北京地铁自动售检票系统技术改造的探索

陈 楠，李 郁，李爱琦，孟凡琛，张 征，张东辉

（1.北京市基础设施投资有限公司，北京 100101；2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；3.北京轨道交通路网管理有限公司，北京 100101）

1 概述

北京地铁规划始于1953年，工程始建于1965年，最早的线路竣工于1969年，1971年开始运营。截至2014年12月28日，北京地铁共有18条运营线路（包括17条地铁线路和1条机场轨道），组成覆盖北京11个市辖区，拥有334座运营车站、总长527 km运营线路的轨道交通系统。

北京轨道交通AFC系统经历了3个建设阶段：第一阶段在2010年前，建设标准采用《ACC/AFC系统业务规则和技术规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11/T1164.1-2020、DB11/T1164.2-2020、DB11/T1164.3-2020）建设开通了 ACC、M1/2、M4、M5、M8（Ⅰ）、M10（Ⅰ）、M13、八通线共计8条线路，实现了全网的互联互通。第二阶段是2010至2013年，建设标准增加了《AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）建设开通了ACC（Ⅰ）、MLC（Ⅰ）、M6、M8（Ⅱ）、M9、M10（Ⅱ）、M14、M15、大兴、亦庄、昌平、房山、昌八联络线等11条线路，统一了标准读写器。第三阶段2014年，建设标准补充完善了《终端设备技术规范》和《检测规范和指标体系》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11/T1164.7-2020、DB11/T1164.8-2020、DB11/T1164.9-2020），开通了 M6（Ⅱ）、M7、M15（西段）、M14（东段）共计4条线路，完善了AFC系统技术支撑体系。通过三阶段建设，AFC系统相关标准和技术支撑体系逐步完善。

北京地铁长期采用单一票制，2014年12月28日，经过票制票价改造工程，告别“2元时代”，执行新票价方案，实施计程计时票制，解决了AFC系统长期超负荷运行，设备老化、性能降低、寿命到期、设备设施及功能不足等问题。但由于时间紧，任务重，仅对软件打补丁，对硬件简单扩容来满足计程计时票制最基本需要，未解决系统存在的根本问题。

经过多年建设，北京地铁网络化运营格局已经形成，同时步入更新改造阶段。为满足更新改造及业务规则灵活调整的需求，2015年初，北京地铁AFC系统在实现计程计时票制的基础上，开始技术改造的探索。

2 目标

北京地铁AFC系统技术改造工程对全网AFC系统进行软件升级、对硬件进行技术改造，使全网AFC系统到2017年底，具备灵活调整票价方案及业务规则功能，主要包括以下内容。

对2010年前非标线改造、统一标准TPU、统一SC软件、统一接入MLC等，实现全网AFC系统标准化，适应政府需求，支持多种优惠策略，可灵活设置票价方案及业务规则；

完善AFC系统后台统计、管理和审计对账，提升系统可维护性；

补充重点车站AFC终端数量，儿童1.3 m免费过闸，改善乘客购票和通行条件。

在17条运营线路上边运营边改造，既要满足乘客使用要求，又要确保设备改造达到符合运营标准的功能和性能。现场部署和测试难度大、周期长，改造窗口时间短，任务十分艰巨。

3 改造范围

改 造 范 围 包 括ACC、MLC、AFC检 测 中心，涉及在网运行的18条线路（M1、M2、M4、M5、M6、M7、M8（含昌八）、M9、M10、M13、M14、M15、八通线、大兴线、房山线、亦庄线、昌平线和机场线），334座车站，近14 000余台设备。新建MLC和AFC监视中心。

4 现状分析

4.1 系统软件功能不完善

1）系统软件功能不统一

北京轨道交通各层级功能和接口标准不相同。ACC与LC间采用《北京市轨道交通ACC/AFC系统技术规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票 系 统 技 术 规 范 》DB11/T1164.1-2020、 DB11/T1164.2-2020、DB11/T1164.3-2020）。2010 年前建设线路一线一中心，从LC到TPU各层级没有统一建设标准，软件功能和实现方式不同。2010年后建设线路，按照《北京市轨道交通AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）建设，采用大TPU，系统接口标准，软件功能相同，但实现方式不同。标准应用1.0 版情况如图1所示。

图1 1.0版标准应用Fig.1 Application of Ver.1.0 standard

AFC系统非标化，存在以下问题： 2010年前开通线路集成商自行开发终端设备模块接口，各层系统接口非标，难以适应业务规则调整；终端设备操作流程、界面不统一，乘客使用及运营维护不便，同时大量差异化服务带来运营成本提高。各线建设质量参差不齐，系统功能调整严重依赖厂商，不利于长期稳定运行。

