鐵路自動退票系統設計

劉子寬

(中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，100081，北京∥助理研究員)

?

鐵路自動退票系統設計

劉子寬

(中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，100081，北京∥助理研究員)

退票業務自動化辦理有助于減輕窗口工作人員的壓力,并為旅客提供更加快捷化、優質化的服務。提出一套適用于鐵路客運站自動退票系統的實際應用方案,詳細闡述了該系統軟硬件設備的設計,及系統中關鍵技術的實現。自動退票系統為旅客提供更加便捷、多樣的退票業務選擇,并能有力推動鐵路信息技術的進一步應用。

鐵路; 自動退票系統; 系統設計

Author′s address Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Railway Sciences,100081,Beijing,China

自2008年,自動售檢票系統在我國鐵路部門全面推廣以來,有力提升了鐵路客運的服務質量。但退票業務卻至今仍處于窗口人工服務的階段,其落后的管理方式與服務手段,與自動售檢票系統形成了較為鮮明的對比。由于鐵路退票業務與改簽業務,通常都是在同一窗口下進行,而改簽業務的辦理時間長、操作繁雜,很容易耽誤退票旅客的時間與行程,從而造成退票效率低、窗口人員工作強度大等一系列問題。因此,鐵路退票業務的自動化,不僅是旅客的迫切需要,也是鐵路運營部門提高自身管理水平與服務質量的迫切需要。

本文提出了一套適宜于鐵路客運站的自動退票系統方案?？梢灶A見,隨著該自動退票系統逐步取代傳統的人口窗口退票服務,必將在方便旅客退票以及提高退票效率方面發揮出更大的作用。

1 自動退票系統的需求分析及設計原則

1.1 自動退票系統的需求分析

1.1.1 系統功能需求

自動退票系統主要用于鐵路客運站內旅客的自助退票。退票旅客點擊LED(發光二極管)屏中的退票按鈕后，送入磁介質車票并刷身份證。系統比對車票信息和身份證信息，確認退票后打印退票手續發票,送出退票款。

可見，自動退票系統除應提供自助退票、取票的功能以外,還應具備退票信息顯示、設備運行狀態顯示、用戶觸摸輸入、(現金、銀行卡)支付、找零、視頻監控、實名制證件讀取及憑條打印等多種相關功能。同時,自動退票系統還應具備良好的運營維護功能與系統管理功能。其中,在運營維護功能方面,可實現根據權限進行設備的現金盤點、添加零鈔、更換錢箱、更換票卷、硬件模塊復位、設備測試、設備狀態檢測、重啟應用程序、重啟操作系統等操作;在系統管理功能方面,還可遠程實現退票終端定義、狀態查詢、結賬時間設定、關閉終端設備、暫停/恢復退票、LED屏顯示內容、票號核查及車票作廢等操作業務。

1.1.2 系統性能需求

在旅客自助退票過程中,鐵路自動退票系統的退票速度、人機交互便利性等因素,都將直接影響到退票服務的質量。因此,結合自動退票系統的特點,對其性能提出了一系列要求[1]。

1.1.2.1 退票機關鍵性能需求

本文所設計的鐵路自動退票系統以自動退票機為核心應用層,不僅應當能滿足我國鐵路客運的技術規格要求,能實現車票讀取、證件識別、發票打印、發票剪切、廢票處理以及金額找零等多種功能的應用,而且還應具備高響應速度、低成本、高可靠性、易維護、外形美觀、使用方便等多方面優點。為符合上述要求,該自動退票機各重要部件及模塊的性能需求如下:

(1) 工控機。該自動退票機的工控機主要負責對整機內各模塊的運行進行控制,以及完成車票處理和現金處理顯示、數據通信、狀態監控等多種功能。工控機設置在機柜的下方,其操作系統采用的Windows XP,可支持以太網通信,并具有抗電磁干擾性強的優點,能保證自動退票機整機晝夜不停機地穩定運行。

(2) 旅客顯示模塊。該模塊設置在自動退票機的前面上部，包括顯示屏與觸摸屏2部分,是自動退票機與旅客之間進行充分交流的必要設備。其中,顯示屏安裝在自動退票機的前面板部位,位于觸摸屏之后,主要用于顯示有關退票操作提示的信息;觸摸屏采用48.26 cm(19 英寸)紅外防爆觸摸屏。旅客可通過觸摸屏對自動退票機進行操作,同時觸摸屏還可自動識別灰塵與障礙物,具有防水、防塵、抗刮擦等多種特性。

(3) 退票模塊。由中國鐵道科學研究院電子所研制的磁介質退票模塊具有車票識讀、證件識讀、票據傳輸、金額找零等多種功能,能實現自動退票業務的高效率與高質量。同時,自動退票機外側的液晶顯示屏還可實時顯示退票模塊的工作狀態,使操作人員可直觀地了解其運行狀況是否良好。

1.1.2.2 其他非關鍵性能需求

(1) 退票機整機性能需求。工作功率為80 W，待機功率為15 W。退票全過程總用時≤2.4 s；可維護性上，MTTR(平均恢復前時間)≤30 min；運行噪聲≤60 dB。

