主要用于处理二维码票、储值卡业务，满足乘客在设备上进行基本异常票务处理、扫码支付和展示二维码支付等需求。作为BOM的功能子集，SBOM在人流量较大时可作为票务异常处理的补充。设备预留摄像头、扩音器、收音器等模块，具备将移动票房售票机升级为兼具人工远程服务终端的能力，配备专门的客户服务人员，为开展人工智能服务作铺垫。客服人员可为乘客提供SBOM使用远程指导，优化了服务效率和范围。

（3）云检票机。云检票机（见图3）是一种检票机的轻量化设备，主要支持云检票业务。与传统闸机的最大区别为：出站云检票机、双向云检票机均移除了单程票回收模块，增加了二维码摄像头模块，可同时提供储值票、二维码票的检票。设备具备在线模式和孤岛模式2种，可根据网络状态进行策略调整，兼具在线和离线校验互联网票务的功能。安装摄像头的云检票机可支持智能人脸识别的检票方式。改造后的检票机具有减少占地空间，降低制造、运维成本等优点。

图2 自助票务处理终端

图3 云检票机

（4）移动双向检票机。移动双向检票机（见图4）作为移动检票装置，灵活安装在车站非付费区各通道出入口，由站务员进行操作。作为高峰时段乘客出入检票的补充，能实现刷卡进出站，具备单程票卡回收功能。与传统检票机不同，移动双向检票机不具备乘客通行监控单元，不具备传感器及通行逻辑控制和门翼。检票具备孤岛模式，可在联网状态下将数据传输至AFC系统。

（5）移动式半自动售票机。移动式半自动售票机（见图5）能完全实现既有半自动售票机的所有功能，且小巧轻便、便于携带，并具备孤岛模式，联网后数据自动上传至AFC系统。该售票机灵活放置于票亭或手持在车站其他位置进行票务业务办理，并可跨线使用。移动式半自动售票机是集成读写器、电池、显示器及主控单元的一体化设备，可完成车票处理、状态显示、数据通信、状态监控等功能。

（6）便捷式验票机。便捷式验票机（见图6）由车站工作人员携带使用，装有读卡器和二维码识别摄像头，可对单程票、天府通卡及二维码票进行核查，具备检票机和票房售票机的部分功能补充。该验票机具备孤岛模式，可在联网状态下将数据传输至AFC系统。在高峰站点及高峰时段，作为人工检票的补充，提供简单的异常票务处理，提升服务效率。

3.3.2 设备维护模块

传统售票机及闸机的轻量化改造，主要面向设备的维护面板。配合移动端改造方案，设备只用于接收移动端信息、完成指令下发、查看状态等操作，将原本设备内部交互的传输指令模式变更为通过移动运维端操控，移除掉设备的维护模块。

4 优化结果

4.1 成本大幅降低

相对于传统的TVM和AGM，改造后的部分设备制造成本大幅降低。在地铁新线建设时，采用多种设备优化组合的形式，不但满足业务需求，还降低了设备采购成本。同时，设备运维模块减少，也使运维时间减少。改造后的设备优化结果见表1。

另外，除了新设备硬件建设成本降低，传统设备的建设成本也获得一定程度的优化（见表2）。

4.2 客流处理更灵活

细分及轻量化设备后，设备具备了站点与站点之间移动的可能性。通过线网客流管理手段，对站间的人员及设备进行统一调配，短时间内提升特殊站点的临时进出站效率。调配设备主要是移动双向检票机、便捷式验票机，每台设备为站点提升20人/min的通行效率。

图4 移动双向检票机

图5 移动式半自动售票机

图6 便捷式验票机

表1 改造后设备优化结果

表2 传统设备优化结果

5 结论与建议

随着互联网、人工智能等技术不断更新迭代，轨道交通所使用的票种也不断更新出更多类型。出于成本及管理的考虑，AFC设备群既要保证原有业务能在同一站点实现，也要尽量提高设备利用率、降低成本。因此，票务业务逐渐拆分，并被更多的细分种类设备所承接，形成一种高可行性方案。在站内票务设备配置上，通过“全业务设备+部分业务设备”的形式实现业务和成本的兼顾。同时，优化设备部件及管理，应用移动互联网技术实现远程管理，也进一步降低了费用。在应对突发性高峰客流方面，在线网与站点、站点与站点间配备轻量级可移动设备，通过相互之间的调配加快售检票速度，缓解客流压力。

综上所述，越来越多的新技术支持了更多的地铁运营需求，也体现在地铁车站AFC终端设备中，“移动化”和“轻量化”是下一代设备的特点。只有积极顺应技术潮流，才能保持地铁服务中敢于创新、服务乘客的品质。