2）系统软件安全性低

一卡通采用半脱机充值方式；累计积分业务无防篡改保护、积分转移功能不稳定、积分异议处理不完善； M1卡加密算法易被破解；这些隐患将给乘客和运营企业带来重大损失。

3）参数拆分不灵活

参数不能灵活拆分，如黑名单参数更新频繁，为减少系统负担，随其他参数每年下发一到两次。

4）AFC监视功能不完善

AFC系统成网运行，数据量大、敏感度高，目前缺少全网运营监视平台统一监视系统设备状态、程序版本、票价参数、异常交易等，出现问题依赖厂商人工分析解决，整改时间长。

4.2 系统硬件能力问题

1）TPU：受技术水平发展影响， TPU分小TPU和大TPU。小TPU在2010年前开通线路使用，需与内嵌程序配合完成交易处理。大TPU在2010年后开通线路使用，可独立完成交易处理。大TPU分低端TPU和智能TPU，低端TPU无操作系统，不利参数升级和灵活调整优惠策略；智能TPU带操作系统比低端TPU有优势。

2）M5、M13及机场线：开通运营时间早，主控单元采用板卡级，处理器、操作系统内存、接口不符合标准，不能与智能TPU兼容，终端设备内模块多采用非标产品，并且与国外厂家合作完成，软件修改依赖国外厂家。

3）终端设备不能满足政府要求的1.3 m儿童免费进出站要求。

4）由业务、管理和客流变化引起系统硬件能力不足。2014年底计程计时票制实施后，售补票、充值业务成倍增加，部分车站设备数量不能满足运营需求。售票流程增加，操作人员售票从5 s每张增加到20 s每张，设备数量不变，效率降低；部分设备功能不完善，降低乘客满意度；票价表为纸质粘贴，新线开通需全网更换，成本高。

5 改造方案

5.1 改造后总体架构

经过AFC技术改造工程建设AFC系统实现各层级标准化，标准应用2.0版如图2所示。

图2 2.0版标准应用Fig.2 Application of Ver.2.0 standard

5.2 规范修订

修改业务规则和技术规范，增加新票种、新优惠，统一终端界面；修订ACC-AFC接口技术规范，涉及路网参数、UD数据、终端设备处理流程，基础数据定义，通信接口定义，票卡结构，在线查询接口，对账文件格式等。

5.3 ACC系统

1）软件方案：升级路网参数管理、交易验证及在线处理系统；升级报表管理、对账文件、设备管理业务功能；改造CMS业务和预付值功能；新增虚拟机软件、虚拟机管理软件及备份软件。

2）硬件方案：因在线查询、一卡通异议、新交易处理等业务，清分结算方式需与路径选择方式合并处理，导致增加通讯服务器、在线服务器、接入测试服务器等。

5.4 MLC/LC系统

5.4.1 地铁公司 MLC

1）软件方案：新增参数及相关处理；优化运行时间管理、设备监视、客流监视、查询与ACC系统交换数据、时钟同步、现金收益管理、操作员管理、权限管理、审计管理、报表管理、历史数据管理、专项数据查询、清算对账、通信接口、服务器端应用；支持多个MLC数据汇总统计、支持老线数据接口、支持老线数据迁移。

2）硬件方案：新增灾备中心应用服务器、内联核心交换机、存储交换机、磁盘阵列等。

5.4.2 京港公司 MLC

1）软件方案：支持低峰优惠参数解析及下发、低峰优惠报表统计、新票种库存管理、新票种相关业务报表统计；升级与ACC对账报表；升级LC/MLC、SC系统客流统计分析；优化各层级报表和终端设备水单超程超时补票、无进出站记录补票等统计项的数量和金额，并能查询补票金额修改情况明细；增加一卡通累计优惠金额乘客异议处理、与ACC、一卡通日常业务（票卡配发、票款结算）管理等。

2）硬件方案：扩容生产服务器和磁盘阵列；扩容灾备服务器和磁盘阵列；增加老线数据处理服务器。

5.4.3 LC系统

M1、M2、八通线、M10（I）、M5、M13、机场线调整后接入新建运营MLC系统。M4、大兴线调整后接入京港MLC系统。

5.4.4 新建MLC系统

新建 MLC系统为 M1、M2、M5、M13、八通线、机场线及2020年前新开通线路AFC系统的多线共用线路中心。利用X86服务器及虚拟化软件搭建共享硬件资源池，服务器灵活配置，有效地解决新线接入问题。新建与既有MLC实现统一监视、统一管理、统一数据统计分析。

5.5 线路

5.5.1 SC

1）软件方案：满足《北京轨道交通AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）要求；实现低峰优惠及新票种参数接收下发；实现在BOM一卡通积分转移；实现按票种现金交易统计；实现新增BOM日结按票种及票价统计；实现BOM与SC新增班次现金核算数据；实现新增TVM按票种及票价统计日结、TVM现金核算数据；优化运营维护界面、故障代码、维修报表；日志汉化；实现对SAM各类信息统计管理。

2）硬件方案：对机场线（票制票价改造工程未含）SC服务器和工作站换新，其他线路SC服务器和工作站利旧。

5.5.2 AG/移动AG

1）软件方案：满足《北京轨道交通AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）要求。能处理低峰优惠、新票种等新业务；根据各优惠及票种优化乘客显示界面；对ACC及一卡通调整优化及新增参数进行处理；优化维护界面及故障代码，日志汉化；对SAM卡监视，故障和丢失报警；实现机场线与路网其他线路一票联程。

