发布日期：2019-01-14 16:26:02
Abstract： Thispaperdescribed thewhoIeprocessofupgrading theequipmentand softwareto renovatetheAFC system in Shenzhen Metro Line4， incIuding presentconditionsoftheequipment， objectivesand contentsofrenovation， asweIIastheim- pIementation methods.Theperformance， stabiIity， reIiabiIity， faiIurerate， etc.ofthesystemaremaintained atthenormaIIeveI afterrenovation， and thefunction ofthesystemhasbeen greatIy expanded and improved， which can furthermeettheoperationaI needsand extend theserviceIifeoftheequipment.
Keywords： urban raiItransit； automaticfarecoIIection； technicaIupgrading； equipment
1 研究背景
深圳轨道交通 4 号线一期自动售检票（ AFC） 系统 是国内第一个具有完全自主知识产权的轨道交通自动 售检票系统，笔者作为主要人员参与了成套设备的设 计与开发，2004 年该线路建成投入运营后， 又承担其 AFC系统维护维修工作。
随着使用年限接近设计寿命和客流的大规模持续 增长，自动售检票设备故障率明显上升， 性能指标下 降，可靠性变差，造成硬件配置制约软件功能扩展等一 系列影响 AFC系统运营的问题。从 2013 年起，历经 2 年时间，通过对该线路车站 专用设备进行更新换代改造、软件大规模升级，使得设 备技术指标达到或优于建设标准，故障率恢复到正常 水平，设备使用年限超过原设计寿命，这种不同于国外 大量采取整机更换式的既有线改造，切实可行，有显著 的社会效益与经济效益，符合中国国情。
2 必要性分析
2.1 需求分析
深圳轨道交通 4 号线一期 AFC系 统成套设备于 1999 年开始设计、研发、生产、安装并调试，2004 年 12 月 正式投入商业运营。 回机（ AGM）、自动售票机（ TVM）、 自动充值机（ AVM）、半自动售票机（ BOM） 均采取 7 × 24 h连续工作，设备运行已近十年，开始进入老化期，故 障率、可靠性等指标明显下降，设备表现明显变差。
由于 4 号线一期 AFC系 统成套设备及软件基于20 世纪 90 年代的技术与制造水平，无论从技术角度， 还是从设备自身的生命周期与寿命角度来看， 这套 AFC系统的硬件平台架构与配置都已经非常落伍；深 圳地铁二期工程使用的是第二代 AFC应用软件，需要 以当期主流硬件配置作为支撑，因此原有硬件平台无 法使用第二代 AFC应用软件。 目前轨道交通发行或要 兼容使用的各种票卡越来越多，在旧的硬件平台上不 断增加兼容这些新票种或新票卡介质，使得设备的整 体性能受到了一定影响，后续再扩充增加新功能的空 间几乎没有，技术难度与风险非常大，即使勉强实现也 属于凑合应付，总体性能不容乐观；现在许多部件已经 停产或即将停产， 即使能够采购到， 订货周期也非常 长，采购成本高，给设备后续维护维修带来很大的风险 和不确定性。
2011 年深圳市轨道交通二期工程实现了 5 条地铁 线路网络化运营， 在设备老化、 客流猛增的双重压力 下，设备运行变得更加不稳定，故障率显著上升，设备 维护与故障维修的压力不堪重负，只能靠投入更多人 员加大设备维护维修力度。
