深圳軌道交通自動售檢票系統成套設備技術改造設計與實踐

包純一

(高新現代智能系統股份有限公司， 廣東深圳 518057)

深圳軌道交通自動售檢票系統成套設備技術改造設計與實踐

包純一

(高新現代智能系統股份有限公司， 廣東深圳 518057)

介紹深圳軌道交通4號線一期工程自動售檢票系統(AFC)設備硬件改造及軟件升級的整個過程，包括設備現狀分析，提出改造內容及目標，在車站現場進行工程實施的方法等。改造后的設備在性能、穩定性、可靠性、故障率等方面恢復到正常水平，功能有了很大擴展與提升，可進一步滿足運營需求，延長設備使用年限。

城市軌道交通； 自動售檢票系統； 技術改造; 設備

1 研究背景

深圳軌道交通4號線一期自動售檢票(AFC)系統是國內第一個具有完全自主知識產權的軌道交通自動售檢票系統，筆者作為主要人員參與了成套設備的設計與開發，2004年該線路建成投入運營后，又承擔其AFC系統維護維修工作。

隨著使用年限接近設計壽命和客流的大規模持續增長，自動售檢票設備故障率明顯上升，性能指標下降，可靠性變差，造成硬件配置制約軟件功能擴展等一系列影響AFC系統運營的問題。

從2013年起，歷經2年時間，通過對該線路車站專用設備進行更新換代改造、軟件大規模升級，使得設備技術指標達到或優于建設標準，故障率恢復到正常水平，設備使用年限超過原設計壽命，這種不同于國外大量采取整機更換式的既有線改造，切實可行，有顯著的社會效益與經濟效益，符合中國國情。

2 必要性分析

2.1需求分析

深圳軌道交通4號線一期AFC系統成套設備于1999年開始設計、研發、生產、安裝并調試，2004年12月正式投入商業運營。閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)均采取7×24h連續工作，設備運行已近十年，開始進入老化期，故障率、可靠性等指標明顯下降，設備表現明顯變差。

由于4號線一期AFC系統成套設備及軟件基于20世紀90年代的技術與制造水平，無論從技術角度，還是從設備自身的生命周期與壽命角度來看，這套AFC系統的硬件平臺架構與配置都已經非常落伍；深圳地鐵二期工程使用的是第二代AFC應用軟件，需要以當期主流硬件配置作為支撐，因此原有硬件平臺無法使用第二代AFC應用軟件。目前軌道交通發行或要兼容使用的各種票卡越來越多，在舊的硬件平臺上不斷增加兼容這些新票種或新票卡介質，使得設備的整體性能受到了一定影響，后續再擴充增加新功能的空間幾乎沒有，技術難度與風險非常大，即使勉強實現也屬于湊合應付，總體性能不容樂觀；現在許多部件已經停產或即將停產，即便能夠采購到，訂貨周期也非常長，采購成本高，給設備后續維護維修帶來很大的風險和不確定性。

2011年深圳市軌道交通二期工程實現了5條地鐵線路網絡化運營，在設備老化、客流猛增的雙重壓力下，設備運行變得更加不穩定，故障率顯著上升，設備維護與故障維修的壓力不堪重負，只能靠投入更多人員加大設備維護維修力度。

借鑒國外的經驗并根據這些設備的運行表現，對主要部件進行更換改造，對軟件做大規模升級改造已顯得非常迫切，只有這樣才能適應軌道交通運營發展的需要，解決目前已經出現的一些突出矛盾，使設備仍能繼續良好運行，滿足不斷增長的運營需求，為乘客提供良好的乘車體驗。

2.2設備現狀

閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)、車站計算機系統(SC)主要存在三大類問題：一是硬件配置低造成軟件功能無法擴展；二是人機界面落后，顯示的信息量較少；三是大部分部件已進入老化期，故障率明顯升高。具體表現為：

