【摘要】本文對城市軌道交通自動售檢票系統的特點和運營模式進行了分析，并以深圳地鐵自動售檢票系統為例，簡述了自系統建設和投入運營以來所發生的技術變化和變化的原因，指出了城市軌道交通自動售檢票系統的建設和運營在技術上未來所面臨的挑戰，以及應對這些挑戰的對策。

　　【關鍵詞】國家級論文發表,城市公共交通,電子收費,自動售檢票,需求變化,技術變化

　　1.前言

　　在軌道交通機電設備系統中，絕大多數的機電設備系統在建設初期的設計階段所賦予的功能，在其十年乃至數十年的整個生命周期內都較少發生變化，系統投入運營后，需要做的基本就是保證設備系統已有功能處于正常狀態，即保證該設備系統能夠滿足或符合最初的設計規格和技術指標。唯獨自動售檢票系統是個例外，在其生命周期中恐怕會不斷地演變，甚至不排除革命性的變化。這主要源于自動售檢票系統并不是保證列車運行所不可或缺的機電設備系統。事實上，城市軌道交通自動售檢票系統是城市公共交通電子收費系統的一個組成部分，是一個信息管理和自動化系統，其職能是方便、高效、準確地實現公共交通系統收費管理的自動化和智能化。軌道交通自動售檢票系統的基本屬性如下：

　　(1)為了實現自動收費而建立的系統;

　　(2)一個直接面向公眾的系統，需要根據市民大眾不斷提升的服務要求不斷尋求技術進步，以提高服務質量;

　　(3)系統的技術規格需要適應市民大眾的消費支付方式和手段的變化;

　　(4)運營企業為了追求經營效益，需要尋求新的票務運營模式以吸引客流;

　　(5)為政府的城市規劃服務，如：疏導客流、引導出行等;

　　(6)為運營商的決策服務，如：通過客流統計預測來編制車輛運行圖等;

　　(7)隨著信息技術的進步，需要考慮可能給系統帶來的革命性變化需求等。

　　正因為如此，就意味著城市軌道交通自動售檢票系統與整個城市的公共交通電子收費系統密不可分。

　　本文試圖通過探討城市軌道交通自動售檢票系統可能面臨的技術發展與演變，想借此來給正在建設、運營，和即將建設城市軌道交通自動售檢票系統的投資方、運營方和設計方提供一個參考和借鑒。

　　2.導致城市軌道交通自動售檢票系統技術發展和變化的因素

　　目前主流的軌道交通自動售檢票系統是以IT技術(計算機、網絡、通信、軟件、數據庫、自動控制、非接觸IC卡、模式識別、傳感技術等)和機電一體化技術為核心的大型高科技機電裝備系統和信息化系統。由于IT技術和機電一體化裝備的工藝及材料發展極為迅速，因此，軌道交通自動售檢票系統的技術規格和性能指標必然會隨著其核心技術的進步而發展和變化。

　　2.1 用戶需求的變化

　　軌道交通自動售檢票系統建設的目的是實現乘客收費及客流引導與控制的電子化、自動化和信息化，其功能和技術性能要求與城市公共收費政策和城市經濟發展密切相關。為配合城市公共交通收費政策的變化，常常需要對系統進行技術調整和技術改造，以支持新的收費政策和客流調控需要。這種政策方面的變化有時可能會很頻繁，而有些變化甚至可能會導致技術上進行重大改變與調整。

　　2.2 技術發展與進步

　　隨著技術的發展，當出現了新的支付工具時，通常會給電子收費系統帶來重大的技術變革。例如：國內外軌道交通中曾經流行的磁卡電子收費系統，目前已被IC卡電子收費系統所取代，而正在快速興起的手機支付電子收費和移動互聯網支付等必定會對城市公共電子收費系統帶來革命性的變化。

