（机械制造及其自动化专业论文）地铁自动补票机系统的设计与开发.pdf

硕士论文 地铁自动补票机系统的设计与开发 摘要 随着城市轨道交通的不断发展，自动售检票系统a f c ( a u t o m a t i cf a r ea n d c o l l e c t i o n ) 作为一种能够实现自动售票、自动检票以及自动收费和统计等功能 的自动化系统也迎来巨大的发展。而各种a f c 系统设备的研发也得到不断的突 破，正一步步走向国产化的道路。其中自动补票机作为一种能够实现补购出站票 和更新车票的自动化设备，将进一步促进a f c 系统的发展，实现地铁运营的全 自动化管理。 本文是以武汉地铁二号线一期工程为项目背景。首先以武汉地铁的具体需求 为依托，采用面向对象的开发思想，进行了自动补票机系统的总体结构设计。然 后根据具体的功能需求分析，将系统划分为运营和维护两大功能模块，并对这两 大功能模块进行了详细的划分。然后对运营部分的储值卡充值、验卡、购出站票 和更新车票这4 大主要业务进行详细的流程设计和具体的数据流图描述，并通过 采用状态模式将这4 大业务划分为等待卡状态、等待投币状态、等待继续投币状 态、卡支付状态、交易状态、退还状态和结束交易状态。然后进行具体的实现。 在整个系统的开发过程中，本文通过采用层次分析法对底层模块设计方案进行评 估选择，并以单程票发售模块为例，详细的叙述了层次分析法的应用。同时，以 读写器模块为例，叙述了动态库在本文中的具体使用。最后采用c + + 开发语言来 具体实现本系统。 关键词：自动售检票系统，自动补票机，状态模式，层次分析法 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t w i t l lt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fu r b a nr 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 n s y s t e m ( a f c ) h a sah u g ed e v e l o p m e n ta saa u t o m a t i o ns y s t e mw h i c hc a n a c h i e v e t h ea u t o m a t i ct i c k e t i n g ，a n da u t o m a t i ct i c k e t ，a n da u t o m a t i cc h a r g e ，a n da u t o m a t i c s t a t i s t i c s m e a n w h i l e ，谢mt h ec o n t i n u o u sb r e a k t h r o u g h so ft h er e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n to ft h ea f cs y s t e me q u i p m e n t ，t h ea f cs y s t e me q u i p m e n ti sas t e p t o w a r dt h er o a do fl o c a l i z a t i o n t i c k e ta m e n d i n gm a c h i n ea saa u t o m a t i ce q u i p m e n t w h i c hc a na c h i e v eb u y i n ge x i tt i c k e ta n du p d a t i n gt i c k e t ，w i l lf u r t h e rp r o m o t et h e d e v e l o p m e n to ft h ea f cs y s t e ma n da c h i e v ef u l l ya u t o m a t e dm a n a g e m e n to ft h e s u b w a yo p e r a t o r t h es t u d yo ft h i sp a p e ri su n d e rt h eb a c k g r o u n do fw u h a nm e t r ol i n e2 p r o j e c t a tf i r s t ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e s i g n o ft