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硕士论文地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 摘要 随着现代都市交通拥挤问题越来越严重，城市轨道交通因其可以极大的缓解这个 问题而得到了快速发展。自动售检票系统a f c ( a u t o m a t i cf a r ea n dc o l l e c t i o n ) 是城 市轨道交通的重要组成部分，以无需工作人员看守的方式高效准确的完成车票的交易 和进出站检票。而自动售票机作为a f c 系统中最重要的设备之一，真正完成对车票 的发售及对交易的记录。并且自动售票机与乘客有直接的接触，因此保证自动售票机 的软件系统的健壮性、稳定性等及其重要。自动售票机的软件系统主要包括对票务的 处理( 票务系统) 、对财务的处理( 财务系统) 以及与乘客的交互界面( u i ) 。 本论文以武汉地铁2 号线和4 号线一期工程这一项目为背景。首先从理论上探讨 了a f c 系统实现国产化的重要意义。然后以武汉地铁的具体需求为依托，采用面向 对象的开发思想，进行了自动售票机t v m ( ( t i c k e tv e n d i n gm a c h i n e ) 系统的总体设 计。并应用了串口通信、动态链接库的调用、多线程技术、以及设计模式等技术，利 用c + + 开发语言详细设计并实现了武汉地铁a f c 系统中的票务系统。该系统主要包 括单程票发售模块、单程票读写模块及其储值卡员工卡读写模块，完成的功能有单 程票的传送、读写、废票回收处理以及对储值卡、员工卡的处理。系统的成功开发完 成了票务系统的功能。与其他模块整合后，实现了t v m 系统的自助售票。并且可以 将票务系统的各个模块直接移植到其他设备如补票机、兑币机、闸机上使用，提高了 程序的可重用性。 关键词：自动售检票系统，自动售票机，票务系统 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u sp r o b l e mo fm o d e mu r b a nt r a f f i cj a m s ，u r b a nr a i lt r a f f i c h a sb e e nar a p i dd e v e l o p m e n tb e c a u s ei tc a ng r e a t l ya l l e v i a t et h i sp r o b l e m a st h e i m p o r t a n tp a r to fc i t yr a i lt r a f f i c ，a u t o m a t i cf a r ea n dc o l l e c t i o ns y s t e m ( a f c ) c o m p l e t e s t h ew o r ko ft i c k e t st r a d i n ga n dt i c k e t sc o l l e c t i o nw h e np a s s e n g e r se n t e ro re x i tt h es t a t i o n e f f i c i e n t l ya n da c c u r a t e l yw i t h o u ts t a f ft og u a r d a n dt h et i c k e tv e n d i n gm a c h i n ea so n eo f t h em o s ti m p o r t a n te q u i p m e n to ft h ea f cs y s t e m ，r e a l l yc o m p l e t et h es a l eo ft i c k e t sa n d t r a n s a c t i o n s a n dt i c k e tv e n d i n gm a c h i n eh a sd i r e c tc o n t a c tw i mp a s s e n g e r s ，s oi ti sv e r y i m p o r t a n c et oe n s u r et h er o b u s t n e s sa n ds t a b i l i t yo ft h es o f t w a r es y s t e mo ft h i sm a c h i n e t h es o f t w a r es y s t e mo fa u t o m a t i cv e n d i n gm a c h i n ei n c l u d e st i c k e t i n gs y s t e mf o rt i c k e t i n g p r o c e s s i n g ，a n dt h ef