1) 工控機硬件配置低、技術指標落伍，老化明顯，性能下降，故障率攀升，無法滿足擴展軟件功能和提升系統性能的要求，也無法升級到第二代AFC系統應用軟件架構，是軟件功能擴展及系統性能提升與改善的重要瓶頸；

2) 閘機扇門通行邏輯屬于國外公司早期產品，通行控制算法設計不符合國內乘客的通行行為，通行監控存在一定漏洞，容易尾隨逃票。機芯長年頻繁使用，傳動部件磨損嚴重，振動及噪聲增大，扇門搖晃等問題突出；

3) 站員維護單元的薄膜鍵盤按鍵彈性失效，靈敏性與可靠性嚴重下降；采用早期LED點陣單色顯示屏，顯示面積小，對比度及亮度較低，屏幕老化導致字體變淡，可視性較差；控制電路板大多數元器件已停產淘汰，很難再繼續維護下去或長期提供備件；

4) TVM出票機構、閘機回收機構屬第一代產品，在原理、結構、工藝、可靠性、可維護性等方面明顯落后于第二代產品，其控制電路、傳感器、電磁鐵均已老化淘汰；

5) 模塊到位檢測傳感器及固定支架長期受到撞擊導致嚴重變形，經常發生因到位檢測失靈而觸發設備進入故障模式的情況。

3 改造方案設計

圍繞降低故障、恢復性能、擴展功能的要求，制定了設備改造目標：設備改造后的性能指標均優于原設計標準，故障率達到正常水平，設備使用年限超過原設計壽命；TVM長短款次數目標值是實現每臺每月平均不高于2.2次，AVM、BOM長短款指標也有明顯改善；提高閘機及TVM的車票發售及交易速度，明顯改善乘客與站員的人機操作界面；安裝第二代AFC應用軟件，并確保設備今后具有較強的功能擴展能力(尤其是對越來越多的票種和功能的增加)；更換SC服務器、工作站，對閘機、TVM、AVM、BOM的重要部件進行更換改造；改造后的硬件、結構能與既有部件相互匹配兼容。

4 改造內容

經過詳細討論和論證，力求達到最佳改造效果，降低技術風險，節約成本，對閘機(AGM)、自動售票機(TVM)、自動充值機(AVM)、半自動售票機(BOM)、SC服務器、工作站做以下改造。

4.1硬件、結構方面

1) 所有設備按當今主流配置工控機，配置DOM(電子記憶)卡、CF(閃存)卡作為存儲器；

3) 更換為第二代綜合控制器模塊，采用一體化電源組件或集成電源箱組件；

4) 閘機采用自主設計開發的通行控制邏輯，提高通行識別監控能力；更換機芯部分結構件，解決機芯搖擺松動等問題；更換采用第二代回收機構；

5) TVM更換成第二代單程票發售模塊控制板、電磁鐵、傳感器；

6) 重新設計硬幣回收箱和單程票回收箱的到位開關及固定支架；

7) 整體更換車站服務器、監控工作站及票務工作站，提升系統處理能力。

4.2軟件方面

1) 車站服務器、工作站安裝第二代AFC應用軟件，更新數據庫，升級運營管理、設備監控、票務管理、收益管理四大子系統；

2) 設備與車站計算機系統(SC)之間的接口功能升級到第二代設計架構；

教師利用多媒體構建課堂情境，將抽象性的物理知識，以圖片、視頻等方式直觀地呈現給學生，從而有效訓練學生的物理思維，全面提高學生物理學習質量。比如說，教師在講解《生活中的透鏡》時，可以利用多媒體，將生活中透鏡的相關圖片、視頻資料具體展示給學生。方便學生對透鏡內容形成深刻了解，加深學生的直觀印象。教師可以向學生展示“望遠鏡、顯微鏡、手表蒙子、老花鏡、汽車后車鏡……”教師利用多媒體構建課堂情境，讓學生能夠對透鏡內容形成深刻認知，從而加深學生對物理學習的認知。

