黎 慶 張 寧 徐鐘全 王 健

（1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，210024，南京；2.東南大學(xué)智能運輸系統(tǒng)研究中心，210018，南京；3.北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，100073，北京∥第一作者，教授級高級工程師）

GB／T20907—2007《城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件》中提出：自動售檢票（AFC）系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)五層構(gòu)架體系［1］。五層構(gòu)架體系是根據(jù)我國國情和城市發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮了城市軌道交通建設(shè)和運營的特點（如票種設(shè)置豐富、線路多而復(fù)雜、與城市一卡通兼容等），具有一定的可伸縮性［2－3］。同時，隨著運營經(jīng)驗的豐富和相關(guān)技術(shù)的進步，運營商意識到AFC 系統(tǒng)的架構(gòu)體系需符合城市自身特點。在考慮未來線網(wǎng)規(guī)模、管理體制、系統(tǒng)升級改造、滿足運營管理需求的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的五層架構(gòu)體系進行了一定程度的拓展，以提高運營效率，節(jié)約建設(shè)、運營成本，使系統(tǒng)更好地適應(yīng)并滿足線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化運營帶來的種種需求［4］。例如北京地鐵提出的多線公用 AFC 系統(tǒng)線路中心［5］、南京地鐵提出的AFC 系統(tǒng)區(qū)域中心［6］等。本文對城市軌道交通AFC 系統(tǒng)的區(qū)域中心（ZLC）總體設(shè)計及功能設(shè)計進行探討。

1 ZLC總體設(shè)計

城市軌道交通AFC 系統(tǒng)ZLC 是面向城市軌道交通線網(wǎng)的區(qū)域化管理而提出的，旨在解決一定規(guī)模的線網(wǎng)內(nèi)相關(guān)各線路獨立運營所帶來的運營管理復(fù)雜、維修調(diào)配不便，線網(wǎng)建設(shè)發(fā)展帶來的線路升級改造對運營產(chǎn)生的影響，以及新老線路間接口不統(tǒng)一帶來的一系列問題。其業(yè)務(wù)需求如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)化運營下對區(qū)域范圍內(nèi)車站實現(xiàn)統(tǒng)一運營、統(tǒng)一票務(wù)、統(tǒng)一維修管理；

（2）統(tǒng)一線路內(nèi)部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)，滿足新建或改造項目的接入（例如延伸線的接入）；

（3）減輕清分中心（ACC）日常運營壓力，同時為ACC 升級改造確定前提條件；

（4）為后續(xù)項目（如控制中心）的建設(shè)提供參考樣本。

基于以上業(yè)務(wù)需求，ZLC 建成后應(yīng)能作為AFC 系統(tǒng)的核心部分，實現(xiàn)對AFC 系統(tǒng)運營、票務(wù)、收益、維修等的集中管理功能。ZLC 可收集、處理系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)，制定、維護系統(tǒng)各類參數(shù)，接收、下達(dá)系統(tǒng)各類指令，接受ACC的統(tǒng)一管理并提供高度的安全機制和嚴(yán)格的操作規(guī)程；同時，通過ACC實現(xiàn)本區(qū)域與城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)其它區(qū)域以及城市公共交通一卡通之間的結(jié)算。在線網(wǎng)中設(shè)置ZLC 的AFC 系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 設(shè)置區(qū)域中心的AFC 系統(tǒng)架構(gòu)圖［3］

根據(jù)對ZLC 業(yè)務(wù)需求的分析，ZLC 層位于ACC層與SC（車站中心）層之間，依據(jù)AFC 系統(tǒng)建設(shè)實際情況，該層可獨立設(shè)置ZLC 或設(shè)置ZLC／LC（線路中心）共存模式，以便AFC 系統(tǒng)由線路管理過渡到區(qū)域管理。ZLC 的設(shè)置對原先布置與LC的清分管理、運營管理、票務(wù)管理、收益管理、維修管理、數(shù)據(jù)管理、報表管理等功能與其對應(yīng)管理主體都需做出相應(yīng)變動。ZLC 通過統(tǒng)一交互接口實現(xiàn)不同車站或線路的接入，ACC 通過 ZLC 與SC 及終端設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。ZLC 系統(tǒng)的核心由實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫組成。其中，實時數(shù)據(jù)庫用于處理在線更新的快速變化的數(shù)據(jù)及具有時間限制的事務(wù)處理，如設(shè)備／客流實時監(jiān)控等；而關(guān)系數(shù)據(jù)庫建立在ZLC 各類數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上，通過不同軟件模塊實現(xiàn)如系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、報表分析等分析和管理功能。ZLC 硬件部署的核心是中心數(shù)據(jù)庫集群與交易處理集群的設(shè)置。其中，交易處理集群實現(xiàn)對ZLC所轄車站交易數(shù)據(jù)收集、分析、處理的支持，并將處理后數(shù)據(jù)發(fā)送至ZLC 數(shù)據(jù)庫集群；ZLC數(shù)據(jù)庫集群收集、分析、處理ZLC 各類綜合數(shù)據(jù)（如收益數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、清分?jǐn)?shù)據(jù)等），為ZLC 各類功能的實現(xiàn)提供支持。以南京地鐵為例，ZLC 總體規(guī)劃及系統(tǒng)硬件部署如圖2、圖3所示。

