關於南京地鐵AFC系統網絡化建設思路和再思考論文

1.南京地鐵AFC系統建設概況

2010年5月,隨着南京地鐵2號線和1號線南延的開通試運營,南京地鐵進入了網絡化建設的時期,AFC系統的建設面臨着嚴峻的挑戰。從總體來看,網絡化AFC系統建設具有以下特點:

1)由單線建設轉變爲多線建設;

2)需爲乘客提供統一的服務介面和無障礙換乘;

3)資訊化系統建設的發展對互聯互通提出了更高的要求;

4)多種技術和產品(特別是不同技術接口)之間的矛盾日益突出;

5)系統建設和運營經驗的積累相對滯後於系統的擴張速度,不斷出現涉及整個線網運營模式、票務規則、系統接口等方面的需求調整。

爲了實現AFC系統的互聯互通,保證乘客在各線路間的無障礙換乘,針對南京地鐵在網絡化AFC系統建設時所遇到的問題,結合網絡化AFC系統建設的特點,制定總體思路,吸納諮詢顧問力量,解決關鍵問題,適當改造既有線AFC系統,建設ACC(AFCclearingcenter,清算管理中心),保證了多條新建線路AFC系統的無縫接入,增強了AFC系統的可靠性、安全性和相容性,提高了AFC系統的建設效率和執行效率,降低了建設成本和維護成本。

2.網絡化AFC系統建設遇到的問題

南京地鐵AFC系統是在既有1號線基礎上進行網絡化建設的,包括新線路的AFC系統建設、ACC系統建設以及原有線路的AFC系統擴改。由於各線路的系統承包商不同,存在原線路所採用的技術開放性不足、接口標準未建立的問題,還有原來所採用的部分技術不適用於網絡化環境的矛盾,導致後續線路AFC系統建設的接入仍然存在障礙。南京地鐵建設網絡化AFC系統初期遇到如下問題:

1)線網AFC系統的建設對目前地鐵AFC系統運營模式有何改變,以及對後續線路的建設、運營、收益、資源開發等方面帶來什麼樣的影響?

2)ACC系統的功能定位、規模及其建設規劃應該如何確定?

3)原有線路AFC系統的改擴建具體要移植、改造、升級哪些內容,風險和代價有多少?

4)面對各線路AFC系統、設備供貨商不同的情況,後續線路的建設如何協調使之相互相容?

5)線網AFC系統各層次間的功能如何合理劃分?

6)新線路AFC系統、ACC系統以及原有線路AFC系統的改擴建順序如何安排?

3.諮詢力量的引入

爲了有效保護投資,贏得工程建設的主動,化解潛在的風險,建立節約型、可持續發展的城市軌道交通網絡化建設和運營模式,南京地鐵針對軌道交通發展的實際情況,規避承包商技術封閉造成的互聯風險,引入了北京城建設計研究總院和東南大學兩家諮詢單位,依託其豐富的諮詢、設計經驗和大量的專業優秀人才,進行技術規程的編制工作,研究並形成了開放統一的技術規範和接口條件,營造了有效的競爭環境,控制並逐步降低了AFC系統新線建設和併網接入的成本。隨着各線路和ACC系統的建成及併網執行,進一步驗證了技術規程的可實施性,確保了技術規程的正確性和完整性。

系統網絡化建設的總體思路

南京地鐵AFC系統網絡化建設的基本原則:

1)在1號線成功運營的基礎上,爲實現網絡化運營下AFC系統的互聯互通,去蕪存菁地採納1號線引進的技術,避免對1號線AFC系統進行顛覆性改造,降低建設成本,保障改造期間系統的平穩執行;

2)透過技術規程的編制,不僅保證既有的1號線、新建的2號線及南延線接入ACC系統,還應保證後續線路的無縫接入;

3)系統應有可擴展性,可以持續升級,適應未來新技術的應用,如新型票卡的應用。

依據上述基本原則,開展必要的技術諮詢和研究工作,制定統一的技術規程,合理劃分線網AFC系統各層次間的功能,確定ACC的功能與定位,確定新老線路AFC、ACC的建設順序,研發關鍵技術與產品,以較小的代價確保AFC系統的互聯互通,滿足新線建設和網絡化運營的要求。

