自動售票機中硬幣模塊找零箱容量的設計

周世爽

（深圳市地鐵集團有限公司運營總部，518040，深圳∥高級工程師）

自動售票機中硬幣模塊找零箱容量的設計

周世爽

（深圳市地鐵集團有限公司運營總部，518040，深圳∥高級工程師）

介紹了自動售票機中硬幣模塊的工作原理，分析了硬幣模塊的應用現狀及存在的問題，介紹了循環找零箱容量和后備找零箱容量設計要求和設計方法。以深圳地鐵3條線所有車站自動售檢票系統的實際數據為基礎，通過一個模型算法對現場自動售票機硬幣的使用數據進行分析，找到能最大限度利用乘客投入硬幣進行找零的硬幣循環箱容量的臨界值；在此基礎上給出了硬幣循環找零箱的容量，并對后備找零箱容量設置給出了建議。

地鐵；自動售票機；硬幣模塊；找零箱容量

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

在地鐵自動售檢票系統中，都使用自動售票機（TVM）出售單程車票。自動售票機中安裝有硬幣模塊用于識別乘客投入的硬幣以及用于向乘客找零硬幣。找零硬幣儲存于硬幣模塊的找零箱中。硬幣模塊的找零箱一般分為循環找零箱和后備找零箱。循環找零箱儲存乘客投入的硬幣，并用于找零；后備找零箱儲存工作人員加入的找零硬幣，當循環找零箱硬幣不足以找零時使用后備找零箱的硬幣找零。

1 硬幣模塊工作原理

乘客投入的硬幣首先進入硬幣識別器，不可識別硬幣直接退還到找零/退幣口；如果投入的硬幣有效則進入硬幣暫存裝置。硬幣按種類暫存，乘客取消或投幣過程中發生故障會原幣奉還。乘客購票確認后，暫存的硬幣可進入循環找零箱或硬幣回收箱。當循環找零箱已滿時，有效硬幣將被直接送入硬幣回收箱。

硬幣模塊一般配置2個硬幣品種的后備找零箱，通過硬幣補充箱為后備找零箱補充硬幣。硬幣模塊可接收清幣命令清空循環找零箱和后備找零箱中的硬幣，清幣時硬幣進入硬幣回收箱。硬幣模塊的工作原理框圖如圖1所示。

圖1 硬幣處理模塊原理框圖

2 現狀及存在的問題

目前，生產硬幣模塊的廠家很多，各廠家設置的硬幣模塊循環找零箱和后備找零箱的容量各不相同：循環找零箱容量一般在80～200枚硬幣之間，后備找零箱容量一般在800～1 500枚硬幣之間。各廠家在設計時對上述兩種找零箱容量的確定比較隨意，一般是為了適應結構要求或后備找零箱容量而設定的。這樣做主要會帶來以下2方面的問題。

（1）循環找零箱容量不合適：循環找零箱容量過大造成設備的浪費；循環找零箱過小則不能充分利用乘客投入的硬幣進行找零，造成硬幣數量的緊張。

（2）后備找零箱容量不合適：后備找零箱容量過大（或加入的硬幣數量過多）則造成設備的浪費和硬幣的浪費；后備找零箱容量太小，則需要工作人員多次為自動售票機增加硬幣，將會加大工作人員的工作量。

3 設計要求和方法

如果硬幣循環找零箱和后備找零箱容量設計合理，就可以最大限度地利用乘客在購票時投入的硬幣用于找零以減少后備找零箱的找零數量，緩解硬幣不足給運營帶來的的壓力，同時還可以減少工作人員加幣的工作量。

理論上來講，為了達到上述目的，循環找零箱容量和后備找零箱容量都是越大越好，這樣可以將乘客投入的硬幣全部用于找零，并且運營人員也只需要往后備找零箱里加1次硬幣就可以讓自動售票機長期運行下去，并能滿足乘客各種各樣的找零要求。但實際情況不是這樣，也做不到這樣。因為循環找零箱的容量和后備找零箱容量的大小受很多因素限制，比如硬幣模塊尺寸的限制、后備找零箱的大小限制，那么就需要為循環找零箱容量和后備找零箱容量找到一個合理配置。

硬幣模塊循環找零箱和后備找零箱容量設置多大比較合適，可以從對現場實際的數據分析以后總結得到。方法是：首先從地鐵車站現場取得每臺自動售票機每天的交易日志。每天的交易日志里記錄了當天每筆交易硬幣入幣數量和每筆交易找零硬幣數量的歷史數據。在這些歷史數據的基礎上，建立一個算法模型，以這些歷史交易數據為輸入，最大限度地將乘客投入的硬幣用于找零，并盡量少地使用后備找零；計算出每筆交易結束時硬幣循環找零箱內的存幣數量、后備找零箱找零硬幣數量以及乘客投入的硬幣回收到硬幣回收箱的數量；通過變化循環找零箱容量和后備找零箱容量，找到循環找零箱可以最大限度利用乘客投入硬幣的容量的臨界值，并分析模型計算出的數據結果，得到循環找零箱、后備找零箱容量的合理配置。其模型描述如下：

（1）記錄每天每次乘客購票投入的硬幣數量和找零數量作為原始數據進行分析。

（2）假設只使用一種找零硬幣，使用多種找零硬幣時，按各種硬幣種類分別計算。

（3）定義Xi、Yi分別為第i次購票時乘客投入的硬幣數量和找零數量，i≥1。

（4）定義Pi為第i次購票后循環找零箱剩余硬幣數量，i≥1，P0=0；Qi為第i次購票后后備找零箱找零硬幣總數量，i≥1，Q0=0；Ri為第i次購票后回收到硬幣回收箱的硬幣總量，i≥1，R0=0。