2 ZLC功能設(shè)計

根據(jù)ZLC 的總體規(guī)劃，ZLC 系統(tǒng)可以劃分為核心業(yè)務(wù)后臺、核心業(yè)務(wù)前臺和運營支持與分析三大功能模塊。

2.1 核心業(yè)務(wù)后臺

核心業(yè)務(wù)后臺包含通信管理、數(shù)據(jù)管理以及時鐘管理3個模塊，是核心業(yè)務(wù)前臺與支持分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)的傳輸、解析、審核、核對、備份以及安全等。

2.1.1 通信管理

系統(tǒng)將整個通信系統(tǒng)分為消息接入模塊和消息處理模塊。消息接入模塊接受來自內(nèi)部和外部系統(tǒng)的消息報文，然后轉(zhuǎn)由消息處理模塊處理。

消息接入模塊主要提供通信服務(wù)，包括消息報文的接受和發(fā)送，分別由通信服務(wù)模塊和通信客戶模塊來完成。通信服務(wù)模塊接受外接系統(tǒng)的連接請求，建立通信連接，接收消息請求報文，發(fā)送給消息處理模塊，然后從消息處理模塊接收應(yīng)答報文，發(fā)送到外接系統(tǒng)；通信客戶模塊向外接系統(tǒng)發(fā)送消息請求和接收外接系統(tǒng)的消息應(yīng)答。

消息處理模塊接受來自外部和內(nèi)部接入模塊的各種消息，進行業(yè)務(wù)處理后，形成應(yīng)答報文發(fā)送給外部和內(nèi)部系統(tǒng)。

2.1.2 數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)核對、數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)連續(xù)性檢驗以及數(shù)據(jù)安全。

圖2 ZLC 系統(tǒng)總體規(guī)劃

圖3 ZLC 系統(tǒng)硬件部署

ZLC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸可分為實時通信傳輸與文件傳輸。通過實時通信傳輸，ZLC 實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)SC、車站設(shè)備（SLE）以及區(qū)域外部ACC、LC 之間的實時通信（比如設(shè)備事件、設(shè)備工作狀態(tài)、客流信息、監(jiān)控命令、車站模式狀態(tài)、控制命令等）。實時報文采用CRC32算法來驗證報文中的數(shù)據(jù)有沒有發(fā)生丟失或被篡改，確保數(shù)據(jù)傳送過程中的數(shù)據(jù)安全及完整性。實時通信傳輸采用CORBA（公共對象請求代碼體系結(jié)構(gòu)）技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)，部署在接入服務(wù)器上。ZLC 系統(tǒng)的文件傳輸包括FTP（文件傳輸協(xié)議）的服務(wù)端程序和客戶端程序兩個部分。ZLC 系統(tǒng)向SC 系統(tǒng)提供FTP服務(wù)，SC 系統(tǒng)通過實時通信傳輸平臺向ZLC 發(fā)送FTP 登錄申請報文，獲取FTP服務(wù)的用戶名和密碼等信息后，登錄ZLC 的FTP服務(wù)器并主動向ZLC 上傳或下載文件。同樣，ACC系統(tǒng)向ZLC 系統(tǒng)提供FTP服務(wù)，ZLC 系統(tǒng)通過實時通信傳輸平臺向ACC發(fā)送FTP登錄申請報文，獲取FTP 服務(wù)的用戶名和密碼等信息后，登錄ACC 的FTP服務(wù)器并主動向ACC 傳輸或下載文件。