i n a n c i a ls y s t e mf o rf i n a n c i a lp r o c e s s i n g ，a n di n t e r f a c ev v i t l lp a s s e n g e r s ( u i ) t h es t u d yo ft h i sp a p e ri st r a 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 e2a n dl i n e4 p r o j e c t a tf r i s tt h i sp a p e rd i s c u s st h es i g n i f i c a n c eo ft h ea f cs y s t e ml o c a l i z a t i o n a n d g e n e r a ld e s i g nt h et i c k e tv e n d i n gm a c h i n es y s t e mw i t ho b j e c t o r i e n t e dd e v e l o p m e n t t h o u g h t ，a c c o r d i n g t ow u h a nm e t r o ss p e c i f i cn e e d s t h e nd e t a i l e d l yd e s i g na n dr e a l i z et h e t i c k e t i n gs y s t e mi nt h ea f cs y s t e mw i t hc + + p r o g r a m m el a n g u a g e ，a p p l i c a t i n gs e r i a l c o m m u n i c a t i o n ，d y n a m i cl i n kl i b r a r y , m u l t i - t h r e a d i n gt e c h n o l o g y , d e s i g np a t t e r n sa n ds o o n t h es y s t e mi n c l u d e sm o d u l ef o rs a l es i n g l ej o u r n e yt i c k e t ，m o d u l ef o rr e a d i n ga n d w r i t i n gs i n g l ej o u m e yt i c k e t , m o d u l ef o rr e a d i n ga n dw r i t i n gs t o r e dv a l u ec a r da n ds t a f f c a r d ，w h o s ef u n c t i o n sa r et od e l i v e r y , r e a da n dw r i t es i n g l ej o u r n e yt i c k e t , t or e c y c l e i n v a l i dt i c k e ta n dt op r o c e s ss t o r e dv a l u ec a r d sa n ds t a f fc a r d t h es y s t e mw h i c hh a s d e v e l o p p e ds u c c e s s f u l l yc o m p l e t e st h ef u n c t i o no ft i c k e t i n gs y s t e m i ti si n t e g r a t e d 、析t 1 1 o t h e rm o d u l e st oa c h i e v es e l f - t i c k e t i n gi nt h et v m s y s t e m w h a t sm o r e ，t h ee a c hm o d u l e o ft i c k e t i n gs y s t e mc a nb et r a n s p l a n t e dd i r e c t l yi n t oo t h e rd e v i c e ss u c ha sr e p l a c e m e n t t i c k e tm a c h i n e ，d o l l a rc o i nm a c h i n e ，a n dg a t et oi m p r o v et h er e u s a b i l i t yo ft h ep r o g r a m 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 tv e n d i n gm a c h i n e ，t i c k e t i n gs y s