何跃齐1      刘     洋2      张     宁2

摘    要    论述中小规模城市线网 AFC系统的建设和发 展，认为传统大城市 AFC系统的建设模式存在着标准 较高、资源利用不合理、灵活性差等问题，不适合经济 实力较弱、线网运营规模较小的中小规模城市。 根据 中小规模城市的线网规模和资源投入情况，分析线网 AFC系统整体解决方案的要求，并从线网 AFC系统资 源共享、AFC系统架构比选、AFC系统互换性等多个角 度提出线网 AFC系统整体解决方案，以指导中小规模 城市轨道交通 AFC系统网络的建设与运营。
关键词    城市轨道交通；资源共享；AFC系统架构；互换性；中小规模城市
中图分类号    U231        文献标志码    A
文章编号    1672-6073-(2016)06 -0110-04


1   研究背景
       轨道 交 通 自 动 售 检 票 （ automaticfareco11ection， AFC） 系统是基于计算机、自动控制等技术实现购票、 检票、收费、统计分析等功能的自动化系统［1] 。
       随着轨道交通建设的不断发展，起步较早的北京、 上海、广州等城市逐步向网络化发展。 基于网络化运 营特点，各大城市相继研究并出台了地方 AFC系统标 准规范，但由于大城市自身发展的高要求，AFC系统建 设日趋复杂且标准较高，导致新投入建设的经济、技术 实力较弱的中小规模城市在 AFC系统建设的经验借鉴方面有很大的困难，而且针对中小规模城市线网 AFC 系统的建设模式和标准， 之前也尚未进行专题研究。 另外，大城市 AFC系统在经历反复改造的摸索发展过 程后，其建设思路和系统架构基本稳定成熟，各线路一 般独立建设，采用标准 5 层系统架构［2 3] （ 清分中心、 线路中心、车站、设备层、票卡层），这种建设模式虽然 具有层次分明、安全性高、方便线路独立运营等优点， 但从中小规模城市轨道交通线网的角度来看，若每条 线均设置线路中心，不但增加了中心级设备采购、应用 软件开发、维护等的费用，同时也需要增加电力、人力、 用房等资源。 由于各线路工期不一致，系统集成商所使 用的技术不同，设备采用和系统实现方式差异很大，各 线路集成商设备之间互不兼容，关键设备模块不能互 换，不仅需要为每条线路建立相应的运营维护团队，而 且在面对新线的并网运营和运营需求调整时，难以保障 多家集成商的统一协调，导致系统的可扩展性、需求适 应性差，不利于中小规模城市轨道交通的可持续发展。
       针对以上问题，迫切需要根据中小规模城市的线 网运营规模、资源投入、运营管理方式等特点，提出线 网 AFC系统的整体解决方案，并从第 1 条线路建设开 始，长远地指导中小规模城市轨道交通线网 AFC系统 的建设与运营。


2   中小规模城市线网 AFC系统需求
       本文所说的中小规模城市是指轨道交通近期规划（ 未来 10 年内） 建设规模不超过 5 条线路的城市。 相 对于大城市来说，中小规模城市线网规模较小、资源投 入较少，其线网 AFC系统的运营需求主要包括:系统的 互联互通，保障线路间的无障碍换乘；系统的统一运营 和统一维修管理，实现运维人员灵活配置；系统技术、接口标准统一，满足新线、延伸线的接人要求；线路间 设备、关键模块的互换，实现设备与关键模块的调拨使 用和及时更换。
       基于网络化运营需求，建成后的 AFC系统应能收 集和处理线网中的各类数据，制定线网 AFC系统各类 参数，实现运营、票务、维护的集中管理功能，并通过清 分中心完成与城市公共交通一卡通公司之间的结算。 因此，为建成与中小规模城市轨道交通建设、运营、发 展相适应的线网 AFC系统，提高轨道交通的资源利用 率和管理水平，其整体解决方案主要包括以下 3 方面。

