周 琳 汪惠芬 劉婷婷

（南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，210094，南京∥第一作者，碩士研究生）

地鐵是城市交通的主要承載體，其運營效率關(guān)乎城市發(fā)展速度，是各行各業(yè)關(guān)注的焦點。與此同時，被稱為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的“物聯(lián)網(wǎng)”也不斷占據(jù)人們的視野，它是對物體具有全面感知能力、對信息具有可靠傳送和智能處理能力的連接物體與物體的信息網(wǎng)絡(luò)，它將互聯(lián)網(wǎng)的用戶終端由個人電腦延伸到任何需要實時管理的物品，從而加強人與物的信息交流［1］，實現(xiàn)物理世界與信息世界的相互作用，提供實時感知、動態(tài)控制和信息反饋等服務(wù)，提高工作效率，節(jié)省操作成本。兩者的高速發(fā)展都以提高效率為目的。

目前，在地鐵運營管理中被廣泛采用自動售檢票（AFC）系統(tǒng)，是基于計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動控制等技術(shù)，實現(xiàn)售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分、管理等全過程的自動化系統(tǒng)，一般可分為車票、車站終端設(shè)備、車站計算機（SC）系統(tǒng)、線路中央計算機（LC）系統(tǒng)和清分（ACC）系統(tǒng)5部分［2］?？傮w來說，對AFC系統(tǒng)的管理可分為票卡管理、賬務(wù)管理和運營維護管理3類，管理的主要對象分別為票箱（用于裝載票卡的容器）、錢箱（用于裝載紙幣和硬幣的容器）和設(shè)備（車站售檢票終端設(shè)備）。從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，這三者即為互聯(lián)的主體，因此，可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對票箱、錢箱和設(shè)備進行管理，使其直接與人交互，提高地鐵運營管理的效果和效率。

1 地鐵運營管理現(xiàn)狀分析

南京地鐵1號線也采用了AFC系統(tǒng)。然而，在實際應(yīng)用過程中，出于信息安全等因素的考慮，AFC給運營管理所帶來的信息化僅普及至高層領(lǐng)導(dǎo)和管理層，對于車站現(xiàn)場的員工來說，仍是通過紙質(zhì)文件、電話等傳統(tǒng)形式對AFC系統(tǒng)進行管理。經(jīng)調(diào)研，總結(jié)出存在的具體問題如下。

1.1 錢箱、票箱管理

1）只有打開設(shè)備才可得知錢箱、票箱內(nèi)部的錢數(shù)和卡數(shù)，工作人員需要根據(jù)經(jīng)驗定時地前往相關(guān)設(shè)備進行檢查。工作效率低，對緊急情況的預(yù)見性和應(yīng)對能力差，錯誤率高。

2）在運輸途中缺乏對錢箱、票箱進行必要的監(jiān)控、追蹤，造成在途狀態(tài)的不可知。

3）通過紙質(zhì)文件進行錢箱、票箱的庫存管理，使得庫存管理工作量大、效率低，特別是對于破損卡、丟失卡的統(tǒng)計。如圖1所示，只有在結(jié)束一天的工作之后才能獲得整條線路的總體破損卡、丟失卡情況，給及時申請補票配送工作（如圖2所示）帶來了麻煩。

圖1 常規(guī)票卡配送流程圖

圖2 突發(fā)情況票卡配送流程

1.2 乘客事務(wù)處理

1）手工報表使得統(tǒng)計工作加重，且造成了紙張資源的浪費；

2）處理過程完全通過工作人員的感知進行，難免造成處理失誤。

1.3 設(shè)備維修管理

1）巡檢工班對設(shè)備狀態(tài)的未知，導(dǎo)致維修人員的派遣、調(diào)度困難；

2）維修請求需從中央工班獲得，使得維修及時性受到限制；

3）維修工作由兩個部門配合完成，責(zé)任分散，使得維修效率低下；

4）維修人員到達(dá)現(xiàn)場的時間過長（30～60min）。

綜上所述，在地鐵AFC系統(tǒng)管理中存在信息化斷層的問題，即在設(shè)備層和執(zhí)行層（SC層）之間缺乏信息通道，在執(zhí)行層和計劃層（LC層和ACC層）之間缺乏有效交流。其根本原因在于SC層缺乏一個支撐地鐵AFC系統(tǒng)管理，實現(xiàn)錢箱、票箱、設(shè)備以及乘客事務(wù)實時交互的平臺。因此，如何構(gòu)建該平臺以掌控錢箱、票箱的流轉(zhuǎn)過程，智能化乘客事務(wù)的處理過程，高效化設(shè)備的維修過程，值得關(guān)注。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)設(shè)計