h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft i c k e t a m e n d i n gm a c h i n e ，a c c o r d i n gt ow u h a nm e t r o ss p e c i f i cn e e d s a n dt h es y s t e mi s d i v i d e di n t oo p e r a t i o n a lm o d u l e sa n dm a i n t e n a n c em o d u l e ，a c c o r d i n gt os p e c i f i c f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n a l y s i s a n dt h i st w om a j o rf u n c t i o n a lm o d u l e sh a sb e e n d e t a i l e dd i v i s i o n t h e nt h i sp a p e rd e s c r i b e sd e t a i l e dp r o c e s sd e s i g na n dd a t af l o w g r a p ha b o u t f o u r b i gb u s i n e s s w h i c hi st h a ts t o r e dv a l u ec a r dr e c h a r g e ，a n d i n s p e c t i o nc a r d ，a n db u ye x i tt i c k e ta n du p d a t i n gc a r di nt h eo p e r a t i o n a lm o d u l e s a n d t h ef o u rb i gb u s i n e s sh a sb e e nd i v i d e di n t ow a i t i n gf o rt h ec a r ds t a t u s ，a n dw a i t i n gf o r t h ec o i ns t a t e ，a n dw a i t i n gf o rac o n t i n u ec o i ns t a t e ，a n dc a r dp a y m e n ts t a t u s ，a n d t r a n s a c t i o ns t a t u s ，a n dr e f u n d e ds t a t ea n df i n i s ht r a n s a c t i o ns t a t u sb yu s i n gt h es t a t e m o d e i nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h ee n t i r es y s t e m ，t h i sp a p e re v a l u a t e st h ed e s i g n s c h e m eo fu n d e r l y i n gm o d u l eb yu s i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) a n dt h e s y s t e mt a k e st i c k e ts e l l i n gm o d u l ea sae x a m p l e ，t od e t a i l e dd e s c r i b et h ea p p l i c a t i o no f a h p m o r e o v e r , t h es y s t e ma l s ot a k e st h er e a d e rm o d u l ea sae x a m p l e ，t od e s c r i b et h e s p e c i f i c u s eo fd y n a m i cl i b r a r y l a s t t h ea u t h o rd e v e l o p e dt h ea u t o m a t i cf a r e a d j u s t m e n tm a c h i n es y s t e mb yu s i n gc + + p r o g r a m m el a n g u a g e k e y w o r d s ：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 ，t i c k e ta m e n d i n gm a c h i n e ，t h es t a t e m o d e ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s i i 硕士论文地铁自动补票机系统的设计与开发 目录 摘要i a b s t r a c t i i 1 绪论1 1 1 论文研究背景1 1 2 国内外a f c 系统研究现状及其发展趋势2 1 2 1 国外的发展和研究现状2 1 2 2国内的发展和研究现状2 1 2 3 发展趋势3 1 3 自动补票机的发展和研究现状4 1 4 课题的来源和意义5 1 5 论文结构安排6 2自动补票机总体设计7 2 1 自动补票机软件的总体需求7 2 , 1 1 自动补票机硬件模块组成7 2 1 2 自动补票机系统功能分析8 2 1 3 系统小结与系统建设目标1 0 2 2 自动补票机总体体系结构设计方案1 1 2 2 1 系统软件分层1 1 2 2 2 系统主要业务模块结构设计1 3 2 3 本章小结1 4 3自动补票机软件系统的详细设计1 6 3 1 系统功能模块设计1 6 3 1 1 运营模块设计1 6 3 1 2 维护模块设计1 7 3 2 系统主要业务流程设计2 0 3 2 1 充值业务流程设计2 0 3 2 2验卡业务流程设计2 1 3 。2 1 3 补票业务流程设计2 2 3 2 4 更新票卡业务流程设计2 4 3 2 5 登录维护界面流程设计2 6 3 3 系统状态管理功能设计2 7 3 - 3 1 运营模式管理设计2 7 1 1 1 目录硕士论文 3 3 2 设备状态管理设计2 7 3 3 3 参数文件管理设计3 0 3 4 系统数据流模型设计3 5 3 4 1 补票机与s c 的数据流图3 5 3 4 2 补票机运行数据流图3 6 3 5 本章小结4 1 4 自动补票机软件系统关键技术研究4 2 4 1 设计模式4 2 4 1 1 设计模式概述4 2 4 1 2 状态模式在本系统中的应用4 2 4 2 层次分析法在软件设计方案评估中的运用4 7 4 2 1 层次分析法4 7 4 2 2 单程票发售模块软件设计方案51 4 2 3 层次分析法的应用5 4 4 3 本章小结5 7 5自动补票机软件系统的实现5 8 5 1 软件开发方法5 8 5 2 系统环境与开发工具的选择5 9 5 2 1开发语言的选择5 9 5 2 2 开发平台的选择6 0 5 3 动态库的使用和实现6 0 5 4 主要业务的实现6 4 5 4 1 人机主界面的实现6 4 5 4 2 充值业务的实现6 5 5 4 3 更新票卡业务的实现6 7 5 4 4现金购出站票业务的实现6 9 5 4 5 卡购出站票业务的实现7 3 5 5本章小结7 4 6 总结与展望7 5 6 1 总结7 5 6 2 不足与展望7 6 致谢7 7 参考文献。7 8 l 村录8 2 i v 硕士论文地铁自动补票机系统的设计与开发 图表目录 图2 1t a m 逻辑结构图7 图2 2 自动补票机功能层次结构9 图2 3 自动补票机软件分层体系结构1 2 图2 4 财务处理组件图1 4 图2 5 票务处理组件图1 4 图3 1 系统功能模块划分1 6 图3 2 运营管理模块1 6 图3 3 运营数据管理模块1 8 图3 4 本机管理模块1 8 图3 5 测试设备模块1 9 图3 6 储值卡充值业务流程2 0 图3 7 验卡业务流程2 l 图3 8 现金购出站票业务流程2 3 图3 9 储值卡购出站票流程2 4 图3 1 0 更新票卡流程2 5 图3 1 1 登陆维护界面流程2 6 图3 1 2 运营模式管理2 7 图3 1 3 参数版本管理流程3 1 图3 1 4 补票机与s c 交互的数据流图3 5 图3 1 5 补票机顶层数据流图3 6 图3 1 6 状态和模式管理的数据流模型3 7 图3 1 7 正常降级服务的数据流模型3 7 图3 1 8 购票的数据流模型3 8 图3 1 9 储值卡充值数据流模型3 8 图3 2 0 车票更新数据流模型3 9 图3 2 1 身份识别数据流模型4 0 图3 2 2 维护数据流模型4 0 图3 2 3 操作数据流模型4 1 图4 1s t a t e ( 状态) 模式4 3 图4 2 模式状态切换流程4 4 图4 3 交易状态流程4 4 图4 4 补票机状态模式结构4 6 v 图表目录 硕士论文 v i 图4 5 层次分析法具体步骤4 8 图4 6 车票发售命令实现流程5 1 图4 7 方案一命令处理流程5 3 图4 8 方案二命令处理流程5 4 图4 9 层次结构模型5 5 图5 1 