       1）  线网运营。  线网 AFC系统整体解决方案应站 在线网的角度，摒弃以往单线独立建设的思路，提出解 决线网建设、运营、维护等多方面问题的方案，并能通 过研究形成开放的、统一的技术规范和接口条件，避免 因运营需求调整导致线路、车站系统和设备的大量改造，保障 AFC系统的可持续发展。
       2）  精简化。  精简化并非指系统功能的缺失，而是 指在保障线网 AFC系统正常运营的情况下，结合中小 规模城市线网运营管理规模较小、资源投人较少等因 素，高效利用各种资源，实现系统架构的精简，降低建 设、运营及维护成本。
       3）  灵活性。  线网 AFC系统的整体解决方案应具 备较好的灵活性，针对线网运营的不同阶段，需实现新 线和延长线接人容易、系统功能需求易于调整等功能， 既要考虑支持已有的业务系统，又要考虑系统的扩展 性、兼容性和保护前期投资等一系列问题，避免出现由 于新线的并网运营和功能需求的调整导致整个 AFC系 统的大改。

3   整体解决方案
       线网 AFC系统的整体解决方案主要包括 3 方面： 线网 AFC系 统资源共享、 线网 AFC系 统架构比选及 AFC系统互换性。

3.1  线网 AFC系统资源共享
       随着线网规模的不断扩大，AFC系统及设备的规 模也在迅速增加，导致投资急剧增长。  但由于中小规 模城市在人力、财力、物力等方面的资源投人有限，需 要对 AFC系统的资源共享进行研究，从而有效利用各 种资源，保证系统正常、高效运营。  线网 AFC系统资源 共享主要分为线网 AFC系 统内部资源共享以及线网 AFC系统与外部系统间的资源共享。


3.1.1  内部资源共享
       传统的  AFC系 统建设模式中若单独设置线路中心，需配备专门的机构进行管理，并且由于多家集成商 参与 AFC系统建设，造成各线路功能软件重复开发，使 得各系统的可维护性大大降低，造成软件功能升级困 难。  因此，为有效利用线网 AFC系统内部资源，可从 3 方面考虑资源共享方案。
       1）  AFC系统架构 各层级功能配置优化。  由于标 准 5 层架构中线路中心的功能定位模糊，可通过为多 条线路合设线路中心或者取消线路中心层级，将线路 中心的功能分配给清分中心和车站中心，这样就在线 路中心系统开发、设备采购、机房用地等方面节约工程 投资。
       2）  系统运营维护团队资源共享。  由于各线路集 成商独自开发、技术各异，导致 AFC系统运营维护资源 无法共享，可通过统一技术接口标准和规范，为全线网 建立统一的票务管理中心、维护管理中心等，从而实现 运营维护团队资源的共享。
       3）  换乘站资源共享。  由于换乘线路建设期的差 异，换乘站 AFC系统及设备的配置应结合建设、运营、
乘客等多方面因素，在条件允许的情况下，合理配置一 套 AFC系统及设备，实现换乘站资源共享，不仅能够节 省投资，而且方便后期的运营管理。

3.1.2  与外部系统间的资源共享
       现代化轨道交通的高效运营需保证各个专业的协 调配合，但由于各专业系统自成体系， 且设备多种多 样，要实现系统之间的统一协调管理较为困难。  因此， AFC系统需考虑与外部系统间的信息互通及部分通用 性资源的共享，主要可从 2 方面考虑资源共享方案。
       1）  AFC系统信息 资源的共享。  在以往的轨道交 通系统建设过程中，各专业系统独立组网，难以实现信 息互通和协调管理，然而，在网络化运营的背景下，亟 须高效利用各种信息资源，以提高运营管理水平。  因 此，AFC系统有必要实现综合信息平台的互联，包括设 备状态及故障告警信息、客流数据信息、票务信息等各 类信息的资源共享，以及智能化的辅助决策，提高运营 服务质量和应急处理效率。
       2）  AFC系统与其他弱电系统的通用性资源共享， 如用房资源、UpS 电源等的共享。  轨道交通部分系统 单独设置设备室、维修工区、UpS 电源等，存在设备用 房配置不合理、设备利用率低等问题，可根据中心和车 站的设备用房面积、维修人员配置、电源应用需要等， 通过 AFC系统与其他弱电系统的设备用房合用（ 除票 务室外）、维修工区合设、UpS 电源整合等方式，集约利用系统设备用房、电源、维修等资源。

