（机械工程专业论文）地铁自动售检票机监控系统的设计与开发.pdf

硕士论文 地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 摘要 随着我国国民经济持续稳定的向前发展，工业化、信息化进程的加快，我国城市化 速度不断加速，城市规模急剧扩张，城市人口飞速增加。居民出行频繁导致运输需求急 剧增长。发展“安全、便捷、准时、舒适”的城市轨道交通就成为了解决经济发展和民 生问题瓶颈的重要手段。轨道交通将以交织成网的方式覆盖整个城市的各个区域，以最 大限度地改善城市交通状况，缓解城市交通拥挤，方便人们的出行。在这个大环境下， 将会有越来越多种类和数量的地铁运营相关设备及系统加入到地铁网络中来。为了保证 地铁运营的安全稳定，对这些设备和系统的监控管理就显得尤为重要。 本文以并网运营后的南京地铁1 号线和2 号线为背景，开发一套对地铁车站中自动 售检票设备进行监控的系统。通过对u m l 建模、设计模式、s o c k e t 网络通信等关键技 术应用的研究，并结合m y s q l 数据库，最终使用c + + 语言实现了自动售检票机监控系 统。文章首先对地铁自动售检票终端设备的应用现状及存在的问题做了分析，并对总结 出各相关人员对监控系统的建议和需求，确定了总体的设计目标。在此基础上对整个系 统进行了详细的需求分析并确定了系统功能模型和信息模型。然后，按照设备显示管理 和设备控制管理的思路，结合系统业务流程，对s o c k e t 通信类、m y s q l 数据库实例、 界面表示层做了详细的设计，最终运用面向对象的系统开发方法完成了车站终端设备监 控系统的开发设计。监控系统的成功实施为整个地铁的运营提供了良好的监控管理支 持。 最后指出了本系统的局限之处以及改进的方法，作为后续研究和开发的参考。 关键词：自动售检票机监控系统，套接字编程，设计模式，数据库 a b s t r a c t w i t hc h i n a sp e r s i s t e n t a n ds t a b l ef o r w a r dg r o w t h ，t h ea c c e l e r a t i n g p a c e o t i n d u s t r i a l i z a t i o na n di n f o r m a t i o n i z a t i o n ，o u rc o u n t r y su r b a n i z a t i o nr a t eh a sb e e ns p e e d i n g u p ， t h es c a l eo fc i t yh a sb e e ne x p a n s i n g , a n dt h eu r b a np o p u l a t i o ng r o w sr a p i d l y r e s i d e n t s 觚u e n t 信a v c l m a k e st r a n s p o r td e m a n di n c r e a s e d r a m a t i c a l l y d e v e l o p i n g t h es a f e c o n v e n j 饥t ，p 咖a 1a n dc o m f o r t a b l eu r b a nr a i l b e c o m e st h ei m p o r t a n tm e 狃st 0s o l v e e c 0 n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp e o p l e sl i v e l i h o o db o t t l e n e c kp r o b l e m s - u r b a nr a i l w i l lc o v e r 锄dc o 皿e c tt h ew h o l ec i t ya r e a sl i k ean e t ，t h u si m p r o v et h et r a f f i cc o n d i t i o n s ，r e l i e v e u r b a n 锄cc o n g 硎0 n ，m a k et r a v e l l i n gc o n v e n i e n ta n dc o m f o r t a b l e u t m o s f l y i nt h a tc a s e ，m 佻l l b em o r ca i l dm o r ee q u i p m e n t sa n ds y s t e m sj o i nt ot h es u b w a yn e t w o r k i n o r d e rt og u 锄n t e e t l l es 獭va l l ds t a b i l i t yo fm e