基于云平台的城市轨道交通自动售检票系统设计

景亮 方晖 张森

摘 要：城市轨道交通 AFC 系统在运营中每天都会产生海量的票务及客流数据，这些数据由车站终端设备不断上传到线路中央并存储在线网中央清分系统中，随着数据的不断增加致使数据库软硬件设施和安防设备等不断增容，既浪费资源又增加建设和运营使用成本。文章把云平台应用在AFC 系统中，既可以减少软硬件存储和安防等设备，并可对数据的计算、存储等流程进行云资源配置，有效降低 AFC 系统的建设采购及运营使用成本，提高整个城市轨道交通 AFC 系统线网的云平台设计标准化水平。

关键词：城市轨道交通;AFC 系统;云平台;控制中心;车站

中图分类号：U231+.92

截至2019年底，国内包括上海、北京、广州、南京、重庆、武汉等共40座城市开通运营208条城市轨道交通线路，运营线路总长度达6 736.2 km，全年累计完成客运量237.1亿人次，比上年增加26.4亿人次，增长12.5%，日均约6 496万人次。海量的客流和票务数据导致自动售检票（AFC）系统不断扩容改造，成倍增加存储和信息处理能力，软硬件建设及运营使用成本增加。如何实现AFC系统所有信息不断交互共享，有效降低软硬件设备及人力使用成本，以更加精细和动态地方式管理城市轨道交通AFC系统，提高整个线网AFC系统运营的信息化、数字化、智能化服务水平，成为每个城市轨道交通AFC系统的建设和运营方向。本文基于云平台对城市轨道交通AFC系统进行优化设计和探索研究，实现了AFC系统所有软硬件集中设置，资源共享，提高了AFC系统智能化水平。

1 基于云平台的AFC系统

1.1 系统功能

AFC系统控制中心云平台作为整个城市轨道交通智慧化信息云平台的一部分，主要包括以下功能：

（1）负责整个城市轨道交通线网车票的初始化和预付值、问题车票的处理和分析、线路间车票的调配、黑名单管理;

（2）负责各条线路票务管理、库存管理、票卡调配、报表统计、车票清洗等。

1.2 系统架构

基于传统线路的AFC系统和基于云架构的AFC系统架构对比如图1所示。 AFC系统控制中心云平台包含线路中央计算机系统（LCC）、线网清分中心系统（ACC）、互联网AFC系统（iAFC）等所有AFC系统的中央控制系统，提供AFC系统线网控制中心的软件和硬件管理设备，满足AFC系统线网控制中心的运营管理需求，同时把各条线路的LCC系统、多线路中央计算机系统（MLC）等都纳入AFC系统控制中心云平台。AFC系统架构由5层转变为4层，使系统更加集约、软硬件设备更加集中，同时，极大地减少了软硬件资源的重复设置，提高了系统运行效率。

1.3 系统接口

AFC系统中央级公有云私有网络（Virtual Private Cloud，VPC）是用户可自定义的网络，在这个私有网络内部署云主机、负载均衡、数据库、存储等云服务资源;虚拟数据中心（Virtual Data Center，VDC）用于对可用的CPU 、内存资源、存储和网络进行管理。其特点是资源虚拟化、自动化、资源隔离，资源分配可追溯、自服务。VDC与VPC没有本质的不同，VDC是建立在VPC之上，只有VPC得以实现，VDC才能产生。在VDC里，网络由用户自己定义，包括二层网络、三层网络（子网）、路由、安全策略、负载均衡等都是用户控制。

基于云架構的AFC系统线路接口界面如图2所示。AFC系统控制中心云平台把所有AFC中央级系统的数据全部通过VDC和VPC公有云上的私有网络进行存储和计算，所有数据通过通信骨干网连接每条线路车站SC系统，实现AFC系统控制中心云平台上的中央级数据和车站级数据实时上传下达;各车站AFC系统SLE包含自动售票机、自动检票机、互联网取票机等终端设备，负责把实体车票和电子车票的票务、客流、乘车等数据以及自身的设备状态数据信息收集归类，上传到各SC系统上，并执行中央控制系统通过SC下发的所有参数和命令;各车站SC系统具有上传下达功能，既把中央控制系统的参数和命令一并处理运算下发到SLE上，又负责把SLE上传的数据在接入云平台前先做线路数据汇聚，且每条线路的数据分别汇总，以减轻AFC系统控制中心云平台软硬件设备的负荷。

2 控制中心云平台设计

AFC系统控制中心云平台系统设备设置如图3所示。基于云平台的控制中心整体结构更为简化，维护使用更为方便，同时，比传统AFC系统控制中心的性能更加强大。

2.1 硬件设备设置

AFC系统控制中心云平台设置有存储资源池、计算资源池、信息安全设备、网络交换通信设备等硬件设备，根据云平台对接入系统的信息安全等保要求，配置相应的安全设备;汇聚节点作为线路AFC系统防病毒升级及维护的管理后台，为车站SC系统、票务、培训 / 测试系统设置完整的病毒防护体系;控制中心云平台下发至车站及现场终端设备的各类参数、黑名单、运营模式等数据，通过线路AFC数据汇聚节点转发至各车站SC及现场终端设备，且车站SC及现场终端上传至控制中心云平台的数据需经过线路数据汇聚节点转发至控制中心云平台。所有硬件资源集中共享，统一分配功能，减少接口界面，所有数据通过交换机和路由器直接进入控制中心云平台进行存储计算，改变传统AFC系统控制中心硬件设备分开设置，硬件设备冗余较大，独立运行，接口复杂的运行状态。

