自动售票机中硬币模块找零箱容量的设计

周世爽

（深圳市地铁集团有限公司运营总部，518040，深圳∥高级工程师）

自动售票机中硬币模块找零箱容量的设计

周世爽

（深圳市地铁集团有限公司运营总部，518040，深圳∥高级工程师）

介绍了自动售票机中硬币模块的工作原理，分析了硬币模块的应用现状及存在的问题，介绍了循环找零箱容量和后备找零箱容量设计要求和设计方法。以深圳地铁3条线所有车站自动售检票系统的实际数据为基础，通过一个模型算法对现场自动售票机硬币的使用数据进行分析，找到能最大限度利用乘客投入硬币进行找零的硬币循环箱容量的临界值；在此基础上给出了硬币循环找零箱的容量，并对后备找零箱容量设置给出了建议。

地铁；自动售票机；硬币模块；找零箱容量

Author'saddressShenzhen Metro Group Co.，Ltd.，518040，Shenzhen，China

在地铁自动售检票系统中，都使用自动售票机（TVM）出售单程车票。自动售票机中安装有硬币模块用于识别乘客投入的硬币以及用于向乘客找零硬币。找零硬币储存于硬币模块的找零箱中。硬币模块的找零箱一般分为循环找零箱和后备找零箱。循环找零箱储存乘客投入的硬币，并用于找零；后备找零箱储存工作人员加入的找零硬币，当循环找零箱硬币不足以找零时使用后备找零箱的硬币找零。

1 硬币模块工作原理

乘客投入的硬币首先进入硬币识别器，不可识别硬币直接退还到找零/退币口；如果投入的硬币有效则进入硬币暂存装置。硬币按种类暂存，乘客取消或投币过程中发生故障会原币奉还。乘客购票确认后，暂存的硬币可进入循环找零箱或硬币回收箱。当循环找零箱已满时，有效硬币将被直接送入硬币回收箱。

硬币模块一般配置2个硬币品种的后备找零箱，通过硬币补充箱为后备找零箱补充硬币。硬币模块可接收清币命令清空循环找零箱和后备找零箱中的硬币，清币时硬币进入硬币回收箱。硬币模块的工作原理框图如图1所示。

图1 硬币处理模块原理框图

2 现状及存在的问题

目前，生产硬币模块的厂家很多，各厂家设置的硬币模块循环找零箱和后备找零箱的容量各不相同：循环找零箱容量一般在80～200枚硬币之间，后备找零箱容量一般在800～1 500枚硬币之间。各厂家在设计时对上述两种找零箱容量的确定比较随意，一般是为了适应结构要求或后备找零箱容量而设定的。这样做主要会带来以下2方面的问题。

（1）循环找零箱容量不合适：循环找零箱容量过大造成设备的浪费；循环找零箱过小则不能充分利用乘客投入的硬币进行找零，造成硬币数量的紧张。

（2）后备找零箱容量不合适：后备找零箱容量过大（或加入的硬币数量过多）则造成设备的浪费和硬币的浪费；后备找零箱容量太小，则需要工作人员多次为自动售票机增加硬币，将会加大工作人员的工作量。

3 设计要求和方法

如果硬币循环找零箱和后备找零箱容量设计合理，就可以最大限度地利用乘客在购票时投入的硬币用于找零以减少后备找零箱的找零数量，缓解硬币不足给运营带来的的压力，同时还可以减少工作人员加币的工作量。

理论上来讲，为了达到上述目的，循环找零箱容量和后备找零箱容量都是越大越好，这样可以将乘客投入的硬币全部用于找零，并且运营人员也只需要往后备找零箱里加1次硬币就可以让自动售票机长期运行下去，并能满足乘客各种各样的找零要求。但实际情况不是这样，也做不到这样。因为循环找零箱的容量和后备找零箱容量的大小受很多因素限制，比如硬币模块尺寸的限制、后备找零箱的大小限制，那么就需要为循环找零箱容量和后备找零箱容量找到一个合理配置。

硬币模块循环找零箱和后备找零箱容量设置多大比较合适，可以从对现场实际的数据分析以后总结得到。方法是：首先从地铁车站现场取得每台自动售票机每天的交易日志。每天的交易日志里记录了当天每笔交易硬币入币数量和每笔交易找零硬币数量的历史数据。在这些历史数据的基础上，建立一个算法模型，以这些历史交易数据为输入，最大限度地将乘客投入的硬币用于找零，并尽量少地使用后备找零；计算出每笔交易结束时硬币循环找零箱内的存币数量、后备找零箱找零硬币数量以及乘客投入的硬币回收到硬币回收箱的数量；通过变化循环找零箱容量和后备找零箱容量，找到循环找零箱可以最大限度利用乘客投入硬币的容量的临界值，并分析模型计算出的数据结果，得到循环找零箱、后备找零箱容量的合理配置。其模型描述如下：

（1）记录每天每次乘客购票投入的硬币数量和找零数量作为原始数据进行分析。

（2）假设只使用一种找零硬币，使用多种找零硬币时，按各种硬币种类分别计算。

（3）定义Xi、Yi分别为第i次购票时乘客投入的硬币数量和找零数量，i≥1。

（4）定义Pi为第i次购票后循环找零箱剩余硬币数量，i≥1，P0=0；Qi为第i次购票后后备找零箱找零硬币总数量，i≥1，Q0=0；Ri为第i次购票后回收到硬币回收箱的硬币总量，i≥1，R0=0。

