“城市轨道交通自动售检票系统” 国家标准解读

本文简单介绍了国家标准《城市轨道 交通 自动售检票系统技术条件》的编制背景,对标准的主要 内容 进行了说明。

关键词:AFC系统 技术条件 国家标准

一、编 制 背 景

1·国标编制任务来源

根据建设部建标标函[2003]33号文的通知,国家标准化管理委员会以国标委[2003]37号文《2003年制修订国家标准项目计划》下达了《城市轨道交通自动售检票系统》国标编制任务。并依据与建设部标准主管部门签订的合同,由城市建设 研究 院承担此项标准的主编任务,在2005年内完成标准的编制工作。南京熊猫信息产业有限公司为该标准参编单位之一。该标准为我国首次制订的AFC国家标准。

2·编制目的

自动售检票系统(AFC)是基于 计算 机、通信、 网络 、自动控制等技术,实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统。国外 经济 发达城市的轨道交通,己普遍采用了这种管理系统,并 发展 到相当先进的技术水平。我国城市轨道交通车站的自动售检票设备,最初是来自外国,近年来我国已进行了大量的开发研制工作,提出了多种形式的产品,技术水平也在不断提高。国内轨道交通AFC系统的发展经历了从无到有的过程,随着计算机技术和软件的发展,我国城市轨道交通AFC的技术已与城市一卡通接轨,实现城市甚至城市区间的一卡通。

首先介绍一下我国各地地铁系统发展和大致情况。 广州地铁 广州地铁一号线和二号线AFC系统于1998年中首期五个站投入使用,并于1999年初全线投入使用。从使用的情况来看,该系统采用非接触IC卡技术,系统数据交易和传输准确,使广州地铁的收费和检票真正实现了数据化和自动化。广州地铁一号线和二号线AFC系统原由美国摩托罗拉公司承建,后韩国三星数据公司接手该项目,单程票采用TOKEN技术。现广州地铁三号线和四号线也将在2005年底和2006年初开通,AFC系统分别由韩国三星数据和新加坡 科技 承接。

深圳地铁 深圳将淘汰原有的公交IC卡系统,推动“深圳通”,与香港八达通互通。深圳地铁已完成一号线和二号线的建设,其AFC系统由深圳MCM公司承接。 南京地铁 南京地铁一号线AFC系统由法国THALES和南京熊猫 电子 股份有限公司联合承建,采用欧洲最先进的TOKEN技术,实现公交、地铁的城市一卡通。

其他在建和即将建的城市如北京、天津、沈阳、成都、杭州、武汉、重庆等城市轨道交通都将AFC系统作为一个重要的组成部分,分别采用不同的AFC技术,如日本欧姆龙公司、日信公司、法国THALES公司、ASCOM公司,美国CUBIC公司、韩国三星数据公司等国外公司纷纷进入 中国 市场,国内 企业 如深圳 现代 、上海华虹、上海邮通等公司成为国内AFC行业的代表,技术路线不一,没有一个统一的标准,容易形成城市轨道每一条线路AFC系统的不一致,造成接口复杂,甚至重复投资。

为及时规范好我国自动售检票系统设备的 应用 与生产市场秩序,扶持我国民族 工业 健康发展,更好地满足推行产品国产化的目的,制定该项国家标准已是迫在眉睫的重要任务。

二、编 制 原 则

编制本标准的基本原则是立足于我国国情,兼顾地方发展实际情况和国外先进技术水平。编制内容应达到适用范围明确、层次清楚、内容先进可靠、具有 科学 性和可操作性。标准应有利于新技术和新产品的推广应用,有利于自动售检票设备的国产化,为技术发展留有余地,并适应加入WTO后国际贸易的需要。