t r oo p e r a t i o n ，am o n i t o r i n gs y s t e mo f t h es t a t i o n1 1 n ee q u l p m e n t i sp a r t i c u l a r l yi m p o r t 锄 t h es 眦vo ft h i sp a p e ri su n d e rt h eb a c k g r o u n do fn a n j i n gm e t r ol i n e 1a i l dl i n e2 0 p 聪呖n gt o g e t h t od e s i g na m o n i t o r i n gs y s t e mf o rt h ea u t o m a t i cf a r ec o l l e c t i o ne q u l p m e n t i nt l l es t a t i o n r e s e a r c h e du m lm o d d i n g ，d e s i g np a t t e r n s ，s o c k e tn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n 孤do m e rk e vt e c h n o l o g i e s ，a n db a s e do nt h em y s q l d a t a b a s e s ，u s i n gc + + o b j e e t - o r i e n t e d l a n g u a g e ，f i n a l l yi m p l e m e n t e dt h ec o n t r o ls y s t e m f i r s t l y ，t h e a p p l i c a t i o ns 讹sa 1 1 d 也e p r o b l 锄so ft h ee q u i p m e n t sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h es u g g e s t i o n s a n dr e q u e s t so ft h es t a f fw e r e t a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o nt 0p l a nt h eo v e r a l ld e s i g na n dg e tt h eo v e r a l lg o a l a f t e rt h a t , w e s c h e m c dt h ed e t a i l e dd e s i g no ft h es y s t e m sm a i n b u s i n e s sp r o c e s s ，a n dt h ef u n c t i o n a lm o d e l a n di n f 0 肌a t i o nm o d e lw e r ea l s oa c h i e v e d t h e n ，a c c o r d i n g t ot h et w oa s p e c t so fe q u i p m e n t 。s m 0 幽r i n ga 1 1 dc o n t r o l ， c o m b i n e dw i t ht h ec o m p a n y ss p e c i f i c b u s i n e s sp r o c e s s e s w e d 商髓e dt h es o c k e tc o m m u n i c a t i o nc l a s s ，m y s q ld a t a b a s ei n s t a n c e ，a n d u 8 e rm t e r t a c e d e v e l o p e da n di m p l e m e n t e dt h es y s t e m f o rm o n i t o r i n ga n dc o n t r o lt h es t a t i o nl i n ee q u l p m e n t f i n a l l v t h es u c c e s s m li m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mp r o v i d e sg o o d m o n i t o r i n ga l l d 蝴i s u p p o r tf o rt h ew h o l eo p e r a t i o n mm ce i l d ，i nc a s eo ff u t u r ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g n ，p o i n t e do u tt h ed e f i c i e n c i e s a n d s o m ew a y st oi m p r o v et h es y s t e m k e y w o r d s ：s t a t i o nm 。