（交通信息工程及控制专业论文）自动售检票系统及关键技术研究.pdf

铁道科学研究院硕上学位论文 摘要 随着我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高，铁路旅客运输和城市轨道运 输都面临着增加运能、提高服务质量、提高竞争能力的迫切需要。自动售检票系统( a f c ) 替代传统的人工售检票，实现了旅客运输环境中售票、检票、票务管理等环节的自动化， 体现了运输系统票务管理的现代化水平，极大地方便了乘客，同时提高了运营单位的运 输效率和经济效益。由此可见a f c 系统是解决当前问题的重要手段，是旅客运输行业发 展的必然趋势。在城市轨道交通方面，a f c 系统已经有了非常成功的应用，并取得了极 好的社会效益和经济效益。在铁路旅客运输方面，虽然建成了全国联网的客票预订和发 售系统，但售票形式单一，检票方式还沿用传统的手工方式，因此研究和发展铁路a f c 系统的要求变得非常迫切。 本文以研究铁路a f c 系统的实际经验为基础，研究了a f c 系统中的关键技术：车票 介质的选择、组态软件和设备监控的综合运用、嵌入式实时操作系统的应用、系统安全 等。重点研究了车站服务器、自动检票机等相关技术。结合城轨a f c 系统的成功经验和 技术，针对铁路旅客运输的特点，充分利用现有的资源，提出了适合铁路旅客运输特点 的a f c 系统：城轨a f c 系统为传统的四层结构，而铁路由于客票系统的存在，所以铁路 a f c 采用两层结构，即由车站服务器和自动售、检票终端构成。 车票是信息的载体，也是整个a f c 系统的基础，选择何种介质做为车票，赢接影响 a f c 系统的安全性、可靠性、可维护性等指标。本文分析了各种车票介质的优缺点，结 合可能存在的各种信息安全问题，提出了适合铁路a f c 系统的车票介质：纸质磁卡票作 为单程一次性车票，i c 卡票作为储值票多次使用( 可应用于城际列车) 。 论文分析了城轨和铁路a f c 系统车站服务器的异同点，提出了铁路a f c 系统车站服 务器的整体构架，给出了车站服务器的相关实现。 论文提出了铁路自动检票机的构架，给出了响应的实现，并提出了在实现过程中的 关键技术，并给出了解决办法。 关键词：铁路、城轨、自动售检票系统( a f c ) 、体系结构、车站服务器、自动检票 机、票面制式 铁道科学研究院例十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m ya n de n h a n c e d1 i v i n gl e v e l ， t h er a i l w a yp a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e ma n dc i t yr a i lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mh a v e t of a c et ot h ei n c r e a s e dr e q u i r e m e n ti nt h ea s p e c to ft r a n s p o r ta b i l i t ya n d s e r v i c eq u a l i t y t h ea u t o m a t i cf a r ec o l l e c t i o ns y s t e m ( a f c ) r e p l a c e st h em a n u a l m o d eo f v e n d i n ga n dc h e c k i n gt i c k e t ，i tr e a l i z e st h ea u t o m a t i o no fv e n d i n g ， c h e c k i n g ，s t a t i s t i ca n ds oo n a sar e s u l t ，i te n h a n c e dt h em a n a g e m e n tl e v e l ， m a k e sc o n v e n t i o nf o rp a s s e n g e r s ，a n di m p r o v e st h et r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c ya n d p r o f i t s i nl a r g ec i t i e s ，a f ch a sb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nm a n yl i g h tr a i l w a y a n dm e t r os y s t e m ，o nt h eo t h e rh a n d ，i nn a t i o n a lr a i l w a ys y s t e m ，c h e c k i n ga n d v e n d i n gt i c k e ta r ea l s oi m p l e m e n tw i t hm a n u a le v e ni ft h er a i