借鉴国外的经验并根据这些设备的运行表现，对 主要部件进行更换改造，对软件做大规模升级改造已 显得非常迫切，只有这样才能适应轨道交通运营发展 的需要，解决目前已经出现的一些突出矛盾，使设备仍 能继续良好运行，满足不断增长的运营需求，为乘客提 供良好的乘车体验。
2.2 设备现状
闸机 （ AGM）、 自 动 售 票 机 （ TVM）、 自 动 充 值 机（AVM）、半自动售票机（ BOM）、车站计算机系统（ SC） 主 要存在三大类问题：一是硬件配置低造成软件功能无法 扩展；二是人机界面落后，显示的信息量较少；三是大部 分部件已进入老化期，故障率明显升高。 具体表现为：
1） 工控机硬件配置低、技术指标落伍，老化明显， 性能下降，故障率攀升，无法满足扩展软件功能和提升 系统性能的要求，也无法升级到第二代 AFC系统应用 软件架构，是软件功能扩展及系统性能提升与改善的 重要瓶颈；
2） 闸机扇门通行逻辑属于国外公司早期产品，通行 控制算法设计不符合国内乘客的通行行为，通行监控存 在一定漏洞，容易尾随逃票。 机芯长年频繁使用，传动 部件磨损严重，振动及噪声增大，扇门摇晃等问题突出；
3） 站员维护单元的薄膜键盘按键弹性失效，灵敏性与可靠性严重下降；采用早期 LED点阵单色显示屏，显示面积小，对比度及亮度较低，屏幕老化导致字体变 淡，可视性较差； 控制电路板大多数元器件已停产淘 汰，很难再继续维护下去或长期提供备件；
4） TVM出票机构、闸机回收机构属第一代产品，在 原理、结构、工艺、可靠性、可维护性等方面明显落后于第 二代产品，其控制电路、传感器、电磁铁均已老化淘汰；
5） 模块到位检测传感器及固定支架长期受到撞 击导致严重变形，经常发生因到位检测失灵而触发设 备进入故障模式的情况。
3 改造方案设计
围绕降低故障、恢复性能、扩展功能的要求，制定 了设备改造目标：设备改造后的性能指标均优于原设 计标准，故障率达到正常水平，设备使用年限超过原设 计寿命；TVM长短款次数目标值是实现每台每月平均 不高于 2.2 次，AVM、BOM 长短款指标也有明显改善； 提高闸机及 TVM 的车票发售及交易速度，明显改善乘 客与站员的人机操作界面；安装第二代 AFC应用软件， 并确保设备今后具有较强的功能扩展能力（ 尤其是对越 来越多的票种和功能的增加）；更换 SC服务器、工作站， 对闸机、TVM、 AVM、 BOM 的重要部件进行更换改造； 改造后的硬件、结构能与既有部件相互匹配兼容。
4 改造内容
经过详细讨论和论证，力求达到最佳改造效果，降低技术风险， 节约成本， 对闸机 （ AGM） 、 自 动 售 票 机（ TVM） 、自动充值机（ AVM） 、半自动售票机（ BOM） 、SC服务器、工作站做以下改造。
4.1 硬件、结构方面
1） 所有设备按当今主流配置工控机， 配置 DOM（ 电子记忆） 卡、CF（ 闪存） 卡作为存储器；
2） 乘客与站员操作的人机界面同第二代 AFC系统；
3） 更换为第二代综合控制器模块，采用一体化电源组件或集成电源箱组件；
4） 闸机采用自主设计开发的通行控制逻辑，提高 通行识别监控能力；更换机芯部分结构件，解决机芯摇 摆松动等问题；更换采用第二代回收机构；
5） TVM更换成第二代单程票发售模块控制板、电磁铁、传感器；
6） 重新设计硬币回收箱和单程票回收箱的到位 开关及固定支架；
7） 整体更换车站服务器、监控工作站及票务工作站，提升系统处理能力。
4.2 软件方面
1） 车站服务器、 工作站安装第二代 AFC应 用软 件，更新数据库，升级运营管理、设备监控、票务管理、 收益管理四大子系统；
2） 设备与车站计算机系统（ SC） 之间的接口功能升级到第二代设计架构；
3） 设备操作系统及应用软件升级到与二期工程 相同的最新架构；
4） 升级闸机回收机构、 单程票出票机构的底层 软件；
