南京地鐵1、2號線區域線路中心系統改造方案

文/高申 吳娟 楊路輝

1 引言

城市軌道交通作為一種高效、安全、可靠和綠色的交通方式，成為主要城市發展城市交通的首選，在過去十年中取得了快速和長足的發展。軌道交通自動售檢票系統（Automatic Fare Collection，簡稱AFC）是保障軌道交通運營的核心關鍵系統，在軌道交通快速發展的過程中出現了一些值得關注的問題。首先，早期投建的AFC 系統設計年限相繼到期，系統設備故障率不斷上升，造成運維成本高企；其次，由于早期供應商的戰略轉移和產品迭代，部分在線運行的AFC 系統已面臨無廠家維護的狀態，直接威脅了AFC 系統的生產運營；最后，新型支付方式（互聯網取票、手機二維碼過閘、銀聯閃付過閘等）的快速和廣泛投入使用，采用了和傳統完全不同的票務形式，給現有的AFC 系統的體系架構造成了沖擊。

南京地鐵1、2 號線AFC 系統運營時間達十數年，利用新線建設契機實現AFC 中央控制系統的改造升級是地鐵建設者的主要任務之一。為了更好地解決系統的兼容性問題及老線改造對生產系統的影響，保證在不影響生產系統正常運行條件下，實現產品的更新換代，本文提出采用 “新老共存、逐步替換”的升級改造設計思路，利用現有軟硬件架構，通過增加少量的協議轉換中間件設備，充分發揮ZLC系統在兼容性方面的優勢，實現老線票卡數據到ZLC 系統的接入。

2 AFC與ZLC系統概述

2.1 AFC系統

AFC 系統利用計算機系統管理購票、檢票、計費、收費、統計的全部過程，能夠有效減少票務管理人員，減少人為差錯，加快售檢票速度，提高軌道交通系統的運行效率和效益。

現階段國內車票線網化的AFC 系統主要采用五層架構，由票卡層、車站終端設備層（SLE）、車站系統層（SC）、線路中心系統層（LC）和軌道交通清算管理層（ACC），如圖1所示。

2.2 ZLC系統

南京地鐵區域線路中心系統（以下簡稱：ZLC 系統）是由南京地鐵建設公司綜合地鐵發展需要和結合南京市地理位置等多種因素提出的建設思路。ZLC 系統即多個線路控制中心共享，并作為區域線路控制大腦，用于管理區域內各線路AFC 系統，并承擔部分清分中心管理功能，實現精細化管理，減少重復建設與投資。

3 南京地鐵1、2號線AFC系統分析

3.1 總體情況

南京地鐵1 號線為于2005年5月開通試運行的地鐵線路，AFC 設備已運行十四年；南京地鐵2 號線于2010年5月開通試運行，AFC 設備也已服役近十年。

由于南京區域劃分的獨特性，早在2010年南京地鐵公司就確立未來構建四個區域線路中心的建設思路，具體包括南京南ZLC、靈山ZLC、珠江路ZLC、江北ZLC。目前已建成兩個區域線路中心，分別是南京南和靈山ZLC。按照計劃，后期將逐步對原有1、2 號線AFC 系統進行升級改造，歸并納入新建的珠江路區域中心管理范疇。

3.2 面臨的主要問題

南京地鐵1、2 號線AFC 系統采用傳統的五層架構設計。新技術和新支付手段已對傳統架構提出了挑戰，使得原有系統已逐漸無法滿足AFC 計算模式的變化，具體主要體現在如下幾個方面：

圖1：AFC 系統架構圖

（1）系統硬件：南京地鐵運營公司在其運營過程中已經逐步對1、2 號線的AFC 系統中部分終端設備硬件進行了升級改造，但是仍有大多數部件仍存在停產、老化、超年、超限等問題，無法支撐新的運營需求（如：移動支付、生物識別等技術）。

（2）系統軟件：南京地鐵1、2 號線采用的計算模式和主要選配的軟件已經明顯落后，同時面臨著無人升級維護之境地，給運營公司的日常生產和經營等帶來了很大的工作難度。

（3） 技術標準：由于南京地鐵目前所有線路均延用了法國泰雷茲公司的技術標準，其技術標準制定年限久遠，新支付技術的廣泛運用，對原有技術標準提出了新的挑戰（如：票種類型、參數類型、通信協議等）。