读写器的动态库调用结构6 2 图5 2 自动补票机主界面6 4 图5 3 充值过程顺序图6 5 图5 4 充值交易界面6 7 图5 5 车票更新顺序图6 7 图5 6 车票更新界面6 8 图5 7 更新交易流程6 9 图5 8 现金购票顺序图7 0 图5 9 现金购出站票界面7 0 图5 1 0 现金购票的交易处理流程7 1 图5 1 1 卡购票顺序图7 4 图5 1 2 卡购票主要界面7 4 表4 1 相对尺度4 9 表4 2 平均随机一致性指标5 0 表4 3 准则层相对于总目标的判断矩阵5 5 表4 4 以可维护性为准则的判断矩阵5 6 表4 5 方案层相对准则层的判断矩阵5 6 表4 6 方案层总排序5 7 硕士论文地铁自动补票机系统的设计与开发 1 绪论 1 1 论文研究背景 随着现代都市的快速发展，城市人口的急剧增加，城市交通将因为车辆的增 多，交通的拥堵而迎来巨大的压力【l 】【2 】。为解决这一现况，城市轨道交通也就应 运而生，并得到了快速的发展1 3 j 。然而人工方式的售检票系统随着客流量的大幅 增长，渐渐不能满足当前的需要了。因此，能够更快，更精确的处理大量票务工 作的自动售检票系统a f c ( a u t o m a t i cf a r ea n dc o l l e c t i o n ) 也就诞生了。 轨道交通a f c 系统是一个涉及面广、集成度高、应用性强和社会影响大的 票务信息采集与处理系统，涉及计算机、通信、机电一体化、网络，数据库、数 据处理、信息安全和系统集成等相关技术的集成应用，也是轨道交通领域面向乘 客服务的典型的综合性应用系统【4 j 。a f c 系统的使用极大的提高了轨道交通的运 行效率，增大了客流量，提高了运营收入。 武汉作为中部地区最大的工业、商业城市，其主城区人口长期居全国第四， 拥挤的交通给整个城市带来了极大的不便。因此，武汉从2 0 0 4 年开始，成为内 地第l o 个建有地铁的城市，并着手建设武汉城市的轨道交通。武汉市现开通运 营地铁1 号线，线路总长2 8 k m ，共设2 6 个车站，日均客流量已达2 1 万人次【5 j 。 2 0 0 8 年，武汉地铁2 号线破土动工，全线2 7 9 8 公里，沿途有过江隧道，共设 2 1 座地铁站，并于2 0 1 2 年全面竣工【6 j 。a f c 系统作为城市轨道交通的重要组 成部分，其自动化的售票、检票、补票功能和票务信息的数据记录和分析将会给 武汉轨道交通带来极大的便利，可以大大加快售票、检票效率，缓解上下班地铁 站的人流高峰，从而提高武汉地铁客运量【7 j i 引。 自动补票机( t a m t i c k e t a m e n d i n gm a c h i n e s ) 作为一种可以完成补票，更 新票卡的自动化设备，是城市轨道交通a f c 系统的关键设备之一。自动补票机 安置在地铁车站的付费区，是当乘客进入车站付费区后，所持车票( 单程票及储 值票) 无进站信息、所持车票余额不足、所持车票停留时间超过时限，或车票丢 失无法正常出站时，可通过自动补票机完成补票或更新票卡操作，然后可以正常 出站。自动补票机的设计开发，让整个a f c 系统更加人性化，能够更加方便的 处理乘客在售检票过程中遇到的问题，减少运营服务台的工作量，提高客运量， 使地铁运营更加自动化。 l 绪论硕士论文 1 2 国内外a f c 系统研究现状及其发展趋势 1 2 1 国外的发展和研究现状 国外的a f c 系统出现于2 0 世纪6 0 年代末，是在1 9 6 7 年加拿大蒙特利尔市 首先开通，此后，世界各地主要城市的轨道交通都开始开通自动售票或者检票系 统，如墨西哥、圣地亚哥。从此，轨道交通a f c 系统得到了快速的发展，各种 先进技术不断涌现并得到应用【9 】 1 0 l 。国外的a f c 系统的发展是伴随着计算机技 术的进步开始的，从简单的纸质票到后来的非接触式i c 卡，从单一的定值票到 复杂多应用的电子钱包等，a f c 系统正在一步步完善。每一项新技术的产生和 应用，都体现了a f c 系统“以人为本 的理念，即符合交通为经济发展服务的 要求，同时又极大的满足和方便广大乘客的需求【1 。 国外早期的a f c 系统主要采用磁卡票，随着票卡技术的发展，在2 0 世纪9 0 年代，出现了以非接触式i c 卡为车票的a f c 系纠1 2 1 。非接触i c 卡相对于磁卡 来讲，具有更高的安全性，更强的抗干扰性，信息记录量大，交易更快速，使用 寿命更长等优点，因此被国际上许多大型都市接受。如：韩国汉城，法国巴黎， 澳大利亚悉尼，日本东京，新加坡，香港等地【1 3 1 。