在數(shù)據(jù)傳輸完成后，ZLC 對所收集的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)數(shù)據(jù)的類型及用途進行實時或批量地處理，以滿足系統(tǒng)監(jiān)視、運營管理及決策分析的需求。同時，ZLC 系統(tǒng)需對數(shù)據(jù)進行審計，以檢查原始數(shù)據(jù)的真實性、完整性等。通常對于每種車票交易類型的數(shù)據(jù)一方面通過設(shè)備寄存器進行數(shù)據(jù)累計，另一方面以交易數(shù)據(jù)的形式存在，兩種數(shù)據(jù)均上傳到ZLC。ZLC 對兩種數(shù)據(jù)進行相互核對，檢查系統(tǒng)中是否存在非法數(shù)據(jù)。通過對收集數(shù)據(jù)、審查數(shù)據(jù)的核對，檢查收集數(shù)據(jù)、審查數(shù)據(jù)的一致性，檢查系統(tǒng)是否存在數(shù)據(jù)的缺失。ZLC 對數(shù)據(jù)的核對分為三級，分別為 ZLC／ACC 核對、ZLC／SC 核對以及SC／SLE核對，保證交易文件處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1.3 時鐘管理

AFC 系統(tǒng)以ACC 作為主時鐘源，線路通信服務(wù)作為備時鐘源。系統(tǒng)使用SNTP（簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）進行時鐘同步。ZLC 從時鐘源獲得標(biāo)準(zhǔn)時鐘后，把自己作為SNTP服務(wù)器，向本ZLC 的管理終端和所轄線路及其下屬SC 提供標(biāo)準(zhǔn)時鐘。

2.2 核心業(yè)務(wù)前臺

核心業(yè)務(wù)前臺由監(jiān)控管理、參數(shù)管理、票務(wù)管理以及收益管理等功能模塊組成，負(fù)責(zé)ZLC所轄車站的相關(guān)日常管理。

2.2.1 監(jiān)控管理

監(jiān)控管理負(fù)責(zé)區(qū)域監(jiān)控、車站監(jiān)控、客流監(jiān)控以及系統(tǒng)監(jiān)視。ZLC 區(qū)域監(jiān)控模塊集中監(jiān)視區(qū)域內(nèi)各個車站的狀態(tài)，車站的狀態(tài)包括車站的運行狀態(tài)和模式狀態(tài)。車站的運行狀態(tài)包括正常，報警，警告和離線狀態(tài)。車站的模式狀態(tài)包括緊急模式、正常模式和各降級模式。

ZLC車站監(jiān)控模塊集中監(jiān)視本區(qū)域內(nèi)各個車站的設(shè)備，對設(shè)備的監(jiān)控主要包括運行模式、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備故障及報警等各類監(jiān)控信息。同時，ZLC系統(tǒng)可以集中控制整個系統(tǒng)的運行，可向某組設(shè)備、某類設(shè)備或某臺設(shè)備下達(dá)控制指令。

ZLC客流監(jiān)控模塊集中監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)線路和車站的客流情況，以提供制定運營計劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所監(jiān)視的客流包括所有設(shè)備處理的客流，同時ZLC系統(tǒng)生成客流統(tǒng)計報告，顯示系統(tǒng)各類設(shè)備處理各類客流的情況。通常，統(tǒng)計報告包括各類車票使用人數(shù)、自動售票機購票人數(shù)、半自動售票機處理各類車票人數(shù)，自動加值機使用人數(shù)、各類車票進站人數(shù)、各類車票出站人數(shù)、補票人數(shù)、無票通過人數(shù)等。

ZLC系統(tǒng)監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)主機性能、后臺線程、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、UPS（不間斷電源）以及網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控。

2.2.2 參數(shù)管理

ZLC參數(shù)管理主要包括設(shè)備運行數(shù)據(jù)（EOD）、黑灰名單和履歷等。EOD 參數(shù)又分為ACC級參數(shù)和ZLC 級參數(shù)。ACC 級別的參數(shù)在ACC生成，向全線網(wǎng)所有ZLC 發(fā)布。ZLC 級別的參數(shù)，向本ZLC 的下級SC 發(fā)布，SC 轉(zhuǎn)發(fā)給下級設(shè)備。黑灰名單在ACC 生成，以文件的形式向全線網(wǎng)所有ZLC發(fā)布。履歷在ACC 生成，以文件的形式向全線網(wǎng)所有ZLC 發(fā)布。

2.2.3 票務(wù)管理

ZLC票卡庫存管理統(tǒng)一集中管理ZLC 和各個車站的庫存點的票卡庫存信息。當(dāng)區(qū)域所轄站點每天日終結(jié)算后，產(chǎn)生當(dāng)日票卡結(jié)存信息并上傳ZLC。當(dāng)需要進行票卡調(diào)撥操作時，ZLC 根據(jù)庫存情況向ACC提出票卡調(diào)撥申請，接受ACC 調(diào)撥命令，根據(jù)線路實際情況響應(yīng)該命令，完成票卡的調(diào)撥。

