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1、城市轨道交通自动售检票系统所面临的技术挑战最新文档城市轨道交通自动售检票系统所面临的技术挑战1. 前言在轨道交通机电设备系统中， 绝大多数的机电设备系统在建 设初期的设计阶段所赋予的功能， 在其十年乃至数十年的整个生 命周期内都较少发生变化， 系统投入运营后， 需要做的基本就是 保证设备系统已有功能处于正常状态， 即保证该设备系统能够满 足或符合最初的设计规格和技术指标。 唯独自动售检票系统是个 例外，在其生命周期中恐怕会不断地演变， 甚至不排除革命性的 变化。这主要源于自动售检票系统并不是保证列车运行所不可或 缺的机电设备系统。 事实上， 城市轨道交通自动售检票系统是城 市公共交通电子收费系

2、统的一个组成部分， 是一个信息管理和自 动化系统，其职能是方便、高效、准确地实现公共交通系统收费 管理的自动化和智能化。 轨道交通自动售检票系统的基本属性如 下：1）为了实现自动收费而建立的系统 2）一个直接面向公众的系统，需要根据市民大众不断提升的服务要求不断寻求技术进步，以提高服务质量3）系统的技术规格需要适应市民大众的消费支付方式和手段的变化 ;4）运营企业为了追求经营效益，需要寻求新的票务运营模式以吸引客流 ;5）为政府的城市规划服务，如：疏导客流、引导出行等 6）为运营商的决策服务，如：通过客流统计预测来编制车辆运行图等 ;7）随着信息技术的进步，需要考虑可能给系统带来的革命性变化需

3、求等。正因为如此， 就意味着城市轨道交通自动售检票系统与整个 城市的公共交通电子收费系统密不可分。本文试图通过探讨城市轨道交通自动售检票系统可能面临 的技术发展与演变，想借此来给正在建设、运营，和即将建设城 市轨道交通自动售检票系统的投资方、 运营方和设计方提供一个 参考和借鉴。2.导致城市轨道交通自动售检票系统技术发展和变化的因目前主流的轨道交通自动售检票系统是以 IT 技术（计算机、 网络、通信、软件、数据库、自动控制、非接触 IC 卡、模式识 别、传感技术等） 和机电一体化技术为核心的大型高科技机电装 备系统和信息化系统。由于 IT 技术和机电一体化装备的工艺及 材料发展极为迅速， 因此

4、，轨道交通自动售检票系统的技术规格 和性能指标必然会随着其核心技术的进步而发展和变化。2.1 用户需求的变化轨道交通自动售检票系统建设的目的是实现乘客收费及客 流引导与控制的电子化、 自动化和信息化， 其功能和技术性能要求与城市公共收费政策和城市经济发展密切相关。 为配合城市公 共交通收费政策的变化， 常常需要对系统进行技术调整和技术改 造，以支持新的收费政策和客流调控需要。 这种政策方面的变化 有时可能会很频繁， 而有些变化甚至可能会导致技术上进行重大 改变与调整。2.2 技术发展与进步随着技术的发展， 当出现了新的支付工具时， 通常会给电子 收费系统带来重大的技术变革。 例如： 国内外轨道

5、交通中曾经流 行的磁卡电子收费系统，目前已被 IC 卡电子收费系统所取代， 而正在快速兴起的手机支付电子收费和移动互联网支付等必定 会对城市公共电子收费系统带来革命性的变化。2.3城市轨道交通路网建设城市轨道交通自动售检票系统通常是按线路规划和建设的， 而收费系统的网络化运营 （多条线路无障碍换乘的联合收费） 是 对城市轨道交通收费系统的基本要求， 因此要求后续建设系统必 须要与先前建设的系统互联互通。 然而先前建设的系统与后续建 设的系统在技术上可能存在着巨大的差异， 尤其是建设年代相隔 久远的系统之间， 这种差异就更加突出， 这可能导致让新系统改 变去迁就老系统，也可能会通过改造老系统来适