4.1AFC的系統架構

軌道交通AFC系統通常採用5層架構體系:ACC—LC(linecentral,線路中心)—SC(stationcomputer,車站計算機)—SLE(stationlevelequipment,車站現場設備)—車票。

考慮到AFC系統未來的業務模式、票務處理流程、票卡結構以及所選用的票卡技術都有可能發生調整,爲此提出6層架構體系,即在車票和車站設備兩層之間建立業務內置型讀寫器層。

所謂業務內置型讀寫器,即讀寫器採用嵌入式32位CPU、大容量存儲器件,可將完整的票務處理流程軟件部署到讀寫器內部,一旦票務處理流程、票卡結構等發生調整,透過網絡在線升級業務內置型讀寫器中的軟件即可,無需改變設備計算機的程序。

使用業務內置型讀寫器的另一個優點是可確保票務處理流程的統一,有利於互聯互通,有利於均衡各線路AFC系統的服務水準。在目前快速推進軌道交通的工程建設中,以標準化的產品貫徹標準、助推標準,不失爲一條有效途徑。

4.2ACC的功能與定位

ACC是AFC系統最上層的管理中心,將承擔軌道交通票卡發行、票務收入的彙總、清分、資金劃撥和線網AFC系統的執行聯動、監督,同時還負責處理一卡通車票在軌道交通中應用的清分和管理,以及對整個線網客流資訊的彙總分析。ACC的基本職能包括收益清分、運營管理、票務管理、分析決策等。

1)收益清分。主要是指制定並實施清分規則,實現軌道交通各線之間、軌道交通領域與其他行業領域之間的收益清分。

2)運營管理。主要指客流量、票卡流向、重大故障等線網級運營狀況的監視,管理線網屬性、密鑰、票價參數、車票種類、費率表、乘客服務介面等相關參數,並進行彙總和轉發。

3)票務管理。包括票種的'發行計劃、票卡初始化與分揀、庫存、調撥、註銷銷燬等。

4)分析決策。指充分利用清分系統數據平臺中的資訊資源,爲政府決策部門的決策制定提供準確、豐富的數據支援。

4.3AFC系統的改擴建方案

在制定線網AFC技術規程和1號線改擴建方案時,充分尊重1號線的既有技術方案,吸納1號線引進的先進技術,保留對互聯互通無影響的技術方案,摒棄不利於系統互聯互通的技術。

1)推廣使用原有1號線AFC系統的先進技術。如基於PKI(publickeyinfrastructure,公開密鑰體系)安全機制的密鑰管理系統,用以實現讀寫器設備的簽到、檔案的數據簽名以及單程票密鑰的下載,提高了系統的安全性和可靠性,應用效果顯著。

2)保留不阻礙系統互聯互通的技術。避免對1號線AFC系統進行顛覆性改造,降低建設成本。如數據傳輸方面,在不影響互聯互通的前提下,採用CORBA(公共對象請求代理體系結構)方式傳輸實時數據,採用FTP(檔案傳輸協議)方式傳輸非實時數據。

3)摒棄不利於系統互聯互通的技術。如原票卡結構等數據規劃僅適用於單線運營,不滿足網絡化AFC系統的需求,需重新設計。

4.4新老線路的改擴建順序

本着平滑過渡、逐步驗證的原則,確定新老線路AFC系統及ACC系統的建設和改擴建順序:

1)首先,制定AFC系統技術規程;

2)然後,進行1號線的改擴建,驗證技術規程的可實施性;

3)建設ACC系統,並與1號線對接,在單線執行條件下可以驗證數據通信接口、清分系統、密鑰管理系統及監控系統的正確性與穩定性;

4)最後,將2號線及1號線南延線的AFC系統接入,進行聯調測試,確保接入系統的可靠性與相容性,實現網絡化系統的併網執行。

4.5研發關鍵技術和產品

在編制AFC技術規程時,需要對一些技術難題進行攻克,如單程票密鑰和業務內置型IC卡讀寫器等。以諮詢單位爲技術依託,由ACC及AFC系統承包商進行技術實現,確保技術攻關的正確性和有效性。