2.2.4 收益管理

ZLC收益管理查看本區(qū)域內(nèi)某個設(shè)備或多個設(shè)備的當(dāng)前收益，或日終收益，通常包含自動售票機（TVM）現(xiàn)金管理、POST（半自動售票機）現(xiàn)金管理以及一卡通充值現(xiàn)金管理。同時，系統(tǒng)負(fù)責(zé)為車站提供備用金增加、減少、領(lǐng)用、歸還等管理功能。

2.3 運營支持與分析

ZLC運營支持與分析由維修管理、系統(tǒng)管理和運營分析等功能模塊組成。

2.3.1 系統(tǒng)管理

ZLC 系統(tǒng)管理主要對系統(tǒng)的操作權(quán)限、系統(tǒng)日志以及內(nèi)務(wù)進行管理。操作員在對ZLC 系統(tǒng)進行操作前，需要對操作員ID、操作密碼進行驗證，通過驗證后方可進行權(quán)限允許內(nèi)的操作。同時系統(tǒng)軟硬件運作過程中產(chǎn)生的各種事件，包括系統(tǒng)運行事件、應(yīng)用軟件運行事件、安全事件、異常事件等都由系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在內(nèi)務(wù)管理方面，系統(tǒng)對生成的文件及與各子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的文件進行有效管理，對任何過期或無效的文件定期進行刪除、清理、歸檔或備份處理。

2.3.2 維修管理

ZLC 維修管理對本區(qū)域線路AFC 系統(tǒng)設(shè)備進行登記，形成設(shè)備臺賬。臺帳詳細(xì)記錄設(shè)備的設(shè)備號、設(shè)備名、設(shè)備屬性、設(shè)備所處車站、服務(wù)運行狀態(tài)、故障維修記錄、主要部件更換記錄、安全卡更換記錄和設(shè)備搬遷記錄等信息。數(shù)據(jù)庫中記錄了設(shè)備或部件的規(guī)格、數(shù)量、出入庫和庫存等信息，以便維修人員查詢和統(tǒng)計備品備件在其入庫、出庫、報廢等周期內(nèi)的完整記錄。根據(jù)設(shè)備維修歷史和檢修周期等，系統(tǒng)自動或手動生成維修計劃，并對維修計劃進行統(tǒng)一管理。

2.3.3 運營分析

ZLC 運營分析通過對各類運營原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，進行收益分析、客流分析以及差異分析。收益分析包括ZLC對所轄線路、車站、設(shè)備進行收益統(tǒng)計分析，如各類車票的不同處理類型的統(tǒng)計分析、系統(tǒng)現(xiàn)金數(shù)據(jù)的核算及統(tǒng)計分析、各種優(yōu)惠條件下的收益損失統(tǒng)計、對車站每日收益狀況進行統(tǒng)計等?？土鞣治鲋饕鶕?jù)設(shè)備上傳的實時客流狀態(tài)來監(jiān)視實時客流數(shù)據(jù)，通過建立合適的路網(wǎng)模型來計算各車站不同方向的斷面客流，為指定票務(wù)政策、行車調(diào)度等提供參考。差異分析為常見的差異類別，提供便捷的查詢、分析差異的工具，減少相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析人員對底層數(shù)據(jù)庫表的直接訪問，提高效率的同時增加數(shù)據(jù)安全性。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營的深入，許多城市在AFC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的五層架構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的調(diào)整策略，如增設(shè)LC、ZLC 等。筆者在分析城市軌道交通線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化后帶來新的運營需求的基礎(chǔ)上，首先對ZLC 的總體規(guī)劃進行分析，然后從核心業(yè)務(wù)后臺、核心業(yè)務(wù)前臺以及支持與分析系統(tǒng)3個模塊詳細(xì)分析了ZLC 的功能設(shè)計，為國內(nèi)城市軌道交通AFC 系統(tǒng)ZLC 的總體設(shè)計提供參考。

［1］GB／T20907－2007城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件［S］.

［2］鄧先平，陳鳳敏.中國城市軌道交通AFC 系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.都市快軌交通，2005，18（3）：18.

［3］邱華瑞，張寧，徐文，等.城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)架構(gòu)體系研究［J］.都市快軌交通，2014，27（2）：74.

［4］王健，張寧，黃亮，等.南京地鐵AFC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)思路和再思考［J］.都市快軌交通，2011，24（1）：69.

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