n i t o r i n gs y s t e r nf o ra f c ，s 。c k e t ，d e s i g np a r e m s ，d a t e b 8 8 e i i 硕士论文地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 图表目录 图2 1 轨道交通a f c 系统网络构架图6 表2 1 设备数据类型表8 图2 2 设备生成数据处理流程9 图2 3 参数处理流程1 0 图2 4 运营责令处理流程l1 图2 5 深度集成的车站监控系统1 3 图2 6 车站监控模块示意图。1 4 图2 7t c p p 与o s i 参考模型的对应关系1 4 图2 8m d 5 产生报文摘要的过程15 图2 9 生成m d 5 报文摘要的步骤1 6 图2 1 0 系统中s co p e r a t o r 用户权限的授予1 8 图3 1t v m b o m a g m 与s c 的数据流图1 9 图3 2t 、仆压，b o m a g m 顶层数据流图1 9 图3 3 系统启动处理流程。2 0 图3 4 套接字数据收发原理2 1 图3 5 面向连接的套接字编程的基本过程2 1 图3 6t c p 状态迁移图2 2 图3 7 通讯连接时序图2 3 图3 8 数据上传流程2 4 图3 9 参数下发流程2 5 图3 1 0 设备监控管理流程图2 6 图3 1 1 显示对照关系示意图2 6 图3 1 2 监控系统逻辑构架图2 7 图3 1 3 自动售检票设备监控主要功能模块2 8 图3 1 4 监控系统功能示意图2 8 图3 1 5 消息报文格式构造2 9 图3 1 6 消息构造静态类图3 0 图3 1 7 设备通用设备信号显示视图3 1 图3 18 设备管理模块类图设计3l 图3 1 9 数据报表类图设计3 2 图3 2 0 数据管理模块类图设计3 2 v 图表目录硕士论文 图3 2 l 运营管理模块的静态类图3 3 图3 2 2 系统管理功能模块图3 4 图3 2 3 功能e r 图3 5 图4 1m y s q l 架构图3 6 表4 1i n n o d bf l u s h1 0 9t r xc o m m i t 参数设置参考3 8 表4 2 日志参数设置参考表4 0 表4 3 实时工作负载状态表4 0 图4 2m y s q l 查询的执行路径4 2 表4 4 查询缓存设置状态表。4 2 图4 4 不同套接字模式下的数据接收过程一4 7 图4 5 完成端口内部结构示意图4 9 图4 6 完成端口线程状态转换图4 9 图4 7 完成端口应用原理图4 9 图4 8 完成端口应用流程图5 0 图4 9 完成端口类的接口5 1 图4 1 0 监听线程实现代码截图5 2 图4 1 1i o 处理函数的流程5 3 图4 12 单例模式5 6 图4 13 单例模式的服务器类5 6 图4 1 4 单例模式服务器类的实现代码一5 7 图4 1 5 观察者模式。5 8 图4 1 6 设备管理模块的类图5 8 图5 1 利用n a v i c a t 设计的数据库表6 1 图5 2 设备交易记录表6 1 图5 3 监控系统导航界面。6 2 图5 4 服务器及数据库设置6 3 图5 5 参数报表实现窗体6 3 图5 6 客流报表实现窗体6 4 图5 7 状态报表实现窗体6 4 图5 8 命令请求实现窗体一6 5 图5 9 运营模式切换6 5 图5 1 0 通告发布6 5 图5 1 11 v m 运营参数设置6 6 图5 1 2 车站设备检测窗体6 6 v i 硕士论文地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 1 绪论 随着我国国民经济持续稳定的向前发展，工业化、信息化的加快，我国城市化步伐 不断加速，城市规模急剧扩张，城市人口快速增长【l 】。居民出行频繁导致运输需求急剧 增长。而我国不少大中城市的交通设施建设却严重滞后，束缚和限制了城市经济的发展 【2 】。在这种大环境下，发展“安全、便捷、准点、舒适”的城市轨道交通就成为了解决 经济发展和民生问题瓶颈的重要手段。从改善城市交通状况、促进城市协调发展、加强 区域交流与合作的目的出发，北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、武汉等城 市分别建设了城市轨道交通线，进入n - - 十一世纪，国内的许多大中城市如沈阳、南宁、 成都、杭州、西安、苏州等城市的轨道交通建设也相继开鲥3 】【4 】。 