針對目前南京地鐵存在的問題，可以利用物聯(lián)網(wǎng)全面感知、可靠傳送和智能處理的特征和功能構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)平臺下，實時掌控錢箱、票箱的信息，高效化、無紙化乘客事務(wù)處理過程，實時了解設(shè)備狀態(tài)信息和維修過程信息，解決信息化斷層問題。

2.1 系統(tǒng)總體目標(biāo)

本文所研究的信息系統(tǒng)是一個運行于車站級的信息交互平臺，以車站級作業(yè)人員與管理人員為應(yīng)用對象，接收AFC計劃層信息、反饋設(shè)備層信息，修復(fù)信息化斷層問題。系統(tǒng)總體目標(biāo)如下所述：

（1）實現(xiàn)票箱、錢箱的實時跟蹤、自動出入庫管理，提高票務(wù)、賬務(wù)管理的安全性和信息化水平；

（2）實現(xiàn)乘客事務(wù)的無紙化處理，以便于查詢和統(tǒng)計分析，提高工作效率；

（3）實現(xiàn)各設(shè)備運行情況及維修進程對巡檢工班的可視化，提高維修效率；

（4）實現(xiàn)員工管理信息化，以便隨時查閱員工狀況，并且將員工ID綁定于每一項操作，便于責(zé)任到人，提高工作積極性；

（5）通過該系統(tǒng)的實施，提高管理水平，加大信息共享、實時控制的力度。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)典體系架構(gòu)為感知層、傳輸層和應(yīng)用層3層結(jié)構(gòu)。文獻［4］提出了應(yīng)用于礦山物聯(lián)網(wǎng)的感知層、解析層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層的5層結(jié)構(gòu)。同樣考慮到地鐵AFC系統(tǒng)管理具有覆蓋范圍廣、信息量大、采集點多的特點，為了減緩傳輸層的壓力，保證信息傳遞的可靠性和安全性，在感知層和傳輸層之間增加了解析層，用于篩選感知層采集到的信息，按需傳送給傳輸層；在傳輸層和應(yīng)用層之間增加了數(shù)據(jù)庫層，用于存放、處理數(shù)據(jù)信息，控制信息的訪問。最終將地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系劃分為感知層、解析層、傳輸層、數(shù)據(jù)庫層和應(yīng)用層5層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）感知層：識別物體、采集信息，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐層。本系統(tǒng)主要采用物聯(lián)網(wǎng)最基本的關(guān)鍵技術(shù)——RFID（無線射頻識別，通常由電子標(biāo)簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成）技術(shù)實現(xiàn)。通過RFID標(biāo)簽讀寫器［5］，結(jié)合植入的產(chǎn)品電子代碼（EPC）、嵌入式系統(tǒng)等，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象——錢箱、票箱中RFID標(biāo)簽內(nèi)的相應(yīng)信息，實現(xiàn)物體識別、位置識別和路徑識別，完成數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制任務(wù)。本系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽選用了錢箱、票箱以及員工卡自身攜帶的用于識別對象ID的RFID標(biāo)簽，將其功能擴展，實現(xiàn)感知，其原理如圖4所示。

（2）解析層：包括讀寫器接口、數(shù)據(jù)接口和EPC中間件服務(wù)器。通過讀寫器接口接收感知層實時采集的數(shù)據(jù)，利用EPC中間件服務(wù)器對信息進行修復(fù)、篩選和解碼，并通過數(shù)據(jù)接口將有用的信息上傳。重復(fù)的信息被屏蔽刪除，降低了信息包裹丟失的概率，減輕了上層對信息的解析壓力，提高了傳輸速度。