t e m i i 图表目录硕士论文 图表目录 图1 1a f c 五层结构图2 表1 1 国外a f c 系统设备生产商统计一3 表1 2 国内a f c 系统设备生产商统计4 图2 1 自动售票机模块划分图7 图2 2t v m 系统用例图9 图2 3 购票流程图1 0 图2 4 储值卡充值业务流程1 l 图2 5t v m 系统分层体系结构1 3 图3 1 票务系统模块组件图1 7 图3 2 票务系统的状态转换图1 8 图3 3 单程票发售跨组织流程图1 9 表3 1c s t 的通讯规格2 0 表3 2 上位机发送给底层设备的每帧数据格式( 简称上位机报文) 2 l 表3 3 底层设备回送给上位机的每帧数据格式( 简称下位机报文) 2 l 表3 4 上载数据接收出错时“应答帧”格式2 1 表3 5 下传数据接收出错时“应答帧”格式2 2 图3 4c s t 模块帧的应答机制2 2 图3 5 发出单程票命令的命令过程2 4 图3 6 置票卡有效性命令的命令过程2 4 图3 7 读取c s t 状态命令的命令过程2 4 图3 8 单程票弹出票箱命令的命令过程2 5 图3 9c s t 模块工作流程图2 5 图3 1 0 单程票发售模块的接口静态图2 8 图3 11c s t 模块发送命令帧的模板方法静态图2 9 图3 1 2c s t 模块接收数据帧的模板方法静态图3 0 图3 1 3 单程票发售模块的观察者模式静态图3l 表3 6 读卡器的通讯协议3 2 表3 7 读卡器命令集描述3 2 图3 1 4 上位机与读卡器脱机的交互流程3 4 图3 1 6 打开读卡器流程图3 6 图3 1 7 被动交易模式下的读卡流程图3 6 v i 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 图3 1 8 被动交易模式下的写卡流程图3 7 图3 1 9 读写模块的接口静态图3 9 图3 2 0 读写模块的命令模式静态图3 9 图3 2 l 模板模式的静态结构4 l 图3 2 2 单例模式的静态结构4 l 图3 2 3 观察者模式的静态结构4 2 图3 2 4 命令模式的静态结构4 3 图4 1 串口多线程的流程图4 5 图4 2 票务系统中动态链接库调用图一4 7 表5 1 适用各类应用领域的语言5 0 图5 1c s t 模块组件调用图5 2 图5 2c s t 模块总体静态结构简图5 3 图5 3 命令发送流程图5 5 图5 4c s t 模块对命令帧发送的处理5 6 图5 6 读卡器模块组件调用图一5 7 图5 8 启动读卡器实现图5 8 图5 9 读卡器被动模式下交易流程图6 0 表5 2 单程票发售时间测试6 2 图5 1 0c s t 模块与t r w 模块实现界面图一6 3 图5 1 1c r w 模块实现界面图1 6 3 图5 1 2c r w 模块实现界面图2 6 4 v 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 1 绪论 1 1 论文研究背景 随着现代都市的快速发展，城市人口数量急剧增加，车辆增多，城市交通拥挤， 乘车难问题越来越严重【l 】。而城市轨道交通能很好的缓解这个问题，因此，城市轨道 交通得到迅速发展【2 1 。与其相配套的a f c 系统也迎来了巨大的机遇和挑战。地铁a f c 系统是技术密集型的集机电一体化、现代通讯、计算机技术、非接触式i c 卡技术等 的高新技术系统工程【3 】【4 】。对系统的安全可靠以及稳定等性能有较苛刻的要求，同时 越来越强调其智能化和信息化。它能够实现自助售票、检票、计费、报表等多项功能， 能够帮助地铁运营公司进行客流组织、收入审计和决策分析【5 】。它能够极大的提高地 铁的运行效率，增大旅客流量、提高运营收入。 自动售票机是a f c 系统设备中最为重要同时也是最为复杂的终端设备【6 j 。自动售 票机安置在地铁车站的非付费区内，可以实现乘客购票自助化，极大的提高了整个系 统的效率，减少了由人工售票带来的人力资源消耗，避免了人工操作引起的不必要的 失误，减少了现金的直接流通，避免了售票找零的繁琐，基本杜绝了假票的出现【丌。 随着全球轨道交通的投资大部分转移到中国，我国将迎来城市轨道交通发展的关 键时期 8 】。然而a f c 系统作为这样的大型系统，前期的资本投入很大，特别是现如今 国产化水平还较低，许多核心设备必须从国外进口，这样无论前期投入还是后期维护 的成本都很高。为保证我国城市城市轨道交通更好地发展，提高a f c 系统的国产化 率势在必行桫j 。 1 2 国内外a f c 系统研究现状及其发展趋势 1 2 1a f c 系统发展概述 a f c 系统作为城市轨道交通的重要组成部分，因其无需人员看守，能高效准确的 完成车票的售卖和进出站的检票，已在世界各地广泛采用【1 2 】【1 3 1 。 在地铁的运营系统中，与乘客直接打交道就是a f c 系统，它体现了运营公司的 经营思想和运营模式，是运营公司的主要收入来源。