城轨交通作为城市公共交通运输设施，在经济、环境以及社会方面的效益都特别显 著【5 1 。其发展方向是轨道交通以交织成网的方式覆盖整个城市的各个区域，以最大限度 地改善城市交通状况，缓解城市交通拥挤，方便人们的出行。轨道交通自动售检票系统 ( a u t o m a t i cf a r ec o l l e c t i o n ，a r c ) 是涉及机电一体化、信息识别、信息安全、信息管理、 信息处理、网络通信、数据库、嵌入式、智能卡、过程控制、测试仿真、图像处理等多 种技术的大型信息系统【6 】。通过对计算机技术、数据统计、以及财务管理等专业知识的 综合运用，来实现轨道交通的售检票、费率计算、收费统计、清分结算和运营管理等全 过程的自动化，同时也为城市规划、项目决策、线网部署等提供收支、客流等各类关键 信息【刀。 近年来我国不少企业和科研院所已进行了大量的研发工作，开发出了众多形式的产 品，科技含量不断提高。我国城市轨道交通a f c 系统的发展日渐成熟，经历了从无到 有，从引进到自主研发的过程博j 。 1 1 课题背景 城轨交通方式与地面常规交通相比有许多优点，包括运输数量大、运载速度快、环 境污染少、能源消耗低、可靠性强、便捷舒适、节约土地等【4 】【8 1 。所以国内各大城市相 继投入城轨交通的规划建设中，中国已成为世界最大的城轨交通市场【l0 1 。按照国务院要 求，城市轨道交通建设中设备及系统软件的国产化率必须达到7 0 ，否则不予项目审批 【1 1 1 。拟建地铁的城市要积极采用国产设备及其发展成熟的软件系统，认真贯彻设备国产 化的政策，促进国内设备制造业发展【l2 | 。截至2 0 1 0 年年底，我国城市轨道交通运营总 里程约为1 4 0 0 k m ，“十二五”期间将提高到3 5 0 0 k m ，五年增长率达1 1 4 3 ，为扩大 内需提供强有力的保斟1 3 j 。随着城市化进程的进一步加速，我国的城轨交通建设迎来高 速发展期，未来2 0 年是我国城市轨道交通发展的关键时期。面对如此庞大的市场需求， l 绪论 硕士论文 为适应未来我国轨道交通发展的需要，其智能化、国产化、系统化的研究就势在必行 【1 4 】【1 5 】。只有坚持走出一条适合我国国情的城市轨道交通发展之路，才能保证我国城市轨 道交通健康有序地发剧1 6 】【1 。7 1 。对城市轨道交通技术的研究能够支撑整个行业发展，实现 重大装备核心技术突破，降低建设和运营成本。 南京地铁l 号线、2 号线已先后开通了商业运营，根据南京市城市总体规划中的轨 道交通规划，2 0 3 0 年南京将有1 7 条地铁线路覆盖全市，构成总里程达6 1 7 公里的轨道 交通线网，南京市的城轨交通建设已进入迅速扩张的时代【l 剐【l 9 。 预计到越来越多线路将会加入并网运营，庞大的地铁运营对客运、售票、检票的要 求比以往更准确、更严格，事务和事故处理也要求更迅捷。因此，改善和优化地铁公司 各项目的监控管理现状已经成为南京市城市管理中一项极其重要的任务。本文正是以此 为背景，开发适合南京地铁未来发展的自动售票机监控系统。 1 2 国内外研究现状及其发展趋势 a f c 系统是自动化设备与计算机技术的结合、自控技术与数据库技术的集成、专用 设备与软件系统的集成；是运营管理单位与乘客之间的交互系统，同时也是乘客服务需 求的集中体现、运营管理需求的集中体现、地域人文特色的集中体现。随着相关技术的 进步、轨道交通的快速发展以及不同政策的应用，自动售检票系统朝着规范标准化、技 术集成化、操作简单化和风格人性化的方向发展1 2 0 1 。 地铁a f c 系统涉及设备种类多、数量大、分布广、设备运行状态多样化。而且随 着客流量的不断增加和线网的扩张，将会有越来越多的地铁运营线路及其终端设备加入 到整个a f c 运营系统。各种设备分布在线路区间和车站，需要配备相应的监管系统来 保证其安全稳定地运行 2 1 1 。为了便利运营管理和集中操纵，为了在流程合理化、最优化 的基础上，完善a f c 系统，实现包括管理流程优化、信息共享、实时控制等方面的信 息化。使a f c 系统拥有先进的技术、科学的管理、良好的市场竞争力和高品质的服务， 更好的适应未来轨道交通发展的需要，地铁监控系统应运而生 2 2 】。 地铁监控系统的应运而生，是城市轨道交通机电设备管理，从单纯的面向设备管理， 向面向运营管理为主，提升地铁服务理念方向发展的必然结果，也是城轨交通信息化建 设的核心内容【2 3 】。地铁监控系统狭义上是指地铁线路的信息共享平台，主要对机电设备 进行监控。广义上可指整个城市的城轨调度系统 2 4 】。 