　　2.3 城市軌道交通路網建設

　　城市軌道交通自動售檢票系統通常是按線路規劃和建設的，而收費系統的網絡化運營(多條線路無障礙換乘的聯合收費)是對城市軌道交通收費系統的基本要求，因此要求后續建設系統必須要與先前建設的系統互聯互通。然而先前建設的系統與后續建設的系統在技術上可能存在著巨大的差異，尤其是建設年代相隔久遠的系統之間，這種差異就更加突出，這可能導致讓新系統改變去遷就老系統，也可能會通過改造老系統來適應新系統。

　　未來的趨勢是城市軌道交通與城市其他公交系統之間的聯合收費，如地面公交系統與地下的軌道交通系統聯合收費(如換乘優惠等)，以及城際之間電子收費系統互聯互通的需求。

　　2.4 市民大眾對公共服務要求的提升

　　隨著城市的進步與發展，對于城市軌道交通自動售檢票這樣一個通過技術手段的進步來直接服務于市民大眾的自動化系統平臺，如果長期停留在一個低層次上，會被市民大眾所詬病，必須要不斷尋求技術進步與改良來提高服務水平。

　　2.5 運營企業的經營要求

　　在地鐵的長期運營過程中，運營企業必定要從降低系統運營成本，提高系統的可用性、安全性、可維護性和可擴展性等角度提出技術改進的需求，以及從提高服務質量吸納更多客流的角度出發尋求技術進步與改變。

　　2.6 城市軌道交通運營商的變化

　　城市軌道交通的運營并沒有固定的模式，常常會因為一些外部因素的變化而改變。例如：一個城市的軌道交通網，可能會是一家運營商獨立運營，利益獨享，但也可能會是多家運營商共同運營，利益分享。最為復雜的情況是：一個城市中存在多個公共交通的運營商，而且每個運營商除運營軌道交通外，還兼營其他公共交通運輸工具，在不同交通工具之間要求實行聯合自動收費，這將導致軌道交通自動售檢票系統的覆蓋范圍進一步擴展，并要求在兩個差異較大的電子收費系統之間實現互聯互通。不同城市，不同的運營商構成，都會導致電子收費系統的結構、管理和功能發生變化。在一個龐大、統一、面向公眾的電子收費系統中，各個獨立的運營主體的利益與所運營管理的范圍(運營線路)直接相關，如果運營商的既有范圍發生了變化，必將導致部分系統功能的變化。

　　綜上所述，說明軌道交通自動售檢票系統在技術上和運營模式上，會隨著時間的推移不斷改變，甚至出現重大改變。因此，如何降低這種改變所帶來的技術實現的難度，以及如何降低正在運營的系統上進行這種技術改變所到來的運營風險，這無疑是近十年來，國內同行在重點關注和解決了軌道交通自動售檢票系統的票制(車票標準)、設備系統需求規格、主要部件選型、線路建設、線路之間互聯互通幾個難題之后的又一需要關注的重大課題。要解決好這個問題，就需要在系統規劃、設計和建設之初考慮到技術上如何適應未來的各種需求變化。 　　3.深圳地鐵自動售檢票系統的技術發展

　　3.1 深圳地鐵概況

　　深圳地鐵一期工程包括一號線東段15個車站、四號線南段5個車站，中間一個換乘站，按照單線運營，實現一票通無障礙換乘。系統于2004年12月開通運營。

　　深圳地鐵二期工程包括一、四號線的延伸線，二號線、三號線和五號線，車站數將近100座，此外，二期工程還包括一個軌道交通票務清算管理中心，五條線實現了一票通無障礙換乘。

　　深圳地鐵一期工程由深圳地鐵公司建設和運營，二期工程由深圳地鐵公司、龍崗地鐵公司和香港地鐵公司共同建設和運營，其中一、二、五號線由深圳地鐵公司負責，三號線由龍崗地鐵公司負責，四號線由香港地鐵公司負責。2010年6月，深圳地鐵四號線一期5個車站的運營由深圳地鐵公司轉移至香港地鐵公司。

