廣州地鐵自動售檢票系統邊門檢票機設計與應用

謝程祥 梁春亮

(廣州地鐵集團有限公司,510330, 廣州∥第一作者，工程師)

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廣州地鐵自動售檢票系統邊門檢票機設計與應用

謝程祥 梁春亮

(廣州地鐵集團有限公司,510330, 廣州∥第一作者，工程師)

根據廣州地鐵公司運營特點及各個車站的實際運作情況,結一線服務需求,廣州地鐵AFC(自動售檢票)系統自2012年底開始啟動研制新型設備邊門檢票機。主要從基本功能、機體硬件設計，以及軟件開發架構、模塊功能設計等幾個重要方面介紹AFC系統的邊門檢票機。邊門檢票機可緩解地鐵線網部分特殊站點的特大或爆發性客流所帶來的閘機疏散能力不足引起的負面影響。

廣州地鐵； 自動售檢票系統; 邊門檢票機

Author′s address Guangzhou Metro Corporation，510330,Guangzhou,China

根據地鐵公司運營特點及各個車站的實際運作情況,結合一線服務需求,廣州地鐵AFC(自動售檢票)系統自2012年底開始啟動研制新型設備邊門檢票機(Side Door Gate，簡為SDG),并在廣州地鐵6號線首期AFC系統中開始啟用。

隨著地鐵線網的不斷擴大,在運線路部分特殊站點應對運營特大客流、爆發性客流時,閘機疏散能力有所不足,根據地鐵公司運營特點及各個車站的實際運作情況,新型AFC設備SDG開始設計開發。廣州地鐵AFC系統中SDG位于付費區內邊門的位置,為從邊門出站的乘客提供驗票和出站驗票檢票服務。邊門檢票機具有自動分析車票功能及出站檢票功能,該設備開發工作已完成,目前已通過功能測試,在廣州地鐵6號線首期工程開始正式試用。邊門檢票機的功能與設計已得到運營部門的認同,將在廣州地鐵新一輪線網規劃線路的AFC系統推廣應用。

1 應用背景及設備介紹

目前，廣州地鐵在運地鐵線路中,部分車站存在應對重大節日、慶典、活動、交易會等爆發性客流時,閘機疏散能力不足的問題,需要開邊門進行臨時疏導客流,從而導致票務收益的損失。而持儲值票(含“羊城通”)的乘客下次進閘前還要前往票亭更新車票,不但給乘客造成不便,還大大增加了票亭(客服中心)的工作壓力,甚至引起乘客糾紛及投訴。

為了應對車站突發性大客流的沖擊,快速疏散客流,需要一套離線的車票處理裝置能快速安裝到車站站廳的欄桿上,在車站臨時開啟邊門疏散時仍能實現儲值票車票處理,保障地鐵收益。SDG同時具備單程票回收功能,在開啟邊門疏散時回收乘客手中的地鐵單程票,避免單程票流失。

SDG工作模式方面,要求支持出站檢票模式與驗票模式。出站模式支持單程票回收分析;驗票模式,主機讀卡區支持單程票分析,顯示界面顯示車票分析結果。另外,此裝置在平時還可作為桌面式自動驗票機,供車站人員查詢車票信息使用。

2 硬件設計及功能介紹

SDG由檢票機主機單元(見圖1)、機柜、檢票機緊固環組成。主機單機擺放于機柜上(見圖2),移動到車站作臨時通道的邊門欄桿上,通過緊固環固定于右邊欄桿處,實現驗票檢票操作。乘客顯示屏采用145°斜面設計,更方便乘客驗票檢票過程中站立讀取數據。單程票回收口及刷卡區域都有時顯標識指示,讓操作一目了然。

圖1 主機單元外觀示意圖

圖2 SDG設計示意圖

2.1 自動驗票方式

在自動驗票方式下,乘客可對“羊城通”、“佛山交通卡”及城市軌道交通專用車票的車票內數據進行查詢。

2.2 出站檢票方式

在出站檢票方式下可進行車票處理,乘客可以通過SDG進行出站驗票、檢票操作。SDG檢查車票時,對儲值票扣費,對單程票扣費并回收。

兩種模式通過撥動開關進行切換操作。工作人員根據實際運營需要,撥動SDG運營模式切換按鈕,實現模式切換。

整機通過緊固環可以隨意安裝于車站邊門欄桿處,堅固環的高度及緊固環圓徑與地鐵欄桿匹配,此緊固環是一個彈簧自鎖裝置,可以把堅固環和欄桿的固定更加牢固,而當需要拆卸時,也只需要按下彈簧按鈕,即可把緊固環往上拉提,使之脫離欄桿。