非接触式i c 卡的使用，使a f c 系统更加简单，乘客使用更加便捷，极大的降低了设备成本，减少了系统运营和 维护的费用。 随着非接触式工c 技术的不断发展和城市轨道交通的发展需要，目前国际上 自动售检票逐渐从单线路a f c 系统建设转移到以网络化运营为目标，最大限度地 为乘客和社会提供便捷的交通运输和支付服务。例如，中国香港八达通系统就是 在原自动售检票系统基础上发展成城市公交一卡通系统，成为世界上最成功的应 用和运营管理系统实例。 1 2 2国内的发展和研究现状 我国的轨道交通起步较晚，对应的a f c 系统的研究和开发也就相对滞后。 在2 0 世纪8 0 年代末，上海地铁才凭借国外收集的资料，开始a f c 系统的研究 和开发i l 训。此时，国内对a f c 系统的概念基本处于一片空白。但随着不断吸收 香港在建设和运营方面的经验和国际上一些著名的专业厂家对a f c 系统的开发 技术和经验的介绍，让广州地铁和上海地铁的a f c 系统的建设奠定了良好的基 础，也为国内其他城市的轨道交通a f c 系统的快速发展提供了保证【1 5 】。 1 9 9 8 年以来，国家相继出台了实施城市轨道装备国产化工作的有关政策文 件，掀开了a f c 系统国产化的序幕【1 6 】【1 7 】。在2 0 0 0 年前，a f c 系统开始在上海、 广州的轨道交通中投入使用，其高效的客流处理能力以及较强的票务管理水平逐 渐得到体现，以最少的人力物力和最低的成本实现票务管理的高效运作，得到了 2 硕士论文地铁自动补票机系统的设计与开发 地铁运营商和乘客的高度评价。进入2 1 世纪后，我国的轨道交通更是进入了大 发展时期，除北京、上海、广州之外，先后有南京、深圳、重庆等多个城市建立 了地铁a f c 系统。然而，与国外相比，国内对a f c 系统和设备的研发水平、设 备规模和应用范围都十分有限。因此，在借鉴国外产品的先进技术和工艺、引进 部分关键技术的同时，还需要加大对a f c 系统和设备的研究和开发，加速国产 化的进程【1 8 j 。 随着i c 卡技术的快速发展，使得其在a f c 系统领域中的使用在不断扩大。 非接触式i c 正在逐步替代磁卡的地位，因为其存储量大、寿命长、保密性高以 及可实现一卡式等特性。当下非接触式i c 已被a f c 系统作为首选票卡媒介1 1 9 j 。 非接触式i c 卡的出现也促使了a f c 系统的功能和性能水平的提高，使系统结构 更加高效，简单，大大降低了成本【2 0 】。但是，国内早期很多城市是以磁卡作为 票卡介质在地铁a f c 中使用，这为后期a f c 系统的建设带来了很大的问题：是 直接推翻原有的系统，然后采用i c 卡系统；还是在保留原来系统的基础上，局 部改建为i c 卡系统，如先将储值卡改为i c ，单程票依然为磁卡介质【2 。最终， 国内还是根据实际情况，对a f c 系统进行了合理的调整，在资源消耗最小的基 础上，保证最大的改革效果。但是，非接触式i c 作为票卡介质已经成为建设a f c 系统的主要选择。 由于轨道交通已被国家计委作为大中城市发展公共交通的重点，因此国内在 将来，对a f c 系统的需求将会非常大，且会持续很长一段时间。而这也就给国 内的许多相关厂商带来了较好的发展机遇【2 2 1 。但是，就目前的情况来看，国内 生产a f c 系统和设备的厂商大多数还不具备自主开发的能力。因此，如何实现 a f c 系统和设备的自主化和国产化，依然是国内厂商的一个巨大挑战。 1 2 3 发展趋势 随着今后城市轨道交通的发展和各城市特色化的建设，a f c 系统将会更加 复杂，专业面更广，技术含量更高，运营维护会更加困难。因此，在面临资金、 技术和人才等瓶颈时，想要实现a f c 系统的可持续发展，a f c 系统必然会走向 以下的发展趋势i 2 引。 1 标准化 建立各地城市轨道交通的规范和标准，将会给a f c 系统带来良性的发展。 a f c 系统的标准化将会促使城市不同线路的集成更加简单：设备功能具有更大 的扩展性，适应今后出现的新变化和新要求；为运营部门日后采用a f c 系统国 产化配型提供了标准。标准化后的这些影响将会缓解a f c 系统在发展中所产生 的技术难题和风险。 2 国产化 1 绪论 硕士论文 国产化是我国城市轨道交通发展的必然趋势。国产化能使国内的轨道交通企 业摆脱国外供货商的技术依赖，从而提高a f c 系统的运营效率，降低建设和运 营成本，使得最终能够掌握a f c 系统建设和运营的主导权，从而加快城市轨道 交通的建设，推进城市的现代化建设。 3 集成化 随着a f c 系统发展，其规模将会越来越大。同时，随着城市一卡通进程的 发展，轨道交通和其他交通方式的关联度也越来越高。