云計算技術在城市軌道交通AFC領域的應用研究

姜若谷

摘要：現代城市軌道交通系統的建設對城市的發展意義重大。我國許多大城市已經建立起了自己的軌道交通網絡；它不僅可以提升城市的等級，還能夠方便人們的日常交通出行，給人們的生活帶來了極大的便利。云計算是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。基于云計算平臺的 AFC 系統實現了虛擬支付手段購票，克服了傳統購票模式的諸多問題，同時也使得地鐵運營商可以獲得除客流數據、交易數據以外更多的用戶數據。

關鍵詞：軌道交通；自動售檢票；云計算

對地鐵線網規模的不斷擴大，原有地鐵自動售檢票系統出現建設成本高、資源利用率低、后期維護工作困難等問題，設計了一個基于云計算技術的地鐵自動售檢票系統CAFC。地鐵自動售檢票系統AFC是地鐵系統中的運營核心子系統，直接與乘客交互，關系著地鐵的收益。現有AFC 系統雖然在一定程度上實現了地鐵售檢票的自動化，但隨著地鐵網絡化的開通運營，AFC 系統的建設投資成本越來越大、后期維護工作越來越困難、票務運營管理越來越復雜；而且系統資源利用率低，浪費了大量的資源和能源。云計算作為一種新型的計算模式，應用于地鐵系統中以降低地鐵的建設和運營成本已成為發展的趨勢。

一、地鐵AFC 系統分析

地鐵AFC 系統五層樹狀架構體系中的各層次相對獨立又逐級管理，能夠很好地完成地鐵票務業務功能。但是，隨著地鐵路網規模和業務的不斷擴大，五層架構體系存在明顯的缺點。

1）系統越來越復雜隨著路網規模的不斷擴大，樹狀結構的節點越來越多，通信網絡結構越來越復雜。

2）資源利用率低系統各層都是按照最高的客流進行配置的，造成相當多的設備在計算和存儲能力上的浪費。

3）維護成本高隨著線網規模的不斷擴大，系統節點越來越多、越來越分散，維護難度和成本越來越高。

4）層次間功能重疊CC 系統涵蓋LC 系統的車票調配、交易信息統計、客流信息統計、運營監控、故障管理等部分功能。SC 系統負責收集和審查SLE 的數據信息，響應CC 系統上傳數據要求；接收CC 系統下傳的系統參數，向SLE 下達運作命令等。相當于CC 系統與SLE 之間通信的中轉站。

5）數據過度冗余交易數據在系統每層逐級存儲互為備份，但真正使用數據的是在清分系統，各級設備存儲的數據存在過度備份的情況；而且每個層級都設置數據庫系統，需要定時管理數據庫，使系統的管理越來越復雜。

二、云計算技術在 AFC 多線路中心的應用

對于 AFC 線路中心來說，傳統的基于 UNIX 小型機和關系型數據庫的大數據處理系統正在向基于分布式處理的云計算解決方案過渡。基于云計算的分布式處理系統，其優勢在于：采用PC 集群及開源的分布式數據庫，使得硬件投資大幅下降；采用分布式計算和分布式存儲，使得系統性能大幅提升；具有高系統可靠性及良好的擴展性。AFC 虛擬化平臺將 AFC 應用服務器統一部署在云平臺上。應用服務器主要完成系統數據接口、數據傳輸、數據處理及其他系統管控工作，因數量較多，需求不定，將其統一部署在云平臺上可做到配置靈活，易于擴展，便于維護管理，并實現系統的高可用功能。高可用指的是：當1臺物理機發生故障時，之上的虛擬機可以實現在集群之內的其他物理機上重新啟動，以保障業務的連續性；支持在線的虛擬機遷移功能，可以實現虛擬機在集群之內的不同物理機之間在線遷移；具有容錯機制，可以保證在硬件故障情況之下，業務系統的不中斷運行；每個虛擬機可以支持虛擬多路 CPU 技術，以滿足高負載應用環境的要求；提供統一的圖形界面管理軟件，可以在 1個地點完成所有虛擬機的日常管理工作，包括控制管理、用戶管理、存儲管理、網絡管理、日志收集、性能分析、故障診斷、權限管理、在線維護等。