l w a yt i c k e t i n ga n d r e s e r v a t i o ns y s t e mh a db e e ne s t a b l i s h e df o rm a n yy e a r s s oi ti sv e r yi m p o r t a n t a n dn e c e s s i t o u st or e s e a r c ha n dd e v e l o pt h ea f cw h i c hi sf i tw i t ht h en a t i o n a l r a i l w a yp a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h ee x p e r i e n c e so fr e s e a r c ha n dw o r ki na f cf i e l d ， r e s e a r c h e so nk e yt e c h n o l o g i e ss u c ha ss e l e c t i n gt h et i c k e tm e d i u m ，t h ed e v i c e m o n i t o rs y s t e m ，e m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ，s e c u r i t yo fn e t w o r ka n d s y s t e m i ts t r e s s e so ns t a t i o ns e r v e rs y s t e ma n da u t o m a t i cg a t ed e v i c e c o m p a r e d w i t ht h ee x p e r i e n c e sa n dt e c h n o l o g yo fa f co fc i t yr a i lt r a n s p o r ts y s t e m ，a i m e d a tt h ec h a r a c t e r i s t i co fn a t i o n a lr a i l w a yp a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e m ，m a d eu s e o ft h ec u r r e n ta v a i l a b l er e s o u r c e ，t h ea f cw h i c hi sf i tw i t ht h en a t i o n a lr a i l w a y p a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi sp o i n t e do u t i nc i t yr a i lt r a n s p o r ts y s t e m ，t h ea f cs t r u c t u r eh a sf o u rl e v e l s i nn a t i o n a lr a i l w a y ，b e c a u s eo ft h ee x i s t i n go fr a i l w a yt i c k e t i n ga n dr e s e r v a t i o n s y s t e m ，t h ea f cs t r u c t u r eh a st w ol e v e l s ：t h es t a t i o ns e r v e rs y s t e ma n ds t a t i o n t e r m i n a ld e v i c e s t h et i c k e ti sac a r r i e ro ft h ei n f o r m a t i o n ，i ti st h ef o u n d a t i o no ft h ea f c s y s t e ma l s o t h es e c u r i t y ，r e l i a b i l i t ya n dm a i n t e n a n c eo ft h ea f ca r ee f f e c t e d 2 铁道科学研究院硕l ：学位论文 d e e p l yb yt h em e d i u mo ft h et i c k e t t h i sp a p e rr e s e a r c h e so na l lk i n d so ft h e m e d i u mw h i c hc a nb eu s e da st i c k e t ，c o m p a r e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s a m o n gt h e m c o m b i n i n gw i t ht h ee x i s t i n gq u e s t i o n so ft h ei n f o r m a t i o ns e c u r i t y ， t h ea d a p t st on