張所斌，王瑜，王春燕

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，四川 成都 610058）

1 概述

21世紀(jì)的“智慧城市”充分運(yùn)用數(shù)據(jù)和通信技術(shù)手段，感測、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)等需求做出智能響應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的城市生活[1]。

在軌道交通行業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+”和人工智能等技術(shù)為自動(dòng)售檢票、安檢、監(jiān)控與設(shè)備維護(hù)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域的升級(jí)改造發(fā)揮積極作用。根據(jù)城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（Automatic Fare Collection System，AFC）專委會(huì)對(duì)2018年上半年AFC項(xiàng)目招投標(biāo)情況的調(diào)查，期間我國AFC公開招標(biāo)項(xiàng)目有25個(gè)，包括5個(gè)互聯(lián)網(wǎng)改造項(xiàng)目和2個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)改造項(xiàng)目，總金額達(dá)27.7億元。未來幾年，新線AFC項(xiàng)目將持續(xù)出現(xiàn)，也會(huì)新增大量既有線AFC系統(tǒng)設(shè)備“互聯(lián)網(wǎng)+”改造項(xiàng)目[2]。

依據(jù)成都地鐵運(yùn)營現(xiàn)狀，在保證服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營安全性的前提下，提供以“移動(dòng)化”和“輕量化”為主題的設(shè)備及系統(tǒng)改造方案。該方案應(yīng)保證在設(shè)備改造后仍然全覆蓋原有需求內(nèi)容，并優(yōu)化目前AFC終端設(shè)備的服務(wù)功能，在考慮改造成本的基礎(chǔ)上，滿足應(yīng)對(duì)常態(tài)化大客流、互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維等場景。方案研究范圍包括：（1）AFC終端設(shè)備移動(dòng)化和輕量化的應(yīng)用場景細(xì)分；（2）下一代AFC終端設(shè)備的應(yīng)用分類研究；（3）人工智能在設(shè)備端的應(yīng)用。

2 應(yīng)用場景趨勢分析

2.1 售檢票模式變遷

目前，成都地鐵主要票種有：單程票、實(shí)體儲(chǔ)值票、虛擬儲(chǔ)值票（NFC）以及二維碼票等。在支付手段上，支持現(xiàn)金、銀行卡、網(wǎng)絡(luò)支付等方式。隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、生物識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)成熟且符合廣大乘客應(yīng)用習(xí)慣的二維碼識(shí)別售檢票體系已在多個(gè)城市得到很好的應(yīng)用和驗(yàn)證。這種新型售檢票模式依托于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，在部分城市不到1年時(shí)間就占據(jù)了30%～40%的交易量。下一代售檢票模式還包括人臉、指紋等生物識(shí)別技術(shù)，真正的無感通行支付時(shí)代即將來臨。

新型售檢票模式更多依托于互聯(lián)網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)基于后臺(tái)的移動(dòng)支付數(shù)據(jù)交互，提供后付費(fèi)或信用付費(fèi)等方式，弱化了預(yù)付費(fèi)現(xiàn)金交易的比例。從業(yè)務(wù)全面性和運(yùn)營成本優(yōu)化的角度，部分設(shè)備“去現(xiàn)金化”改造具備可行性，并向“模式專業(yè)化”方向發(fā)展。同時(shí)，隨著基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造，網(wǎng)絡(luò)不再是限制設(shè)備與系統(tǒng)之間通信的主要問題[3-4]。

2.2 突發(fā)性高峰客流應(yīng)對(duì)

除了常態(tài)化客流，地鐵售檢票還面臨包括演唱會(huì)、體育賽事、臨時(shí)性群眾活動(dòng)、站點(diǎn)臨時(shí)停運(yùn)等單站臨時(shí)性、突發(fā)性高峰客流的難題。常態(tài)化客流可通過固定配置應(yīng)對(duì)，但突發(fā)客流則十分考驗(yàn)售檢票設(shè)備的快速配置能力。以成都地鐵2號(hào)線為例，2013年9月的日平均客流為372 744人次，9月30日客流達(dá)到513 513人次，大大超出平均水平，產(chǎn)生了1次顯著突發(fā)大客流。