主機單元的外部主要是由乘客顯示屏、投票回收口、刷卡區以及一些附加的提示標貼為主。主機單元內部是整個移動檢票機的核心部件(見圖3)，根據運營需要,可以當作桌面式自動驗票機使用。軟件已進行相應的功能開發,其中主要包括以下幾個主要模塊:乘客顯示器、主控單元、單程票回收模塊、讀卡器及天線板、電源控制板、充電電池組等。

圖3 主機單元內部布局設計

主機單元外殼采用耐磨塑料啤塑成型,2 mm厚度能應對日常使用強度,磨砂表面處理,使用過程中多次接觸也不會留下手印汗漬,隨時保持機體表面整潔。主機單元底盤采用鋁合金,其目的主要是減輕整個主機單元質量。主機單元從外觀結構和電子性能方面都極人性化地考慮了其單一使用性。主機單元可置于桌面,連接電源,當作桌面式自動驗票機,供車站人員查詢車票信息使用。整機通過安裝固定裝置,能快速安裝到車站站廳的欄桿上,在車站客流大的時候,可以充當臨時檢票口以疏散人流。SDG具備“羊城通”車票處理功能和單程票回收功能。

代幣式單程票回收模塊由本體、安裝支座、進口活門、接收活門,以及傳感器等主要構件組成(見圖4)。單程票入口通道處安裝了入口活門,當單程票投入票口時,經傳感器1檢測后,入口活門便會打開,讓單程票進入讀寫;入口活門隨之關閉,以防止前一張單程票完成處理前,又導入下一張單程票。傳感器2位于讀寫區,用于計算回收單程票數量。當車票進入通道時,計數程序就會對單程票的數量進行累加,當數量達到2 000枚時,會發出警告聲音,提醒工作人員需要及時更換布袋或回收箱。

圖4 單程票回收模塊結構

在出站車票處理方式下,乘客可以通過SDG進行出站驗票操作,對儲值票扣費,對單程票扣費并通過回收模塊回收。SDG檢查車票時,根據車票上的進站碼自動扣除相應的車費(自動判斷折扣)并寫出站碼,并根據不同日期、不同票種統計出站客流。

SDG的維修及檢測需要維修登錄ID(網絡之間互連協議)和密碼,只有授權的工作人員才能進行這個作業。維修界面信息用乘客顯示屏顯示。操作員使用維修鍵盤進入維修模式,SDG在乘客顯示器上顯示需要輸入維修員登錄ID和密碼的畫面。

3 軟件開發架構

SDG軟件的設計基于面向對象,并使用UML(標準建模語言)呈現設計概念,設計過程結合了統一過程的規范和敏捷方法的靈活思想。

在SDG軟件設計過程中需充分利用面向對象設計原則,合理應用設計模式及基礎框架,結合SDG軟件的特點,以保障軟件的設計滿足最終用戶(車站服務人員)的功能要求及質量要求。

SDG軟件設計采用UML作為統一建模語言用來建立各類模型,由于UML用于面向對象的設計,并已成為國際通用標準,開發設計可以通過使用UML來交流設計思想及優化設計(見圖5)。程序員將按照UML呈現的設計方案進行編碼。

圖5 子模塊劃分圖

(1) 軟件詳細設計階段應包括以下任務:用例分析、用例設計、子模塊設計、類設計。軟件的開發經歷準確記錄、跟蹤用戶需求,分析用戶需求并設計方案,通過編程實施方案。

(2) SDG系統的主要功能包括:運行模式需求、參數管理功能、設備維護功能、交易管理功能、驗票機功能。

SDG主要功能模式為正常模式與離線模式。在正常模式，SDG等待乘客出示車票時,乘客顯示器顯示等待信息,方向指示器顯示正確的引導信號;當乘客出示車票時,乘客顯示器顯示正確回應信息,警示燈和報警裝置根據車票類別動作。在離線模式，各顯示裝置的狀態同正常模式,系統可以保存30天的交易、寄存器數據,當超過30天后,SDG將轉入設備故障模式。

4 功能子模塊設計

根據對SDG軟件系統的分析,將SDG業務實現分成I/O(輸入/輸出)控制、讀寫器、參數管理、數據管理、SC(車站信息系統)通信、NTP(網絡時間協議)服務七個子模塊，實現乘客界面切換功能。

(1) IO控制模塊，實現單程票回收,電源檢測等功能;

(2) 讀寫器模塊，實現票卡的分析、扣款、寄存器數據統計等功能;

(3) 參數管理模塊，實現參數的下載、參數入庫即參數同步等功能;

(4) 數據管理模塊，實現交易、收益、故障信息等數據的入庫;

(5) SC通信模塊，實現與SC的通信連接或斷開、離線文件保存及上傳等功能;