a t i o n a lr a i l w a yf e a t u r e st i c k e tm e d i u mw a sc h o s e n ：t h ep a p e r m a g n e t i cs t r i p ec a r du s e da so n e o f ft i c k e ta n dt h ec o n t a c t l e s si cc a r du s e d a ss t o r a g et i c k e t t h ep a p e rc o m p a r e st h es t a t i o ns e r v e rs y s t e mi nc i t yr a i lt r a n s p o r t a t i o n s y s t e ma n di nn a t i o n a lr a i l w a ys y s t e m ，p o i n t so u tt h es t r u c t u r eo f s t a t i o n s e r v e rs y s t e mi nn a ti o n a lr a il w a ys y s t e m ，r e a liz e st h es o f t w a r eo ft h es y s t e m t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h es t r u c t u r eo fa u t o m a t i cg a t ea n dr e a l i z e st h e s o f t w a r eo fi t t h i sp a p e rg i v e st h ek e yt e c h n o l o g yp r o b l e mu s e di nt h ep r o c e s s o fr e a l i z a t i o n ，a n dg i v e st h es e t t l i n gw a y k e y w o r d s ：n a t i o n a lr a i l w a yc i t yr a i lt r a f f i c a u t o m a t i cf a r ec o l l e c t i o ns y s t e m s y s t e mc o n s t r u c t i o n s t a t i o ns e r v e ra u t o m a t i cg a t et i c k e tc r i t e r i o n 3 铁道科学研究院学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文4 i 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 1 f 互p ，u r 期：) 确：7 月，rf 1 铁道辩学母 究院硕卜学位论义 第一章绪论 1 1 前言 随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，人们的出行对铁路客 运、城市轨道运输无论在运能上还是在服务质量上都提出了更高的要求：地铁轻轨以 其安全、舒适、方便、快捷等突出优点成为大城市改善交通结构、构筑立体交通运输网 络、解决交通拥挤难题、改善城市环境的最佳方案。国家计委已将发展城市轨道交通( 简 称城轨交通) ，作为我国大中城市公交系统建设的重要方向。同时，在大铁路方面，随 着l o 条客运专线的批复和建设，使得传统的手工售票、检票方式越来越难以适应现代 运输的发展。自动售检票( a f c ) 系统为提高旅客运输效率，获得准确客流信息，适应 市场变化提供了有效的解决手段。 a f c 系统是基于计算机技术、网络技术、现代通讯技术、自动控制技术、大型数据 库技术、机电一体化技术、模式识别技术、传感技术、精密机械技术等多项新技术于 体的大型系统。 本章首先概述了国内外a f c 系统的发展和现状，然后分析了国内城市公共交通和铁 路客运系统的现状，通过对比发展a f c 系统的重要性，并提出了自主研发的方向。最后 介绍了本论文的主要内容，并阐明了本论文的意义。 1 2 国内外a f c 系统发展现状 国外的a f c 系统出现于2 0 世纪7 0 年代，当时的a f c 系统采用磁卡票方式，分为两 种：l _ 系统包含自动进票装置并自动读取车票信息的设备( 也是最普遍的一种) ，但是 由于机械走行设备需要大量的维护导致了系统造价非常昂贵，维护费用占到了系统造价 的1 5 9 6 左右。2 不包含自动迸票装置的a f c 系统，需要乘客把车票放入读票系统中( 如 纽约地铁) ，从而降低了维护费用( 占系统造价的1 2 左右) ，但是对于初次使用该设备 的乘客造成了很大的不便“1 。 2 0 世纪9 0 年代，出现了以非接触式i c 卡为车票介质的a f c 系统，如在韩国汉城， 法国巴黎，澳大利亚悉尼，同本东京，新加坡，香港等地，系统在安全性、可靠性、读 铁道车车学研究院硕士学位论文 写速度等方面具有很大优势。