3) 設備操作系統及應用軟件升級到與二期工程相同的最新架構；

4) 升級閘機回收機構、單程票出票機構的底層軟件；

5) 車站計算機系統(SC)與線路計算機系統(LC)之間的接口功能、AFC系統與MCS(主控系統)之間的接口功能保持現行狀態不變。

本次改造主要是更換部件及更新軟件，主要部件改造前與改造后的情況如表1所示。

表1 主要部件改造前后對比

5 工程實施

深圳軌道交通4號線一期屬于在線生產系統，客流較多，每天運營長達17 h以上，對這樣的既有線進行設備改造，難度和風險都很大，也沒有行業先例可以借鑒，因此，必須對技術方案進行詳細和充分驗證，制定和策劃周密的現場實施方案，保證整個改造工作順利完成，達到預期目標。整個改造過程分為實驗室樣機改造和車站設備改造2個階段，先對培訓中心設備進行改造與驗證，達到設計目標后再對車站設備進行改造，改造實施過程對地鐵運營不造成影響。

5.1實驗室樣機改造

在實驗室環境下對樣機進行改造的目的：驗證改造技術方案、軟件升級方案、臨時接口方案、數據倒接方案，確定具體的現場改造作業流程。

由于車站設備是依次分類改造，設備在改造前使用第一代AFC軟件及運營控制參數，在改造后使用第二代AFC軟件及運營控制參數，這就導致一座車站會同時有二套AFC運營控制參數并存使用，所以設計開發了專用SC臨時數據接口程序兼容第一代和第二代AFC軟件運營控制參數，從而保證設備的正常運行及交易結算的準確性。

首先在實驗室搭建與車站現場相同的AFC系統，把培訓中心的AGM、TVM、AVM、BOM運到實驗室，按照技術方案先對SC、TVM、BOM設備進行硬件改造、軟件升級及更新參數等，然后檢查這些設備功能是否正常，設備與SC之間的交互數據是否準確，驗證SC臨時數據接口程序和數據倒接方案，SC臨時接口程序驗證成功后再依次改造AGM、AVM設備。

5.2車站改造

實驗室樣機改造驗證完成后進入車站設備改造階段，整個過程大致分為零部件更換、設備通電調試、軟件及參數更新、測試驗證功能及票價、數據倒接等。

由于車站現場情況復雜，限制條件多，每天只有5～6h可進行施工作業，因此首先要制定詳細施工改造方案與合理的施工計劃，編制車站設備改造與軟件更新的詳細操作規程及作業流程，明確職責分工，順序推進，不搶工期，不對車站正常運營造成影響，不給乘客帶來不便，充分考慮現場可能出現的各種問題和風險，制定相應的預案，確保整個改造過程萬無一失。

車站AFC設備改造分為兩個階段，第一階段對SC、TVM、BOM設備進行改造及軟件升級；第二階段對AVM、AGM設備進行改造及軟件升級，每個階段的改造時間均為一年。車站AFC設備采取單、雙號交替改造方式，先依次改造各站的單號設備，設備運行穩定后再依次改造雙號設備。車站運營結束“關站”后開始改造，第二天運營開始“開站”前設備全部投入正常運行。

改造流程大致為：“設備收機”→ 關機 → 更換部件及線纜 → 上電自檢測試 → 升級應用程序 → 更換接口程序及參數 → 檢查參數生效情況 → 票價測試 → 驗證參數與設備功能 → 舊物料打包撤場 → 恢復現場環境，當次改造工作結束。

6 結語

通過對深圳軌道交通4號線一期AFC系統成套設備重要部件進行改造和軟件升級，使整個AFC系統功能有了極大的擴展與提升，設備性能、穩定性、可靠性、故障率恢復到正常水平，降低了維修成本，延長了設備使用年限，進一步提升了乘客的售檢票滿意度。

[1] 趙時旻.軌道交通自動售檢票系統[M].上海:同濟大學出版社,2007:13-19.