地铁监控系统需要与众多形态各异的子系统联接，其中主要包括【2 5 】【2 6 】【2 7 】：电力监 控系统( p s c a d a ，p o w e rs u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 、环境与设备监控系 统( e m c s ，e n g i n e e r ，m a n u f a c t u r ea n dc u s t o m e rs e r v i c e ) 、火灾自动报警系统( f a s ，f i r e a l a r ms y s t e m ) 、广播系统( p a s ，p u b l i ca d d r e s ss y s t e m ) 、闭路电视系统( c c t v ，c l o s e d c i r c u i tt e l e v i s i o n ) 、乘客信息系统( p i s ，p a s s e n g e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、自动售检票a f c 2 硕士论文地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 系统、时钟系统( c l k ) 、屏蔽门系统( p s d ，p l a t f o r ms c r e e nd o o r s ) 等。诸如此类专业子系 统的信息共享、多种功能的实现、庞大的数据库支持对监控系统构建和实施提出了相当 高的要求。 1 2 1 地铁a f c 监控系统现状 纵观地铁监控系统的发展，从上8 0 年代中后期至今，出现了几个具有代表性的城 轨交通综合监控系统：东京帝都高速交通营团综合监控中心日本日立h i t a c h i 公 司研发；加拿大多伦多地铁综合控制中心法国阿尔斯通a l s t o m 公司研发；美国 纽约地铁综合控制中心德国西门子s i e m e n s 公司研发；新加坡东北线综合自动化 中心法国泰雷兹t h a l e s 公司研发；美国费城市交通管理指挥中心美国通用 电气g e 公司研发【3 u j ； 地铁监控系统在国内应用之初，软件的确是开发瓶颈，加之国外软件商的极力宣传， 很多人错误地认为：软件平台是地铁监控系统中的最为关键之处。事实上，软件只是系 统集成商应用的工具。目前我国城轨交通行业还存在较多的问题，包括系统政策、法规 的缺乏；技术规范单一，没有系统化的体系；缺乏完善的轨道交通规划理论与方法体系； 安全形势严峻；重复研发严重。在城市轨道交通技术方面，运输装备及其核心技术还离 世界先进水平较远；运输供给能力不足；综合交通体系的建设较为滞后，各种交通运输 方式之间综合协调性较为缺乏；交通能源消耗与环境污染较为严峻等【2 8 】【2 9 1 。 城市轨道交通相关行业已经越来越认识到城市轨道交通应该以方便群众、安全、高 效、节资、环保来建设。各相关行业协作努力，共同促进我国机电设备发展的国产化。 已实现国产化的系统及产品：乘客信息系统p i s 、电力监控系统p s c a d a 、门禁系统 ( a c s ，a c c e s sc o n t r o ls y s t e m ) 、网络外设、服务器及工作站。己初步实现国产化的系统 产品：闭路电视系统c c t v 、变频器、广播系统p a s 、安全屏蔽门系统p s d 、数字光处 理显示幕、自动售检票设备及其系统。而信号系统( s i g ，s i g n a l i n g ) 、环控系统的p l c 控制器、火灾报警系统的报警控制器还需要进口【3 0 1 。 随着自动化、信息化技术及地铁现代化的发展，对地铁运营安全和管理水平要求的 不断提高，地铁运营过程中所监控对象之间的关系愈加复杂，对信息采集和事务处理的 实效性要求越来越高，对地铁运营的安全性、稳定性愈加重视，对资源共享提出了更高 的要求。根据集成系统的范围和深度，目前国内轨道交通监控系统的集成实施方案，可 以归纳为信息集成、浅集成、准集成以及深度集成等情况【2 2 1 。 1 2 2 地铁a f c 监控系统的发展趋势 随着国内城市轨道交通线网的逐渐部署形成，地铁监控系统或自动化集成系统必然 朝着面向运营管理、面向乘客服务、面向整个城市交通综合指挥管理的方向发展【3 。 地铁监控系统通过集成和互联的方式，无缝接入各专业子系统，从而构建轨道交通 3 l 绪论硕士论文 的自动化集成控制总平台【3 2 1 。概括说来，有三大发展趋势：在建设方面，聚焦投资成本 控制及国产化进程；在运营方面，关注节能及全系统运营维护管理；在服务方面，面向 全方位、提升运营服务的质量。轨道交通建设与运营是一项庞大的系统工程，形成了技 术密集、资本密集的产业群。目前，系统集成技术不断创新，成为了轨道交通装备技术 的主流【3 3 】。系统集成技术，支撑着城市轨道交通体系的运营与管理，支持着城市轨道交 通线网资源共享，同时也在提高效率、即时反映、节能减排等方面发挥着关键作用。构 建系统集成平台已成为中国城市轨道交通信息化的发展方向，是实现轨道交通数字化、 智能化、信息化的重要举措，也是中国轨道交通稳步持续发展的现实要求【3 4 】【3 5 1 。 