目前全球非接触式i c 帚( c s c 卡) 产品主要有符合 i s 0 i e c l 4 4 4 3t y p ea 标准的p h i l i p s 公司m i f a r e ( t m ) 产品、符合i s 0 i e c l 4 4 4 3t y p eb 标准的摩托罗拉、意法半导体公司的产品，符合i s 0 i e c l 4 4 4 3t y p ec 标准的s o n y 公 司产品，还有不符合i s o i e c l 4 4 4 3 标准的l e g i c ( t m ) 产品“1 。如新加坡地铁完全使用s o n y 公司的t y p ec 型c s c 卡做为储值卡，单程票使用。东日本铁路公司( j re a s t ) 研制的 自动售检票系统“s u i c a ”也于2 0 0 1 年1 1 月在东京地铁投入使用，此系统使用s o n y 公 司的f e l i c a ( t y p ec ) 卡。 按照阻挡机构的不同a f c 系统分为三杆式和门式两种。其中门式又分为拍打门和剪 式门两种三杆门由于控制机构简单，在早期a f c 系统中应用较广，但其通过速度较低( 最 大运营速度为2 0 2 5 人分) ，在现代自动检票系统中多使用门式机构。 我国自动检票系统的研究、开发起步较晚，但近年来的发展极为迅速，地铁、公交、 铁路客运系统都对a f c 有迫切的要求。国内一些研究单位和厂家都在积极进行这方面的 研发。 2 0 0 0 年开通的深圳地铁，采用p h l i p s 公司的肝l 非接触i c 卡作为储值车票载体，其 符合i s 0 i e c l 4 4 4 3 标准和i s 0 7 8 1 1 1 标准，存储容量为l k 字节，独立分区数大于1 0 个， 每个分区p a s s w o e r d 数大于2 个，通信时进行d e s - - 3 自w 密并进行3 次以上的相瓦认证。数 据改写次数大于1 0 万次保存时间大于l o 年。单程票出于造价考虑采用符合 i s 0 i e c l 4 4 4 3 标准和i s 0 7 8 1 1 1 标准的m f l l 卡，其容量为4 8 字节，独立分区的p a s s w o r d 数大于2 个，通信时进行d e s 一3 加密并进行3 次相互认证。 北京城轨1 3 号线的a f c 系统采用双读卡器的方式，采用造价较低的磁卡票作为单 程票，非接触i c 卡作为储值票使用，此方式降低了单程票的造价，减少了单程票被截 留或套购的风险，但增加了系统维护费用，磁卡票与非接触i c 卡票的混用也在一定程 度上降低了旅客通过速度。北京地铁5 号线将全部采用非接触i c 卡作为车票介质。 i 3 我国城轨和铁路交通现状 我国的客运系统主要分为铁路客运系统，城市公共客运系统( 包括地铁、轻轨等) 公交客运系统。a f c 系统在不同的系统中应用会有不同的结构。 2 铁道科学研究院顼_ i ：学位论文 1 3 1 城市轨道交通系统 城市公共交通是一个大型的服务性行业，由轻轨、地铁等组成，是一个具有立体结 构、地下、地面、地上的综合交通体系“、与城市广大市民的生活息息相关，成为一个 城市乃至一个国家现代化水平的重要标志。但目前我国的省会城市、经济发达大城市都 存在严重的交通拥挤现象，城市交通已经成为制约社会经济发展的主要因素之一。 以前的城市轨道交通经营管理基本上处于人工作业的方式，如北京地铁l 、2 号线， 随着城市轨道交通日益增大的客流量，落后的票务运营，售、检票方式和结算方式已经 给乘客、运营公司和政府部门带来了诸多的不便和问题：1 在旅客乘坐轨道交通工具 时，! 必须采用现金购票的方式，而人工售票速度慢，容易出现人为错误等不足，使得在 上下班或节假日乘车高峰期造成严重的拥堵现象，给广大市民出行带来了很大的不便。 2 票务工作已成为各运营公司的一项繁琐而艰巨的任务。传统的人工售票方式工作量 很大，无法实现合理快捷媳牧费也无法杜绝逃票或内部票务人员营私舞弊行为的发生。 运营企业还得配各人数可观的点钞工既不利于职工健康更增加了企业经营的压力。3 由 于技术的原因，一般的一票制或简单分段收费很不合理，无法通过累计优惠的方式加强 运营公司的竞争力以吸引更多的客流。5 管理方式的落后使运营企业无法及时获得运 营的第一手资料，无法根据运营的实际情况及时调配运力，经营成本居高不下，生产效 率难以提高，交通主管部门在宏观决策时缺乏准确的基础数据。 因此如何采用高科技的手段来适应现代化城市对公交系统的要求已经成为交通管 理和运营部门面临的一项重大课题。随着各项技术的发展与成熟大型城市公共交通a f c 系统应运而生。 城市公共交通a f c 系统是以提高城市交通运转效率，方便市民，降低运营公司成 本为目的而规划建设的系统。它以非接触i c 卡为车票载体，以计算机及各种电子收费 终端为核心，实现公共交通运营管理中的计费、收费、统计、分析、汇总、预测、辅助 决策以及中央清算等业务的全过程自动化综合管理。乘客只需持一张i c 卡就可以乘坐 各种交通工具。 1 3 2 铁路客票系统现状 我国铁路现有客运站5 1 5 5 个，其中特、一等站1 8 3 个，二等站2 3 6 个，三等站7 0 0 铁道科学研究院颁 学位论文 个，四等站3 7 1 8 个，五等站3 1 8 个，每天发售客票3 0 0 万张左右，春运、暑运等客运 高峰期间则达到4 5 0 万张“1 。