1·标准编写的规范性2·标准的一致性

本标准涉及许多机电专业领域,在这些领域中都有一些相关的现行国家或行业标准,因此本标准尽量采用现行标准并与相关标准一致。随着我国加入WTO,为满足城市轨道交通车站自动售检票系统国内外市场的需求,本标准应与国际标准接轨,并保持与相关国际标准的一致性。但目前国际尚无统一的自动售检票系统及其产品的标准,其他国家如美国也只是在综合性标准内列有AFC技术的章节,大多数还保持在企业标准的状况。本标准涉及的非接触式集成电路卡的内容,与国际标准ISO14443密切相关,因此本标准基本保持与国际标准在技术要求上的一致性。

3·标准的通用性

由于我国城市轨道交通建设的 历史 和背景的差异,城市轨道交通的收费系统类型,呈现多样化趋势。因此,本标准的编制,要充分考虑和 总结 各城市采用不同系统的经验和教训,提出满足我国城市轨道交通AFC系统发展的通用性要求。

根据今后各地的发展需要,标准还应适用于其它类型城市公共交通系统的门禁需要,而且在同一城市或同一区域内,还应适应“一卡通”的技术要求。

4·标准的先进性

近年来,随着科学技术的飞跃发展和自动化设备的普遍采用,自动售检票系统的技术水平不断提高。

最早以磁卡作为车票的AFC系统,在世界各地得到了广泛的应用,经历了20~30年的时间。磁卡暴露很多缺点和 问题 ,如记录容量小,磁条易磨损和划伤,遇到其他外部磁场时极易被磁化而造成数据出错或丢失,磁卡上记录的数据极易被伪造和仿制,磁卡的读写容易产生错误或失败,而且读写过程时间较长,读写设备构造复杂、故障率高、价格昂贵,维护保养困难,而且维护成本高。因此,在AFC领域里是属于逐步淘汰的技术。

八十年代出现了“接触式集成电路卡(IC卡)”,到九十年代则出现了更为先进的“非接触式集成电路卡”。由于“非接触式集成电路卡”的电气部分不外露,其优越性更体现在不怕潮湿和污染,具有抗磁场和静电破坏的功能,卡片读写不产生机械磨擦现象,抗弯折能力强,卡片读写无方向性,操作方便、使用寿命长,以及其固有的高安全保密性(难以复制)和大存储容量,特别是十分容易与计算机系统交换数据的优点,使得非接触式IC卡目前已广泛地被运用在世界各地的城市交通门禁管理中,其发展方向十分明显。

针对以上情况,本标准不再推荐采用磁卡和接触式集成电路卡作为车票的介质,它已经属于淘汰的技术。本标准规定车票的介质应为非接触式集成电路卡,体现了本标准规范的票卡技术,已处于当今该行业的先进水平。

本标准的先进性,还体现在票卡种类的设置、系统收费模式的确定、对终端设备技术性能指标的要求,以及对车站和中央计算机的软、硬件功能和性能要求等方面。

三、技术条件内容说明

由于“自动售检票系统”在我国尚属新兴技术,因此,其规范性要素以必备要素为主,可选要素暂不纳入,留待积累更多实践经验后,需要修订本标准时再行考虑。

1·范围

本标准的范围,是以城市轨道交通自动售检票系统构架技术为主要规范内容,依据本标准将能建立一个以非接触式IC卡为基础,高效、安全可靠和保密性能良好的城市轨道交通AFC系统。本标准主要对城市轨道交通自动售检票系统的结构、车票、车站终端设备、计算机系统和清算系统提出技术要求。本标准适用于我国城市轨道交通自动售检票系统的设计、生产和运行管理。

2·系统结构

本标准对城市轨道交通自动售检票系统(AFC)的结构进行了层次划分,共分为车票、车站终端设备、车站计算机系统、线路中央计算机系统、清分系统五个层次。

层次结构是按照全封闭的运行方式,以计程收费模式为基础,采用非接触式IC卡为车票介质的组成原则,根据各层次设备和子系统各自的功能、管理职能和所处的位置进行划分的。目前确定的五层结构型式,是根据我国国情和城市发展现状,综合考虑了轨道交通建设的特点(如线路多而复杂、建设周期长、多个业主单位等情况)而设置的,具有一定的可伸缩性。对各层次必须实现的功能和要求做出如下规定:

第一层———车票,是乘客所持的车费支付媒介,规定了储值卡和单程票二种类型的物理特性、电气特性、应用文件组织以及安全机制等技术要求;

第二层———车站终端设备,安装在各车站的站厅,直接为乘客提供售检票服务的设备,规定了车站终端设备及其运营管理的技术要求;

第三层———车站计算机系统,其主要功能是对第二层车站终端设备进行状态监控、以及收集本站产生的交易和审计数据,规定了系统的数据管理、运营管理及系统维护管理的技术要求;

第四层———线路中央计算机系统,其主要功能是收集本线路AFC系统产生的交易和审计数据,并将此数据传送给城市轨道交通清分系统,以及与其进行对帐,规定了对该线路的车票票务管理、运营管理及系统维护的技术要求;

第五层———清分系统,其主要功能是统一城市轨道交通AFC系统内部的各种运行参数、收集城市轨道交通AFC系统产生的交易和审计数据并进行数据清分和对帐、同时负责连接城市轨道交通AFC系统和城市一卡通清分系统,规定了对车票管理、票务管理、运营管理和系统维护管理的技术要求;

3·车票

本标准规定的车票介质采用非接触式集成电路卡,主要票种为单程票和储值票两种。标准条文主要考虑以下几个问题:

1)储值票卡的尺寸规格符合ISO/IEC7810标准规定,单程票卡的厚度主要是依据国内现有的制造技术水平决定。目前市场上的单程票卡实际厚度在0.5mm至0.6mm之间。考虑到将来技术水平提高后,单程票卡厚度将呈下降的趋势,将厚度定为0.4mm至0.58mm之间是合理的。

2)筹码型车票的标称尺寸中要求直径为30±0.2mm,是依据目前国内通用的圆形筹码型车票的直径,而厚度目前应用的主要有2mm和3mm两种。

3)票卡的物理特性完全符合最新ISO/IEC78

10、ISO/IEC10373和ISO/IEC14443系列标准的规定。这些物理特性主要采用与票卡实际应用相关的性能指标,其它关联不大的物理特性未采用。

4)芯片读写次数是依据目前主要的芯片供应厂商,如Philips公司和Infinion公司的芯片读写寿命确定的。

5)规定了的卡片防冲突机制。

6)规定了交易处理时间。从应用角度说,交易处理时间越短越好,但是由于采用的芯片不同及加密 方法 不同,导致处理时间差别较大。本标准中规定的时间是实际应用时的基本要求,只有满足此要求才能方便地使用卡片。

7)规定的车票应用文件是根据实际应用的要求所提出来的。

8)规定的密钥管理程序总体上应遵循建设部CJ/T166标准规定的管理程序,具体应用时由系统集成商决定具体的管理办法。

9)规定了通信安全,储值票卡必须经双向密码验证,而单程票则可适当简单化。

4·车站终端设备

自动售检票系统的服务功能主要是通过AFC系统设置在车站现场的自动售检票设备来进行完成的。目前AFC系统所涉及的终端设备,主要由收费区外的接受付费(售票)设备和收费区出入控制的(检票)设备等构成,完成城市轨道交通全程计程、计时收费的票务自动控制管理服务功能。

在起草本标准时,各相关单位对AFC设备是否需要独立地进行标准制订做了 分析 ,一致认为在目前以合并在系统标准中较好。其主要考虑点有:

1)AFC系统终端设备的功能在目前已经和计算机系统与网络化技术更加密不可分。

2)技术的发展使得AFC终端设备的可靠性有了很大的提高,尤其是我国目前已主要趋向于采用以非接触式IC电路为车票媒介的AFC系统,AFC设备的主要服务功能将更具系统化和网络化特征。