3.2  线网 AFC系统架构比选
3.2.1  方案提出
       目前，轨道交通 AFC系统一般采用标准的 5 层架 构体系，这种系统结构也已经被国内许多城市所采用， 但随着轨道交通的快速发展、运营需求的改变和运营 管理难度的增加，衍生出一些新的 AFC系统架构模式， 包括北京多线共用 AFC系统线路中心、南京地铁区域 线路中心［4］ 等。  因此，应综合考虑中小规模城市的交 通状况、线网标准、运营需求等因素，对 AFC系统进行 灵活的设置，选择适合的 AFC系统体系架构。
       结合中小规模城市线网运营规模和资源投入状 况，提出 3 种 AFC系统架构方案，分别是标准 5 层架构（ 方案 1）、设置多线路中心（ 方案 2 ）、合并线路中心和
清分中心（ 方案 3 ），各方案具体系统架构图可参考文献［5］ 中所示，本文不再赘述。
       1）  标准 5 层架构。  清分中心（ AFCc1earingcenter， ACC） 主要负责对线路之间以及与一卡通公司之间的 清分结算，制定票务规则，发行票卡，全面协调各线路 之间的日常运营管理。  线路 中 心 （ 1inecenter， LC） 与 ACC进行对账并接收 ACC的命令和参数，将其下发到各 车站系统，完成本线路的票务管理等。  此方案具有层次 分明、功能清晰等优点，在各大城市 AFC系统建设过程 中应用广泛。  然而，不少运营商意识到如果在每条线路 都设置 LC，会造成资源的浪费，且此方案接口类型多而 复杂，导致运营维护成本高、升级和扩展工作量大。
       2）  设置多线路中心。  ACC依然是线网 AFC系统 的控制管理中心，需对各多线路中心进行统一协调管 理。  多线路中心（ mu1ti-1inecenter，MLC） 是多条线路的 共用管理中心，各线路的车站中心（ station  center，SC） 通过数据汇聚设备与 MLC相连接。  MLC向 ACC上传 交易数据并与 ACC进 行对账，同时，它将各线路车站 的管理职能和数据汇总传输职能整合起来，提高了线 路之间的协调配合效率，避免了线路中心的重复建设， 但需制定 ACC与 MLC以及 MLC与车站之间的接口标 准，以保障后续线路车站的接入。
       3）  合并线路中心与清分中心。  合并线路中心后 的 ACC是全线网的控 制管理中心和中央数据处理系 统，采取集中管理模式，负责获取线网所有交易数据， 同时负责各车站的运营管理、对账等，各线路的车站中 心通过数据汇聚设备直接与 ACC相连接。  SC负责实 时监控本地设备、上传运营数据、接收 ACC的 指令并与 ACC进行对账。  在此方案中，原线路中心的功能被 分配至清分中心和车站中心，精简了系统架构，减少了 线路层级的接口，从而大大减少建设成本，还可实现与 运营维护团队的资源共享，若能统一 ACC与车站之间 的接口标准，则后续线路接入较为容易。
 