我国铁路地域广阔、客运量大、组织管理复杂、通信条件 落后，因此。建成的全路计算机联网售票系统是世界上同类系统中最复杂、最庞大、技 术含量最高的系统。 铁路客票发售和预定系统是“九五”国家科技攻关计划重点项目之一，是覆盖全国 铁路的大型计算机网络应用系统。该系统以铁道部客票中心为核心，咀2 5 个地区客票 中心为基础，实现全路1 7 0 0 多个快车停靠站客票联网发售、预定和管理，投入运营的 窗口多达7 0 0 0 个。实现了： 1 ) 、全路快车营业站计算机联网售票，以机器代替人工作业，以软纸票替代硬板票， 在任意一个售票窗口可发售任意方向和任意车次的客票。 2 ) 、预订、预售和发售当同客票，具有售返程、联程等异地票功能。 3 ) 、票额、席位、计费、制票、结算、统计等工作的计算机管理。 4 ) 、客票信息共享，加强管理与分析，提高席位年g 用率为铁路客运组织与管理工 作提供辅助决策支持。 ( 一) 、客票系统结构 客票系统由铁道部客票中心系统、地区客票中心系统、车站售票系统三级联网组成， 分为铁道部、铁路局、铁路分局、车站四级业务管理5 1 。采用集中与分布相结合的客户 机服务器结构，其特点是建立一个中央数据库和若干个地区数据库，席位数据分别存 储在各地区中心数据库中。其中铁路局和分局的业务管理都是通过地区中心数据库实现 的。铁道部客票中心系统主要是面向全路性宏观客运指挥管理和保障全路的联网售票， 地区客票中心系统主要是面向以席位为核心的调度控制和地区内客运业务的指挥，车站 售票系统主要是面向售票的实时交易商务服务。 综合考虑各地区数据库所覆盖的客运量、列车数、快车营业站数的均衡性及合理性， 客运管理行政和职责的划分，地域范围、车站及其所在城市的规模，列车数量和运量需 求，铁路数据网节点布局、通信设备状态和地区通信条件等因素，到目前为止，全路共 建立2 5 个地区中心数据库0 1 。 系统总体结构如图1 1 所示。 4 铁道科学研究院硕l 学位论盅= 饿 ! 据礴 丝臣墨墨! 曼h ( 2 州f 予 + l 座席库 妁? ! 咿 蕈蚰摹蓑估摹境 圈11 客累累绒息韩结构田 二主要技术特点 l ：客票三级系统、数百个数据库的基础数据表的一致在技术实现上是一个很大的 难题。系统采用复制服务器的技术方案，实现了全路基础数据的一致和动态数据的分布 维护和管理，如此大规模地使用复制服务器技术，在国内外应用案例中尚属首例”1 。 2 ：交易连接管理是联网异地售票的关键。伴随着分布式应用的迅猛发展出现了 独立于系统软件和应用软件的中间件软件。分布式应用借助于这种软件在不同系统之间 共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通讯。它 可以在统一框架下，采用松散一致性的数据耦合机制来实现不同平台不同或相同数据库 间、客户和服务器间的数据透明可靠传输、交易处理和数据库复制，从而在分布式系统 之间实现数据一致性和完整性。 为保证全路各级数据库中有关路网、列车运行、票价等数据一致性自行开发的一系 列中间件产品，其中主要包括：保证各类生产数据一致性的数据库传输中间件d b c s “ ( d a t a b a s ec o m 口u n i c a t i o ns e r v e r ) ；保证售退票操作用户、口令及数据信息在网上传 递安全性的连接交易管理中间件c t m s r c t m s 。1 ( c o n n e c t i o na n dt r a n s a c t i o n m a n a g e m e n ts e r v e r & r e v e r s ec o n n e c t i o na n dt r a n s a c t i o nm a n a g e m e n ts e r v e r ) ： d b c s 主要实现车站、地区中心、铁道部三级系统之间生产数据的传输，满足各级的 数据同步要求，实现数据传输的准确性、完整性和可监控性。 c t m s r c t m s 是实现异地联网售票的关键应用。它被分别安装在地区中心和车站服 圄甲粤 里 一百 一地一 铁道科学研究院硪i 学位论文 务器上。在车站一级，车站级c t m s r c t m s 作为车站售票终端和车站数据库服务器的 中间层组件；在中心一级，车站级c t m s r c t m s 和中心级c t m s r c i m s 一起构成车站 售票终端和中心数据库服务器的中间层组件。 随着铁路客票系统的建成和投入使用，彻底告别了硬板票的时代，解决了以往入工 售票的弊端，方便了旅客出行，提高了人民的生活质量。但是售票形式单一，绝大部分 还是旅客和售票员之问交流，检票系统更是停留在几十年前的水平。这种售检票方式存 在以下弊端： 1 售票、检票系统搭配不合理。售票以实现了全国联网售票，采用条码，磁条等方 式，存储了大量信息，提高了车票的防伪性能，而传统的手工检票方式则完全靠检票员 的目测来辨别车票信息和真伪，使得大量有价值的信息起不到应有的作用。 2 人工检票劳动强度大，效率低，难以避免假票、错票，给旅客运输造成不必要的 麻烦。同时由于我国铁路旅客运输特点多为中长途客流，客流集中放行和到达，传统的 人工检票方式容易造成旅客进出站时的拥堵现象。 