6、应新系统。未来的趋势是城市轨道交通与城市其他公交系统之间的联 合收费， 如地面公交系统与地下的轨道交通系统联合收费 （如换 乘优惠等），以及城际之间电子收费系统互联互通的需求。2.4市民大众对公共服务要求的提升随着城市的进步与发展， 对于城市轨道交通自动售检票这样 一个通过技术手段的进步来直接服务于市民大众的自动化系统 平台，如果长期停留在一个低层次上，会被市民大众所诟病，必 须要不断寻求技术进步与改良来提高服务水平。2.5运营企业的经营要求在地铁的长期运营过程中， 运营企业必定要从降低系统运营 成本，提高系统的可用性、安全性、可维护性和可扩展性等角度 提出技术改进的需求， 以及从提高服务质量

7、吸纳更多客流的角度 出发寻求技术进步与改变。2.6城市轨道交通运营商的变化城市轨道交通的运营并没有固定的模式， 常常会因为一些外 部因素的变化而改变。例如：一个城市的轨道交通网，可能会是 一家运营商独立运营， 利益独享， 但也可能会是多家运营商共同 运营，利益分享。最为复杂的情况是：一个城市中存在多个公共 交通的运营商， 而且每个运营商除运营轨道交通外， 还兼营其他 公共交通运输工具，在不同交通工具之间要求实行联合自动收 费，这将导致轨道交通自动售检票系统的覆盖范围进一步扩展，不同并要求在两个差异较大的电子收费系统之间实现互联互通。城市，不同的运营商构成，都会导致电子收费系统的结构、管理 和功

8、能发生变化。在一个庞大、统一、面向公众的电子收费系统 中，各个独立的运营主体的利益与所运营管理的范围 （运营线路）直接相关， 如果运营商的既有范围发生了变化， 必将导致部分系 统功能的变化。综上所述，说明轨道交通自动售检票系统在技术上和运营模 式上，会随着时间的推移不断改变，甚至出现重大改变。因此， 如何降低这种改变所带来的技术实现的难度， 以及如何降低正在 运营的系统上进行这种技术改变所到来的运营风险， 这无疑是近 十年来，国内同行在重点关注和解决了轨道交通自动售检票系统 的票制（车票标准）、设备系统需求规格、主要部件选型、线路 建设、线路之间互联互通几个难题之后的又一需要关注的重大课题。要

9、解决好这个问题，就需要在系统规划、设计和建设之初考自动售检票系统的技术发展3.1 深圳地铁概况深圳地铁一期工程包括一号线东段 15 个车站、四号线南段换乘。系统于 2004年 12月开通运营。深圳地铁二期工程包括一、四号线的延伸线，二号线、三号 线和五号线，车站数将近 100 座，此外，二期工程还包括一个轨道交通票务清算管理中心，五条线实现了一票通无障碍换乘。深圳地铁公司、龙岗地铁公司和香港地铁公司共同建设和运营，司负责，四号线由香港地铁公司负责。 2010年 6月，深圳地铁四号线一期 5 个车站的运营由深圳地铁公司转移至香港地铁公 司。3.2 深圳地铁车票的变迁及其对系统的影响深圳地铁一期工

10、程自动售检票系统于 2004年 12月投入运行，单程票和储值票（卡）全部采用非接触 IC 卡，实现了全球 首创。最初全部类型的车票（芯片）均为 SONY公司的Felica标准系列产品，并且储值车票（深圳通卡）由深圳通公司发行，在 深圳地铁投入运营之日，实现了城市一卡通。2007年，深圳通公司为了降低储值卡的采购成本，决定发行了新的储值卡（符合 ISO/IEC14443 Type A 标准），同时先前 发行的符合 Felica 标准的储值卡继续使用。这次深圳通公司发 行新标准的储值卡， 导致深圳地铁一期工程自动售检票系统进行 了一次较大的升级改造。 这次升级改造包括： 更换了全部终端设 备读写器

11、的硬件， 并对所有终端设备读写器软件、 终端设备读写 器的驱动软件和终端设备的部分业务软件进行了升级， 历时将近 一年时间。2008年，深圳地铁公司为了降低单程票的采购成本，也决定使用符合 ISO/IEC14443 Type A 标准的单程票，同时先前发行 的符合 Felica 标准的单程票继续使用，这次地铁发行新单程票 导致所有终端设备的的读写器软件及读写器设备驱动软件进行 了升级，目前深圳地铁符合 Felica 标准和符合 ISO/IEC14443Type A 标准的两种单程票同时使用。2010年，深圳轨道交通为了提高车票的安全性，发行了带有较高安全机制的单程票， 因此导致了车票的数据规划