地铁监控系统集成a t s ( a u t o m a t i ct r a i ns u p e r v i s i o n ，自动列车监控系统) 是今后技 术的发展趋势，是进一步提高运营管理水平的需要，也是其集成水平的标志【3 6 1 。同时， 其集成和互联的系统向着统一传输网络平台和全以太网的方向发展，将从监控功能型系 统的形式，向监控功能和任务型结合的系统方向发展转变。地铁建设进入快速的发展 时期，给各城市、地铁公司、设计单位、系统集成商等提供了良好的发展机遇。监控系 统为相关各方技术水平的提升和发展提供了练兵的舞台。随着国内技术水平的不断提 高，采用国产化平台将是今后的方向，为以后兼容性、扩展性、升级改造、系统功能的 完善及二次开发带来极大的便利，同时也极大地降低建设投资及运营成本。 1 3 课题研究的主要工作及意义 自动售检票机监控管理系统的设计和实施主要是为了满足地铁运营管理中的调度 和维护这两方面的需求。调度管理面向地铁控制中心调度员及车站值班人员，偏重于对 a f c 设备工作模式选择、事故工况处理、状态监视、操作控制等工作；维护管理面向各 系统专业维护人员，偏重于系统设备运作是否正常，能否提供正常服务，是否要现场派 员等情况 2 4 1 。 自动售检票机监控管理系统一方面独立运行实现自己的功能，另一方面也向监控系 统提供交互数据，起到了承上启下的作用，使数据采集及挖掘、设备的维护与监管、票 务管理与结算等工作得以顺利进行，是地铁运营不可或缺的重要环节。随着地铁建设的 推进和运营网络的扩张，急需加强地铁维护管理和调度管理，对地铁运营的可靠性、功 能可扩展性、实时性提出了更高的要求，也更好地促进地铁监控管理系统的规范化和标 准化【3 7 】【3 8 1 。 南京地铁自动售票机监控系统的设计开发主要包括以下工作： ( 1 ) 对自动售检票总体的运营情况进行调研分析，了解自动售检票系统各相关流程 与相关人员对运营管理改善等方面的需求。 ( 2 ) 根据调研的结果编写自动售检票机监控系统的需求分析报告。 ( 3 ) 基于南京地铁运营管理的实际情况，设计一套适合自动售检票机的票卡管理、 4 硕士论文 地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 财务管理、以及运营管理的流程，并得到地铁运营企业的认可。 ( 4 ) 根据整理的流程编写系统的数据字典，并根据实际情况进行软件开发平台、开 发工具以及开发方法的选择。 ( 5 ) 对软件的整体结构的设计，并完成监控系统功能模块的开发。 ( 6 ) 系统开发完成后，进行相应的发布前测试，并到样机进行安装调试，运行一段 时间后，根据测试反馈的问题对系统作一些完善。 1 4 论文结构安排 本文主要探讨了我国目前地铁自动售检票机监控系统的研究及发展状况，并在此基 础上研究和开发了适合南京地铁的自动售票机监控系统，对地铁监控系统开发企业具有 一定的借鉴价值，全文共分为六个部分，总体结构如下： 第一章，介绍了课题的背景，地铁监控系统及其发展趋势，课题的主要工作及意义 以及论文的结构。 第二章，从南京地铁的实际需求出发，分析了系统的功能需求和业务流程，并对系 统作了总体上的设计。 第三章，结合需求分析与系统的总体设计，对系统的主要业务流程、功能模型、系 统中相关类以及信息模型做出了详细设计。 第四章，具体研究了自动售检票机监控系统开发所使用的关键技术，包括数据库的 优化设计，利用s o c k e t 完成端口模型进行网络通信的开发以及软件复用思想的应用，并 给出相应u m l 设计图及应用代码。 第五章，介绍了软件的开发平台的选择以及系统的开发和运行环境，并按照功能划 分，分别对部分窗口功能的实现过程及其最终窗体界面进行阐述。 第六章，对作者在本课题的研究期间所作的工作及论文的不足之处进行了总结。 2 自动售检票机嗡控系统的需求分析与总体设i 硕：论文 2 自动售检票机监控系统的需求分析与总体设计 本章从南京地铁自动售检票的具体业务出发，在综合分析地铁运营管理的具体需求 的基础上，对地铁自动售检票机监控系统，即地铁a f c 车站监控系统的总体功能进行 设计，并介缁了系统最终的建设目标。 2 1 自动售检票机监控系统的需求分析 2 1 1 自动售检票系统现状及存在的问题 城市轨道交通a f c 系统技术条件国家标准将原先地铁a f c 系统的四层架构升 级为五层架构，明确提出：城轨交通线网要设立清分管理中心a c c ( a u t o m a t i cc l e a r i n g c e n t e r ) ，以取代原线路中心系统l c c s ( l i n ec e n t r a lc o m p u t e rs y s t e m ) 成为整个线网a f c 系统的最高层次【6 】【4 0 1 。