3)目前我国城市轨道交通建设正处于规划AFC系统技术发展起步(新兴大城市)和全网联运(已经有若干线网的超大城市的“一票通”、“一卡通”等)的阶段,但均不完全具备将AFC系统设计和AFC设备设计分别进行的机制和实施基础,AFC工程项目需要从系统地和实际整体需求上作统一设计规划。

4)本标准对AFC系统终端设备规定了在车站现场使用的最基本的售检票设备的技术性能和技术要求,主要是售票设备(半自动售票机、全自动售票机)和检票设备。

5)在制定技术性能和技术指标要求的过程中,较充分地兼顾考虑了我国已有的AFC系统设备的引进建设、开发制造和系统使用维护等方面的经验和国际、国内的 发展 先进水平, 对一些控制 方法 有不同要求的设备规格,也兼顾地列入标准供选择性采用。

6)对AFC系统可能涉及到的其它设备,如车票编码/分拣设备、车票自动加值设备、验票机、半自动补票机、全自动补票机、双向检票机、兑币机、便携式检票终端、便携式验票/补票终端以及不在城市轨道 交通 现场服务的远程售票设备等都未列入本规范。其主要考虑这些设备的技术性能要求可以部分地参照本标准已经列入的主要售检票设备设计,采用基本的售票设备和检票设备可以构成基本完整的AFC系统。

5·车站 计算 机系统

车站计算机系统是城市轨道交通自动售检票系统(AFC)的核心设备之一,标准条文主要考虑以下几个 问题 并做相应规定。

1)服务器主要用于采集车站设备数据、向上级系统发送数据、存储和处理车站数据。 网络 设备用于整个车站设备组网,操作工作站用于处理车站票务工作和车站设备状态监控,紧急按钮主要在紧急情况下开放所有闸机,不间断电源保证车站AFC系统不间断运作,打印机用于打印车站各种相关报表。

2)运行参数、运营模式和黑名单是车站设备和车站计算机系统正常工作的基本条件,均由上级系统统一管理,对于车站设备来讲,车站计算机系统起到接收、转发的作用;对于车站计算机系统来讲,车站起接收和执行的作用。

3)终端设备的原始交易数据和设备状态数据是中央系统进行数据接收、账务清分的基础数据,车站计算机系统采集车站终端设备的原始交易数据和设备状态数据,并上传给线路中央计算机系统。

4)对终端设备监控可以及时掌握车站设备工作情况,出现故障及时修复,是保证对乘客高质量服务的有效措施,因此车站计算机系统需具备对车站终端设备进行实时监控,并能显示设备的通信、运行状态及故障等信息的功能。

5)车站计算机系统完成车站各类票务管理工作,如车站各种票卡和现金库存管理、售票员业务管理、设备操作管理等。

6)车站票务管理包括数据处理功能,主要是采集终端设备数据,并对原始数据进行处理。业务统计功能主要指生成各种相关报表。实时监控系统运营功能主要指实时对相关运营数据如客流进行监控,对于突发事件能够及时采取有效措施。接收和发送运营指令主要指接收上级系统指令,向下级终端设备发送指令。设备监控主要指对车站终端设备运作情况进行实时监控,在异常情况能够及时处理。时钟同步主要指车站设备与上级系统时钟保持一致,在时钟不一致的情况能够修改车站计算机系统时钟和终端设备时钟。

7)车站需对往日的业务数据和系统数据进行查询,车站计算机系统需具备保存不少于7个运营日的业务数据和系统数据的能力,数据备份是保证车站计算机系统数据安全的有效措施。记录审核与 应用 系统和数据库安全性有关的事件,是车站计算机必须具备的安全措施。

8)为保证设备软件版本一致,设备软件版本统一由中央系统管理,车站计算机系统接收线路中央计算机系统下传的设备更新软件,通过车站系统网络对车站终端设备的软件进行更新。

9)车站服务器应能够适应车站恶劣工作环境,以及其功能的重要性均要求服务器为 工业 级计算机。

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1)车站计算机系统如在断电时不具备系统和数据自动保护功能,则容易丢失部分数据,甚至使系统无法正常工作。