(2) 票據打印性能需求。采用熱敏/熱轉印;打印分辨率為203 DPI(8 dot/mm);最大打印寬度為 104 mm;打印速度為 110 mm/s;打印退票費報銷憑證的時間<2 s。

(3) 關鍵部件參數。該自動退票機采用自適應打印頭,便于抬起與壓下,并能自動找準位置,確保打印質量,打印頭的壽命長達65 km以上。采用的旋轉式切紙刀體積小巧、拆卸自如,且經久耐用,使用壽命達70萬次以上。

1.1.3 系統接口需求

該鐵路自動退票系統通過應用服務器實現與鐵路客票系統之間的數據交換。應用服務器主要運行該系統的后臺應用軟件與接口軟件,并支撐自動退票系統的業務數據處理。與客票系統之間的接口協議采用TCP/IP(傳輸控制/因特網互聯協議)和socket(套接字)通訊方式。

1.2 設計原則

為保障鐵路自動退票系統的運行良好,并能提供優質、快捷的退票服務,該系統在設計時應遵循以下原則:一是先進性,要求自動退票系統的各項主要指標要求,均應達到國際先進及國內領先標準;二是標準化,系統各應用模塊均應遵循國內﹑國際標準,其設備接口應具備良好的兼容性以及良好的集成性;三是模塊化和安全性,系統的軟件及硬件均采用模塊化設計,整機及所有零件應滿足國家安全標準(GB 4943—2011),應用可靠性高;四是應符合人體工程學設計,以充分體現以人為本的退票服務理念;五是可維護性,要求系統各設備及主要零部件應盡可能無維修、少維修,且各零部件之間應具備良好的通用性和互換性,耗材更換簡單。

總體而言，自動退票系統的設計與實現，不僅為 旅客提供了更為方便、快捷的取票選擇，極大減輕了車票售退票窗口的壓力，改善了當前旅客退票困難的局面，而且通過與鐵路票務系統及旅客服務系統之間的互聯互通，實現了相關信息無縫對接。這也極大改善了我國鐵路現代化綜合交通體系的建設，節省了大量的人力與物力，起到了節能減排的功效。據統計，目前該退票系統在我國18個鐵路局、10條客運專線及多達70余個高鐵站中，均已相繼投入使用。按照每一臺自動退票系機替代一名員工進行計算，每年可為我國鐵路系統節省費用超過5 000萬元，經濟效益非常顯著。

2 鐵路自動退票系統的設計

該鐵路自動退票系統,主要由自動退票機、管理機、服務器、網絡設備(交換機、負載均衡器、路由器及調制解調器等)等多種設備組成,并通過應用服務器與客票系統相連接,為旅客提供自動化的退票、取票及查詢等相關服務。

2.1 系統總體結構設計

該自動退票系統采用三層分布式應用體系,主要由接口層、應用服務層及設備層構成。

接口層主要負責與客票系統之間的數據交換,通過核心交換機、負載均衡器等網絡設備與退票系統的應用服務器相連接。應用服務層主要包括了自動退票系統的應用服務器、管理機和監控終端等。其中，應用服務器是整個自動退票系統的核心,可支持與管理多臺自動退票機,并可掛接多臺管理機與監控終端。設備層主要由分布在鐵路客運站各區域的自動退票機構成,能完成旅客證件識別、車票識別、款額支付、自動退票等多種功能。

2.2 系統網絡架構設計

該鐵路自動退票系統的網絡架構主要采用路局集中模式[2]。在鐵路客運站各區域設置自動退票機,在鐵路局設置自動退票應用服務器。應用服務器通過群集化處理以承擔下轄車站內所有自動退票業務的數據處理與數據存儲,并以雙鏈路連接鐵路局票務系統的核心交換機,采用光纖通道接口與磁盤陣列相連接。

自動退票系統還采用了負載均衡器，以實現退票業務的均衡化處理，保證了自動退票運行的高可靠性與高安全性。

2.3 系統硬件設計

自動退票機主要由終端控制單元(工控機)、紙幣找零模塊、硬幣找零模塊、運營狀態顯示屏、多證件識讀器、退票費報銷憑證打印機、電源模塊、加熱模塊等多個部件所構成(如圖1所示)[3]。

如圖2所示,該自動退票機以終端控制單位為核心,并通過采用抗干擾性較強的串行通信端口,以有效控制各外圍設備及模塊的運行,確保了退票機整機運行的可靠性與穩定性。其中,旅客顯示屏具有語音提示與圖文功能,能為旅客提供人機界面友好的自助式退票環境;在退票機的找零口與退票口還配置相應的LED燈光顯示與揚聲器,以方便旅客順利取走錢款和證件,并能引導旅客完成退票的各項操作。

2.4 系統軟件設計

該自動退票系統所采用的軟件主要包括自動退票機機內軟件、應用服務軟件、管理監控軟件等,都采用層次化、模塊化的軟件架構設計。這也有效降低了各軟件應用過程中的耦合度,并為退票體系提供了良好的伸縮性與安全性,便于自動退票系統后續應用的進一步拓展。