2）硬件方案：2010年前开通线路：更换小TPU为智能TPU、更换主控板为工控机（M5、M13、机场线）、改造电源模块实现远程唤醒、改造传感器实现1.3 m儿童免费过闸。2010年后开通线路：更换低端TPU为智能TPU（M9、M8（II）、M15、大兴、房山、亦庄、昌平线）、改造传感器实现1.3 m儿童免费过闸。

5.5.3 TVM

1）软件方案：满足《北京轨道交通AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）要求。能处理低峰优惠、新票种等新业务。优化乘客显示界面、水单格式等。对ACC及一卡通调整优化及新增参数处理。增加TVM按票种票价统计日结及现金核算数据；实现在某时间段停止按票价售票；具备模糊查询购票；按运营需求优化维护界面、优化维修信息采集及上传、故障代码、日志汉化；对SAM卡监视，故障和丢失报警；实现机场线和路网其他线路可互相购买车票。2010年前线路TVM能实现纸币找零和一卡通联机充值功能。

2）硬件方案：2010年前开通线路：更换小TPU为智能TPU；更换主控板为工控机（M5、M13、机场线）；增加纸币找零模块（M1、M2、M4、M5、M10（I）、M13、八通、机场线）、增加充值功能（M1/2、八通线）、改造电源模块实现远程唤醒功能。2010年后开通线路：更换低端TPU为智能TPU（M9、M8（II）、M15、大兴、房山、亦庄、昌平线）；增加纸币找零功能（M8（I）），增加纸币找零涉及其他模块的更换。

5.5.4 BOM/移动补票机

1）软件方案：BOM/移动补票机满足《北京轨道交通AFC系统设计与实施规范》（现已纳入《城市轨道交通自动售检票系统技术规范》DB11-2020）要求。能处理低峰优惠、新票种等新增业务，实现低峰优惠查询及补票，并将各类交易统计；按票种及票价统计，优化界面、水单格式等；对ACC及一卡通调整优化及新增参数处理；实现一卡通积分转移和重置，实现一卡通联机充值，对一卡通异议处理；发售预赋值单程票；具备虚拟键盘；优化运维界面、优化维修信息采集及上传、故障代码、日志汉化；对SAM卡监视，故障和丢失报警；实现机场线和路网其他线路可互相购买车票。

2）硬件方案：2010年前开通线路：更换小TPU为智能TPU；更换主控板为工控机（M5、M13、机场）；更换LED显示屏为液晶屏（M4、M10（I）、M8（I）、机场线）；补足乘客显示屏（M1、M2、M4、M10（I）、 八 通 ）。2010年 后开通线路：更换低端TPU为智能TPU（M9、M8（II）、M15、大兴、房山、亦庄、昌平线）。

5.5.5 AVM、手持机、编码分拣机改造方案

AVM功能改造为TVM。手持机功能同AG。编码分拣机支持新票种编码、预赋值和分拣。

5.5.6 新增设备

新设客服机，具备补票、充值和查询功能；新增离线检修设备；新增电子票价牌。

5.6 路网级AFC监视中心

新建AFC监视中心系统，对北京地铁AFC系统集中监视和管理，通过旁站系统实时采集14 000余套终端设备、334座车站系统、3个MLC系统和ACC系统设备运行状态和作业数据，并对数据进行实时处理，通过工作站、大屏幕为监视中心提供设备运行监管、设备应用监管、突发事件应急处置、票卡运行监管、乘客异议处置、AFC运行绩效评价、设备应用分析、规范制度、票制票价策划评估、AFC新业务、新线AFC建设监管、既有线升级、AFC系统更新改造等业务管理功能。为北京网络化运营提供及时有效运营管理手段。

5.7 一卡通系统

一卡通清算系统与AFC系统通过MQ消息中间件完成数据文件交互的方式不变，数据文件内容有所增加：一卡通清算系统每日接收ACC上传的脱机交易文件，并下发参数文件、黑名单文件及对账文件，累积优惠异常处理交易及时间票交易通过清算系统重组，打包发送ACC。

6 效果

AFC技术改造工程实施后，各线路AFC系统使用统一标准化软件，具备灵活调整票价及业务规则的功能，消除了系统对厂商的依赖，降低系统再修改成本，工程间接带来的经济效益是不可估量的。

7 结语

北京作为全国政治经济文化中心，城市发展日新月异，物质文化水平提高，人们对轨道交通服务要求也不断提升。

在轨道交通快速和高质量发展大背景下， AFC系统面临政策和运营管理方式调整是不可避免的，这些变化都导致业务规则、各层级系统和终端设备的改变，为长效解决AFC系统问题，方便、快捷、高效、低成本的满足政策调整要求，进行北京轨道交通AFC系统技术改造探索，搭建灵活敏捷高效的AFC系统，提升乘客服务水平和运营安全、提高运营维护能力，降低系统再修改成本，消除对厂商依赖性，有益于AFC系统长远发展，也为四网融合背景下的票务服务及信息共享打下坚实基础。