天津地铁1号线AFC系统改造项目实践总结

□文/冯进峰

天津地铁1号线AFC系统改造项目实践总结

□文/冯进峰

天津地铁1号线自动售检票系统接入轨道交通清分系统的改造工程涉及到了国外技术封闭破解，新旧票卡兼容，临时系统过渡，接入清分系统等多阶段、高难度的方案设计、开发测试工作。在工程实施过程中，组织开展大量的实践测试，攻克了多项技术难题，完成了从临时系统到接入清分系统的成功过渡。工程实施完成后，在保证系统顺利接入轨道交通清分系统的同时极大地提升了原有系统的整体性能。

自动售检票系统；改造；地铁

天津地铁1号线自动售检票（AFC）系统于天津地铁2、3号线建设中期接入天津轨道交通清分中心系统的改造工作。在整体项目实施过程中，由于1号线原有AFC系统核心技术掌握在国外的技术厂商手中，系统改造工作存在异乎寻常的难度。

1　改造难点

项目实施初期，需要在整个改造升级方案的设计中充分考虑1号线原有AFC系统的诸多限制因素，依据不同的问题点采取相应的措施，以尽量避免改造对运营的影响。

1.1改造方式选择

在车站AFC系统设备布局方面，1号线车站出入口多且分散，而每个出入口的AFC设备通常只有2台售票机和4、5个通道的闸机。在高峰时刻，这些出入口设备已经接近饱和工作状态，不能因改造而减少这些出入口设备的使用数量。在这种设备分布情况下，为避免可能引发的灾难性的客流压力，无法选择对分停机改造升级方式。所以，只能选择设备在线改造方式，在设备升级后立即投入使用，以减少改造对运营的影响。但这种方式要求新系统必须在正式改造前，全部完成调试和验证工作且后台系统已经具备正确统计和对账的功能。

1.2核心技术破译

当确定在线改造升级方式后，需要考虑核心技术问题，即如何能够保证新、旧AFC系统对单程票的无缝兼容并能在后期顺利向统一的一票通技术规范体系过渡。这样一来，系统升级需要两次过渡才能完成最终的升级，第一步将使用旧单程票标准的旧AFC系统设备升级为兼容旧单程票标准和一票通技术规范的新AFC系统设备；第一步全部升级完成后，停止旧单程票的流通，启用天津城市轨道交通清分中心（以下简称ACC）发行的一票通车票，在新旧车票切换完成后，再次对系统进行升级，取消兼容旧版车票功能，整体AFC系统迁移至最终版本。

由于1号线旧AFC系统的现存技术资料除了单程票票卡结构外，没有其他可供利用的技术资料，票卡处理流程、密钥算法和数字签名等关键技术全部是由国外集成商封闭掌控。如果要实现票卡无缝兼容，必须破译全部单程票的技术规则，唯一的破译途径就是通过无数次的试验，依据手中仅有的资料拼凑出旧系统的单程票技术规则。同时，在后续的开发过程中需要实现旧系统发行的单程票和ACC发行的单程票的分别识别和处理功能。

2　项目设计开发

2.1单程票技术资料破译

1）单程票处理流程破译。在执行单程票处理流程破译时，由于已掌握单程票票卡结构，此项破译工作有一定的信息基础。在具体破译时采用了逐步分析法和信息倒推法。逐步分析法暨在旧系统的自动售票机、检票机以及半自动售票机上分别做单程票发售、进出站以及更新操作，将每一步操作的单程票卡内信息读取出来并跟踪后台系统执行日志，这样可掌握单程票从发售到最终回收的每一步的信息变更情况。信息倒推法是将单程票票卡结构分成不同的操作区域，既静态区操作、动态区操作、记录区操作以及关键信息区操作。结合已掌握的单程票每个操作步骤的票卡信息，分别对不同区域操作前后信息进行归纳，然后绘制票卡操作流程。

使用逐步分析法和信息倒推法需要优先掌握票卡信息结构，如果在票卡信息结构未掌握的情况下，还需要增加票卡信息结构的破译，会增加单程票技术资料破译工作的难度。此法在具体操作时要对每一个可能发生的设备操作都进行模拟，特别是一些不常用的操作，如退票、超时更新等。