因此，建立一个跨平台、 跨系统的能够相互兼容、跨系统结算的a f c 系统势在必行。 4 智能化 随着人工智能技术的不断发展和成熟，其在a f c 系统各层的应用将会不断 的延伸，使a f c 系统在具有高度的自动化的同时，也将具有高度的智能化1 2 4 】。 1 3 自动补票机的发展和研究现状 自动补票机也是地铁a f c 系统的重要设备之一，它安装在付费区中，以实 现补票的自动化。自动补票机是当乘客在收费取内所持车票无进站信息、所持车 票余值不足、所持车票停留时间超过时限，车票丢失无法正常出战时，可由乘客 通过自动补票机自动操作完成车票更新，补发出站票等功能的票务处理设备。补 票机的研发是为了更加完善a f c 系统，实现整个地铁运营系统的自动化。 自动补票机的研发是地铁a f c 系统发展到一定阶段的产物。随着轨道交通 和现代化的发展，自动化是整个a f c 系统的主流方向，从人工售检票到自动售 票机和检票机的发展，自动化设备正在逐渐代替人工在a f c 系统中的作用。同 时，随着客流量的加大，人工补票机必然将被更加先进的自动补票机所代替。自 动补票机是在自动售票机的基础上开发和改进的，主要完成票卡的更新和补发功 能，能接收纸币、硬币、储值卡等支付方式，具备纸币找零和硬币找零功能。同 时，补票机还能实现交易和状态信息的上传处理；可以接收来自s c 下传的运营 开始、运营结束等命令，以及计价参数，黑名单参数等数据文件；能在网络通信 系统故障时暂时离线运行，并保存数据，在通信恢复后完成自动上传相关数据等 功能。a f c 系统中引入自动补票机之后能较大的提高票务处理的效率，舒缓高 峰期的客流量，减少人工补票的工作量，实现票务的运营管理的高度智能化。 我国地铁自动售票机事业起步较晚，而对自动补票机的研究和开发更是在最 近几年才逐渐开始的。早期地铁的补票系统采用的是人工补票方式，即由售票员 负责操作设备发售车票，分析车票，然后根据不同情况为车票进行加值、更新等 处理。a f c 系统建设之初因为票务问题的复杂性，许多时候需要根据实际情况 来确定如何处理遇到的票务问题。然而，随着a f c 系统的发展和国家标准的逐 4 硕士论文 地铁自动补票机系统的设计与开发 渐建立，开始对出站中遇到的票务问题进行归类总结，发现很多时候遇到的问题 都是相似和类同的，因此，开始了自动补票机的研发。 我国对自动补票机的研发才刚起步，在a f c 系统运行中仍然存在许多问题。 上海是国内首家使用自动补票机的城市，在2 号线、7 号线、1 1 号线等均配备了 自动补票机。然而自2 0 1 0 年使用以来，却因为人们习惯性的去服务中心解决问 题，和补票机自身的局限导致其使用率极低，造成了资源的极大浪费。但是，自 动补票机作为一种能够方便大众，提高运营服务的自动化设备，必然会成为a f c 系统的关键设备之一。因此，自动补票机的研发和a f c 系统的继续探索都是我 们不可停滞的任务。现在，武汉，北京等地区的轨道交通也在开始投资建设自动 补票机，到2 0 1 2 年年底，武汉地铁二号线将会在各站装备上自动补票机。 自动补票机跟自动售票机相似，其核心模块主要有车票发售模块、读写器模 块、纸币识别模块、纸币找零模块和硬币接收、找零模块等。其中，车票发售模 块和读写器模块国内已经可以独立设计开发，但是纸币识别模块、纸币找零模块 和硬币接收、找零模块依然从国外进口。因此，国内那些生产轨道交通设备的企 业只能通过引进国外的成熟模块，或者自主研发，避开国外的专利限制。而在国 产化的进程中，未来的自动补票机各模块必然要全部进行自主研发，脱离国外技 术的限制，快速走上自主化的道路 2 5 1 。 1 4 课题的来源和意义 a f c 系统作为一种能够促进城市轨道交通管理，提高地铁运营能力，加快 城市发展的大型系统，对整个城市的现代化建设具有及其重要的意义。a f c 系 统的建立，为地铁运营公司提供更加详细的数据分析，促进公司的经济管理、票 务审核和客流调查等能力，为城市的一卡通服务等基础建设打下良好的基础。 a f c 系统的国产化分为硬件设备国产化和软件系统国产化。其中，设备终 端的国产化要比软件系统的国产化要困难的多，尤其是自动售票机中的纸币接收 模块和硬币处理模块，依然存在巨大的技术问题等待突破。同时，虽然车票发售 模块和读卡器已经实现了国产化，但是不同城市，采用的标准不同，将使得软件 的复用也极为困难，也使国内企业的竞争力不足。因此，建立a f c 系统统一标 准，实现a f c 系统的国产化，具有及其重要的意义。 自动补票机是为了处理乘客在付费区因票卡错误或丢失等无法出站情况的 票务处理设备。自动补票机的建设可以极大的降低服务台的工作量，减少人工操 作，降低人力成本，为地铁运营公司带来更大的收益。