2.2 软件设备设置

AFC系统控制中心云平台设置有LCC、ACC等软件系统，所有软件系统集中运行，简化软件接口，其中LCC、ACC等软件系统的相同功能可以进行合并。软件系统运行时分布在各个硬件资源上同时进行，既提高了软件运行效率，又降低了软件运行中对硬件资源的需求量。数据在各软件系统中可共享互用，集中受ACC系统统一清算调度使用，同时城市一卡通、各种互联网支付平台、银联支付系统等第三方支付系统直接上传交易信息、客流信息等数据到AFC系统控制中心云平台，与ACC进行实时清分对账，减少外部系统与ACC系统的接口，节省清分流程和时间，确保对账信息更加实时准确。

2.3 资源配置

AFC系统控制中心云平台将硬件和软件全部在云上进行存储、计算，硬件资源实现集中共享，软件系统实现接口简化，功能合并，因此，软硬件资源需求量及配置相比传统AFC系统控制中心冗余明显减少，资源利用率明显提高。3颗8核处理器和96G以上的内存就足够软件计算使用，主机存储量只需大于1524G，而共享的存储可以大于10T，对网络资源和安全资源的要求更低，满足基本网络即可，不需要增加网络带宽。

3 车站云平台设计

AFC系统车站云平台系统设备设置如图4所示。整体结构更为简化，维护使用更为方便，同时需要的运营人员更少，有效降低了建设和运营成本。

3.1 硬件设备设置

传统架构的车站级AFC系统硬件设备包括售票机、闸机、交换机、服务器、票务室、车控室等硬件设备和房间，各硬件设备分别设置在不同的地方，交换机、服务器、通信网络等硬件设备冗余较大，接口复杂，底层硬件设备和车站级系统需要多层传输。车站云平台系统把车站内的服务器、交换机、路由器等硬件设备全部集中设置进车站云平台中，整个车站的AFC系统所有数据存储、计算全部在车站云平台设备上进行，减少硬件设备的配置数量和设备占用的房间数量以及硬件设备之间的接口、数据流转的层级，确保数据存储、计算既快速又简化。

3.2 软件设备设置

传统架构的车站级 AFC系统软件设置比较简单，负责下发参数、交易算法等命令，上传票务数据、交易数据、设备状态等各类数据，几乎不对各类命令和数据进行任何处理。车站云平台系统把车站级所有软件和硬件全部纳入云平台，存储、计算的效率更高，可以对底层上传的数据进行基本的计算和归类后再统一上传到控制中心中央级系统;对中央下发的数据，可以进行初步分析，实时部署，保证底层设备运行速度最快，资源最节省，上传到中央的数据存储、计算更方便。

3.3 资源配置

AFC系统车站云平台的使用使车站SC软件功能更加强大。软硬件资源全部进入车站云平台，资源共享，效率较高，需要的处理器、内存等计算资源较少。1颗8核处理器和16G以上的内存就足够软件计算使用。SLE上传的数据由于有车站云平台共享的大于2T的存储，因此，主机存储量只需要大于500G，此外，对网络资源和安全资源的要求更低，满足基本网络即可，不需要增加网络带宽。

4 结语

城市轨道交通AFC系统采用“云平台架构”是AFC系统的发展方向，整个系统分为控制中心云平台和车站云平台2部分，不但简化软件系统和接口，同时大量减少了硬件设备重复性设置和软硬件设备的冗余度。中心级软硬件设备全部进入控制中心云平台，车站级软硬件设备进入车站云平台，彼此通过通信骨干网相连接，降低整个线网的复杂性，为AFC系统设计了从底层到中央全线网云平台架构和资源配置标準，提高了整个城市轨道交通AFC系统线网的云平台设计标准化水平。

参考文献

[1]中国城市轨道交通协会.智慧城轨信息技术架构及信息安全规范[S].北京：中国城市轨道交通协会，2018.

[2]中国城市轨道交通协会.城轨交通线网运营指挥中心方案及规范[S].北京：中国城市轨道交通协会， 2019.

[3]中国城市轨道交通协会.城轨交通大数据平台管理方案及规范[S].北京：中国城市轨道交通协会，2020.

[4]陆靖洲.手机支付在AFC系统中的应用及探讨[J].电子技术与软件工程，2015（17）：54-55.

[5]姚国华，陈莹，张宁.城市轨道交通AFC系统总体业务规划[J].都市快轨交通，2011（4）：61-64.

[6]康崇皓.轨道交通自动售检票系统票卡发行方案探讨[J].铁道通信信号，2010（12）：47-49.

[7]王国富，王洪臣，刘海东.城市轨道交通AFC系统新技术应用及展望[J].都市快轨交通，2017（1）：41-44.

[8]石庄彬，陆文学，张宁.数据挖掘技术在轨道交通AFC系统中的应用[J].都市快轨交通，2015（1）：23-27.

[9]周星.城市轨道交通AFC系统运用的相关研究[J].通讯世界，2015（3）：8-10.

[10] 于海欣.探讨中国电信移动支付如何进一步发展[J].内蒙古科技与经济，2014（13）：36-37.

[11] 雷定猷，贾莉，王娟，等.基于云计算技术的地铁自动售检票系统研究[J].计算机应用研究，2014（2）：480-484.

[12] 张宁，高朝晖，王健.轨道交通AFC系统票卡管理分析[J].都市快轨交通，2008（1）：24-27.

[13] 赵圣娜，张宁，王健.基于私有云平台的城市轨道交通自动售检票系统架构及关键技术[J].城市轨道交通研究，2018（6）：94-97.

收稿日期 2020-03-24

责任编辑 宗仁莉