5） 车站计算机系统（ SC） 与线路计算机系统（ LC）之间的接口功能、AFC系统与 MCS（ 主控系统） 之间的接口功能保持现行状态不变。
本次改造主要是更换部件及更新软件，主要部件 改造前与改造后的情况如表 1 所示。
5 工程实施
深圳轨道交通 4 号线一期属于在线生产系统，客 流较多，每天运营长达 17 h 以上，对这样的既有线进行 设备改造，难度和风险都很大，也没有行业先例可以借鉴，因此，必须对技术方案进行详细和充分验证，制定和策划周密的现场实施方案，保证整个改造工作顺利 完成，达到预期目标。 整个改造过程分为实验室样机 改造和车站设备改造 2 个阶段，先对培训中心设备进 行改造与验证，达到设计目标后再对车站设备进行改 造，改造实施过程对地铁运营不造成影响。
5.1 实验室样机改造
在实验室环境下对样机进行改造的目的：验证改 造技术方案、软件升级方案、临时接口方案、数据倒接 方案，确定具体的现场改造作业流程。
由于车站设备是依次分类改造，设备在改造前使 用第一代 AFC软件及运营控制参数，在改造后使用第 二代 AFC软件及运营控制参数，这就导致一座车站会 同时有二套 AFC运营控制参数并存使用，所以设计开 发了专用 SC临时数据接口程序兼容第一代和第二代 AFC软件运营控制参数，从而保证设备的正常运行及 交易结算的准确性。
首先在实验室搭建与车站现场相同的 AFC系统， 把培训中心的 AGM、TVM、AVM、BOM 运到实验室，按 照技术方案先对 SC、TVM、BOM设备进行硬件改造、软 件升级及更新参数等，然后检查这些设备功能是否正 常，设备与 SC之间的交互数据是否准确，验证 SC临时 数据接口程序和数据倒接方案，SC临时接口程序验证 成功后再依次改造 AGM、AVM设备。
5.2 车站改造
实验室样机改造验证完成后进入车站设备改造阶 段，整个过程大致分为零部件更换、设备通电调试、软 件及参数更新、测试验证功能及票价、数据倒接等。
由于车站现场情况复杂，限制条件多，每天只有 5 ～ 6 h 可进行施工作业，因此首先要制定详细施工改造方 案与合理的施工计划，编制车站设备改造与软件更新 的详细操作规程及作业流程， 明确职责分工， 顺序推 进，不抢工期，不对车站正常运营造成影响，不给乘客 带来不便，充分考虑现场可能出现的各种问题和风险， 制定相应的预案，确保整个改造过程万无一失。
车站 AFC设 备 改 造 分 为 两 个 阶 段， 第 一 阶 段 对 SC、TVM、BOM设备进行改造及软件升级；第二阶段对 AVM、AGM 设备进行改造及软件升级，每个阶段的改 造时间均为一年。 车站 AFC设备采取单、双号交替改 造方式，先依次改造各站的单号设备，设备运行稳定后 再依次改造双号设备。 车站运营结束“ 关站” 后开始改 造，第二天运营开始“ 开站” 前设备全部投入正常运行。
改造流程大致为：“ 设备收机” → 关机 → 更换部件及线缆 → 上电自检测试 → 升级应用程序 → 更换接口程序及参数 → 检查参数生效情况 → 票价测试→ 验证参数与设备功能 → 旧物料打包撤场 → 恢复现场环境，当次改造工作结束。
6 结语
通过对深圳轨道交通 4 号线一期 AFC系统成套设 备重要部件进行改造和软件升级，使整个 AFC系统功 能有了极大的扩展与提升，设备性能、稳定性、可靠性、 故障率恢复到正常水平，降低了维修成本，延长了设备 使用年限，进一步提升了乘客的售检票满意度。
收稿日期： 2016 10 21 修回日期： 2017 02 23
作者简介： 包纯一，男，本科 ／理学学士，电气工程高级工程师，专业 方向为轨道交通自动售检票系统，baochunyi@163 com
基金项目： 港铁（ 深圳) AFC系统设备改造（ MTR_p411（ M) 1)
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