将a f c 系统运行好，可以提高地 铁的运营效益，给投资者带来更多的回报。运营公司和政府部门已经越来越认识到 a f c 系统的重要性2 】【1 0 】【1 1 1 。 a f c 系统是采用计程或者计时的模式来收费。其完成的功能主要对票务的管理， 如票务清算，车票的初始化、发售、充值、回收、退票、挂失以及报废等；对财务的 管理，如财务统计，收费，计费等；以及其他如设备监控、客流稽查分析等。同时 a f c 系统还能与城市公共交通一卡通系统配合【l4 1 。 一般来说现代的a f c 系统结构从上到下分为a f c 清分中心( a f cc l e a t i n gc e n t e r , 1 绪论 硕_ l 二论文 a c c ) 系统、线路中央计算机( l i n ec e n t r a lc e n t e r , l c c ) 系统、车站计算机( s t a t i o nc e n t e r , s c ) 系统、车站终端设备( s t a t i o nl i n ee q u i p m e n t ，s l e ) 和车票五层架构。其中车站终端 设备包括自动检票机( a u t o m a t i cg a t e ，a g ) 、自动售票机( t i c k e tv e n d i n gm a c h i n e ， t v m ) 、自动充值机( a d dv a l u em a c h i n e ，a v m ) 等。图1 1 显示了武汉轨道交通a f c 系统的五层架构图【1 5 】【19 1 。 轨i 砬企涵济分中心 线路中 ic c s 国 匮匾- 一公蝴然缱 哆，i 掌警謦二 、奄、 l 行消冀系统 辘落窜崦内嚣堰信份翰姆 孰遵空通内嚣通绱传输潮黼髫舔蘸溉 、 婵睁 自 爹终端设备0 鬯霸阜日鬻霸邑 i 蠹季警静蕈彝科静蕈 霉裂瑶 鑫；姜：纛童； * 。? | 。o ：。 餐工卡苹程妻 ， 单程冀 图1 1a f c 五层结构图 1 2 2 国外研究现状 a f c 系统起源于二十世纪六十年代末。自1 9 6 7 年加拿大蒙特利尔开通世上首个 轨道交通自动售检票系统起，国内外各大城市的轨道交通系统都或多或少的应用了自 动售检票系统【1 6 】。地铁a f c 系统中，主要使用的是磁卡票式和非接触式i c 卡【1 7 】。较 早出现的是磁卡票，因此技术已经相当成熟，早期a f c 的系统基本都是采用磁卡票， 直到二十世纪九十年代非接触式i c 卡的问世。i c 卡是一种与读卡器之间不需要物理 接触就能完成读写的卡。相比较于磁卡，非接触式i c 卡使用较简单、交易更快速、 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 可重复使用、不易损耗；安全性好，因为它具有加密和认证功能；它的数据量存储也 很大；性能可靠几乎不用维护，支持长时间工作。正是由于i c 卡具有这些优点，i c 卡给a f c 系统带来了新的技术突破，使a f c 系统在技术上更先进，经济上更趋于合 理，受到了人们的普遍青睐。 国外的系统发展较早，很多生厂商都已经有很成熟的使用非接触式i c 卡的a f c 系统产品，华盛顿、纽约等城市都已经在地铁上成功应用。芝加哥、墨尔本、东京、 曼彻斯特、丹麦、伦敦等地铁有些已经使用，有些也将使用新一代的非接触式i c 卡 的自动售检票系统【1 8 】【2 0 】。表1 1 是对目前国外研发生产自动售检票系统和设备的主要 生产商的统计【2 1 】【2 2 】： 表1 1 国外a f c 系统设备生产商统计 法国c g a 美国 c u b i c 日本东芝、o m r o n 、信号株式会社 澳大利亚 e g r 瑞典g u n e b a o 瑞士a s c o m 韩国s a m s u n g 1 2 3 国内研究现状 我国的a f c 系统的研究与开发起步就相对较晚。上世纪九十年代末，a f c 系统 在上海、广州的轨道交通中开始投入使用，但基本都是从国外成套得引进成型产品【翻。 这就造成国内地铁的改造升级、安全运营、日常维护不得不依赖于国外，长期受制于 人。近些年国内城市轨道交通事业的大力发展，带来了国内a f c 系统研究和生产的 一股热潮。国内开始有多家厂商参与该轨道交通事业的发展研究，但与国外的先进水 平相比，国内这些企业总体水平还不高，无论从自动售票机的功能上还是性能上来说 差距仍然不小，问题也仍然不少，无论技术研发水平、设备规模和应用范围都还有很 大的差距，因此通过引进部分关键技术，学习国外产品的先进技术和工艺仍然是十分 必要的【2 4 】。 目前国内许多城市都已开通轨道交通并安装了自动售检票系统，如武汉、重庆、 沈阳、成都、大连等城市正在使用的是单线的系统；而香港、北京、深圳、广州、南 京、上海等城市则已实现可以多线路“一票换乘”的自动售检票系统1 25 。其中香港在 国际上都是较早使用非接触式i c 卡自动售检票系统的城市之一。 