圖4 RFID原理系統(tǒng)

（3）傳輸層：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和傳輸，解決以傳感網(wǎng)絡(luò)為代表的末梢網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)絡(luò)的接入問題，達(dá)到組網(wǎng)控制和信息匯集的目的。通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)等將感知層獲取的信息進行傳輸和處理，即通過該層將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（4）數(shù)據(jù)庫層：對被篩選過并傳輸至該層的數(shù)據(jù)信息進行分類、存儲、查詢、上傳，供應(yīng)用層提取、統(tǒng)計、分析和處理，并將指令信息反饋回設(shè)備。此外，可通過訪問控制實現(xiàn)不同用戶對該層數(shù)據(jù)調(diào)用時的權(quán)限控制，保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

（5）應(yīng)用層：通過各種應(yīng)用服務(wù)器，結(jié)合行業(yè)需求，融合行業(yè)專業(yè)技術(shù)，實現(xiàn)廣泛智能化。對于地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)，主要通過各種應(yīng)用服務(wù)終端實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計、分析和處理，獲得能反映地鐵運營管理狀況的信息，并在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的反饋，實現(xiàn)實時管理和及時控制。

2.3 系統(tǒng)功能模塊

基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)由錢箱管理、票箱管理、乘客事物管理、設(shè)備管理和數(shù)據(jù)管理5大模塊組成，各模塊實現(xiàn)功能如圖5所示。

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)功能圖

2.3.1 錢箱管理

錢箱管理模塊主要負(fù)責(zé)錢箱的預(yù)警、靜態(tài)監(jiān)控、動態(tài)追蹤、庫存管理以及信息管理。對于一個站點而言，錢箱主要分布在自動售票機（TVM）、票務(wù)處理機（BOM）、倉庫以及途中，涉及更換提醒、出入庫管理以及在途追蹤3個問題。利用標(biāo)識錢箱身份的RFID標(biāo)簽的讀寫功能，將錢箱的狀態(tài)信息寫入，并通過RFID讀寫器實時地獲取這些信息后傳輸?shù)紸FC信息管理系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)的統(tǒng)計、分析、處理，最終獲得該錢箱的管理特征和信息。

（1）對于安置在設(shè)備中的錢箱，通過設(shè)備觸發(fā)RFID讀寫器，讀寫器將變更信息如錢箱中的錢數(shù)、錢箱的更換信息等寫入RFID標(biāo)簽中，AFC信息管理系統(tǒng)通過觸發(fā)讀寫器定時獲取標(biāo)簽中的信息。通過設(shè)置更換臨界值，可實現(xiàn)更換提醒，達(dá)到錢箱靜態(tài)監(jiān)控的目的。

（2）對于安置在倉庫中的錢箱，在倉庫出入口處安置RFID讀寫器［6］，并將其設(shè)置成自動觸發(fā)。每當(dāng)錢箱出入庫時，讀寫器讀取該錢箱RFID標(biāo)簽中的信息，并上傳至系統(tǒng)，實現(xiàn)自動出入庫管理。

（3）對于在途的錢箱，為了保證其安全可控，可在沿途設(shè)置必要數(shù)量的RFID讀寫器，當(dāng)錢箱經(jīng)過這些特定區(qū)域時，讀寫器自動觸發(fā)，自動獲取錢箱信息，從而達(dá)到動態(tài)追蹤的目的。

2.3.2 票箱管理

票箱管理同錢箱管理基本類似，區(qū)別在于票箱多了一個分布地——閘機。閘機用于回收車票，與TVM、BOM中的票箱功能剛好相反，因此在考慮票箱更換時，需要考慮閘機中的票箱情況。另外，票箱的信息化管理可以更好地統(tǒng)計和預(yù)測車票丟失或損壞的情況，便于站點預(yù)測性地向上級提出補票申請，上級也可根據(jù)統(tǒng)計曲線提早制定車票生產(chǎn)計劃。

2.3.3 乘客事物管理

乘客事物管理模塊主要負(fù)責(zé)乘客事務(wù)的電子錄入，在解決乘客事物時系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫能夠智能化地給出解決方法，減輕了員工的工作強度和難度，并在減少出錯率的同時方便了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，是實現(xiàn)地鐵運營管理全數(shù)字化不可忽視的一方面。

