南京轨道交通线网AFC系统技术规程编制
摘 要 论述编制地铁AFC系统技术规程的必要性:不但能解决不同系统承包商之间的互联互通,节省投资,避免重复开发,还能降低运营成本和维护成本。分析技术规程编制的总体流程,探讨系统级、人机界面和关键模块的互联互通以及AFC系统的可扩展性,着重阐述质量控制、工程参与和贯彻执行的重要性,以及如何攻克单程票密钥和业务内置型IC卡读写器两大关键技术。以南京地铁为例,说明AFC系统技术规程的编制为AFC系统运营效率的提高以及为推动AFC系统设备国产化提供重要保证。
关键词 轨道交通 AFC系统 技术规程 南京
1 编制背景
随着线路的不断增加, AFC ( automatic fare collection,自动售检票)系统正逐步进入网络化建设阶段。为了提高AFC系统的运行效率,降低建设成本,提高服务水平,保证轨道交通的经济效益和社会效益,需要编制线网AFC系统技术规程[1-3]。
南京地铁AFC技术规程的制定从2005年年底启动,是在1号线正常运行, 1号线南延线、2号线以及线网清分中心在建的背景下开展工作的。南京AFC技术规程总体上包括AFC系统业务规则与AFC系统技术要求两部分内容,由北京城建设计研究总院和东南大学联合承担相应的编制工作。
在AFC技术规程制定时,遇到两问题:一是技术规程必须保证正常运行线路的平滑过渡;二是系统的承包商可 为技术规程的制定起监督确认作用,确保技术规程的正确性和完整性。但承包商也有各自的利益,在某些时候会对技术规程的制定造成一定障碍。
为解决上述问题,保证AFC技术规程的正确性、可行性、适用性、完整性、可扩展性和先进性,依据技术规程编制的总体流程,采取目标管理和过程控制相结合,对关键技术进行攻关,保证技术规程制定工作的顺利完成。从目前南京地铁1号线、1号线南延线、2号线的运行状况看,南京AFC技术规程作用效果显著。
2 编制流程
南京地铁AFC系统技术规程编制流程体现了建设和运营管理方面的需求,可满足线网AFC系统设备的设计、开发、生产制造以及招标的需要,流程如下页图1所示。
3 目标管理
为保证各线路间的互联互通和未来系统的接入,对AFC技术规程的制定提出了两大目标:互联互通和可扩展。
3.1 互联互通
互联互通有3个层次上的意义:系统级的互联互通[4-6]、人机界面的一致、关键模块的统一。
3.1.1 系统级的互联互通
系统级的互联是指各家的AFC系统能实现互联互通,这一层次的互换是基本要求,是实现“一票通”、“一卡通”的基础。研究并形成开放统一的技术规范和接口条件,创造条件营造有效的竞争环境,控制并逐步降低AFC系统新线建设和并网接入成本,规避承包商技术封闭造成的互联风险。系统级的互联互通,可为AFC系统建设打下坚实基础。
1)统一操作流程,规范轨道交通收费系统操作,更好地为用户服务。
2)统一数据交换接口,为轨道交通系统的互联互通、实现清结算提供技术基础。
3)统一IC通行票卡应用要求、密钥管理体系,保证票卡在轨道交通各线路之间具有通用性。
3.1.2 人机界面的一致
人机界面的一致主要包括与乘客相关的软件、硬件界面的统一,如部件位置、部件标识、界面布局、界面图元、操作方法、信息提示、票据格式等。要保证即使是不同厂家的产品,对于乘客来说在操作上和信息获取上是没有区别的,当新线开通或更换设备时,不需要乘客有个再熟悉的过程。
3.1.3 关键模块的统一
各个厂商设备的实现细节各不相同,要求实现所有的模块互联互通是不现实的,不仅增加了技术风险,有可能损伤厂商的积极性,而且可能会缩小设备的选择余地,也不利于技术的发展。