12、改变， 同 时再次对所有终端设备的车票读写器软件及终端设备读写器驱 动软件进行了升级。2011年，深圳轨道交通为方便市民出行、节省社会资源、提高城市的信息化水平， 在国内率先推出了手机支付电子收费的功能，为此，深圳轨道交通再次对所有终端设备读写器硬件进行 深圳市国民技术公司的 2.4G 手机钱包支付标准）的专用模块， 同时对车票读写器软件及终端设备读写器驱动软件进行了升级。3.3 深圳地铁自动售检票系统的发展与改变深圳地铁自 2004 年投入运营以来，自动售检票系统经历了一期和二期建设，分别使用了高新现代智能系统 XX公司的两代系统，两代系统均具有自主的知识产权， 其中第一代系统的国产 化率达

13、到了 75%，第二代系统的国产化率达到了 90%，两代系统所使用的软件 100%实现了国产化。应用于深圳地铁一期工程的自动售检票系统， 是国内第一套 自主研发的系统， 这套系统的设计起点高， 大量采用了当时国际 上最为先进的 IT 技术，无论是在系统功能、性能、安全性、可 靠性、可用性和可维护性都达到了同期国际领先水平， 其系统架 构和所选择的技术至今仍几乎与主流技术保持同步， 是同时期建设的系统中技术性能表现最为优秀的系统之一。 主要设备见如图1、图 2 所示：图1图2应用于深圳地铁二期工程的自动售检票系统是在一期工程 第一代系统的基础上进一步完善和提高的系统， 其中尤其注重了 系统的人性化

14、设计和技术的统一性和标准化， 在安全性、准确性、 可扩展性、可维护性方面进一步提升，国产化程度进 用户操作更为方便、 界面更加友好， 同时为轨道交通的长期运营 扩展和变化以及售后服务提供了全面保障。 深圳地铁二期工程的3、图 4首个系统于 2009年 9月成功投入运营。主要设备如图所示：图3图4深圳地铁自动售检票系统自 2004 年投入运营以来的变化：1）硬件方面a.全部的车票读写器进行了升级更换变化的原因： 2007年深圳通公司发行 ISO/IEC14443 Type A标准的储值 IC 卡，因此，地铁公司要求售检票系统不仅能支持Felica 标准的储值卡（ 2007 年之前深圳地铁自动售检

15、票系统只 支持该标准），同时要兼容 ISO/IEC14443 Type A 和 Type B 标 准的储值卡， 因此集成商不得不开发了同时兼容两种标准的车票读写器以替代之前的读写器。b.终端设备读写器增加 RE-SIM模块变化的原因： 深圳市城市信息化的发展要求， 为方便市民出 行、增加小额消费支付手段， 由政府主导提出了要在深圳市的公 共交通领域实现使用手机刷卡完成支付的功能。 为此， 集成商与 深圳市国民技术公司合作， 开发支持手机 RF-SIM 卡的 2.4G 射频 读写模块，并将其嵌入到读写器中，实现了读写器同时兼容Felica、ISO/IEC14443 Type A 和 RF-SIM

16、三个标准，使得多个标准的非接触IC卡及加载了 RF-SIM的中国移动手机可同时在深圳地铁使用。 这也是全球支持最多标准支付工具的地铁自动售检 票系统。c. 终端设备主控单元（工控机）升级变化的原因：进入 2006 年，深圳地铁（一号线）客流明显 增加，尤其是像老街站、华强北站、罗湖站和世界之窗站的客流 成倍大幅增加， 导致这些车站的乘客在售、 检票过程中排长队的 情况日益突出， 也给地铁安全运营带来了威胁。 地铁公司为了提 升服务质量，决定在部分大客流车站增加售、检票终端设备，而 此时深圳地铁一期工程售检票终端设备所使用的工业控制计算 机已经停产，只能采购新规格的产品来替代原有产品。为此，对售