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2)每日交易量和每分钟处理数据能力,是整个车站计算机系统能否满足实际车站运作的重要指标,根据部分城市的运营经验,车站计算机系统应具备每日处理不少于30万笔交易量和每分钟能处理5000条交易数据的能力。

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3)为了能够及时掌握车站设备状态,遇到问题能够及时处理,车站计算机系统应具备能实时查询车站设备状态及数据的功能,至少在5秒内下达查询命令并返回查询结果。

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4)车站计算机系统能够对本车站保存的AFC数据进行统计,并能形成相应报表,在30秒内显示并返回查询结果,如超过30秒,等待时间过长。

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5)车站所有设备应在统一的模式下运作,车站计算机下达的系统命令应能在5秒内下达到车站所有设备,否则设备工作模式不统一。

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6)在运营结束时,为不 影响 第二天的运营工作,车站计算机系统应能在15分钟内完成当日运营作业程序的统计,这一指标是根据车站计算机处理的数据量和部分地铁实际经验确定的。

6·线路中央计算机系统

线路中央计算机系统是整个系统承上启下的重要环节,它需要配备合适的设备完成数据交易、审核、统计、传送等工作。本标准主要考虑以下几个问题并做相应规定。

1)为保证线路中央计算机系统应达到的最低配置,考虑数据存储和处理能力,服务器配置不能低于PC服务器的性能。车票编码/分拣机的配置,主要是考虑在没有清分系统的情况下,线路中央计算机系统应该包括车票编码/分拣机,如果有清分系统,可以根据运营实际考虑取消车票编码/分拣机。不间断电源供电给服务器、工作站、网络设备、车票编码/分拣机和打印机等,它能在交流电源断电的情况下,满载维持供电30分钟,使线路中央计算机系统完成与车站计算机系统的数据传输工作,并保证系统内的所有设备正常安全关机。

2)线路中央计算机系统中的工作站(通信工作站)的应用程序,能把从清分系统传来的运行参数、票价表、降级运行模式、交易结算数据、帐务清分数据、黑名单及车票调配信息等信息传输并保存到线路中央计算机系统的服务器数据库中,并转发(包括直接转发和二次转发等形式)下载到车站计算机系统。

3)线路中央计算机系统中的工作站(通信工作站)的应用程序,能把车站计算机系统上传的车票原始交易数据传输并保存到线路中央计算机系统的服务器数据库中,并转发(包括直接转发和二次转发等形式)上传到清分系统。

4)服务器能接受工作站(通信工作站)上传输到数据库中的各种信息,将其保存到数据库中,并将车票原始交易数据、设备状态数据及设备维修数据等信息按应用程序指令进行计算和处理。

5)服务器能将保存在数据库中的数据,根据工作站(应用程序工作站)传来的应用程序指令,进行分类计算和处理,完成各种统计 分析 报告和报表,并进行打印。

6)服务器上具有定时自动备份操作系统和数据库的脚本,并将该脚本加到操作系统定时任务中,自动对操作系统和数据库进行备份。系统崩溃时,系统管理员能根据最新的备份资料,将系统恢复正常。

7)通过工作站(应用程序工作站)上应用程序的菜单等指令形式,设置和管理本线路系统和终端设备的操作权限,并将其保存在服务器上的数据库中或下载到相关的终端设备上,实现操作权限管理。

8)通过工作站(应用程序工作站)应用程序的菜单等指令形式,对服务器上的数据库中各种参数进行增加、修改、更新和删除操作,并保存最新设置。

9)为了保证整个城市轨道交通系统中的时钟同步,根据确定的通信系统母钟的同步机制,将清分系统的时钟按一定的周期同步到线路中央计算机系统,并在本系统内同步车站计算机系统和相关终端设备。

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1)考虑线路中央计算机系统与不同车站计算机系统之间的数据传输需要一定的时间周期,在数据传输过程中,可能会出现的数据误差,考虑各线路上各车站计算机系统之间的数据查询,要求服务器上数据库中的数据至少能保存6个月的业务数据。

