浅谈地铁AFC自动售检票系统的设计与实现

刘玉，赵耀，李金龙，张铭炜，李瑞

（郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 450053）

在整个轨道交通系统中，自动售检票系统（AFC）广泛使用；AFC是轨道交通运输系统的关键部分。AFC系统是一个综合了计算机技术、通信技术、数据库管理等不同领域的大型系统，机电技术、传感器技术、无线电技术、模式识别技术等通信技术的发展对AFC系统产生了深远的影响，从早期的ATM结构到后来的ATMSDH结构，再到今天的千兆网络。AFC系统的设备和专用网络的管理和维护是日常工作的主要组成部分。首先，综述了国内外AFC系统和专用通信网络的发展历程和现状，并对AFC系统设备和专用通信网络的发展进行了比较。针对我国的特殊情况，简要总结了现有产品问题，并介绍了AFC系统通信网络应急通信的自我完善。

1 系统分析

1.1 自动售票机系统需求分析

售票机已连接到自动收费系统，并根据操作员指定的详细操作规程进行工作，因此，在设计和实施票务机时，必须考虑操作员的现有操作特性，如接口类型、操作参数、业务规则等，不同的操作员有不同的要求。总而言之，对功能有以下要求。

（1）运营模式。所有工作模式都必须通过路径中心的LC和SC参数或命令激活和更改；在正常操作中，该机器应能够同时接收硬币、钞票和其他付款方式，并具有兑换硬币和钞票的功能，以及装载钞票以购买和充值卡的功能。然后，在限制操作模式下，售票机应能够自动切换到相应的限制操作模式，例如，无找零模式、无纸币模式、无硬币模式、仅装载模式、仅票务模式等。如果取消了相应的限制模式，则机器可以自动切换到正常操作模式在停机操作模式下，售票机禁止所有购票和装载过程，售票机可以在每个操作顺序中为乘客提供清晰的新闻提示。

（2）购票功能。例如，硬币、钞票面额、起始站、目的地站、车票数量、车票价格等为了确保乘客可以有效和无效地工作，售票机应给出正确的票务指示，答案和提示信息，涉及最重要的工作步骤，例如，在存入硬币后发行票证，乘客应该更改金额，输入票证购买详细信息等，并且只有在确认后才能发行票证。购买车票时，乘客可以通过触摸屏进行选择，必须在触摸屏上输入标准车票类型的数量（由参数确定），并根据参数设置一次可购买的最大车票数量。能够点击取消按钮在支付足够的钱之前结束正在进行的交易。如果步骤之间的中断时间超过了指定时间，则机器将自动停止交易。如果交易暂停，则必须退回现金，并且必须在标准模式下确定暂停期限，允许乘客在最后一次出售后根据选项自动退还一张或多张票卡。如果无人操作，机器必须在规定时间内进入指定的屏幕保护程序界面；当乘客接近机器时，界面必须自动切换到用于购票界面。自动计算出合理金额并根据支付金额进行更改，如果规则和余额发生变化，出票正确执行和更改。

（3）车票处理。票务处理模块应能在乘客选择交易并投入硬币确认后自动完成票务发行，分配和发行，自动售票机的票务处理模块的设计应能够识别票证状态。精确识别票证，快速轻松地添加票证，替换票证存储字段并管理卡现象，并与相应的自动票证机模块进行交换其他系统机器应能够写入票证并在分配值之前检查其有效性当票卡信息被写入时，应检查书面数据，如果验证和验证失败，票卡将被回收到无效字段中，然后，设备应尝试再次出售票卡。当错误达到参数设置的数量时，设备将停止服务并将信息上传，将已投入的钱退还给乘客。

（4）现金处理。现金处理模块应具有退还乘客投资的现金而不收集当前交易数据的功能，如果卡和货币出现异常，应在能够正确评估交易是否仍然有效，发行卡或打印错误消息，记录交易详细信息并保护乘客和运营商的利益。

售票机必须能够监控收银机中的全现金状态，并在状态满足指定要求时自动更改操作状态，工作人员可以通过参数设置在现金箱中存储的最大硬币和纸币数量每个寄存器应具有一个独立的电子号码，该寄存器号机器可以自动识别。然后，自动售票机可以检查是否有资格更换收银机，否则会发出警告，手机的盒子或盒子已经打开了。机器必须能够自动检测钱是否被解锁或插入，自动读取号码并将相关数据放入SC和LC。