退票機機內軟件支持退票信息的輸入,采集旅客身份證件的信息與對比等功能；當信息核對正確后,還支持票款的支付與票據的打??；最后通過應用服務軟件在系統的數據庫內記錄相應的退票信息。

應用服務軟件是整個自動退票系統的核心,主要負責整個系統的接入訪問控制,是自動退票機與客票系統之間的通道與橋梁。提供該退票系統數據庫的操作接口以便于旅客退票信息的記錄、查詢與管理。

管理監控軟件主要負責對整個自動退票系統運行狀態的監視與控制,同時還需負責對系統內各種業務數據的設置與管理。

3 鐵路自動退票系統關鍵技術的實現

3.1 自動退票流程的實現

該自動退票系統借鑒了鐵路自動售檢票系統運營的成功經驗,采用集中式管理、分布式操作的管理模式,從而保證了整個自動退票系統中退票流程的有序與順利,為旅客提供優質、高效的退票服務。自動退票系統的工作流程如圖2所示[4]。

圖2 自動退票系統的工作流程

由圖2可見，該自動退票系統可根據不同的票制、不同的退票事由,可提供相應的退票處理方式。當旅客持實體車票進行退票操作時,系統將旅客證件信息與車票信息進行一致性核對;當旅客持電子車票進行退票操作時,系統通過應用服務器與客票系統相連接以獲取旅客對應車票的存根信息,然后再進行相應的信息核對。

3.2 人體工程學設計

在自動退票機外形尺寸及結構的設計上,應盡量根據人體工程學進行設計。一方面,可滿足鐵路客運站各種既有設備的共同使用要求,以達到混合編組使用的目的;另一方面,也需充分考慮不同退票人群的身體條件及使用情況。

經研究表明,成年人身高大多集中在1.15～1.80 m,操作高度范圍為0.74～1.40 m,最佳操作范圍為0.90～1.25 m[5],如圖3所示。綜合考慮殘疾人和兒童使用的需要,該自動退票機的旅客操作顯示屏設計高度為1.3 m。這樣可以最大限度地方便旅客,提高設備的使用效率。同時,該退票機后門還能開啟180°。這也最大程度地為維護人員與操作人員提供了空間。

圖3 顯示屏的最佳操作高度示意圖

3.3 證件識讀技術

目前,我國鐵路客票系統中支持實名購票/退票的證件多達24種。其中,可通過設備識別的證件主要包括居民身份證、電子護照以及港澳地區來往的通行證件等。

在該鐵路自動退票系統中通過采用多合一證件識讀技術,可同時實現對以上幾種證件信息的有效識別與讀取。該證件識讀技術功能的實現,一是利用射頻技術(RFID)可對各類證件電子信息進行正確識讀;二是利用光學字符識別技術(OCR),可正確識讀各類證件是否符合ICAO 9303標準;三是根據ICAO 9303標準,能正確還原各類證件的電子信息。

4 結語

該鐵路自動退票系統設計方案是在我國鐵路信息化發展戰略的指導下,在鐵路跨越式發展的形式下,并結合旅客退票業務的實際需求所進行設計與實現的。該自動退票系統采用了模塊化設計,并充分考慮到當前鐵路自動退票的狀況及退票業務的需求,符合我國鐵路退票業務的實踐應用需求,能為旅客提供更加便捷、多樣的退票業務選擇,并有力促進了我國鐵路信息技術的進一步深入應用。

[1] 李士達,蔣秋華.鐵路旅客自動售票系統設計與實現[J].鐵路技術創新,2012(4):22.

[2] 趙時昱.軌道交通自動售檢票系統[M].上海:同濟大學出版社,2007.

[3] 董寶田,劉軍.鐵路信息化概論[M].北京:中國鐵道出版社,2014.

[4] 李超.鐵路自動售票系統故障診斷與維修專家[J].鐵路計算機應用,2013(5):13.

[5] 單杏花,張振利,等.鐵路車票實名制的研究與展望[J].鐵路技術創新,2012(4):33.

[6] 黎江.軌道交通自動售檢票系統可靠性設計探討[J].城市軌道交通研究,2014(8):28.

[7] 劉子寬,姜利,鄧勝江,等.鐵路自動退票系統方案研究[J].鐵路信息技術,2015(7):28.

On the Design of Automatic Railway Refund System

LIU Zikuan

Automation of the refund business in rail transit could relieve the pressure of station staff, provide passengers with more efficient and higher quality service. In this paper, a practical application program of automatic refund system suitable for rail transit passengers is proposed, the design of the system hardware and software, the implementation of the key technologies of the system are deliberated in detail. This system is expected to offer passengers with more convenient and diversified business options, and will have a strong impetus to the construction of urban rail transit information technology.

railway; automatic refund system; systm design

U 293.29

10.16037/j.1007-869x.2016.06.010

2016-01-29)