通常采用清算中心a c c 线路中心l c c s 车站s c s 车站设备s l e 车票层五层架构，如图2 1 ，各层所包含的设备及功能概要如下【6 】 4 1 】： a c c 辱公父消并系统 勘2 当一o 借 夏赢磊爵i 磊1 ： l f ( - s ! j 苣窜逋f j i ：j 自f 二f7 ，轻i ；q 乍站汁算机系统 车丘占终端设备 s l e 粤叫2 b o it c mw 5 一1 一j 、广 甜) v 豫层 邑薹一= 9 ， 自工卡单程票单程要 图2 1 轨道交通a f c 系统网络构架图 硕士论文地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 第一层由非接触式车票、单程票卡、公共交通卡等组成，是乘客所持有的车费支付 介质； 第二层由直接为乘客提供售检票服务售检票终端设备s l e ( s t a t i o nl i n ee q u i p m e n t ) 组成。包括自动售票机t v m ( t i c k e tv e n d i n gm a c h i n e ) 、半自动售票机b o m ( b o o k i n g o f f i c em a c h i n e ) 、进出站检票机a g m ( a u t o m a t i cg a t em a c h i n e ) 、自动查询机t c m ( t i c k e t c h e c k i n gm a c h i n e ) 、便携式验票机p c a ( p o r t a b l ec h e c k i n gm a c h i n e ) 以及自动补票机和加 值机等； 第三层是车站计算机系统s c s ( s t a t i o nc o m p u t e rs y s t e m ) ，主要功能是监控第二层的 终端售检票设备并收集本车站的交易、审计等数据。通常包括车站计算机、票务站、操 作终端、打印机、网络链接设备和不间断稳压电源u p s ( u n i n t e r m p t i b l ep o w e rs u p p l y ) 等， 与s l e 通过局域网进行互联； 第四层为l c c s 系统，主要功能是采集本线路售检票系统产生的审计和交易数据， 将此数据传送给a c c 系统进行清分对帐，并对系统参数进行统一管理。该层一般包括： 通信前置机；设备监控、客流监视、财务报表及结算、以及系统管理维护等工作站；u p s 、 灾备及恢复系统、编码分拣机以及加密机等； 第五层为a c c 系统，主要功能是接收各线路发送上来的原始交易记录，制定并根 据票务清分规则为各线路运营商提供票务收益清分的服务，同时将a f c 系统和城市公 交卡通清分系统进行连接。对系统票务管理、票卡管理、运营管理和系统维护的规定了 技术要求。该层一般由通信前置机、网络链接设备及网络管理平台、处理主机、应用主 机、客流监视及安全管理平台、运行状态监控、车票分拣及编码系统、u p s 和存储、灾 备及恢复系统等组成； 目前，南京地铁已实现了地铁1 号线、地铁2 号线等等共5 7 座车站( 含3 座换乘 车站) a f c 系统的互联互通运营，已由原先的地铁结算数据中心( i d c ) 升级为a c c ，现 在的构架已符合国家标准4 2 】【4 3 1 。 a f c 系统是现代轨道交通售检票的主要依附体，特别是在地铁行业，已经全面普及 了a f c 系统，其高效、准确的优点大大加快了现代都市居民的脚步。然而在我国，a f c 系统的应用仅有十多年的经验，虽然近期发展速度迅猛，但是由于受到其他一些技术手 段发展的制约，实际上a f c 系统并没有完全发展开来。其中很重要的一个方面就是信 息化的程度，使得建立在a f c 之上的监控与管理并没有达到预期的目的。 南京地铁目前采用的监控系统方案是信息集成方式，暂且考虑只监视而不控制，保 留各系统相互分立的局面瞄】。当前的监控系统尽管解决了信息的整合问题，但控制管理 方面显得比较薄弱，随着客流量的增加，自动售检票设备的监控管理逐渐暴露出问题， 总结如下： ( 1 ) 设备状态数据分布不均，信息共享程度较低。 2 自动售检票机监控系统的需求分析与总体设计硕士论文 出于系统稳定和安全的考虑，由设备产生的日常管理、维护的数据信息的使用权限 仅局限在上层管理人员。对于那些在一线操作的人员( 包括票箱、钱箱操作管理人员、 设备维修人员等) 来说，他们的工作并未得益于a f c 的实施，他们对线路、设备当前 的应用情况不能得到直观、及时的认识，必须等待上层的命令或者不时巡查才能进行工 作，这样就大大降低了他们对工作对象的整体认知，降低了工作质量和效率。 ( 2 ) 对车站终端设备的控制管理功能不够完善。 在客流密集的站点，由于有意和无意的冲关、闸机容量将满等原因，导致设备报警 不能正常工作，加剧了拥堵，在客流高峰期几乎每台闸机都需要工作人员来协助管理， 没有发挥出a f c 的功能。 ( 3 ) 信息挖掘和功能挖掘不足，无法实现车站设备的最优化配置。 