本文是以武汉地铁二号线 为背景，以武汉地铁的实际需求为标准，进行自动补票机的设计和开发。 本课题得到武汉项目地铁自动售票机系列产品及关键技术开发的资助。 l 绪论 硕士论文 1 5 论文结构安排 本文章节安排如下： 第一章：绪论。首先介绍了课题的研究背景，讲述城市轨道交通和自动售检 票系统的国内外发展状况和发展趋势。其次说明本课题的来源和研究意义。最后 简单的介绍了课题研究的内容及论文章节安排情况。 第二章：自动补票机的总体框架设计。本章主要通过对自动补票机的功能需 求进行分析，确定系统功能业务。然后采用分层结构划分业务，对系统的总体结 构设计进行描述。 第三章：自动补票机软件系统的详细设计。本章主要阐述自动补票机系统的 功能模块划分，对系统的主要业务流程进行了详细设计，描述了系统状态和模式 的管理，同时介绍了系统主要设备模块的软件设计。 第四章：自动补票机软件系统关键技术研究。本章主要阐述了自动补票机系 统设计中使用的一些方法。通过状态模式对系统模式和功能进行设计，以及采用 层次分析法对系统中单程票发售模块的两种方案进行评估比较。 第五章：自动补票机软件系统的实现。本章主要阐述了本文所采用的软件开 发方法，以及系统环境和开发方法的选择。同时介绍了动态库在本系统实现中的 运用，和系统核心业务的实现。 第六章：总结与展望。本章主要归纳总结了在自动补票机软件系统的开发过 程中具体工作，以及提出了当前开发软件的不足和对系统未来的展望。 硕士论文 地铁自动补票机系统的设计与开发 2 自动补票机总体框架设计 2 1 自动补票机软件的总体需求 自动补票机主要安装在付费区中，用来解决乘客因票卡丢失或票额不足而无 法出站的自动化设备。本文是应武汉地铁的需求，设计开发以完成单程票的补发， 票卡更新，验卡，储值卡充值等功能为目的的自动补票机。 2 1 1自动补票机硬件模块组成 自动补票机主要由工控机( e l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t ，e c u ) 、乘客显示器与触 摸屏、顶板显示器( l i g h te m i t t i n gd i o d e ，l e d ) 、单程票读写器( t o k e n r e a d e ra n d w r i t e r , t r w ) 、储值卡员工卡读写器( c a r dr e a d e ra n dw r i t e r , c r w ) 、纸币接收模 块( b a n k n o t ea c c e p t o r ，b n a ) 、硬币模块( c o i nh a n d l es y s t e m ，c h s ) 、纸币找零模 块( b a n k n o t ed i s p e n s o ru n i t ，b d u ) 、单程票发售模块( c o n t a c t l e s ss m a r tt o k e n ， c s t ) 、票据打印机等组成。其内部结构如图2 1 所示。 蕊 线路中心 工控机 触摸屏 内部通信线路 戳1 1 i r i 粼 f 硬币识别器 i 硬币暂存器 l 匝遁亘垂圈m 塑童圆堕：】 i 匦垂垂圃i 匪蔓亘固 j i 厢丽网l 匪垂再蕊固 储值卡埙工卡 处理子模块 巫困 臣噩团 单程票读写子模 块 巫圃 匡垂固 匝亟圃 医亘圃 自动补票机 图2 1t a m 逻辑结构图 工控机是自动补票机的核心部件，是补票机系统程序的运行平台。工控机通 过以太网完成与车站计算机相连以实现信息的交换。 触摸屏是乘客与自动补票机完成交互的媒介。乘客通过使用触摸屏完成补票 或者票卡更新操作，液晶显示器向乘客显示车站运营线路指示和操作信息提示。 l e d 顶板显示器是用来向乘客展示自动补票机的运营状态，主要为乘客提 7 瓷嚏 国彰 三 圈 2 自动补票机总体框架设计 硕士论文 供一些指引信息，如暂停服务、欢迎您使用等。 硬币处理子模块主要处理硬币接收和找零等信息。然后将相关的信息上传至 主控计算机。 纸币接收子模块主要处理纸币接收、纸币收纳和纸币退还等动作。然后将相 关信息上传给主控计算机。主控计算机将根据具体的执行情况作出不同的判断操 作。 纸币找零子模块是主控计算机根据实际情况，将找零纸币归还给乘客的设备 模块。指令找零跟硬币找零相互配合，完成找零指令。 车票发售模块是将单程票从待售票箱弹出到单程票票读写区，然后根据实际 情况判定单程票的有效情况，若为有效票，则进入出票口；若为无效票，则进入 废票箱。同时还完成单程票清空回收的功能。 单程票读写子模块是当单程票进入到读写区后，完成对单程票的读卡，写卡 操作的模块。主要跟车票发售模块相互配合，完成整个车票的发售功能。 