国家计委已将发展轨道交通作为各个大中城市发展公共交通的工作重点，因此， 在今后相当长的一段时间内，国内对自动售检票系统的市场需求会非常大，这将为国 l 绪论 硕士论文 内许多相关厂商提供一次良好的发展机遇，也提出了巨大的挑战。因为就从目前来看， 国内生产自动售检票系统和设备的厂商的能力大多还不能进行完全的自主开发，对这 些厂商而言还有很多技术难关要克服。表1 2 是对目前国内研发生产自动售检票系统 和设备的主要生产商的部分统计【2 6 】： 表1 2 国内a f c 系统设备生产商统计 方正为北京地铁五号线提供a f c 系统 熊猫电子为南京地铁2 号线提供a f c 系统 上海邮通为上海地铁一号、二号线和大连轻轨提供自动售检票设备 为广州地铁一号线以及北京一号线、二号线和八通线提供自动 广电运通 售检票设备 为成都地铁、深圳一号线和二号线、武汉轻轨提供全套的自动 深圳高新现代 售票系统 1 2 4 发展趋势 目前，自动售检票系统在发展过程中主要遇到了资金、技术以及人才的瓶颈1 5 】。 为了实现a f c 系统的可持续发展，a f c 系统必须走以下的发展趋势： 1 标准化 为了实现不同线路之间的方便换乘，也为了降低a f c 系统的开发成本，必须制 定标准和规范，集成a f c 系统，如统一系统设备和终端设备，统一车票媒介等。 2 国产化 地铁a f c 系统是技术密集型的集机电一体化的高新技术系统工程。一般其技术 规模庞大，需投入的资金巨大。地铁a f c 设备国产化可以带来极大的好处：降低设 备投资，减低a f c 系统造价，与直接从国外引进设备相比，提高设备国产化率可节 约设备投资3 0 6 0 1 2 7 】；可以降低系统的运营维护成本；提高a f c 系统运营效率； 可以掌握a f c 系统建设和运营的主动权；可以推动我国轨道交通设备产业化的进程。 3 集成化 a f c 系统的规模越来越大，同时，轨道交通与其他交通方式如公路交通的关联度 越来越高。建立一个能满足互相兼容、跨系统结算等要求的标准化、跨平台、跨系统 的a f c 系统势在必行【2 8 】。 1 3 国内外t v m 系统的研究现状 自动售票机是a f c 系统中最重要的终端设备，它主要直接面对乘客，实现售票 的自助化【2 9 1 。它支持硬币、纸币以及硬币和纸币混合支付及找零方式；通过触摸屏接 收乘客的输入信息，采用形象化的地图模式、线路模式引导乘客购票；提供大量可配 置的参数来适应不同的购票需求，如票价方案、车站名称、允许购票总数、起始站址、 4 硕士论文地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 超时操作时间等。 目前各个城市的轨道交通系统中，自动售票机一般都能实现现金购买单程票的功 能，然而有些自动售票机除了可以使用现金购票外，还能使用储值卡购票和储值卡充 值。如深圳一号线二号线的t v m 目前只能现金购票，武汉轻轨的t v m 不仅可售单 程票还可为储值卡充值。除此之外，随着乘客的要求提高，t v m 的功能要求越来越 高，如本项目中的武汉地铁二号线和四号线已经为银行卡购票留了接口。 国外的轨道交通事业发展较早，技术水平也较先进，如a s c o m 公司于2 0 0 3 年 为英国铁路专门设计的新型自动售票机，其性能已经相当出色。该新型自动售票机的 用户界面采用触摸屏，在屏幕上可以选择六种不同的语言菜单，已经能够提供现金、 信用卡和借记卡购票功能，还预留了接受欧元和智卡能的接口，而且其售票时间比以 前的旧型自动售票机明显减少。当售票机发生故障，如内存不足或卡票时，监控器会 立即向工作人员报警，并且在屏幕上也提供了一定的维修程序，这样有些不是很严重 的维修就可以不用开门进行。 我国的地铁自动售票机事业起步于上个世纪8 0 年代末9 0 年代初，香港地铁和一 些国外的专业厂家将将一些宝贵的建设经验和技术介绍如国内，上海和广州凭借着这 些资料开始对自动售票机系统和设备的研发工作1 3 0 】。到上个世纪末，自动售票机在国 内的地铁运营中已经正式投入使用，并展现出了良好的票务管理水平，提高了运营公 司的收益。在这期间，国内也诞生了一些从事这个行业的企业【3 1 】【3 2 1 1 3 3 】。在现阶段国 内行业的发展状况有规模小、资源整合欠缺以及行业前景广阔等特点【3 4 】【3 5 】。 随着科技的发展，t v m 机器也发生着巨大的变化。以往的自动售票机只能接收 硬币和纸币来进行售票，而且在接收硬币时也有区别，有的t v m 只能接收一元硬币， 经过升级之后的t v m 能够同时接收一元和五毛的硬币。经过进一步升级之后，t v m 能够实现硬币和纸币的接收与找零功能，能够完全实现购票过程的自动化。例如，南 京地铁一号线是完全进口的法国的系统与设备，但是这个系统只能够接收纸币和一元 硬币，也只能实现硬币找零不能进行纸币找零。但是几年过后国产化的a f c 系统中 的t v m 能够接收五毛硬币。