17、、检票终端设备的局部结构、 硬件和软件进行了相应的改造和变化原因：为了适应深圳轨道交通多线路网络化运营的需要，在二期工程（五条地铁线路）的设计中，确定自动售票机的 乘客界面（乘客自助方式购票的人机操作界面）为触摸、显示 体化屏， 并采用大尺寸显示器， 将含有车站站点信息的轨道交通 线网图集中显示在自动售票机乘客显示器的一幅画面中。 而深圳 地铁一期工程自动售票机的乘客界面则采用了触摸屏与显示器 分离的结构（香港的模式），为了统一一期工程设备与二期工程设备的乘客界面，故将原一期工程自动售票机 1 2寸的液晶显示器及固定式红外触摸屏更换为 22 寸的触摸、显示一体化屏。为 此， 2008年对深圳地

18、铁一期工程自动售票机的结构和显示器驱动软件进行了改造升级。e.硬币处理模块（钱币识别、分拣、循环找赎和储存的系统）替代更换变化原因：硬币处理模块的国外供货商停止了该产品的技术 服务和零部件供货，集成商不得不自主研发替代产品。从 2010年开始，国产的替代产品开始逐步替换因故障无法修复的进口产 品。这导致了一期工程的自动售票机内部结构的局部改造， 以及 硬币模块的设备驱动软件的升级。2）软件方面a.终端设备读写器软件及终端设备读写器驱动软件变化原因：深圳通公司发行符合 ISO/IEC14443 Type A标准的储值卡和地铁公司发行符合 ISO/IEC14443 Type A标准的单程票，以及深

19、圳地铁使用 2.4G 手机作为乘客乘坐地铁的支付工具。b.检票机通行识别算法变化原因：一期工程自动检票机的通行识别和控制系统采用 国外产品，其识别算法按照发达国家的情况（即乘客数量较少、 素质较高、检票秩序良好）设计，不适合中国国情（拥挤、无序 的客流情况）。2006年，高新现代智能系统 XX公司按照国内乘客的习惯和集中大客流的模型设计开发了采用神经网络技术的 智能乘客通行识别及控制系统， 取代了原有的乘客通行识别控制 系统。由于自主研发的硬件控制系统在尺寸和外部接口方面完全 兼容国外产品， 因此， 改造工程只更换控制电路板及通行识别算 法和控制软件。c.终端设备软件和票务系统软件变化原因：地

20、铁公司和深圳通公司提出新需求和系统外部情 况发生变化。如：公交与地铁实现换乘优惠（政府要求） ; 发行新芯片标准（ISO/IEC14443 Type A 标准）的车票和使用 RF-SIM手机支付标准 ;二期工程轨道交通实现线网化运营 ; 硬件处理模块售后服 务受到制约进行替代产品开发。3.4 运营管理方面3.4.1将一号线南段和四号先北段由单线运营模式转变为 分线运营变化原因：政府将深圳地铁一期工程（一号线东段 15各车站和四号线南段4个车站）按照一条线建设的 AFC系统，一分为二，将一号线东段的经营权交予了深圳地铁公司， 而将四号线南 段的经营权给予了香港地铁公司。 这导致原来按一条线运营设

21、计 和建设的系统分割成分属两家运营公司的两条线运营， 因此， 不 得不对原有系统进行改造分离，将一个线路中心系统一分为二， 并在两个线路中心系统之间进行数据迁移和系统割接。3.4.2由一家运营公司运营变为三家运营公司运营变化原因：政府主导。这导致了需要建立一个公平、公正， 数据透明的轨道交通票务清算管理中心，以体现各方的责、权、 利。需要做到：a.在网络化运营（无障碍的线路换乘）情况下，软件要尽可能准确地分析出乘客出行的路径和换乘车站b.需要软件准确地统计出单程票流失数量和去向c.需要软件对异常交易（如单边交易）进行准确跟踪d.要准确统计降级模式下的收益和行政处罚下的各方收入。因此，要求在系统

22、设计方面进行深化，软件要实现精确计算。4. 轨道交通自动售检票系统建设和投入运营后面临的技术 挑战通过上述分析， 我们可以得出以下结论： 对于城市轨道交通 自动售检票系统而言， 无论是线网建设期间还是每条线投入运营 之后，都不可能不面对各种变化，这种变化有可能是升级，也有 可能是技术改造，甚至有可能是更替 ; 同时，这种变化可能发生 在局部， 但也有可能发生在全局， 这就决定了城市轨道交通自动售检票系统是一个建设和运营期间都会面对诸多技术挑战的系 统。从过往的经验和对未来的预测， 可以将这些可能的挑战归纳 如下：4.1 读写器的变化变化原因：a.发行新技术标准的车票，原读写器不能支持和兼容b.