信息挖掘和功能挖掘将为优化运营和管理、节能降耗提供更多的数字依据，对数据 统计分析的不足导致车站设备数量配置不合理，设备故障率或闲置率高，增加了成本和 耗损。 2 1 2 系统主要数据流程分析 地铁自动售检票机监控系统主要针对地铁车站，车站设备中的数据包括【4 3 】：收益管 理数据、交易数据、运营指令、寄存器数据、维护管理数据、状态数据、设备参数和应 用程序。设备数据类型及其描述可见表2 1 。 表2 1 设备数据类型表 类型 描述 车票发售、出闸、进闸、更新、储值票充值，续期、挂失、即时退票、罚 交易数据 款、替换、非即时退票申请、非即时退款、黑名单交易、优惠生成，使用 寄存器数据 按交易数据类型和票卡类型分类的交易数据和金额的累计值 状态数据设备运作模式，设备操作模式，报警或故障情况，软件版本，参数版本 收益管理数据设备班次审核，钱箱及票箱审核，收益核算以及收益平衡及收益统计 维护管理数据设备维修管理日志和维修统计等数据 设备运作参数，运作时间表，系统运作模式参数，黑名单，收益参数，操 设备参数 作员参数，车票属性参数、充值授权参数 设备运营指令设备状态查询，设备控制命令，强制运营开启结束以及模式转换 设备软件应用程序，可执行文件，动态和静态连接库和组件 南京地铁承载了整个城市5 0 的客流量，日均客流量近1 0 0 万人次，目前这个数据 还在不断被刷新。由此可见，车站计算机( s c ) 与车站售检票设备存在大量的数据交互， 不少数据都需要进一步的分析挖掘以便为未来的线网扩张和运营服务的提升做好准备。 硕士论文 地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 这类交互数据不仅种类繁多、数量庞大，而且其发生交互的场景不尽相同，根据对前期 调研的结果进行整理，a f c 系统的主要数据流程如下： 1 ) 设备数据生成处理流程 对车站终端设备s l e 所生成的数据的处理流程可见图2 2 所示。 设备生成数据处理流程 轨道交通“一票通” 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 爵 茵菌- 2 秦 囟 豳 囟 豳 囟 图2 2 设备生成数据处理流程 2 ) 参数处理流程 对上级下发的参数及数据的处理流程可见图2 3 所示。 9 2 自动售检票机监控系统的需求分析与总体设计硕士论文 1 0 参数处理流程 轨道交通“一票通” 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 鬻圈 六 倒型 国 圆 j 数据生j 囟 i 成模块r _亲 函 圃 囟 固 图2 3 参数处理流程 3 ) 运营指令处理流程 对上级下达的运营指令的处理流程如图2 4 所示。 硕士论文 地铁自动售检票机监控系统的设计与开发 运营指令处理流程 轨道交通“一票通” 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 i 操作员i i 输入i ，! ! 一 l 指令生l 圜 i 成模块l 圜 鑫 墙 爵 豳 t 囟 i 数据入l i 库模块i 函函i _ l l l 2 龟 固 豳 固 图2 4 运营贡令处理流程 2 1 3 系统功能需求分析 地铁自动售检票机监控系统是从南京地铁的整体运营战略目标出发，根据南京地铁 运营的实际情况，考虑南京地铁未来发展的需求，建立一个适合南京地铁运营管理的自 动售检票机监控系统。从车站计算机系统的数据管理、运营管理、系统维护等功能出发， 完善车站计算机对自动售检票机设备状态、事件、流量的监控【4 5 】【铂1 。 结合对南京地铁的实际需求调研进行分析后的结果，将地铁自动售检票机监控系统 的整体功能分解为数据管理模块、运营管理模块、系统维护模块。 1 ) 数据管理模块 数据管理模块包括：将s l e 上传的交易数据进行接收和储存；将交易数据向l c c s 上传；对l c c s 的各类系统运行参数、控制命令和指令信息进行接收，以及交通卡充值 的正常授权和降级授权功能。数据管理是保证整个自动售检票机监控管理系统正常运行 的基础。 2 ) 运营管理模块 2 自动售检票机监控系统的需求分析与总体设计硕士论文 运营管理模块包括：实时监控本站s l e 的运行状态；为相关人员提供与车站运营、 车站管理等业务有关的统计分析报告；票卡的发售、现金收支等财务方面的管理；乘客 事务处理以及客流监控；票卡及钱箱的库存管理，还包括异常或紧急情况下s l e 终端设 备的管理。 3 1 系统维护模块 系统维护模块包括：用户及角色管理、时钟管理；数据归档、备份；数据恢复；系 统日志管理。 2 1 4 需求小结与系统建设目标 南京地铁现有的网络设施及车站设备配置已经较为完善，随着地铁建设的快速发 展，线网越来越密集，为出行者提供安全快捷公共交通的任务责无旁贷的落在地铁运营 上，地铁运营公司急需加强地铁维护管理和调度管理，对地铁运营的可