(6) NTP服務模塊，實現NTP時間同步功能;

(7) GUI(界面顯示)模塊，實現乘客界面切換功能。

主處理模塊(IO控制模塊)主要功能是作為模塊之間的消息中間傳遞樞紐,以及相關系統及運營計劃的離線處理。讀卡器模塊主要封裝讀寫器接口,并調用接口對票卡進行輪詢讀寫和分析,并將得到的接口數據傳遞給設備其他模塊進行處理。參數管理模塊主要負責參數的下載同步及參數數據入庫操作,為其他業務提供支持。數據處理模塊對交易、收益數據進行處理和入庫操作,并可供外部應用進行查詢等。SC通信模塊主要實現SDG與SC之間的數據交互。NTP對時模塊主要實現SDG與SC間的時間同步功能。GUI實現待機界面、交易界面、維修界面等界面的顯示。

5 數據交互

車站計算機SC是SDG的上層設備,SDG將交易、收益數據發送給SC,同時接收并處理SC發送的參數同步、軟件同步、設備控制、狀態查詢等消息。SDG可通過網絡與SC互聯進行交易數據的上傳以及參數下載等功能,也可通過USB(通用串行總線)接口與SC系統實現數據導入、導出功能。通過上層軟件的參數管理模塊提供SC與SDG參數傳輸及管理機制,確保SDG按照最新下發的參數進行工作。

在保證交易、收益數據的可靠上傳方面，SDG應用系統通過數據上傳確認機制和離線數據處理機制相結合的方式,保證接入車站計算機系統的可靠性,確保數據上傳的及時性、有效性。具體措施如下:

(1) SDG數據上傳采用可靠的TCP(傳輸控制協議)協議傳輸。

(2) SDG數據分為普通數據及可靠數據,在傳輸可靠的數據時需要得到SC返回的確認信息才能發送下一條可靠的數據。

(3) 當傳輸可靠數據時,如果4 s未收到SC的回復,SDG將重復發送此條可靠數據;若重復3次不成功,則將此條可靠數據保存到離線文件;斷開連接,并在1 s后重新連接SC。

(4) 在與SC斷開連接的情況下,可靠交易和收益數據將寫到兩種離線文件:一個是聯通SC后供繼續讀取傳輸的離線文件(此離線文件包含整個的沒有上傳到SC的數據);第二個是供離線拷貝的離線文件(此文件僅包含交易和收益數據),進一步確保數據傳輸的安全性。在確認離線文件成功上傳以后,將自動刪除已傳的離線記錄,以防重復傳輸,確保數據的準確性。

(5) 交易和收益的數據還將及時地寫入到一個數據庫里,可作為準確性和可靠性驗證的一個查詢方式。

6 結語

SDG可通過網絡與SC互聯進行交易數據的上傳以及參數下載等功能,也可通過USB接口與SC系統實現數據導入、導出功能。SDG具備根據使用環境變化,短時間內進行升級的功能,如票種、票價、優惠政策等變化。

SDG在自動售檢票專業、國內地鐵行業屬于新興設備,為了應對車站突發性大客流的沖擊,快速疏散客流,分擔車站檢票機設備的通行壓力。其功能應用靈活性、維修維護便利性、用戶界面友好均有賴于硬件設計及軟件模塊開發,功能模塊接口規范嚴格按照廣州地鐵AFC專業規范進行明確定義。

第一代產品開發工作已完成,因涉及票務收入,功能開發結構較為嚴謹,根據實際功能,將SDG業務實現分成七個子模塊。隨著廣州地鐵6號線首期的開通,目前SDG產品樣機已通過內部功能測試,在地鐵車站進行試用。

SDG的操作與顯示界面仍有較大的改善空間,特別是在查詢工作模式下的查詢顯示內容。根據現場使用情況,開發人員收集車務人員、維修人員的需求與建議,新版SDG軟件已完成修改,目前正在進行測試,將與設備一并上線使用。于此同時,SDG相關的功能接口及顯示界面,將在下次的AFC系統界面標準、AFC系統接口標準修訂中予以深化及完善。

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Design and Application of SDG in Guangzhou Metro Automatic Fare Collection SystemXIE Chengxiang, LIANG Chunliang

According to the operational characters and the practical operation of each station on Guangzhou metro lines, and combined with service demands, the AFC system in Guangzhou metro began to develop a new type SDG device from 2012. In this paper, the basic functions, hardware design, software architecture, module function design of SDG are introduced. SDG could upgrade the station service level under some special situations or in emergencies like large explosive passenger flow, and ease the negative effects brought about by the insurficient evacuation capability of gates.

Guangzhou metro; automatic fare collection(AFC); side door gate( SDG)

TP 273 U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.05.029

2014-08-05)