23、为提高和改善终端设备性能， 终端设备负责的业务下移至 读写器;C.新支付工具引入（如手机支付需求提出）。为实现上述变化将要展开系统的设计、 改造、升级和扩展工 作。4.2通用部件（如：工控机、显示器、电源模块、乘客检票 通行识别传感器及其它通用电子零部件等）的变化变化原因：a.IT 技术升级换代，使用新技术产品提高设备性能（例如： 目前普遍采用的光电式乘客通行识别传感器被图像识别传感器 所取代） ;b.正在使用的产品停产， 不能提供技术服务和备品备件， 以 新产品替代老产品。为实现上述变化将要展开终端设备的改造、升级工作。4.3专用部件（如：车票读写器、车票处理模块、硬币处理 模块、纸币识别模

24、块、检票闸门控制单元等）的变化变化原因：a. 运营要求提高，原有设备部件不能满足要求b. 人民银行钱币发行变化， 原有设备不能识别和处理新的钱 币币种 ;c.正在使用的产品停产， 不能提供技术服务和备品备件， 以 新产品替代老产品。为实现上述变化将要展开终端设备部件的研发、 改造和替换端设备主控系统所承担的业务下移至读写器变化的原因： 为适应日益增长的客流和地铁不断发行的新的 车票种类给运营带来的压力， 需要进一步提升售、 检票终端设备 的性能。比方说，如果要对检票设备检票速度进行提升，一个可 行的办法就是将原来由终端设备主控系统与读写器交互完成的 业务处理下移至读写器， 由读写器独立完成。

25、这一改变将伴随如变化： 1）读写器的负担加重，而终端设备主控系统的负担减轻，因此，必须提高读写器的硬件配置甚至更换读写器，同时设 备主控系统的硬件配置可以适当降低 ;2 ）修改读写器软件和设备 主控软件 ;3 ）有可能的话，在读写器上加载软件操作系统。4.5 设备功能变化变化原因：应用需求改变。例如：a. 由于城市缺少流通硬币， 以及运营希望减少工作强度， 运 营商提出自动售票机要增加纸币找零功能， 甚至纸币循环找零功能;b. 由于假币的泛滥， 运营商提出售票机提升纸币识别和硬币 识别的准确性（安全需求），导致更换识别器，或增加辅助识别 装置（如硬币图像识别等）c.由于政府规定 1.1 米以下

26、的儿童免费乘坐公共交通， 自动 检票机要增加乘客高度检测功能 ; 等等。为实现上述变化将要展开研发、改造和替换工作。4.6 系统性能变化变化原因：运营商管理精细化要求。例如：a. 数据审计、稽核要求提高 ;b. 交易容错及数据恢复功能需求c. 单边交易跟踪 ;d. 车票流失跟踪 ;e.网络化运营情况下出行路径的精确判断 ；等等。为实现上述变化将要展开软件设计、开发和升级工作。4.7 支付工具变化变化原因：付工具将不断出现和被消费者所接受， 这必将导致自动售检票系 统出现革命性的变化。为实现上述变化，将展开全局性的改造、升级和替换工作。5. 对城市轨道交通设计、建设部门的启示城市轨道交通自动售检

27、票系统在生命周期内的技术改变是 不可避免的， 而且可能会发生重大改变和关乎全局的改变， 导致 这些改变的因素是多种多样的， 有些是建设、 运营商为了自身的 利益而主动提出的 ; 也有些是外部因素影响导致，而运营商必须 被动接受。无论是哪种情况引起的改变， 对系统运营的影响都是不可小 视的。如何减少这些变化对地铁正常运营的影响， 以及如何以最 小的成本来实现这些变化， 这是轨道交通自动售检票行业领域目 前所面临的重要课题。因此我们有必要在项目建设初期， 在需求提出和初步设计的硬件的阶段，站在更高的高度上来考虑系统需求， 以发展的眼光来确定 系统需求和系统技术规格， 充分地考虑系统的可扩展性、 伸缩性、软件的开放性和技术的标准化，以适应未来的变化。