按下列算法進行計算：

For i=1 to n ∥從第一筆交易到最后一筆交易（第n筆交易）

該過程輸入數據為﹛X1，X2，…，Xn﹜和﹛Y1，Y2，…，Yn﹜，代表的意義為乘客每次購票操作時的入幣數量和找零數量。輸出為﹛P1，P2，…，Pn﹜、Rn、Qn，分別代表如下意義：乘客每次購票操作后循環找零箱中硬幣數量；進入到硬幣回收箱中的硬幣總數；從后備找零箱找出的硬幣總數。

將循環找零箱容量Cbuf設為無窮大時，也即進入硬幣回收箱的數量為零的情況下，取max﹛P1，P2，…，Pn﹜就是循環找零箱需要的最大容量；

將Cbuf設為一個固定值（如180枚）以后，通過以上算法可以計算出Rn，Qn，Qn，就是在循環找零箱容量確定以后后備找零箱的最大容量；Rn就是進入回收箱里的硬幣總數，Rn越小，Cbuf的值設置得越合理。這樣，通過計算Rn的值就可以判斷硬幣循環找零箱的容量是否更合理。

同樣，根據得到的Qn的值，結合硬幣質量以及期望的加幣次數，可以設定硬幣后備找零箱的容量（或加幣量）。每次設定的加幣數量越多，則每次需要加幣的質量就越大，需要考慮工作人員是否能拿得動；每次設定的加幣數量越少，則需要加幣的次數就可能增加，這樣會增加維護人員的工作量，且每次加幣時也會影響乘客的購票操作。

該方法可以將實際的硬幣模塊的結構、實際的循環找零箱容量、實際的后備找零箱容量等因素都視為透明的，用模型模擬硬幣模塊的入幣和找零工作過程。

4 現場數據的驗證和分析

在深圳地鐵3條線現場隨機提取了各個車站（包含3條線每個車站的設備）500多臺自動售票機連續6個月的日志，并提取其中有關硬幣投入及找零的交易數據進行分析。

從現場實際的日志數據中發現，5角硬幣接收和找零數量都很少，所以用上述模型，只對現場數據進行1元硬幣接收和找零交易的分析，計算1元硬幣循環找零箱的臨界容量。循環找零箱臨界容量的計算方法是：滿足設備找零要求，在后備找零箱最少找零數量的情況下，硬幣循環找零箱容量的最小值。

本文列出深圳地鐵部分車站的自動售票機分析數據記錄樣例表，參見表1、表2。

從表1、表2樣例表中的數據可以看出，崗廈站的TVM在使用過程中都是入幣總數大于找零總數，從理論上來講，都可以不需要后備找零，只需循環找零就可以滿足設備的找零要求了。后備找零主要發生在設備剛開始運營就出現找零的情況，此時循環找零箱還未足夠接收乘客投入的硬幣。而在羅湖站，入幣總數明顯少于找零總數，就算最大限度利用了乘客投入的硬幣進行找零，也需要從后備找零箱找出相當數量的硬幣才能滿足設備找零的要求。

循環找零容量的臨界值隨入幣數量和找零數量的變化而變化，不同設備不同交易日其臨界容量是不同的，但都可以用一個較小的循環箱容量完成大量入幣數量的緩存和找零。對于后備找零箱找零數量，相同車站設備之間差異不大，但不同站點的設備之間存在很大的差異，這就應該需要不同的站點根據各自的運營情況配置后備找零箱內的硬幣數量。

表1 2012年12月崗廈站分析數據記錄樣例

表2 2012年12月羅湖站分析數據記錄樣例

5 結語

通過對模型結果數據的分析，循環找零箱的臨界容量都在60枚以內，所以后備找零箱容量設計為大于等于60枚就可以較好地利用乘客投入的硬幣進行循環找零。后備找零箱的找零數量，除羅湖、華強北、世界之窗等少數幾個車站外，其余車站每天的后備找零都在500枚以內。所以，后備找零箱容量設計在500枚就可以基本滿足現場使用的要求。使用時，各站點根據運營情況加入不同數量的初始硬幣。像崗廈這樣的車站，TVM后備找零箱加入硬幣數量容量可設置在100枚以內；而像羅湖這樣的車站，入幣總數遠遠小于找零總數，則需要將后備找零箱容量設置在300～500枚，并且在使用過程中可以多次增加后備找零箱的硬幣數量。

由于現在深圳地鐵的票價方案沒有5角找零，5角硬幣使用數量非常少，所以可以將5角的硬幣循環找零箱容量也設置為60枚；5角后備找零箱容量可以設置為與1元后備找零箱容量一致，但在使用時不用加入初始5角硬幣。但如果票價方案發生變化，需要5角找零，則可以參照1元硬幣的使用情況給5角后備箱找零加入相同數量的初始硬幣；以后可在運營過程中總結運營情況，對5角后備箱找零加入的硬幣數量進行調整。

［1］ 白洪波.關于地鐵AFC設備國產化研究［J］.都市快軌交通，1998（2）： .

［2］ 周末.城市軌道交通AFC系統運用分析［J］.內蒙古科技與經濟，2003（11）： .

［3］ 伍敏.自動售檢票設備應用中存在問題及應對措施的探討［J］.都市快軌交通，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）