傳統(tǒng)設(shè)備在配備策略方面主要以站點(diǎn)為單位，其設(shè)備質(zhì)量體積大、位置變動(dòng)不靈活，當(dāng)出現(xiàn)非常規(guī)性客流高峰時(shí)，附近站點(diǎn)或中心難以及時(shí)調(diào)整設(shè)備，造成客流擁擠。因此，應(yīng)對(duì)突發(fā)性高峰客流，除調(diào)配足夠工作人員，還需要設(shè)計(jì)并配備合適類型的設(shè)備給予業(yè)務(wù)輔助[5]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維及智能分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，終端信息的實(shí)時(shí)采集、上傳與分發(fā)為高效的運(yùn)維服務(wù)提供了基礎(chǔ)。基于傳感器的設(shè)備狀態(tài)采集，通過頻繁高速的網(wǎng)絡(luò)消息傳輸，設(shè)備故障、監(jiān)控狀態(tài)等消息可通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，一旦發(fā)生異常，故障即推送到管理人員的手機(jī)終端，提醒處理，從而降低故障時(shí)間，提高設(shè)備應(yīng)用率[6]。

基于設(shè)備和部件的維護(hù)記錄，通過人工智能分析，計(jì)算出運(yùn)維預(yù)警線，對(duì)預(yù)期高危設(shè)備、零部件生成消息推送，形成設(shè)備預(yù)警機(jī)制，通知相關(guān)人員提前維保，進(jìn)一步降低故障率。

2.4 統(tǒng)一操作終端

傳統(tǒng)設(shè)備后臺(tái)操作需要使用設(shè)備的維護(hù)單元，通過鍵盤輸入發(fā)送指令獲取設(shè)備信息，并下發(fā)維護(hù)指令。隨著APP的普及和站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的不斷優(yōu)化，為統(tǒng)一操作終端變革提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

統(tǒng)一操作終端意味著設(shè)備現(xiàn)場的維護(hù)指令不再依賴維護(hù)單元下發(fā)，所有維護(hù)單元可通過網(wǎng)絡(luò)集成至統(tǒng)一終端。運(yùn)維人員通過手機(jī)運(yùn)維APP進(jìn)行遠(yuǎn)程身份及設(shè)備驗(yàn)證，并通過站內(nèi)局域網(wǎng)將操作指令傳輸至終端，實(shí)現(xiàn)1個(gè)運(yùn)維設(shè)備面向所有設(shè)備的操作，進(jìn)一步縮減設(shè)備控制面板成本。

在這種邏輯下，所有設(shè)備的維護(hù)指令從硬件發(fā)送轉(zhuǎn)化為軟件發(fā)送，大大減少設(shè)備建設(shè)成本，在模塊的更新迭代上提供了較大的靈活性。

2.5 智能化票務(wù)模式

隨著人工智能、生物識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，人臉識(shí)別等生物信息驗(yàn)證技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備。對(duì)乘客而言，購票時(shí)不再需要現(xiàn)金、手機(jī)等同步支付，也不再需要儲(chǔ)值票、單程票進(jìn)行乘車驗(yàn)證；對(duì)員工而言，也不再需要用戶密碼驗(yàn)證身份。通過建立人臉庫，對(duì)比得出實(shí)名信息，實(shí)現(xiàn)真正的“無感驗(yàn)證”。

3 升級(jí)改造方案

3.1 系統(tǒng)改造

3.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在原有多線路中心MLC下，升級(jí)原有運(yùn)維子系統(tǒng)，建設(shè)針對(duì)移動(dòng)運(yùn)維的功能模塊，主要針對(duì)內(nèi)處理設(shè)備的狀態(tài)信息和監(jiān)控業(yè)務(wù)，向移動(dòng)客戶端提供消息推送和指令接收服務(wù)。