现在武汉地铁二号线除上述功能外，还增加了纸币找零、 打印票据、识别乘客插入的银行卡和储值卡，并扣除相应的购票费用。 目前国内自主生产研发的自动售票机由于其技术发展水平不高，一些关键部件如 纸币处理模块和硬币处理模块都是直接从国外进口。国外的这些产品性能较好，可靠 性和稳定性高，可以在现场环境恶劣的情况下工作，但涉及到技术专利和新的制造加 工工艺问题，因此只能从国外直接购买这些装置，或者通过技术攻关、技术引进或中 外合作生产的方式来完成【2 4 】【3 6 1 。 1 绪论 硕士论文 1 4 课题的来源和意义 由以上的分析可以看出，a f c 系统具有十分重要的作用。它能够促进地铁的运营 服务，如提高乘客购票的舒适性；还能完善地铁的运营管理，为地铁运营公司提供经 济管理、客流调查、数据分析、票务审核等；最后还能扩宽地铁运营市场，如提供城 市一卡通服务等。 然而从国内目前的轨道交通a f c 系统市场来看，尽管国产化设备正逐步替代国 外产品，但一些关键技术依然得依赖于国外。而且a f c 系统在国内未形成统一的标 准，就算是在同一城市不同线路，由于运营商的不同，a f c 系统也不是完全一样。以 a f c 系统的终端设备t v m 为例，虽然国务院要求设备国产化率达到6 0 ，但是核心 设备依然还是从国外进口的，例如硬币处理模块和纸币处理模块，因为这些设备比较 稳定，识别率也更高。而单程票发售模块和读卡器模块，虽然武汉地铁和南京地铁都 采用的是国内的设备，但标准不统一，软件的复用率极低，使得国内的这些企业缺乏 核心竞争力。因此实现a f c 系统国产化，建立我国自己的a f c 系统标准具有重要意 义。 武汉地铁正在进行地铁二号线和四号线一期工程的建设，预计将于2 0 1 2 年年底 投入运营。本课题就是在a f c 系统设备国产化的大背景下的实际项目，以武汉地铁 项目为依托，具有很大的现实意义和工程价值。 1 5 论文结构安排 本文章节安排如下： 第一章：绪论。首先介绍课题的研究背景，其中包括城市轨道交通的发展现状以 及发展趋势。其次说明了课题的研究意义。最后简单介绍了课题研究的主要内容及论 文章节的安排。 第二章：轨道交通t v m 系统的总体设计。本章概述轨道交通自动售检票系统的 层次结构，并分别对t v m 系统的需求分析、系统的总体结构设计进行描述。 第三章：票务系统的详细设计。本章分别完成单程票发售模块的设计以及读写模 块的详细设计( 包括单程票读写和储值卡读写) 。 第四章：票务系统的关键问题研究。本章介绍票务系统中系统设计和开发所遇到 的关键问题和所用的关键技术，包括串口通信技术、动态库连接技术、多线程技术等。 第五章：票务系统的开发和实现。本章首先阐述系统所使用的开发环境( 包括开 发平台和开发工具) ，然后给出票务系统的实现及其测试结果。 第六章，对t v m 票务系统设计与开发过程进行总结归纳，提出系统设计的不足 之处和对系统的未来展望。 6 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 2t v m 系统的总体设计和分析 软件开发的前期，需要进行需求分析，其基本任务是明确未来系统的目标，确定 为了满足用户需求我们要完成什么【3 刀。 2 1t v m 系统需求分析 2 1 1t v m 系统模块分析 本文主要介绍的是自动售票机与及其对车票的处理。 自动售票机内部主要是由工控机、财务处理设备、票务处理设备和其他辅助设备 组成。 其中财务处理模块包括硬币处理模块( c o i nh a n d l es y s t e m ，c h s ) 、纸币处理模块 ( b a n k n o t ea c c e p t o r ，b n a ) 、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 ) ；而票务处 理模块包括单程票发票模块( c o n t a c t l e s ss m a r tt o k e n , c s n 、单程票读写模块( t o k e n r e a d e ra n dw r i t e r , t r w ) 、储值卡员工卡读写模块( c a r dr e a d e ra n dw r i t e r , c r w ) ：其他 设备还有顶板显示器( l i g h te m i t t i n gd i o d e ，l e d ) 、i o 等控制板等。工控机( e l e c t r o n i c c o n t r o lu n i t ，e c u ) 上还接着打印机、维护键盘、不间断电源( u n i n t e r r u p t i b l ep o w e r s u p p l y , u p s ) 等【2 9 1 。 图2 1 自动售票机模块划分图 工控机是系统的核心，负责数据的处理和传送。 硬币处理模块：接收乘客投入的硬币，在识别硬币的真假之后，将不同币值的硬 币分别存储起来，而且还可以实现硬币找零功能。 