3 完整的车票信息难以完全识别，大量检票信息丢失，大量有价值的原始信息得坷i 到有效利用，造成决策部门在宏观决策时缺乏准确的基础数据。 研究和发展铁路自动售检票系统是解决上述问题的有效手段，是铁路实现跨越式发 展的重要方向，是提高铁路竞争能力的重要途径。 1 4 选题的重要性和意义 由上一节的分析可以看出，无论是城市轨道交通还是铁路旅客运输都对a f c 系统的 要求非常迫切，其重要性体现在： 1 ) 、可实现旅客购票、检票、计费、收费、统计的全过程自动化。改变过去使用了 几十年的人工售、检票方式：大量减少票务管理人员、结账统计计算机化管理，改变过 去结账统计时需人工检查核对票据的使用方式：运营管理部门人员可及时进行收入统计 分析、客流统计分析、客运营销分析，为客运管理部门做出正确决策提供科学依据；促 进客运管理科学化，提高管理水平，提高列车席位乖j 用率。 2 ) 、可降低售、检票人员的劳动强度，彻底杜绝了以往人工售、检票方式下的各种 弊端。杜绝旅客逃票现象，增加旅客运输收入；减少现金流通、避免售票”找零”的繁 琐、方便乘客。 6 铁道科学研究院颐b 学位论文 3 ) 、提高旅客通过速度，减少旅客的停留等待时问，增大客流量，提高运营部门的 竞争能力。 4 ) 、通过采用特殊技术处理的车票和相应的售检票终端设备，可以彻底防止假票的 出现和使用，减小运输部门的损失。 5 ) 、实现更加合理的车票计价方式。传统的地铁和公交采用统一的票价，无论乘车 距离的长短，是否是乘车高峰，是否是节假r ，这损害了旅客和运营商的利益。a f c 系 统可以提供非常灵活的计费方式，综合考虑时间、距离的因素，如可采取分段计费+ 乘 车时段+ 滞留限时等方式。提高了收费的合理性，不但维护了乘客的切身利益，同时也 提高了运营公司的运输效率和效益。 6 ) 、通过对客流量、营业额收入等综合业务信息的汇总分析，可以增强客流分析预 测的能力、合理地调配运力，提高运营公司的经营管理水平和运营效益。 建立和发展具有自主知识产权的铁路a f c 系统具有重要意义： 1 ) 、建立铁路a f c 自动售检票系统是铁路信息化发展的需要，对深化铁路改革和实 施铁路跨越式发展有着重要的现实意义。 中国铁路的信息化建设经历了3 0 多年的发展历程，建成了覆盖中国铁路客运、货 运、列车、票据等多个层面的信息化系统，但这些系统的共同特点是：各管一段，臼成 一体，彼此孤立，对大铁路的全面信息化建设和跨越式发展不利。建立铁路a f c 自动售 检票系统可以实现列车调度系统、铁路客票系统、客运营销系统等资源的共事，实现客 运信息的全面现代化管理，为铁路的深化改革和跨越式发展提供重要的示范作用。 2 ) 、建立铁路a f c 自动售检票系统是铁路客票系统发展的需要，为铁路客票信息系 统从售票、制票、检票全过程的信息闭环管理提供可靠的信息源。 铁路客票系统已实现全路联网售票，但全路的检票过程仍是人工作业，检票过程的 落后与现代化的售票手段形成了鲜明的对比，旅客乘车信息得不到反馈，售票和检票环 节脱节，造成实际乘车情况不能准确反映到客运管理部门，对客运管理的准确性和科学 性带来极大的影响。建立铁路自动售检票系统可以实现自动售票、自动检票作业。实现 客运信息的闭坏管理，为铁路客运管理和决策提供科学的依据。 3 ) 、建立铁路a f c 自动售检票系统将缓解客流增加和服务手段滞后的矛盾，更符合 国际发展潮流，使中国铁路的客运现代化管理水平提高到一个新的台阶。 随着经济的发展，国内外商务交流活动和旅游活动的增长，需要中国铁路提供自动 7 铁道科学研究院颂 学位论文 化的售检票环境满足国内外旅客的出行要求。铁路自动售检票系统的建设，将缓解客流 增加和服务手段滞后的矛盾，根据客流情况增减自助式售检票设备，极大地方便旅客出 行，提高铁路的自动化管理水平。 4 ) 、建立铁路a f c 自动售捡票系统对促进我国交通运输行业售检票设备的国产化程 度，推动民族产业的发展具有重要的现实意义和深远的历史意义。 我国在自动售检票设备方面远远落后于欧、美、目、韩等发达国家，美国的c u b i c ， 比利时的a s 公司，日本的o m r o n ，韩国的三星s d s 公司等众多国外闸机专业生产商占据 了全世界绝大多数的自动售检设备市场。相对于国外这些专业公司，中国本土企业，如 上海华虹，上海邮通，深圳现代等公司的技术和工艺水平相对落后，竞争力不强，需要 借鉴国外的先进经验和技术优势壮大自己，形成自有品牌，发展民族工业。铁路自动售 检票系统建设，为国内闸机专业生产商提供了一个广阔的发展空间，反过来这些民族工 业的发展壮大，也为该系统r 后的维护和产品升级换代提供有力的保证。 1 5 论文的主要研究内容和组织安排 一、论文的主要研究内容 1 ) 铁路自动售检票系统( a f c ) 框架体系结构研究 针对我国铁路旅客运输生产的实际情况进行需求分析，研究铁路自动售检票系统的 组成结构( 包括自动售票系统、自动检票系统、手持验检票终端、车站服务器、中央服 务器等) ，各子系统功能设计，形成我国铁路自动售检票系统的解决方案。 2 ) 旅客新型票面介质研究 分析当今各种车票介质技术特点和应用发展趋势，结合我国铁路旅客的实际情况( 具 有车票介质易受污染、票种复杂、车票使用数量大等特点) ，研究铁路旅客车票介质的 选择方案。 