3.1.2 維護(hù)接口

將原有設(shè)備維護(hù)單元的本機(jī)操作功能實(shí)現(xiàn)方式改為通過接口進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。接口數(shù)據(jù)最終通過AFC連接終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)指令的遠(yuǎn)程操作。

3.1.3 人工智能應(yīng)用模塊

該模塊包括人臉識(shí)別服務(wù)、人工智能票務(wù)處理。建立人臉庫，通過圖像識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)人臉的轉(zhuǎn)碼注冊，并對(duì)其他應(yīng)用子系統(tǒng)提供識(shí)別服務(wù)。通過機(jī)器對(duì)票務(wù)業(yè)務(wù)、票務(wù)語言等范圍的歸納性深度學(xué)習(xí)，提供最終面向乘客的智能票務(wù)處理服務(wù)，并按照現(xiàn)有的票務(wù)處理模式執(zhí)行相關(guān)處理流程。

3.2 移動(dòng)端改造

移動(dòng)端是一種基于局域網(wǎng)內(nèi)通信的實(shí)時(shí)通信手機(jī)軟件，集成運(yùn)維人員授權(quán)、設(shè)備維護(hù)單元和信息接收等功能。運(yùn)維人員通過站內(nèi)無線局域網(wǎng)訪問，或通過互聯(lián)網(wǎng)接入地鐵內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端與設(shè)備端的互聯(lián)互通。移動(dòng)端改造架構(gòu)示意見圖1。

3.2.1 員工授權(quán)登錄

維護(hù)人員通過AFC內(nèi)部權(quán)限認(rèn)證，獲取對(duì)應(yīng)車站及設(shè)備的操作權(quán)限，作為SC的一種移動(dòng)化登錄補(bǔ)充。員工登錄時(shí)，僅在SC局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)登錄并獲取設(shè)備端的對(duì)應(yīng)狀態(tài)和工單任務(wù)，可通過設(shè)備攝像頭采集人臉信息登錄。

3.2.2 維護(hù)單元集成

將原本在每臺(tái)設(shè)備中配置維護(hù)單元、在設(shè)備上操作的方式，優(yōu)化移植到手機(jī)或前端顯示屏。將每臺(tái)設(shè)備對(duì)應(yīng)的編號(hào)、類型等信息生成二維碼，通過手機(jī)掃描二維碼的方式向SC發(fā)起登錄認(rèn)證，獲取權(quán)限。

認(rèn)證通過后，運(yùn)維人員通過手機(jī)對(duì)設(shè)備中的錢箱、票箱等部件進(jìn)行指令下發(fā)，或通過數(shù)據(jù)面板查看相應(yīng)執(zhí)行日志匯總及數(shù)據(jù)。

3.2.3 消息推送分發(fā)

設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過SC上傳至MLC，一旦發(fā)生故障或出現(xiàn)其他需要運(yùn)維人員處理的設(shè)備狀態(tài)時(shí)，MLC通過查看對(duì)應(yīng)設(shè)備的管理權(quán)限及當(dāng)前員工的工作狀態(tài)，將處理消息即時(shí)推送給處于工作中的運(yùn)維人員。

3.3 終端改造

3.3.1 設(shè)備類型

（1）云售票機(jī)。云售票機(jī)是傳統(tǒng)售票機(jī)的一種簡化版本。與傳統(tǒng)售票機(jī)不同，該設(shè)備不對(duì)乘客提供現(xiàn)金服務(wù)，只提供互聯(lián)網(wǎng)支付購票服務(wù)。在硬件上，減少了硬幣處理模塊、紙幣處理模塊和硬幣回收單元，進(jìn)行輕量化升級(jí)改造，主要面向使用互聯(lián)網(wǎng)支付購買單程票的乘客。