纸币处理模块：接收乘客投入的纸币，在进行真伪的识别后，将真的完整纸币压 入到钱箱，将假的、残缺不全的纸币退回。 纸币找零模块：能够与硬币处理模块配合，在发售完单程票后并且需要找零的情 况下，将需要找的钱款找回给乘客。它找出的是在找零钱箱预放好的钱币。 2t v m 系统的总体设计和分析 硕士论文 单程票发票模块：c s t 模块的功能是将单程票从票仓中一张张地弹射出来，在读 卡器完成读写功能之后，能将单程票放入出票口( 单程票有效) 或废票箱( 单程票无 效) ；并且，当收到清空票箱的命令后，能够让发售装置动作，清空票箱。 单程票读写模块：t r w 模块的功能是判别单程票的有效性，以及将信息( 如发 售设备号，发售时间，车票金额等) 写到单程票内。 储值卡员工卡读写模块i 除t v m 设备售出的单程票外，武汉地铁中还有储值票、 乘次票、定期票、i d 票、员工票、武汉一卡通、团体票等几大类，而每个大类又分 成几个小类，如d 票有免费老人票、残疾人票等。为了论述方便，本文将除单程票 外的票卡分为储值卡和员工卡。c r w 模块的功能是查询储值卡以及员工卡。读取到 有效员工卡时，自动售票机应该自动打开维护门，以便工作人员进行维护。读取到储 值卡时，自动售票机应能完成储值卡购票功能，能读取储值卡信息并显示给乘客，以 及购票成功后的扣款。 2 1 2t v m 系统功能需求分析 功能需求表明了系统需要提供的服务，对输入做出的反应，和在特定情况的行为 动作【3 9 】。t v m 系统的主要功能包括售票功能，找零功能，以及识别员工卡以便员工 进行维护的功能，本项目还提供了储值卡验卡和充值功能。其主要业务为售票功能。 t v m 面向的主要用户有两大类：第一种为在t v m 机器上购票的乘客，第二种为 给t v m 机器维护的工作人员。 其中对与乘客来说自动售票机的应用功能主要包括【3 8 】： 1 ) 能够在乘客的购票过程中给出操作指导和提示信息，接受乘客的购票选择； 2 ) 可以接受并识别乘客投入的现金，包括硬币和纸币，对无法识别的现金或假 币等予以退还；或者在储值卡购票时能读取储值卡信息； 3 ) 自动计算出乘客投入的现金数量和金额以及购票金额，完成自动找零； 4 ) 自动完成单程票寻卡、验证和写卡，单程票发售及出票；完成储值卡的充值； 5 ) 自动监测各个部件的工作状态，并实时或定时向车站计算机系统上报工作状 态； 6 ) 接受车站计算机系统下发的命令和参数，并执行相应的操作； 7 ) 存储并定时上传交易信息； 8 ) 管理本机接收到的现金、单程票及维护操作。 工作人员又分为操作员、维护人员以及系统管理员。操作员负责查询运行参数、 查询交易历史、查询警报历史、外围设备测试、外部通讯测试、改变t v m 状态、补 充清空票箱、更换钱箱、更换清空备用找零箱、清空循环找零器等功能。维护人员 可以执行的功能包括：查询运行参数、查询交易历史、查询警报历史、外围设备测试、 外部通讯测试、改变t v m 状态、系统初始化、重启t v m 、清空票箱、清空备用找零 8 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 箱、清空循环找零器等功能。系统管理员可以执行操作人员和维护人员所能执行的功 能，此外还可以访问操作系统。 与乘客不同的是，在工作人员对设备进行操作前需要对其身份进行有效的识别。 因此，t v m 系统需要能对工作人员的员工卡进行识别，并在确认有效后打开维护门 以便工作人员进行工作。 粤募浸统 。 ，堂吝 。 b冒 图2 2 t v m 系统用例图 2 1 3t v m 系统交易过程分析 售票是自动售票的主要功能，自动售票机所出售的是地铁单程票。 如果按照购票方式分，可提供乘客两种购票方式： 快速购票方式，也称票价选择方式。 对于经常性乘客，当他知道前往目的地应支付的票价款式时，乘客直接选择票价， 实现快速购票。 普通购票方式，也称车站选择方式。 乘客可通过自动售票机的普通购票方式购买到线网内所有车站的车票。对于非经 常性乘客，自动售票机通过导航方式引导乘客购得所需的车票。 如果按付款方式分，也可分为三种方式： 现金付款方式 乘客可以选择投入纸币或者硬币，当投入的总金额大于票款金额，自动售票机即 可进行售票。 储值卡付款方式 乘客可以使用储值卡购票，当储值卡余额大于票款金额，自动售票机即可进行售 票。若储值卡余额不足，可以充值成功后再进行购票。 银行卡付款方式 9 2t v m 系统的总体设计和分析 硕士论文 武汉地铁暂时并没有实现银行卡付款的方式，但是预留了这样的接口。等实现以 后，只要银行卡中的余额足够，乘客可以直接用银行卡来购买单程票。 图2 3 和图2 4 分别显示了乘客购票和储值卡充值的业务流程。 图2 3 购票流程图 当乘客选择了购票，自动售票机开始等待乘客付款，当乘客投入的金额或储值卡 1 0 硕士论文 地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 的余额大于票款金额时，自动售票机不再收款，而是进行发售单程票动作，将乘客指 定数量的单程票发售完成后，售票机进入找零动作。