2.3.4 設(shè)備管理

設(shè)備管理模塊主要負(fù)責(zé)設(shè)備基本信息的管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備維修報警以及設(shè)備維修過程管理。事實上，AFC系統(tǒng)已經(jīng)囊括了設(shè)備狀態(tài)管理，但是，出于對系統(tǒng)安全的考慮，目前由AFC系統(tǒng)提供的設(shè)備信息僅向管理層開放，巡檢工班只有接到上級電話時才能知曉設(shè)備情況，這必然會耽誤設(shè)備維修的時機，給乘客出行帶來麻煩。該模塊即為解決此問題而設(shè)計，通過與AFC系統(tǒng)的交互，獲知設(shè)備狀態(tài)信息，直接面向維修工班，以便其第一時間前往現(xiàn)場進行維修，為地鐵的高效運營提供技術(shù)支撐。

2.3.5 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊主要負(fù)責(zé)提供人員信息的管理、文檔管理以及系統(tǒng)管理。對于文檔管理，即將數(shù)據(jù)集中管理，無需登錄相應(yīng)的管理模塊便可查看和打印各類常規(guī)報表，瀏覽和下載公司電子化的制度、手冊。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)構(gòu)建時必須因地制宜。地鐵的運營管理覆蓋范圍廣，從中心到線路到站點，是一個分布廣泛又統(tǒng)一管理的整體，因此，在建設(shè)系統(tǒng)時，必須綜合考慮各線路、各站點之間信息的聯(lián)通與統(tǒng)一。根據(jù)圖6所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個站點均建設(shè)有與圖中“車站1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。車站控制室負(fù)責(zé)本站點的信息管理，并通過地鐵系統(tǒng)光傳送網(wǎng)（OTN）［7］與上層控制中心進行通訊，一方面實時上傳必要的運營信息、及時發(fā)送請求，另一方面接收AFC系統(tǒng)服務(wù)器中相關(guān)信息和上層決策指令，形成一個開環(huán)的網(wǎng)絡(luò)，最大程度地發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用，最終達(dá)到信息共享、實時控制、提高效率的目的，實現(xiàn)整個地鐵運營管理過程中信息、資源的共享和整合。

3 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)是在綜合應(yīng)用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)上，再利用RFID技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，將關(guān)乎地鐵高效運營的票卡管理流程、賬務(wù)管理流程和運營維護流程集于一體的綜合系統(tǒng)。通過RFID技術(shù)，實現(xiàn)對錢箱票箱的實時監(jiān)控、在途跟蹤以及自動出入庫管理；通過信息化手段，實現(xiàn)乘客事物管理的無紙化和智能化；通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)設(shè)備維修管理的及時性和針對性，最終達(dá)到地鐵運營管理過程中信息共享和實時控制的目的，為地鐵全數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。

總之，在物聯(lián)網(wǎng)不斷盛行的當(dāng)今社會，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)符合地鐵運營管理的需要，符合國家信息產(chǎn)業(yè)建設(shè)的需要，符合時代發(fā)展的需要。

圖6 基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵車站級AFC信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

［1］胡向東.物聯(lián)網(wǎng)研究與發(fā)展綜述［J］.數(shù)字通信，2010（4）：20.

［2］許立新，陸斌.“城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)”國家標(biāo)準(zhǔn)解讀［J］.通信與廣播電視，2006（1）：31.

［3］邵威，李莉.感知中國——我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑研究［J］.中國科技信息，2009（24）：330.

［4］解海東，李松林，王春雷，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能礦山體系研究［J］.工礦自動化，2011（3）：64.

［5］趙會群，肖慧彬，馬宇健.一種安全RFID后臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法研究［J］.計算機應(yīng)用研究，2009（2）：21.

［6］謝勇，王紅衛(wèi).基于物聯(lián)網(wǎng)的自動入庫管理系統(tǒng)及其應(yīng)用研究［J］.物流技術(shù)，2007，26（4）：93.

［7］許立新，張衛(wèi)寧.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在南京地鐵AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.通信與廣播電視，2006（1）：25.