圖1 移動(dòng)端改造架構(gòu)示意圖

售票機(jī)的輕量化改造，一方面適應(yīng)了無現(xiàn)金出行的消費(fèi)趨勢，能滿足50%以上的單程票購買需求；另一方面，非必要模塊的移除能降低制造成本、縮減占用空間，并減少運(yùn)維成本。

（2）自助票務(wù)處理終端。自助票務(wù)處理終端（見圖2）是一種乘客自行完成基本票務(wù)處理的設(shè)備，操作時(shí)無需客服人員參與。在面向乘客端，SBOM裝有讀卡器、二維碼攝像頭、觸控屏等模塊。設(shè)備不具備票卡回收、硬幣紙幣模塊，主要用于處理二維碼票、儲(chǔ)值卡業(yè)務(wù)，滿足乘客在設(shè)備上進(jìn)行基本異常票務(wù)處理、掃碼支付和展示二維碼支付等需求。作為BOM的功能子集，SBOM在人流量較大時(shí)可作為票務(wù)異常處理的補(bǔ)充。設(shè)備預(yù)留攝像頭、擴(kuò)音器、收音器等模塊，具備將移動(dòng)票房售票機(jī)升級(jí)為兼具人工遠(yuǎn)程服務(wù)終端的能力，配備專門的客戶服務(wù)人員，為開展人工智能服務(wù)作鋪墊。客服人員可為乘客提供SBOM使用遠(yuǎn)程指導(dǎo)，優(yōu)化了服務(wù)效率和范圍。

（3）云檢票機(jī)。云檢票機(jī)（見圖3）是一種檢票機(jī)的輕量化設(shè)備，主要支持云檢票業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)閘機(jī)的最大區(qū)別為：出站云檢票機(jī)、雙向云檢票機(jī)均移除了單程票回收模塊，增加了二維碼攝像頭模塊，可同時(shí)提供儲(chǔ)值票、二維碼票的檢票。設(shè)備具備在線模式和孤島模式2種，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行策略調(diào)整，兼具在線和離線校驗(yàn)互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的功能。安裝攝像頭的云檢票機(jī)可支持智能人臉識(shí)別的檢票方式。改造后的檢票機(jī)具有減少占地空間，降低制造、運(yùn)維成本等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 自助票務(wù)處理終端

圖3 云檢票機(jī)

（4）移動(dòng)雙向檢票機(jī)。移動(dòng)雙向檢票機(jī)（見圖4）作為移動(dòng)檢票裝置，靈活安裝在車站非付費(fèi)區(qū)各通道出入口，由站務(wù)員進(jìn)行操作。作為高峰時(shí)段乘客出入檢票的補(bǔ)充，能實(shí)現(xiàn)刷卡進(jìn)出站，具備單程票卡回收功能。與傳統(tǒng)檢票機(jī)不同，移動(dòng)雙向檢票機(jī)不具備乘客通行監(jiān)控單元，不具備傳感器及通行邏輯控制和門翼。檢票具備孤島模式，可在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下將數(shù)據(jù)傳輸至AFC系統(tǒng)。

（5）移動(dòng)式半自動(dòng)售票機(jī)。移動(dòng)式半自動(dòng)售票機(jī)（見圖5）能完全實(shí)現(xiàn)既有半自動(dòng)售票機(jī)的所有功能，且小巧輕便、便于攜帶，并具備孤島模式，聯(lián)網(wǎng)后數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至AFC系統(tǒng)。該售票機(jī)靈活放置于票亭或手持在車站其他位置進(jìn)行票務(wù)業(yè)務(wù)辦理，并可跨線使用。移動(dòng)式半自動(dòng)售票機(jī)是集成讀寫器、電池、顯示器及主控單元的一體化設(shè)備，可完成車票處理、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)通信、狀態(tài)監(jiān)控等功能。