3 ) 铁路车站服务器系统的研究与开发 结合我国铁路客票系统，借鉴城市轨道交通a f c 系统车站服务器的成功应用，针对 铁路车站服务器的特点提出了适合铁路a f c 系统需要的车站服务器系统。 4 ) 铁路自动检票机系统的研究与开发 能基于铁路旅客运输的复杂需求和车站检票计划的深入分析，提出铁路自动检票机 的摹本组成结构、各部件的功能设计。应用成熟可靠的门禁控制技术、响应快速准确的 8 铁道科学研究院碗l 学位论文 读卡器技术和嵌入式系统技术，针对铁路旅客运输进出口分离、不均衡通过等特点以及 铁路旅行多为长途、携带行李形状复杂等特点，研究能够快速验票、能够处理复杂通过 情形的安全可靠的铁路自动检票闸机。 二、论文的组织安排 第一章绪论 简要介绍了目前a f c 系统的国内外现状，概述了我国铁路客票系统和城市公共交通 的现状。阐明了选题意义及重要性。 第二章越系统总体设计 本章介绍城轨a f c 系统和铁路a f c 系统的总体构成。 第三章关键技术论证 本章介绍了铁路a f c 系统的相关关键技术，包括：车票介质选择，设备监控，嵌入 式系统的应用和系统安全等方面。 第四章车站服务器的设计与实现 本章介绍了铁路a f c 站内网络系统的设计，车站服务器的软硬件设计和实现。 第五章自动检票机的设计与实现 本章介绍了自动捡票机的硬件选型与设计，讨论了在实现过程中的关键问题。 第六章总结与展望 对论文的研究工作作出了总结，结合现有平台的不足和目前世界上认证授权技术的 发展趋势，提出了今后研究工作的开展方向。 9 铁道科学研究院硕l 学位论文 第二章a f c 系统总体框架 a f c 系统是基于计算机技术、网络技术、现代通讯技术、自动控制技术、非接触i c 卡技术、大型数据库技术、机电一体化技术、模式识别技术、传感技术、精密机械技术 等多项高新技术于一体的大型系统。 本章根据上一章所讨论的城市轨道交通和铁路客运交通的特点，提出整个a f c 系统 的功能划分和总体设计。首先提出一个通用的四层a f e 系统模型，然后再根据铁路客运 的特点，提出适合铁路应用的a f c 模型。 2 1a f c 系统功能划分 a f c 系统可向用户管理者提供一套封闭的管理系统，以实现在旅客进出该系统时，根 据车票介质上所存储的信息( 包括：车次，上车鲢，下车站，乘车时间等) 完成对车票 和旅客的合法性检查，以到达提高通过效率，降低运输成本，准确统计客流信息，减轻 工作人员劳动强度等目的“。 就自动售检票系统整体而言，从向旅客提供的服务和功能来看，系统应提供如下功 能和步骤1 ： 图2 1a f c 系统服务不意圈 i d l e ：设备等待旅客输入。s e l e c t ：旅客选择功能。 p a y ：旅客支付费用。p r o d u c e ：产生付费凭证( 车票) 。d e l i v e r ：凭证交由旅客使用。 c h e c k ：在封闭系统中检查车票的使用。c o n s u m e ：旅客运送至目的地，消费完毕。 a c c o u n t i n g + s t a t i s t i c s ：根据车票信息产生交易信息并记录。s e r v i c e ：更新系统信 息，进行系统软、硬件维护。 按照运营业务对a f c 系统的需求，大致可划分为如下功能： 铁道科学研究院硕士学位论文 a f c 系统 心用管理系统 库 存 管 理 运 营 管 理 结 算 管 理 系 统 维 护 通 信 服 务 售检票设备管理 卡 初 始 化 籽l 自 动 增 值 栅 自 动 售 票 柳 进 出 站 划 栩 旅 客 服 务 栅 图2 2 主要功能框图 1 ) 应用管理系统：指用于业务管理方面的应用软件系统。 a ) 票务管理：与票务有关的业务处理合管理，如卡类别、交易信息、黑名单、 计价方案等； b ) 库存管理：与仓储物资管理有关的业务处理合管理。如原始票卡库存、设备 库存等； c ) 运营管理：与系统配置和监控有关的业务处理和管理，如系统设备注册、参 数配黉、运营实时监控等； d ) 结算管理：与帐务统计和结算有关的业务处理和管理，如清算、稽查、分帐 处理等； e ) 系统维护：与系统整体配置、维护有关的处理和管理，如用户管理、参数配 置和数据维护等： f ) 通信服务：系统运营中数据交换处理。 2 ) 售检票设备管理：指对参与a f c 系统运作，处理a f c 系统具体业务的专用设备的管 理，通常包括： a ) 卡初始化管理：对磁卡或i c 卡进行初始化业务处理的专用设备，经过初始 化的票卡方能被系统识别和使用。 b ) 自动增值机：旅客自助式对储值票进行充值的专用设备，具有使用现会和银 行卡对储值票进行充值的功能。 c ) 自动售票机：旅客自助式购买单程票的设备具有识别纸币和找零及制票的功 能。 铁道科学研究院硬j ：学位沦文 d ) 进出站闸机：自助式进行检票的专用设备；旅客进出车站是对其所持车票的 合法性进行检查，并据此对闸门进彳亍打开或关闭控制，出站时要进行乘车费用 的计算并从储值票中扣除，同时回收单程票。 e ) 旅客服务器：用于人工为旅客提供各种交易处理的专用设备，包括出售单程 票，储值票、储值票充值、补票等功能，同时可以为旅客套询储值票卡上的信 息，如：储值余额、乘车记录、有效期等，并可以修复出现问题的车票。 