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2)确保线路中央计算机系统中服务器、通信工作站和网络设备等能不停机连续运行,保证交易数据和参数数据能实时传输。

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3)规定中央计算机系统中服务器的最低处理速度和存储能力,服务器上数据库进行插入(Insert)操作的速度不低于83条/秒(5000/60秒)。

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4)要求线路中央计算机系统和车站计算机系统之间处于实时通信状态,数据包的定义和通信方式选择要保证查询和处理速度。

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5)将交易数据按应用程序统计需求,通过数据库的存储过程,进行定时运算和提前运算等方式对数据进行汇总和统计,将数据存储在指定的表中,保证在数据库进行插入(Select)操作时能在最短的时间内完成。

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6)为保证线路中央计算机系统在运营结束时,工作站工作人员完成所有的输入工作,服务器上数据库处理完当日所有后台数据运算作业,所花费的最长时间而制定的。

7·清分系统

清分系统是伴随城市轨道交通一票换乘衍生出来的辅助系统。就清分系统本身而言,由收益清分管理需要确定功能定位,将决定系统的架构和设备组成。其设计重点必须依照以下保安措施为考虑要点:交易数据的确证,产生交易的授权,交易数据的责任,交易的保密度,保存数据的原样和维持数据的可用度。

清分系统还包括确认所有的使用、重复及逾期使用量等的报表。这些报表的功能是为系

统管理者和各业主之间,当收益有误差时,作为调解的渠道和根据。

清分系统除了具备以上的功能之外,也能为业主、加值者及售票者等,进行结算及分账工作。打印所需结账报告和分账报告,业主与加值者的管理及其他业务报告,显示储存系统内所有票卡的账目状态及剩余储值的管理。同时,也能处理加值者提供的增值费,为业主提供每日的结账处理,收支差额,商务资讯与赔款,并列出下传的黑名单。

清分系统是网络化的,具有最高的管理权限,应对城市轨道交通服务体系的收益负责,故清分系统的容量必须适应城市轨道交通的全部客流、管理规则和清分规则的需要。同时, 系统的运行方式、职能需求决定系统双机或多机、备份或冗余。

因此,本标准是基于系统的基本功能,明确清分系统最基本的配置需要。

本标准中确定的清分系统基本功能,只是城市轨道交通票务系统维持正常的一体化运作,必须依托的基本流程所具备的最低要求。本标准未对城市综合票务系统的派生功能,如收益管理、信息服务管理和系统状态管理等进行详细的限定,在实际应用中,这些功能还会扩展。比如,使用监控管理、系统配置管理、客户管理、财务管理、报表管理和设备管理等等,将有待建设整体需求来统一实现,并结合到清分系统的硬件架构中。数据库的选择,应考虑票务清分系统的商务规则,涉及的数据和数据库的性能,还必须考虑清分系统在线交易处理和在线分析处理。各城市网络化轨道交通每日均有数百万、上千万人次的客流,系统内数据量巨大。同时,清分系统还将要适应城市公共交通与轨道交通的联运优惠。所以数据库还应支持RAC集群及并行处理技术,适应应用程序的设计界面和程序编写工具,允许多用户使用,支持多标准和多操作平台。

对清分系统的交易清分处理时间、系统运行速度、系统整体使用寿命和系统硬件容量等主要性能指标,本规范未做出具体的量化约束,是考虑到各个城市会有不同的需求,可据实际建设要求确定。

四、结 论

国家标准《城市轨道交通自动售检票系统技术条件》的编制,达到了规范性、一致性、通用性和先进性的要求。熊猫 电子 集团有限公司作为设备供应商和系统集成商,全程参预了该标准的编制,为承接更多的AFC系统项目打下了坚实的基础。

参考 文献

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4·张宁,王健.地铁参与城市交通一卡通的 研究 [A].城市轨道交通发展研讨会论文集

[C].北京: 中国 铁道出版社,2003