若是储值卡售票，在乘客确认使 用储值卡购票时，先进行扣款，然后进行单程票发售。在乘客未投足金额或未确认使 用储值卡购票之前，乘客可以选择取消购票，此时自动售票机应该把乘客已经投入的 金额退还。 图2 4 储值卡充值业务流程 需要注意的是，由于实际上找零的时间远远大于售票的时间，如果按照一般的方 案，即售完票后再进入找零状态，这样会浪费很多的时间，造成顾客的等待与滞留， 影响了t v m 系统的效率。因此在本设计中，在第一张单程票发售成功后，就启动找 2t v m 系统的总体设计和分析硕士论文 零线程，判断本次交易是否需要进行找零，此时找零与出售剩余票同时进行，这样就 大大加快了交易速度，提高了t v m 系统的效率。 自动售票机开始出票后，交易就不能被取消。此时出现故障，如卡票、读卡器不 工作等，自动售票机采用找零的方式退还乘客多出的费用。 2 1 4 系统小结与系统建设目标 本软件系统的总体设计目标是根据武汉地铁客户提出的需求特点，开发一套可靠 性、可移植性和可维护性都比较高的适用于武汉地铁自动售票机的软件。通过这款软 件系统可以实现乘客购票、支付、储值卡查询、充值以及工作人员进行维护等业务流 程；更主要的是希望通过这款软件能够提高售票的效率，增强整个地铁系统的服务和 运维能力，最终提高客流量，提高运营公司的效益和竞争力。 作为国内最新开发的a f c 系统，武汉地铁对t v m 系统也提出了较高的要求，如 功能上不仅要完成现金售票，还要完成储值卡售票，甚至预留了银行卡售票的接口； 除实现硬币找零外，还要实现纸币找零等。 具体到本票务系统，其主要功能要求：现金购票，储值卡购票，一次性能售出l 张至5 张车票，储值卡充值，状态监测。 本票务系统的主要性能要求：单张购票速度大于1 张s ；售票准确性和稳定性好； 连续售票能力强。 2 2t v m 系统总体体系结构设计方案 在系统总体体系设计阶段，需要确定整个系统的体系架构、子系统的划分和风格。 通过科学的分析，将整个软件系统划分为不同的构件并能明确构件与构件之间的接 口。当这个系统较复杂时，人们通常从不同的层次来看该系统，称之为分层架构。分 层架构能够使系统的逻辑结构更加清晰明了，各个层次之间也相对独立，只要层与层 之间的接口保持不变，一个层的改动对其他层就不会造成影响，从而使业务逻辑和数 据分离，某一层的具体实现也可以很容易的被扩展和替换【4 们。 设计分层构架时，应遵循面向接口设计的思想，使之成为一种弱耦合结构。在这 种结构中，一个层应该只依赖于它下面的层，而改变这个层的设计，对下面的层不会 有任何影响，因此是一种弱依赖关系。只要不改变层间的接口定义，分层式架构每层 的组件应该像一个“抽屉 ，可以抽取出来，或用另一个“抽屉替换【4 l 】。 售票机的分层体系结构如图2 5 所示。 售票机的软件系统包括： 1 ) 表示层 该层以图形用户界面( g u i ) 的形式显示出来，分乘客g u i 和维护操作g u i 。乘 客g u i 引导乘客完成购票等操作，维护操作g u i 是维护人员和操作人员使用的界面。 1 2 硕士论文地铁自动售票机中票务系统的设计与开发 表示层 昌乘客g ul昌维护，操作o ui ”8 昌售进站，出站幕i 吕更新车票l 昌硬币纸币兑换l 吕储值卡充值 宝验储值卡 l - “一2 鲴昌退还付款l 昌发单程票i 吕找零l 昌鬻i 昌1 糟i 圃昌钱箱管理i 昌数据管理i 昌状餮式l 害日志管理i 昌定时l 驻瓣 昌酬( b d 找u 零) j 硬币接收，找零 荦程票发售 o 读卡器 皇打印机 勇 j ； 臼( c h s )白( t d )白( 帆ui 舀壶卤南舀卤凼南出壶舀趟 数据娩路屠 一施彪施，。“o 如i蕊，n 渤二赢。 锈 筑，l-rjbnadll 7 昌组包昌解包j 了 “ 7 自 l 沁一棚删篓。璺一璺图2 5t v m 系统分层体系结构 2 ) 业务层 该层包括的组件有： 售单程票，即在自动售票机上出售单程票； 储值卡充值，即自动售票机上充值功能； 验储值卡，即自动售票机上的验卡功能，主要是对员工卡的验卡； 3 ) 基础业务层 该层是业务层的基础，业务层的诸组件依赖于本次的组件，包括： 接收付款：接收和处理乘客购票、充值、兑换所支付的硬币或纸币； 退还付款：当乘客取消相应的操作后完成退还乘客的付款； 发单程票：根据购票数量分发单程票到读写区； 单程票读写：根据购票信息完成对读写区中单程票的编码； 储值卡读写： 购票时完成读取储值卡余额等信息、以及扣款等； 更新车票时完成读取单程票信息、以及更新； 充值时完成相关信息写入； 验卡时完成信息读出； 登录时完成读取员工卡信息； 票箱管理：读取、更新、存储与单程票相关容器的数据，如待售票箱、废票 箱、回收票箱等； 2t v m 系统的总体设计和分析 硕士论文 钱箱管理：读取、更新、存储与硬币、纸币相关容