ZHAO Shiwen. Rail transit AFC system[M].Shanghai： Tongji University Press, 2007: 13-19.

[2] 王子強.城市軌道交通自動售檢票系統[M].北京:中國鐵道出版社,2011:25-42.

WANG Ziqiang. City rail transit automatic fare collection system[M]. Beijing： China Railway Press, 2011: 25-42.

[3] 陳康.城市軌道交通自動售檢票系統的分析與設計[M].北京:北京郵電大學,2011.

CHEN Kang. Analysis and design of city rail transit automatic fare collection system[M]. Beijing： Beijing University of Posts and Telecommunications, 2011.

[4] 孟宇坤，祝建成.城市軌道交通自動售檢票系統終端設備模塊化設計[J].鐵路計算機應用,2015,24(8):61-63.

MENG Yukun, ZHU Jiancheng. Modular design of station local equipment of urban transit automatic fare collection system[J]. Railway computer application, 2015, 24(8): 61-63.

[5] 毛建，王彬彬，何鐵軍.軌道交通自動售檢票系統區域中心接口設計的探討[J].鐵路通信信號工程技術，2016,13(5)：67-70.

MAO Jian, WANGBinbin, HETiejun.ZLC interface design of AFC system in rail transportation[J].Railway signalling & communication engineering, 2016, 13(5)： 67-70.

[6] 錢曙杰，張寧，何鐵軍，等.城市軌道交通自動售檢票系統專用讀寫器研發[J].城市軌道交通研究，2016,19(11)：46-51.

QIAN Shujie, ZHANG Ning, HE Tiejun, et al. Development of dedicated card reader for urban rail transit AFC system[J].Urban mass transit, 2016, 19(11)： 46-51.

[7] 城市軌道交通自動售檢票系統技術條件:GB/T 20907—2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

Technical conditions of automatic fare collection system for urban rail transit: GB/T 20907—2007[S]. Beijing: China Standard Press， 2007.

[8] 城市軌道交通自動售檢票系統工程質量驗收規范:GB 50381—2010[S].北京：中國計劃出版社，2010.

Code for acceptance of automatic fare collection system for urban rail transit: GB 50381—2010[S].Beijing: China Planning Press， 2010.

[9] 深圳市地鐵有限公司.深圳地鐵一期工程AFC系統IC卡及售檢票設備招標文件[A].深圳，2001.

Shenzhen Metro Co., Ltd. Shenzhen metro phase I project AFC system IC card and ticket sales of equipment for the tender documents[A]. Shenzhen， 2001.

[10] 港鐵軌道交通(深圳)有限公司.深圳軌道交通龍華線(4號線)一期AFC系統設備改造需求規格書[A].深圳，2013.

MTR rail transit (Shenzhen) Co., Ltd. Shenzhen Metro Line 4 AFC system equipment transformation requirements specification[A]. Shenzhen， 2013.

The Technical Renovation of Complete Set of Equipment in Automatic Fare Collection (AFC) System: Design and Practice

BAO Chunyi

(Gaoxin Modern Intelligent System Co., Ltd., Shenzhen 518057)

This paper described the whole process of upgrading the equipment and software to renovate the AFC system in Shenzhen Metro Line 4, including present conditions of the equipment, objectives and contents of renovation, as well as the implementation methods. The performance, stability, reliability, failure rate, etc. of the system are maintained at the normal level after renovation, and the function of the system has been greatly expanded and improved, which can further meet the operational needs and extend the service life of the equipment.

urban rail transit; automatic fare collection; technical upgrading； equipment

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.021

2016-10-21

2017-02-23

包純一，男，本科/理學學士，電氣工程高級工程師，專業方向為軌道交通自動售檢票系統，baochunyi@163.com

港鐵(深圳)AFC系統設備改造(MTR_P411(M)-1)

U231

A

1672-6073(2017)05-0114-04

(編輯：王艷菊)