按下列算法进行计算：

For i=1 to n ∥从第一笔交易到最后一笔交易（第n笔交易）

该过程输入数据为﹛X1，X2，…，Xn﹜和﹛Y1，Y2，…，Yn﹜，代表的意义为乘客每次购票操作时的入币数量和找零数量。输出为﹛P1，P2，…，Pn﹜、Rn、Qn，分别代表如下意义：乘客每次购票操作后循环找零箱中硬币数量；进入到硬币回收箱中的硬币总数；从后备找零箱找出的硬币总数。

将循环找零箱容量Cbuf设为无穷大时，也即进入硬币回收箱的数量为零的情况下，取max﹛P1，P2，…，Pn﹜就是循环找零箱需要的最大容量；

将Cbuf设为一个固定值（如180枚）以后，通过以上算法可以计算出Rn，Qn，Qn，就是在循环找零箱容量确定以后后备找零箱的最大容量；Rn就是进入回收箱里的硬币总数，Rn越小，Cbuf的值设置得越合理。这样，通过计算Rn的值就可以判断硬币循环找零箱的容量是否更合理。

同样，根据得到的Qn的值，结合硬币质量以及期望的加币次数，可以设定硬币后备找零箱的容量（或加币量）。每次设定的加币数量越多，则每次需要加币的质量就越大，需要考虑工作人员是否能拿得动；每次设定的加币数量越少，则需要加币的次数就可能增加，这样会增加维护人员的工作量，且每次加币时也会影响乘客的购票操作。

该方法可以将实际的硬币模块的结构、实际的循环找零箱容量、实际的后备找零箱容量等因素都视为透明的，用模型模拟硬币模块的入币和找零工作过程。

4 现场数据的验证和分析

在深圳地铁3条线现场随机提取了各个车站（包含3条线每个车站的设备）500多台自动售票机连续6个月的日志，并提取其中有关硬币投入及找零的交易数据进行分析。

从现场实际的日志数据中发现，5角硬币接收和找零数量都很少，所以用上述模型，只对现场数据进行1元硬币接收和找零交易的分析，计算1元硬币循环找零箱的临界容量。循环找零箱临界容量的计算方法是：满足设备找零要求，在后备找零箱最少找零数量的情况下，硬币循环找零箱容量的最小值。

本文列出深圳地铁部分车站的自动售票机分析数据记录样例表，参见表1、表2。

从表1、表2样例表中的数据可以看出，岗厦站的TVM在使用过程中都是入币总数大于找零总数，从理论上来讲，都可以不需要后备找零，只需循环找零就可以满足设备的找零要求了。后备找零主要发生在设备刚开始运营就出现找零的情况，此时循环找零箱还未足够接收乘客投入的硬币。而在罗湖站，入币总数明显少于找零总数，就算最大限度利用了乘客投入的硬币进行找零，也需要从后备找零箱找出相当数量的硬币才能满足设备找零的要求。

循环找零容量的临界值随入币数量和找零数量的变化而变化，不同设备不同交易日其临界容量是不同的，但都可以用一个较小的循环箱容量完成大量入币数量的缓存和找零。对于后备找零箱找零数量，相同车站设备之间差异不大，但不同站点的设备之间存在很大的差异，这就应该需要不同的站点根据各自的运营情况配置后备找零箱内的硬币数量。

表1 2012年12月岗厦站分析数据记录样例

表2 2012年12月罗湖站分析数据记录样例

5 结语

通过对模型结果数据的分析，循环找零箱的临界容量都在60枚以内，所以后备找零箱容量设计为大于等于60枚就可以较好地利用乘客投入的硬币进行循环找零。后备找零箱的找零数量，除罗湖、华强北、世界之窗等少数几个车站外，其余车站每天的后备找零都在500枚以内。所以，后备找零箱容量设计在500枚就可以基本满足现场使用的要求。使用时，各站点根据运营情况加入不同数量的初始硬币。像岗厦这样的车站，TVM后备找零箱加入硬币数量容量可设置在100枚以内；而像罗湖这样的车站，入币总数远远小于找零总数，则需要将后备找零箱容量设置在300～500枚，并且在使用过程中可以多次增加后备找零箱的硬币数量。

由于现在深圳地铁的票价方案没有5角找零，5角硬币使用数量非常少，所以可以将5角的硬币循环找零箱容量也设置为60枚；5角后备找零箱容量可以设置为与1元后备找零箱容量一致，但在使用时不用加入初始5角硬币。但如果票价方案发生变化，需要5角找零，则可以参照1元硬币的使用情况给5角后备箱找零加入相同数量的初始硬币；以后可在运营过程中总结运营情况，对5角后备箱找零加入的硬币数量进行调整。

［1］ 白洪波.关于地铁AFC设备国产化研究［J］.都市快轨交通，1998（2）： .

［2］ 周末.城市轨道交通AFC系统运用分析［J］.内蒙古科技与经济，2003（11）： .

［3］ 伍敏.自动售检票设备应用中存在问题及应对措施的探讨［J］.都市快轨交通，2002（4）： .

Design of Odd Change Hopper Capacity in Ticket Vending Machine Coin Module

Zhou Shishuang

In this paper，the working principle of ticket vending machine coin moduleis introduced，its application and existing prolems are analyzed，requirements in the design of cycle hopper capacity and backup odd change hopper capacity are discussed.Based on the data collected from all the TVM on 3 Shenzhen metro lines，and through an ideal model algorithm to analysis these data，the critical value to make maximal use of the cycle hopper in coin module is obtained.On this basis，the appropriate capacity of the cycle hopper and odd change hopper could be calculated，some related suggestions are provided at the same time.

metro；ticket vending machine（TVM）；coin module；odd change hopper capacity

U 293.22

2013-05-13）