3.2.2 方案对比
       以上 3 种方案各有特点，其优缺点对比见表 1。

3.2.3  综合比选
       在分析上述 3 种系统架构方案特点的基础上，采 用专家调研法及层次分析法［6 7］ 对 3 种方案进行综合 比较，根据专家意见，在影响 AFC系统方案选择的众多 因素中，可靠性、经济性、高效性、灵活性的影响较大， 且它们之间相互独立，适合用于指标评价。  综上，建立 了 AFC系统架构方案评价指标体系，如图 1 所示。
       结合层次分析模型，由相关专家根据经验和判断 对同一层次指标的相对重要性和相对优越性进行打 分，并根据 1 ～9 标度法进行比较和赋值（ 以下判别矩 阵中，aij表示要素 i相对于要素 j的比较结果，其值较 大，则表明要素 i相对于要素 j越重要或越优越，1 表示 同等重要或优越），准则层、指标层各因素的相对重要 性比较打分数值分别见表 2 ～3，方案层各指标的相对 优越性比较打分数值见表 4。

       因此，结合 3 种 AFC系统架构方案特点，通过专家 对准则层、指标层的各指标相对重要性及方案指标相 对优越性的打分数值情况，计算各方案对目标层的权 重分配系数向量后，可得 3 种方案的最优排序是 d3  > d2  >d1 ，推荐采用方案 3。  方案 3 不仅能够满足中小规 模城市线网 AFC系统的统一运营维修管理、新线和延 伸线的方便接人等需求，而且能够为每条线路节省 LC 系统投资约 1  000  万元人民币、 LC设 备用房面积约 150  m2 、UpS 供电约 10 kW，以及减少相应的运维人员， 然而 ACC系 统 的 建 设 仅 需 在 传 统 投 资 基 础 上 增 加500 万元左右（ 系统投资参照近几年的 AFC系统招标 情况）。  综上，方案 3 合并线路中心和清分中心的 AFC 系统架构方案，具有良好的应用价值。

3.3  AFC系统互换性
       由于 AFC系统建设到后期运营时间跨度很大，且 市场软硬件模块升级换代很快，若不实现 AFC系统的 互换性，则会出现后期运营成本高、系统维修难度大、 升级改造工作量大等问题。  因此，为提高中小规模城 市 AFC系统的投资经济性、可维护性等，需进行系统互 换性研究。
       1）  系统功能模块化研究。  结合系统功能制定系 统业务功能相关标准及实施规范，将系统功能划分为 运营监控管理模块、 对账管理模块、 运营模式管理模 块、票卡库存信息管理模块等，研发满足相关功能需求 的系统标准应用软件，并验证其可实施性，从而实现系 统的功能模块化，有效控制后期运营成本，同时减少维 护工作量。
       2）  设备互换性研究。  结合自动检票机、自动售票
机等车站设备的功能要求，制定设备功能、运行模式、接口的相关标准及实施规范,从而实现设备的互换，减少维护、升级、扩展费用，提高维护效率。
       3）  关键模块互换性研究。  根据读写器软件的交易 流程，将读写器软件接口内容模块化，规范读写器软件 接口，避免多种软件修改的风险；为使用频率较大的部 件制定统一的尺寸规格标准以及与设备之间的接口标 准，保证关键硬件模块损坏时能及时更换，从而实现关 键模块的互换性，降低系统升级维护的工作量和成本。

4    结语
       随着国内各城市轨道交通建设的大力推进，关于 城市轨道交通线网 AFC系统的建设越来越受到重视。 中小规模城市轨道交通线网 AFC系统的资源共享、系 统架构精简、系统互换性的实现，能够很好地解决传统 AFC系统建设模式存在的投资浪费、运营管理难度大 等问题，提高了系统资源的利用率和事件处理的响应 速度，更加方便后续线路的接人及系统的需求调整和 扩展，符合中小规模城市轨道交通的发展趋势。  同时， 随着中小规模城市线网 AFC系统整体解决方案研究成 果的进一步应用，还可为大城市的新线接人、既有线改 造等方面提供一定的参考，有利于我国城市轨道交通 AFC系统的可持续性发展。

 

收稿日期： 2016- 05- 15 修回日期： 2016- 06- 20
作者简介： 何跃齐，男，高级工程师，从事城市轨道交通弱电系统设计与研究，heyq@buedri.com
基金项目： 江苏省科技厅产学研联合创新资金一前瞻性联合研究项目（ BY2012197)