（4）新線建設：由于1、2 號線規劃了各自的延長線，其接入方式和接入手段也影響了1、2 號線AFC 系統的接入，為后期延長線路的接入與實施提出了挑戰。

4 系統架構與接入方案

4.1 系統架構

珠江路ZLC 系統依托1 號線北延線AFC系統建設契機進行建設，系統投建初期實現新建線路“1 號線北延線”和“2 號線西延線”AFC系統的接入，并為后期原1、2 號線AFC 系統接入預留接口；第二階段實現1、2 號線AFC系統全接入。

圖2：珠江路ZLC 系統架構圖

圖3：ZLC 計算機子系統構成

南京地鐵在2018年已完成“移動支付”和“銀聯支付”等新支付手段的改造和應用。新的支付方式的引入使得原有的線網標準無法滿足業務需求，需要通過大幅度的修改或設計新的數據協議，來滿足業務發展需要。值得指出的是：老線路供應商的產品服務期限已過，很難要求原供應商按照新協議規范對系統進行改造。在珠江路ZLC 系統建設中，我們引入協議轉換中間件來滿足老線接入需要，通過協議轉換中間件將老的協議轉換成新協議，再接入ZLC 業務系統。具體系統架構圖如圖2所示，珠江路ZLC 系統由包括ZLC 業務子系統和ZLC 中間件子系統構成。

ZLC 計算機子系統構成如圖3所示。

ZLC 計算機子系統通過實時數據庫和關系數據庫實現該層面的數據匯聚、分析、管理和分發，用于支持系統管理、設備維護、運營分析、數據管理、設備管理、參數管理、客流監控業務。

ZLC 中間件作為適配器及數據橋梁，實現協議的軟件交換功能，保持接口數據統一。根據計劃，平臺建成后，原有1、2 號線AFC車站系統直接接入ZLC 中間件，新建線路則按照新協議標準進行開發，最終直接接入新標準協議的ZLC 應用系統。ZLC 中間件的主要功能描述如下：

（1）接收ZLC 應用系統的命令，將TCP/IP 協議命令轉換為CORBA 協議命令；

（2）接收ZLC 應用系統下發的參數，并轉發給1、2 號線車站系統；

（3）解析1、2 號線SC 系統上傳的交易文件數據、寄存器文件數據、事件文件數據，并存入1、2 號線數據庫中（與新線數據庫為同一數據庫）；

（4）接收并解析由終端設備或SC 系統上報的設備狀態和事件信息，通過通信協議轉換，轉換為滿足新通信協議的數據格式。

4.2 1、2線AFCC接入方案

4.2.1 接入準備階段

（1）搭建車輛段測試平臺，保證所有接口和功能在車輛段測試平臺均測試通過。測試內容包括ZLC 中間件系統與1、2 號線SC 系統之間的功能測試、ZLC 中間件系統與ZLC應用系統之間的功能測試、新線路SC 系統與ZLC 平臺的功能測試以及ZLC 平臺與ACC 平臺的功能測試。

（2）在珠江路ZLC 控制中心搭建ZLC接入平臺（包含ZLC 業務系統和ZLC 中間件系統），該平臺在運行邏輯、協議規范、軟件功能等方面與生產系統保持完全一致。

4.2.2 正式接入階段

（1）珠江路ZLC 平臺建設完成后，優先保證新線的正常接入，實現各項接入測試功能（命令下發、參數下載、數據解析、時間與狀態解析等）正常。

（2）從1 號線和2 號線生產系統中各選一類測試設備，并在中央臨時搭建車站系統，該系統與原有1、2 號線車站SC 系統保持完全一致，修改設備參數，使其接入在中央臨時搭建的車站系統，并測試設備與SC 系統、SC系統與ZLC 中間件、ZLC 中間件與ZLC 應用系統功能。

（3）待（2）測試完成后，將1、2 號線測試設備改回原有的配置參數，接入原有的SC 系統，并修改原有SC 系統的參數，使其接入生產環境的ZLC 中間件。

（4）按照（2）（3）的流程對1、2 號線的所有接入設備進行操作，最終實現1、2 號線的接入。

5 結語

互聯網技術在AFC 系統中引入以及移動支付等新型支付方式的廣泛使用，使得南京地鐵1、2 號線AFC 系統已無法滿足日常運營及管理需要，本文在分析了南京地鐵1、2 號線AFC 系統的現狀和所存在問題的基礎上，提出了構建南京地鐵1、2 號線AFC 區域線路中心系統改造初步方案。該方案采用中間件協議轉化形式實現線路系統接入，解決多協議兼容問題，保證了在生產環境下實現“新老共存、逐步替換”。未來需要在現有工作基礎上，進一步細化方案，并在具體工程實踐中總結經驗教訓。