2）数字签名破译。分为算法破译和计算信息破译，数字签名的算法一般情况下都采用系统建设时主流的签名算法，因此，结合既有的资料或通过一些非工作方式，应该比较容易得到算法信息。算法破译后需要进一步确认参与数字签名计算的票卡信息，此项工作使用遍历法开展，暨遍历所有可能字段信息来排列组合计算。每计计算完成后，将结果写入单程票并在旧系统半自动售票机上进行分析验证。

在破译数字签名后，需要对各类型的旧设备进行单程票模拟写入后的交叉兼容测试。

3）破译后的验证工作。系统改造时将存在新设备（改造后的设备）和旧设备（未改造设备）共存阶段，因此需要考虑好新旧设备同时处理旧单程票的验证工作。新系统在识别旧系统单程票方面容易实现，识别票卡信息和数字签名验证正确后即可实现新旧兼容（适当放宽检查条件有助于降低开发难度），但旧系统对于票卡的一些关键信息验证需要特别注意。因此在破译后的验证工作上，需要重点测试3个关键交叉阶段上，即新售票机售卖、旧闸机进站；新闸机进站、旧闸机出站；新闸机回收、旧售票机售卖。

2.2AFC系统软件开发

在解译单程票核心的同时，可同步开展AFC系统改造其他工作，这样可有效推进项目工期。可同步开展的工作主要包括读卡器软件架构设计，设备硬件改造设计；后台SC、LC系统（以下简称“后台系统”）设计改造。

2.2.1读写器设计和硬件改造设计

在读写器设计和硬件设计过程中，需要重点考虑的问题是即兼容既有闸机和售票机设备，同时能适应未来新车票发行或新支付介质的引入需求，满足未来“大”读卡器设计的性能要求。在新读卡器的SAM卡卡槽预留和通信方式预留方面要重点考虑，地铁1号线预留了8个SAM卡卡槽以及2个串口扩展功能，方便增加新类型的射频模块。此外读写器操作系统的选择在保证“大”读卡器需求方面外，还需要考虑其兼容性和可扩展性。1号线改造中采用了最新的ARM 9处理器、64M B内存和嵌入式Li nux操作系统，不仅具备足够的处理能力，还提供了良好的开发环境。另外读卡器采用了CPU核心板+读卡器板的设计方式，在这种方式下即使遇到处理器性能不足，必须升级读卡器时，也只需要更换CPU核心板（甚至可以采用通用ARMCPU核心板代替），而其他硬件部分不需要改动，固件程序也可以做到最大限度的保留，这种硬件改造方式也有很好的借鉴意义。

2.2.2设备硬件改造设计

在硬件升级方面除了更换新读卡器，还需要评估是否将部分故障率较高的模块一并更换，如硬币识别器等。硬件升级以自动售票机（TVM）和闸机（AGM）最为复杂，改造设计上着重考虑设备在升级施工过程中对周围乘车乘客的影响，尽量利用原有安装结构。虽然减少拆改的工作量，但增加了硬件设计的难度。1号线改造中经过综合评估，最终只有TVM更换了硬币分选通道，其余部件仍然利用原有的安装结构或使用转换支架完成安装。

2.2.3后台SC、LC系统设计改造工作

SC和LC设计的重点工作是倒接期间的通信协议规范和临时系统的设计。由于1号线AFC系统计划倒接时间的限制，AFC系统过渡版本必须结合ACC和一卡通技术规范来共同开发，单程票和一卡通车票交易分别遵循相应的技术规范。单程票交易在ACC正式上线前全部保留在1号线LC数据库中，ACC上线后交易再发往ACC。一卡通交易又被分为两类，储值票交易和地铁类优惠票交易（包括乘次票、学生票和老年票）。储值票交易遵循一卡通技术标准由LC直接送往一卡通后台；优惠票交易由LC送往1号线一卡通临时系统。AFC系统的交易传输流程见图1。