但出于某种原因,设备的某些模块可以考虑互换。如票务处理模块,考虑到IC卡的技术是在不断发展的,有可能出现与目前票务处理选用的IC卡读写接口互不兼容的情况,因此要求可更换。
综上所述,系统级的互联互通是必须实现的。只有实现了系统级的互联互通,才可保证各线路间的互联互通;人机界面的一致能够极大地提高地铁的服务水平,某些特殊模块的统一也可在统一规划下实施。
3.2 可扩展性
AFC系统的扩展主要表现为:站点和线路间的变动、某站点设备的增加或减少,新类型设备的使用、新型票卡产品的使用,以及运营规则和票务政策的调整等。保证AFC系统可扩展性的主要措施是将相关要素参数化,由ACC(AFC Clearing Center,清分中心)利用参数对其系统功能进行设置,对AFC系统的有关功能进行统一管理。
1)制定各线路参数、车站参数,并在技术要求中规定BOM的人工售检票信息自动从参数中提取信息。制定TVM界面参数,以图形的方式定义相关售票信息。因此,可以通过对标准的贯彻执行,使旧线路和站点的AFC设备和系统能自动适应站点和线路间的变动。
2)为防止引入新设备导致数据通信规范发生变化,在设计数据接口时,数据通信规约应与具体的交易相关,而与设备无关。这样,引入新设备的数据规约可根据该设备所需完成的功能自动生成。
3)当票务规则变化时,可能会启用新的票卡产品。票卡结构在设计时,归纳总结票卡结构要素,并使其参数化;运营可以通过启用某参数,或将相关要素配置成不同的参数值,形成新的票卡。
4)标准自身也应具有可扩展性,因为新的交易类型出现可能需要对标准进行修正,所以在设计标准初期要尽可能考虑完善。即使将来根据需要对标准进行修订,也应做到对整体框架无大的影响,不影响与之无关的设备和系统。
4 过程控制
4.1 质量控制
技术规程的研究编制过程,其实也是一个大型系统的研发过程。为保证编制的轨道交通线网AFC技术规程具有正确性、可行性、适用性、完整性、可扩展性和先进性,能充分满足AFC系统建设和运营管理方面的需求,对技术规程制定小组采用软件工程的TSP(team software process)管理流程,项目实施将遵循以下原则。
1)计划工作的原则:在每一阶段开始时要制订工作计划,规定明确的目标。
2)实事求是的原则:目标不应过高也不应过低,而应实事求是,在检查计划时如果发现未能完成或者已经超越规定的目标,应分析原因,并根据实际情况对原有计划作必要的修改。
3)动态监控的原则:定期追踪项目进展状态,并向有关人员汇报。
4)自我管理的原则:研发小组成员如发现过程不合适,应主动、及时地进行改进,确保始终以高质量的要求来编制技术规程。
5)集体管理的原则:项目研发小组的全体成员都要积极参加和关心小组的工作规划、进展追踪和决策制订等项工作。
6)独立负责的原则:按TSP原理进行管理,每个成员都要担任一个角色。
4.2 工程参与
技术规程编制小组的工作不仅仅是技术文档的编制,更是一个技术服务的过程。因此,技术规程编制小组在编制技术文档的同时,还需作为业主的技术代表,全程参与AFC过程的建设。技术规程编制小组需参与的工作包括:1号线改造项目的技术谈判, 1号线改造合同的技术审查,ACC清分中心、1号线南延线AFC系统、2号线AFC系统合同技术要求部分的编制、投标文件的技术清标、合同的技术审查和合同的联合设计;在系统调试阶段,对设备和系统进行功能和性能检查,并审查各层数据接口。
技术规程编制小组在参与工程的同时,可根据出现的问题,及时调整和完善技术规程的内容。
4.3 贯彻执行
南京AFC系统技术规程的制定在确保1号线平稳过渡的基础上,还需要与AFC系统承包商协调,以确保技术规程的贯彻执行。