2 2 城轨a f c 系统的总体结构 在城市轨道交通系统中，a f c 包括各种不同的公共交通形式，如：地铁、轻轨等， 它们分属不同的运营公司，独立结算，为了把不同的多个子系统组合起来，a f c “1 般司 以分为四层结构：a c c ( a f c 中心计算机a f cc e n t e rc o m p u t e r ) 、l c ( 线路中心计算 机l i n ec e n t e rc o m p u t e r ) 、s c ( 车站计算机s t a t i o nc o m p u t e r ) 、终端设备( 包括自动 检票机a ga u t o m a t i cg a t e 、自动售票机t v mt i c k e tv e n d i n gm a c h i n e 、自动充值机 a v ma d dv a l u em a c h i n e 、旅客服务机p s mp a s s e n g e rs e r v i c em a c h i n e 等) ，如图2 3 所 不： 铁道科学研究院颁t 学位论文 图2 3 城轨a f c 系统总体构成 整个软件系统采用四级分布式网络结构，每级即能独立运作，又相互联系。由于a f c 是实时系统，其实时性和可靠性都要求较高，因此采用四级分布式网络结构，每级系统 在保证本级基本功能都能独立运作的前提下，进行相互联系和相互影响，从而可以避免 在系统中的某部分出现问题时而导致系统大面积不能正常运作的问题。例如，当中心管 理系统出现问题时，能保证各站点在一定时间内其基本业务处理功能仍能正常运作：当 站点管理系统出现问题时，保证各终端设备在一定时间内其基本业务处理功能仍能讵常 运作等。只有这样，a f c 系统的实时性、可靠性才能有效保证。 整个a p c 系统的网络由本地网和广域网组成。a c c 与各l c 之间、l c 与各s c 之 间的连接通过广域网完成，s c 与各车站终端设备的连接通过局域网完成。 为了保证a c c 与l c 和l c 与s c 之间通信的可靠性，广域网应考虑提供了主备通 道，其一是通过光纤建立专用数字通道，其二是通过专线建立备用通道。设备和接口采用 热备份双路由器。在车站内部，s c 通过以太网与各终端设备相连。 所以设备投入使用前都要在上一级系统中注册，在接入网络时要经过身份认证，确 认无误后才能联网运行，设备间传输的数据都经过d e s 加密，以保证安全。 a c c 位于a f c 系统的顶端，也是整个a f c 系统的核心部分，接收l c 上传的各种数据， 包括：交易数据、设备状态等；分发基础数据如：黑名单等。主要包括清分中心、设备 监控、统计报表、黑名单管理、系统用户管理、数据清理与备份等功能。系统主机需要 是高可靠性的不停机的生产系统：要保持连续不断的数据接收与处理，是不可停机进行 维护的，要求此计算机系统具有2 4 d 时连续工作的能力，并且要对c p u 失效、磁盘失效、 i o 控制器失效、存储通道失效乃至单台主机失效都要有很强的容错能力。因此，a c c 采 用双机热备，分布式计算的方式，存储系统采用磁盘冗余阵列，采用r a i d o 、r a i d i 或r a i d 5 技术提高磁盘子系统的可靠性。 由于a c c 每天要处理大量的数据，以深圳地铁为例：a c c 每天要能够处理3 0 0 万以上 的交易记录，管理5 0 0 0 0 个黑名单，所以数据库的选择非常重要。数据库系统的选型应 在三个方面均衡：高性能、可靠性、经济性。因此有关数据处理部分建立在大型数据库 o r a c l e 之上，o r a c l e 对于大规模数据库的支持有成熟的技术，充分支持大于l o o g b 的数 据库，如美国零售商m e r v y n s 公司成功的支持2 5 0 g b 到5 0 0 g b 的数据量，在o r a c l e 公司 内部每同数据处理量为2 g b ，数据库容量大于8 0 0 g b 。另外运用高可靠性的c l u s t e r 结构， 铁道科学研究院烦七学位论文 保证原有的运行环境及原有文件不受破坏，保护系统长时间运转不受干扰。 l c 分属于不同的运营商，如：地铁、轻轨、等，负责向a c c 上传交易数据，设备状 态，从下层各车站计算机收集本线路各车站的数据，执行审计、监视、收集、管理、制 定计划等功能。l c 在可靠性方面要求也很高，同时要保存大量本线路的相关数据，为 管理层提供客流分析、决策支持等。在系统可靠性和数据库选型方面与a c c 有相同的 要求。 车站计算机系统( s c ，s t a t i o nc o m p u t e r ) ：通过站内以太网和各终端设备通信，通 过广域网连接到l c 上，主要用于管理站点的设备，监控、处理和汇总站点设备的业务数 据信息，与a c c 进行业务数据通讯和传达有关指令等。 其主要功能包括：系统管理：下载l c 的编码信息，用以更新本地编码信息：车站 用户管理工作，如增加、修改、删除用户及其操作权限和等级等，及时向l c 备档；系 统参数管理，用于运作有关的参数的维护工作，如巡视时间，数据备份时悯，有关序列 号值，交易数据