（5）钱票箱更换。钱票箱应与其他区域隔离开并且使用钥匙才可以打开。在安全区域，应将每个钱票箱分开并用单独的钥匙代替。维修门打开后，操作员必须在维修面板上输入操作许可证卡、服务编号和密码，然后售票机将检查其是否有权更换钱票箱，否则，会发出警报钱箱或移动钱箱已被打开，机器必须能够自动确定钱箱是被取出还是插入，能够自动读取钱箱编号并将相应的钱箱和钱箱数据上传至SC和LC。请确保没有钱箱票卡的兑换与钱箱的兑换相同。

1.2 功能需求分析

根据轨道交通行业AFC运营机构的职能定位，AFC系统的基本功能应包括以下任意一个功能：

（1）票价计算、自购、自动值机和自动售检票、单程自动退票、补票等。

（2）实施轨道交通运行中的购票、生产、销售、流通、回收、销毁票务管理。

（3）客流数据的采集、传输、汇总、统计、存储、查询等客流数据管理。

（4）可以为乘客提供异常车票处理、票务查询、退票等服务。

（5）提供一个方便成本计算的乘法接口，根据我国城市轨道交通的上述运行需求传统的五层架构体系被广泛采用，即：“ACC-LC-SC-SLE-票卡”。

2 系统设计

2.1 系统结构设计

（1）自动售票机（Ticket Vending Machine，TVM）。安装在车站的非付费区，由乘客自己操作，通过人类自动售货机的交互式图形用户界面，自助购买地铁单程票及进行储值票充值的设备。①功能描述：TVM允许您以纸币和纸币的形式进行支付，并根据纸币的汇率进行支付，并执行货币清洗功能，这允许您清点现金。TVM通常有多种服务模式。SC授权，当电视处于待机状态时激活TVM。输入紧急模式，关闭TVM的所有功能，并且只有当SC侧从紧急模式关闭时，才能恢复设备功能。②网络结构：TVM通常由几个硬件工作组组成，每个工作组都有自己的IP地址。获取服务器下发的工作参数，同步工作程序，接收控制命令，将当前的运行数据加载到SC、运行数据和硬件状态。③设备结构：自动售票机主要由ECU、票务存储模块、乘客触摸显示、硬币处理模块组成，纸币流通模块、文件打印机、服务面板、电源模块、底盘、机械外壳等。

（2）自动检票机（Auto Gate Machine，AGM）。自动检票将设置在已付款区域和未付款区域的相交处。在乘客在付费区域与非付费区域时，它是一种自动检票和放行的功能。①功能描述：检票机有四种类型：检票机输入站、检票机输出站、双向检票机和宽通道检票机；检票机进站具有自动检票功能，允许乘客从收费区进入收费区和检票机出站，提供自动检票功能，允许乘客从收费区进入收费区，双向检票机兼作检票机输入站和检票机输出站。②网络结构：AGM网络拓扑类似TVM，由多个设备组成，每个设备都有一个单独的IP地址，每五根双线连接一个小交换机，而小型交换机通过双线或多模光纤通信与SC连接。③设备构成：AGM通过主控单元驱动各功能模块，以实现相关的业务功能。各模块的逻辑连接如图1所示。

图1 AGM内部逻辑连接图

（3）自动查询机（Ticket Check Machine，TCM）。通过AFC通信网络、LC服务器数据库和ACC数据库，使乘客能够独立获取车票的基本信息和历史信息。①功能描述：此设备提供有关票务查询和列车历史的信息。信息包括票务类型、购买时间、到达时间、出发时间、到达地点、出发地、扣款金额、余额、有效期。LC提供的自动售票系统，自动售票系统说明等工作站可编辑下载。车票申请会自动输入检票机，如有不妥，应说明原因，乘客乘坐半自动售票机办理登机手续。②设备构成：TCM主要由以下几个部分构成：机械外壳、主控单元（ECU）、乘客显示器（PID）、触摸屏、读卡器等。