技术规程编制小组在对1号线原有系统进行调研的基础上,和原1号线承包商进行技术谈判,并编制技术规程初稿。技术规程编制小组向清分中心集成商递交初稿,征询集成商的建议后,对内容进行修正,形成技术规程的α版。向AFC线路集成商递交α版技术规程,并征其建议,联合清分中心集成商对相关内容进行协调、沟通和修正,形成技术规程的β版。
由技术规程编制小组监督清分中心集成商和AFC线路集成商对技术规程贯彻执行,若对内容理解出现分歧,由技术规程编制小组对规程做出解释,南京地铁保留最终的裁决权。
5 关键技术的攻关
在编制地铁AFC技术规程时,除了对一些接口要求进行规范化以外,还需要对一些技术难关进行攻克,如单程票密钥和业务内置型IC卡读写器。
在对关键技术进行攻关时,以咨询单位为主要技术依托来验证,由ACC及AFC承包商进行技术实现,可有效保障攻关技术的正确性和有效性。
5.1 单程票密钥
在单程车票选型时,通常需要考虑如下方面的因素:外观尺寸、车票成本、IC卡读写器的兼容性。南京地铁AFC系统选用U ltralight作为单程车票票卡[7]。由于U ltralight是存储卡,卡内数据可自由读写,存在密钥被破译的可能。为了保证单程票卡的交易安全,系统应提供安全机制,在ACC发现有异常时,可迅速更换单程票卡的交易密钥。
为解决这一问题,AFC系统采用在线更新的方式来实现票卡的下载,即ACC系统在需要下载密钥时,可通过网络下载至前端。
南京地铁AFC系统利用公共密钥基础设施(public key in frastructure,PKI)的安全性,采用PKI传输密钥。ACC负责产生单程票的票卡交易密钥,将此密钥进行加密,并将密钥的密文传至AFC设备。AFC设备在得到交易密钥的密文后进行解密操作,得到单程票的票卡交易密钥。设备利用该交易密钥,计算单程票的MAC值。
5.2 业务内置型IC卡读写器
轨道交通AFC系统的票务处理是一个十分复杂的过程,在运营过程中经常会发生变更(如票卡介质的更新、票卡结构的变更、票卡业务规则的变更、票卡使用范围的变更等),需要对设备计算机上的票卡处理程序进行升级更新。这时,需要将各线路的AFC系统集成商召回,对原有的票卡处理函数、程序、接口等进行修改,会有大量的联调、测试工作。由于需要多家系统集成商修改自己的软硬件,工作量大,程序调试、测试工作繁杂,不利于设备和系统的标准化,不利于线网间AFC系统的互联互通。
为解决票卡业务变更的问题,南京地铁率先提出使用业务内置型IC卡读写器。这种读写器将票卡处理流程的程序写入IC卡读写器的内部,上位机只需发送业务操作命令(如进站、出站),接受读卡器返回的处理结果,票卡交易操作流程由读写器独立完成,无需上位机干预。当票务流程发生变更时,支持ACC下发的交易流程处理模块对系统升级,实现对票务规则的修改,无需修改和配置任何硬件和其他软件,从而节约成本,提高运营效率。票卡处理流程内置IC卡读写器有利于系统的维护和升级,保证了系统的统一性与标准性。
6 结语
AFC技术规程的制定是一项复杂的工程,相当于一个大型软件系统的概念设计。技术规程制定得是否完善,直接关系着AFC系统建设是否能顺利进行。在南京的AFC技术规程制定的过程中,业主对技术规程制定小组采用目标管理和过程控制相结合,对关键技术进行攻关,保证技术规程的正确性、可行性、适用性、完整性、可扩展性和先进性,实现了跨越式发展,为南京轨道交通线网AFC系统的建设奠定了坚实的基础。
参考文献
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