（6）便捷式驗(yàn)票機(jī)。便捷式驗(yàn)票機(jī)（見圖6）由車站工作人員攜帶使用，裝有讀卡器和二維碼識(shí)別攝像頭，可對(duì)單程票、天府通卡及二維碼票進(jìn)行核查，具備檢票機(jī)和票房售票機(jī)的部分功能補(bǔ)充。該驗(yàn)票機(jī)具備孤島模式，可在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下將數(shù)據(jù)傳輸至AFC系統(tǒng)。在高峰站點(diǎn)及高峰時(shí)段，作為人工檢票的補(bǔ)充，提供簡單的異常票務(wù)處理，提升服務(wù)效率。

3.3.2 設(shè)備維護(hù)模塊

傳統(tǒng)售票機(jī)及閘機(jī)的輕量化改造，主要面向設(shè)備的維護(hù)面板。配合移動(dòng)端改造方案，設(shè)備只用于接收移動(dòng)端信息、完成指令下發(fā)、查看狀態(tài)等操作，將原本設(shè)備內(nèi)部交互的傳輸指令模式變更為通過移動(dòng)運(yùn)維端操控，移除掉設(shè)備的維護(hù)模塊。

4 優(yōu)化結(jié)果

4.1 成本大幅降低

相對(duì)于傳統(tǒng)的TVM和AGM，改造后的部分設(shè)備制造成本大幅降低。在地鐵新線建設(shè)時(shí)，采用多種設(shè)備優(yōu)化組合的形式，不但滿足業(yè)務(wù)需求，還降低了設(shè)備采購成本。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)維模塊減少，也使運(yùn)維時(shí)間減少。改造后的設(shè)備優(yōu)化結(jié)果見表1。

另外，除了新設(shè)備硬件建設(shè)成本降低，傳統(tǒng)設(shè)備的建設(shè)成本也獲得一定程度的優(yōu)化（見表2）。

4.2 客流處理更靈活

細(xì)分及輕量化設(shè)備后，設(shè)備具備了站點(diǎn)與站點(diǎn)之間移動(dòng)的可能性。通過線網(wǎng)客流管理手段，對(duì)站間的人員及設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，短時(shí)間內(nèi)提升特殊站點(diǎn)的臨時(shí)進(jìn)出站效率。調(diào)配設(shè)備主要是移動(dòng)雙向檢票機(jī)、便捷式驗(yàn)票機(jī)，每臺(tái)設(shè)備為站點(diǎn)提升20人/min的通行效率。

圖4 移動(dòng)雙向檢票機(jī)

圖5 移動(dòng)式半自動(dòng)售票機(jī)

圖6 便捷式驗(yàn)票機(jī)

表1 改造后設(shè)備優(yōu)化結(jié)果

表2 傳統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化結(jié)果

5 結(jié)論與建議

隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)不斷更新迭代，軌道交通所使用的票種也不斷更新出更多類型。出于成本及管理的考慮，AFC設(shè)備群既要保證原有業(yè)務(wù)能在同一站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，也要盡量提高設(shè)備利用率、降低成本。因此，票務(wù)業(yè)務(wù)逐漸拆分，并被更多的細(xì)分種類設(shè)備所承接，形成一種高可行性方案。在站內(nèi)票務(wù)設(shè)備配置上，通過“全業(yè)務(wù)設(shè)備+部分業(yè)務(wù)設(shè)備”的形式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和成本的兼顧。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)備部件及管理，應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，也進(jìn)一步降低了費(fèi)用。在應(yīng)對(duì)突發(fā)性高峰客流方面，在線網(wǎng)與站點(diǎn)、站點(diǎn)與站點(diǎn)間配備輕量級(jí)可移動(dòng)設(shè)備，通過相互之間的調(diào)配加快售檢票速度，緩解客流壓力。

綜上所述，越來越多的新技術(shù)支持了更多的地鐵運(yùn)營需求，也體現(xiàn)在地鐵車站AFC終端設(shè)備中，“移動(dòng)化”和“輕量化”是下一代設(shè)備的特點(diǎn)。只有積極順應(yīng)技術(shù)潮流，才能保持地鐵服務(wù)中敢于創(chuàng)新、服務(wù)乘客的品質(zhì)。