图1　交易传输流程介绍

1）SC和LC系统在软件架构设计时，能将每个票种的交易数据独立生成，面对不同的结算对象时，可以分别发送。

2）系统设计时需要考虑多种通信协议和接口标准的兼容情况，以便在过渡期和试运行期间完成相关的结算和统计工作。

3）针对不同的结算对象，设置不同的结算时间点，这样可避免数据的错发、漏发以及结算文件的误处理。

4）所有与外部结算方相关的接口测试工作都必须充分测试并借助对方的测试平台做好功能测试、压力测试等前期工作。

3　工程改造实施

考虑在线改造升级的风险和系统BUG的不确定性，1号线AFC系统项目实施过程也是配合开发进度分阶段逐步进行，分为上线测试阶段和改造实施阶段。上线测试阶段包含了开发过程的单程票兼容功能上线测试和一卡通功能上线测试，改造实施阶段则开展了全线设备的升级改造。

3.1票卡兼容功能正线测试

票卡兼容是整个项目的成败关键，故在1号线项目执行时首先开展了单站上线测试。测试在选定车站的两个出入口分别部署了3台自动售票机、8通道闸机和1台半自动售票机，测试重点在新、旧售票机发售单程票和新、旧闸机交叉进出站以及储值票刷卡操作上。票卡兼容功能正线单站测试持续1月，在测试过程中陆续发现并解决了一些售票机发售单程票的兼容问题。

3.2SC系统升级正线测试

单程票兼容测试完成后，可进一步开展SC系统升级正线测试，1号线改造项目实施时选择了客流量较大的4个车站，分别升级改造了1/2的终端设备并将对应车站的SC做了升级改造。改造后的SC系统需要重点关注数据接收和封装打包情况、数据上传情况、与终端读写器和LC系统的数据审计情况。

3.3LC临时过渡系统正线测试

为保证改造期间新老系统同时运行，在项目实施时需要搭建过渡LC系统，运行新开发的软件。同时与SC系统升级正线测试同步开展LC临时过渡系统的正线测试。重点关注线路SC交易接收情况，与外部结算方的交易上传情况以及结算文件的接收、入库、处理、审计等功能。此外，LC临时过渡系统除以上的测试外，还需要开展临时过渡系统到正式系统的倒切工作，建议该倒切工作要做到“一夜切换”，做好倒切失败的应急预案，同时注意处理系统倒切引起的对账差异。

3.4全线改造实施

完成所有的测试工作后，系统就具备了全线改造施工的条件。在改造准备阶段，综合了改造测试所遇到的问题，对整体施工计划和施工细节进行仔细评估。施工将售票机（包括半自动售票机）和闸机分开进行，由两个小组分别承担改造任务。售票机以车站为单位推进改造，每个出入口选择1台售票机，同站多个出入口同时进行施工，每天完成2至3台改造工作。闸机以出入口为单位，每天进行5至6个出入口的1台闸机改造，不区分车站。

4　结语

天津地铁1号线AFC系统正式接入ACC，顺利实现天津地铁2、3号线联网功能。整体升级过程困难重重，不断出现新的问题，问题也被不断地解决，最终顺利实现接入工作。

施工过程中采用了国内少见的在线升级方式，虽然开发难度大，但对于施工和车站的客流组织提供了极大的便利，改造过程中没有因设备施工而导致的客流堆积，乘客纠纷问题。

改造完成后，地铁1号线的整体AFC设备性能有了很大提高，设备月故障率较改造前下降了70%。

[1]闫彬.城市轨道交通自动售检票系统研析[J].铁路通信信号工程技术，2004，（2）：32-36.

[2]范巍，杨承东.城市轨道交通自动售检票中央清分系统概论[J].铁路通信信号工程技术，2004，（2）：37-39.

[3]赵时旻.轨道交通自动售检票系统[M].上海：同济大学出版社，2007.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.024

□U293.2+21

□C

□1008-3197（2015）01-70-03

□2014-08-29

□冯进峰/男，1977年出生，高级工程师，硕士，天津市地下铁道运营有限公司，从事地铁安全质量和项目管理等工作。