由於目前主流的單程票產品多是存儲卡,卡內數據可自由讀寫,存在密鑰被破譯的可能。爲解決這一問題,採用在線更新的方式實現票卡密鑰的下載,即ACC系統在需要下載密鑰時,可直接透過網絡下載至前端,若發現異常,可迅速更換交易密鑰,從而保證單程票的交易安全。

爲了提高AFC系統的相容性,降低系統升級維護的費用,南京地鐵率先提出了業務內置型IC卡讀寫器。業務內置型讀寫器將票卡的數據結構、安全密鑰等處理過程封裝在裝置內部,避免上述數據的外漏,有效地保護了軌道交通核心數據安全。

4.6研究可嵌入、可擴展的平滑升級技術

系統透過關鍵產品和技術的模組化,運營參數化,實現系統的可嵌入、可擴展性。

1)關鍵產品的模組化封裝。如業務內置型IC卡讀寫器。當票務流程發生變更時,該讀寫器支援ACC下發的交易流程處理模組,實現對票務規則的在線下載更新,無需修改其他軟、硬件,這有利於系統的維護和升級,保證了系統的統一性與標準性,在軌道交通建設中創造了可觀的經濟效益和社會效益。

2)票務運營參數化。南京地鐵將單程票、儲值票和計次票作爲基本票種,在基本票種的基礎上,透過設備執行參數(equipmentoperatingdata,EOD)和票卡結構參數的設定生成新的票種,即票卡產品,以滿足細化市場的需求。豐富的票卡產品一方面降低了票務管理的難度和複雜度,另一方面給乘客提供了多樣化的選擇,對客流的吸引、客流量的調節均具有重要作用。

3)人機介面參數化。如自動售票機(ticketvendingmachine,TVM)介面元素,包括地圖區域、按票價購票區域、功能選擇區域、單程票購買張數選擇和資訊提示區等參數化處理。在網絡拓撲環境下,可透過軟件形成相關線路、站點的資訊,當線路或車站資訊發生變更時,只需更改相關參數,不需要更改系統的軟、硬件。

5.網絡化運營再思考

隨着2號線和1號線南延線接入ACC系統,南京地鐵AFC系統網絡化建設進入了一個新的階段。展望未來,也面臨着一些新的問題。

1)技術規程和一般事物一樣,總是需要在不斷完善中逐漸成熟。而技術規程在已有線網成型的情況下,是否可以進行調整?調整如何規避風險?一旦調整,既有線路AFC系統是否必須隨之調整?

2)目前,仍有新的系統架構需求提出。如區域性的票務中心,此種結構是否適用於南京地鐵?架構調整後,目前的技術規程是否需要隨之調整?是否會影響目前ACC的定位?

3)南京地鐵AFC項目採用了業務流程內置型IC卡讀寫器,未來票卡結構、處理流程的變更可透過升級讀寫器軟件來實現。受硬件的限定,目前只能相容ISO14443的TYPEA或TYPEB的票卡,一旦有新的不同標準的票卡介質推出(如前段時間手機運營商推行過RFID-SIM的移動支付技術),將如何適應這種需求?

6結語

南京地鐵遵循AFC系統網絡化建設的基本原則,引入諮詢力量,確定AFC系統網絡化建設的總體思路。針對網絡化建設中面臨的問題,逐一解決,保證技術規程的完整性、適用性和可擴展性,以最小的代價確保1號線、1號線南延線和2號線的互聯互通,最終使後續線路建設遵循相同標準,逐步推行AFC系統國產化,更好地滿足新線建設和網絡化運營的要求。對技術規程進行總結與思考,並及時做相應的調整,確保網絡化AFC系統的順利建設。

在網絡化的過程中,南京地鐵將不斷髮現問題、思考問題,和全國同行及致力於軌道交通研究和建設的各方力量一起,共同尋求解決之道。