在軌道交通 AFC 領域，利用云計算的虛擬化技術可實現集中的多線路中心的構建，基于城市的私有云平臺，在邏輯上保留每條線路的虛擬線路中心，以實現各線路中心系統的全部功能。這一做法既提升了硬件資源的利用率，實現了集中管理，又減少了系統維護的工作量，同時可大大減少應用服務器的硬件成本。

三、云計算技術在自動售票機上的應用

1、虛擬支付及AFC云架構。虛擬支付在傳統定義下僅包括支付方式的非現金化，即銀行卡支付、信用卡支付、網上支付、手機支付等各種非現金的支付方式；廣義上定義為支付介質和交換物全是虛擬化的，支付完成后，形成虛擬化的支付憑證，如二維碼、加密文件戳等。目前，手機支付已經成為了最為普遍的虛擬支付方式。傳統手機支付為儲值卡模式，乘客直接用手機里的電子現金進行消費，這要求用戶購買具有近距離無線通訊技術功能（NFC）的手機。雖然做到了錢包和消費流程的標準化，但由于各地票務業務的差異，造成真正實現互聯互通很困難。要想真正做到各地互聯互通，需要做到城市軌道交通單程票虛擬化，并構建基于城市的地鐵云平臺。考慮到當前實物貨幣還是支付主流，為了減小對已運營自動售檢票設備的改造難度，逐步過渡到完全的虛擬支付購票模式。為實現完全虛擬化的支付方案，需要構建城市軌道交通 AFC云平臺，該系統由云、管、端部分組成：“云”指的是城市軌道交通云平臺；“管”指的是城市軌道交通專用通信傳輸網絡；“端”指的是用戶 APP、自動售票機、自動檢票機等。由于每個城市的軌道交通通常由多條線路組成，由多個運營商運行，因此云平臺建設在城市軌道交通清分中心（ACC）最合適。

2、互聯網售票機方案

（1）方案實現途徑。由于各城市均已形成城市軌道交通線網，且目前已投入使用的傳統自動售票機、自動檢票機的使用壽命還遠遠沒有到期，為實現虛擬支付技術的推廣，同時減少對既有線網設備的改造，考慮在車站增加互聯網售票機，使虛擬支付購買實物單程票的過渡方案得以實現。互聯網售票機具備通過移動互聯網支付手段購買單程票，或憑驗證碼如二維碼獲取單程票的功能，這要求在售票系統上增加區別于傳統自動售票機的二維碼掃描窗、支付模塊和通信模塊。整個購票流程如下：乘客在手機上打開 APP 并選擇出發地和目的地，之后系統自動計算票價，乘客選擇微信、手機 QQ、支付寶、手機網上銀行等第三方支付手段支付后，生成驗證碼。乘客到地鐵站后，在互聯網售票機上掃描手機上的取票二維碼，售票機讀取二維碼并解析，發送到地鐵云平臺進行驗證、核銷，驗證成功后自動發售指定數量的單程票，之后乘客可進站乘車。

（2）方案優勢分析

采用互聯網售票機方案的優勢具體體現在以下方面：①可以減少傳統自動售票機的數量，使現金處理工作相對減少，紙幣及硬幣識別器數量的減少也可以避免國外技術壟斷紙幣、硬幣模塊識別器，找零機，增加國產化比例；②無需設紙硬幣模塊，省電節能；③二維碼兌票機硬件成本低、故障率低，因此維護成本也低；④將現有自動售票機購票過程中最消耗時間的選站和支付環節引導至線上實現，并完成購票預付功能，產生購票驗證碼，乘客憑驗證碼到線下互聯網售票機上可快速兌換車票，減少至少 2/3 的購票時間。

現有的地鐵AFC 系統已經擁有規模龐大的IT 基礎設施，只需要進行少量的投資，將現有的資源進行整合升級，就可以擁有云計算帶來的靈活和高效，而且符合目前倡導的低碳經濟、綠色經濟理念。

參考文獻

[1]陳偉強. 我國城市軌道交通建設與運營模式研究[D].江蘇南京：河海大學，2014.

[2]郭延永. 城市軌道交通建設與發展的適應性分析[D].陜西西安：長安大學，2015.

[3]陳楠，李繼銘.淺談某地鐵AFC 系統管理方式的分析和研究[J]. 鐵路通信信號工程技術，2016，8（6）：47-50.

[4]周 曉. 淺談軌道交通清分系統架構中應用云計算技術的探討[J].地下工程與隧道，2015（2）69.

（作者單位：重慶市軌道交通（集團）有限公司）