（4）半自动售票机（Booking Office Machine，BOM）。半自动售票机位于售票店操作的火车站的使用说明书中，包括售票、票务更换、充值、更换、退款、票务分析及其他票证处理设备。①功能描述：BOM可分为乘客定位、功能定位、维护和遥控功能，BOM支持孤岛操作。恢复与供应链的通信后，BOM可以独立处理帐卡，存储数据和下载数据。②网络结构：BOM可分为乘客定位、功能定位、维护和遥控功能。BOM支持孤岛操作。恢复与供应链的通信后，BOM可以独立处理帐卡、存储数据和下载数据。③设备构成：主要部件包括：主控模块（ECU）、操作员监视器、乘客监视器、卡片阅读器、工具打印机、键盘/鼠标、变量分配模块、便携式手动收银机抽屉和电源模块。

（5）车站中心计算机（Station Computer，SC）。车站中央计算机安装在车站计算机上，负责车站控制的微机是车站AFC系统的核心。①功能描述。当sc-svr参数版本与LC匹配时，svr参数版本控制设备参数版本，确保与常规系统sc-svr版本工作站的设备参数版本一致。存储运行数据和设备采集的数据下载到LCSVR；通信通道和设备的现场监控；如果网络允许，它可以在任何站点的任何服务器上注册，同时打开多个客户端。②设备性能指标。SC系统性能数据的准确率为99.99%，SC系统的运行可用度大于99.9%，平均无故障时间大于50000h≤60min。SC系统具有自诊断和故障报警功能。操作完成后，SC系统会自动生成报告，供第二天现场使用。报告将在操作完成后15min内自动生成。SC系统成功接收到系统参数后，可在1min内到达所有车站设备，显示并记录启动成功或失败的信息。操作完成后，SC系统将能够在15min内完成该过程。线路中心作为数据中心和全线监控运营中心，对系统的正常运行起着重要的作用。

2.2 系统平台选择

开发人员可以利用现有技术开发软件架构、数据建模、编码、调试、测试、分析，安装和部署项目。VS2010有助于完成复杂的任务，并帮助开发人员深入了解平台。提供有效的项目管理功能，可用于文件分类、项目管理、源代码更新和空格识别；开发人员和测试人员可以进行自动和手动测试，并根据具体情况改进调试工具，帮助他们开发软件，准确快速地完成项目，自动添加对存储库的更改，分析警告，重新启动管理器、MFC库、ATL等。更重要的是，线程调试得到了改进，它提供了更多的多线程支持和并行V开发能力，这对调试和调试系统很有帮助。

由于在TVM设备中，鉴于成本问题，工业控制计算机的配置相对较小，并且对于乘客而言，接口的运行速度必须相对较快，因此，程序的运行速度和效率更为重要。Java集中于纯的面向对象编程语言C++作为一种面向对象的混合编程语言，而且可以提高运行速度，特别是在有限的配置运行环境中。比Java更有效，这就是该项目选择C++编程语言的原因。

2.3 数据库设计

自动售票机库采用SQLite3数据库，采用轻量级嵌入式数据库（SQLite3），资源有限，效率高，整个数据库设计包括50多个表和约1000个表位。同时，某些组织必须具有较大的内部容量。例如，交易明细必须包含几乎60个特定数据，日常业务必须包含几乎200个特定数据，依此类推，这些数据之间的联系非常紧密，通常只需要后台操作，频率不高且不会影响外部功能和系统效率，因此，在设计中不应将这些数据分为两部分。为提高系统效率，采用了具有多个字段的统一表的思想，并采用了事务处理方法。

3 结语

随着城市道路交通的快速发展，对AFC和TVM系统的要求越来越高。在分析地铁TVM发展现状的基础上开发了一种适用于地铁TVM的自动售票系统。在该系统的框架内，分析了AFC系统的巨大需求在国内轻轨运输发展迅速以及目前我国缺乏AFC系统研究的情况下，本研究的重要性由此而来。对自动收银机软件需求的分析已经完成。主要是功能和操作需求。然后，选择经典的层次结构软件进行系统设计，简化了售票机的业务逻辑，简化了业务实现，并根据层次结构将层次结构分为不同的业务模块，确定自动售票系统业务模块的组成，明确了自动售票系统的开发任务，并用不同的硬件设施代替了控制模块。