储值卡员工卡处理子模块主要完成对储值卡的充值，验卡等操作，同时能 够完成员工卡的寻找和有效性判定功能。 打印机是自动补票机因为自身的设备故障导致乘客在补票过程中没有拿到 单程票或者足额的找零金额而打印的凭据，乘客可以根据此凭据到车站服务台处 理。 2 1 2自动补票机系统功能分析 市场的需求决定了产品的功能，因此，本文是以武汉地铁的需求来开发符合 武汉地铁需要的自动补票机系统。并且在满足功能的同时，将自动补票机系统设 计为一款反应迅速，人机界面优美，稳定性强，复用率高的软件系统。自动补票 机的主要功能包括储值卡充值，验卡，补购出站票，更新车票等。 自动补票机主要的用户有两类，一类是为了购出站票或者完成票卡更新的乘 客，一类是维护机器的工作人员。因此，自动补票机系统主要分为两部分，一部 分是为了满足乘客需求的主要功能实现，例如：车票更新，购出站票。一部分是 适应工作人员的需要，用来调试各个模块的具体功能，以及查询票务，财务数据， 以便于日常管理。其功能要求如图2 2 自动补票机功能层次结构图所示。 硕士论文 地铁自动补票机系统的设计与开发 天乘客天乘客天夫篓天天赁 补票 更新票卡 招援 维护 干预 状态和模式管理工作人员识别 数据管理安全管理 通信管理状态监测 d b m s o s 圄目 网络设备： 图2 2 自动补票机功能层次结构 对于乘客来讲，自动补票机系统主要的应用功能包括： 1 ) 购出站票 购出站票是指当乘客因为车票丢失而无法出站时，可以到自动补票机前选择 补买一张出站票。主要有两种方式：一种是现金购票，一种是卡购票。 2 ) 车票更新 车票更新功能是自动补票机的核心功能之一，是当乘客所持车票无法支付起 始站到目的站的票价，或者单程票无进站信息、停留时间超过时限等无法正常出 站时，自动补票机分析该单程票的信息，确定补缴款额，然后引导乘客完成对单 程票的更新。 3 ) 充值 充值是针对储值卡和一卡通设立的一种业务功能。是为了乘客在储值卡或者 一卡通余额不足的情况下，能够更加快捷、方便的完成储值卡和一卡通的充值业 务，而不需要寻找车站服务台来完成操作。充值的这项业务也是为了促进城市一 卡通建设的快速推进和发展。 4 ) 验卡 验卡是对应所有票卡的一种操作。包括储值卡，乘次票，定期月票，一卡通 等。主要功能是向乘客展示自己所使用的票卡信息，包括票卡卡号，余额，交易 历史等信息，对于乘次票还会显示剩余次数，定期月票显示剩余天数等情况。 5 ) 招援 招援功能是当乘客在操作过程中，遇到各种问题时，比如购出站票发生单程 票未弹出，找零未成功或者更新失败等情况，乘客可以点击招援按钮，来通知车 站控制室，让工作人员及时来处理。此时界面会锁定在错误页面，等待工作人员 查明情况之后给予处理。 9 2 自动补票机总体框架设计 硕士论文 此外，对自动售票机来说，还具有广告发布功能、数据管理功能、通信功能 和状态巡检功能。 广告发布功能是当没有乘客操作的时候，乘客显示屏可以自动播放早先准备 的影音片段。而当乘客接近自动售票机时，影音片段会自动切断，并切换到相应 的模式。 数据管理功能是补票机对系统所产生的各类数据进行有效管理，包括设备状 态、交易数据、操作日志等。 通信功能是补票机完成与车站计算机之间的通讯和联络功能，通过车站局域 网执行交易数据的上传和参数文件、数据信息的接收。 状态巡检功能是自动补票机定时检测各设备模块的部件状态，以便及时上传 设备模块的状态变更，让系统能够及时切换到相应的运行模式。 对于工作人员来讲，他们操作设备时，系统首先会对它们的身份进行识别。 不同的身份具有不同的授权级别，主要通过员工卡来识别。因此补票机需要具有 工作人员的身份识别功能，当工作人员刷员工卡时，自动补票机需要对员工卡进 行识别，同时分辨出工作人员的操作等级，并需要工作人员输入相应的密码才能 进一步对自动补票机进行操作。如果密码输入错误，还应及时报警。对于工作人 员来说，主要负责两大块业务，一是系统的维护操作，一个是设备的维护操作。 因此，工作人员可分为三类：操作人员，维护人员和系统管理员。 维护人员是对补票机有维护权限的工作人员，该类人员可对补票机进行模块 测试、数据管理和状态控制等操作。维护人员可以通过模块测试来检测各个外围 设备的工作状况，进行维护工作和故障检测，同时可以对各模块进行参数配置， 数据初始化等操作。此外，维护人员还可以查询运行参数、交易历史、警报历史 和改变自动检票机的状态等操作。维护人员主要是通过前门刷卡，输入密码进入 到维护界面进行操作。 操作人员是对补票机拥有操作权限的工作人员，该类人员可以完成票箱、钱 箱的更换、清点和补充等操作。操作人员主要通过后门刷卡，进入后门进行设备 维护操作。 系统管理员是具有维护人员和