　　3.2 深圳地鐵車票的變遷及其對系統的影響

　　深圳地鐵一期工程自動售檢票系統于2004年12月投入運行，單程票和儲值票(卡)全部采用非接觸IC卡，實現了全球首創。最初全部類型的車票(芯片)均為SONY公司的Felica標準系列產品，并且儲值車票(深圳通卡)由深圳通公司發行，在深圳地鐵投入運營之日，實現了城市一卡通。

　　2007年，深圳通公司為了降低儲值卡的采購成本，決定發行了新的儲值卡(符合ISO/IEC14443 Type A標準)，同時先前發行的符合Felica標準的儲值卡繼續使用。這次深圳通公司發行新標準的儲值卡，導致深圳地鐵一期工程自動售檢票系統進行了一次較大的升級改造。這次升級改造包括：更換了全部終端設備讀寫器的硬件，并對所有終端設備讀寫器軟件、終端設備讀寫器的驅動軟件和終端設備的部分業務軟件進行了升級，歷時將近一年時間。

　　2008年，深圳地鐵公司為了降低單程票的采購成本，也決定使用符合ISO/IEC14443 Type A標準的單程票，同時先前發行的符合Felica標準的單程票繼續使用，這次地鐵發行新單程票導致所有終端設備的的讀寫器軟件及讀寫器設備驅動軟件進行了升級，目前深圳地鐵符合Felica標準和符合ISO/IEC14443 Type A標準的兩種單程票同時使用。

　　2010年，深圳軌道交通為了提高車票的安全性，發行了帶有較高安全機制的單程票，因此導致了車票的數據規劃改變，同時再次對所有終端設備的車票讀寫器軟件及終端設備讀寫器驅動軟件進行了升級。

　　2011年，深圳軌道交通為方便市民出行、節省社會資源、提高城市的信息化水平，在國內率先推出了手機支付電子收費的功能，為此，深圳軌道交通再次對所有終端設備讀寫器硬件進行了擴展改造，即在原讀寫器模塊上增加了兼容RF-SIM標準(即深圳市國民技術公司的2.4G手機錢包支付標準)的專用模塊，同時對車票讀寫器軟件及終端設備讀寫器驅動軟件進行了升級。

　　3.3 深圳地鐵自動售檢票系統的發展與改變

　　深圳地鐵自2004年投入運營以來，自動售檢票系統經歷了一期和二期建設，分別使用了高新現代智能系統股份有限公司的兩代系統，兩代系統均具有自主的知識產權，其中第一代系統的國產化率達到了75%，第二代系統的國產化率達到了90%，兩代系統所使用的軟件100%實現了國產化。

　　應用于深圳地鐵一期工程的自動售檢票系統，是國內第一套自主研發的系統，這套系統的設計起點高，大量采用了當時國際上最為先進的IT技術，無論是在系統功能、性能、安全性、可靠性、可用性和可維護性都達到了同期國際領先水平，其系統架構和所選擇的技術至今仍幾乎與主流技術保持同步，是同時期建設的系統中技術性能表現最為優秀的系統之一。主要設備見如圖1、圖2所示：

　　圖1

　　圖2

　　應用于深圳地鐵二期工程的自動售檢票系統是在一期工程第一代系統的基礎上進一步完善和提高的系統，其中尤其注重了系統的人性化設計和技術的統一性和標準化，在安全性、準確性、可擴展性、可維護性方面進一步提升，國產化程度進一步提高，用戶操作更為方便、界面更加友好，同時為軌道交通的長期運營擴展和變化以及售后服務提供了全面保障。深圳地鐵二期工程的首個系統于2009年9 月成功投入運營。主要設備如圖3、圖4所示：

　　圖3

　　圖4

　　深圳地鐵自動售檢票系統自2004年投入運營以來的變化：

　　(1)硬件方面

　　a.全部的車票讀寫器進行了升級更換

　　變化的原因：2007年深圳通公司發行ISO/IEC14443 Type A標準的儲值IC卡，因此，地鐵公司要求售檢票系統不僅能支持Felica標準的儲值卡(2007年之前深圳地鐵自動售檢票系統只支持該標準)，同時要兼容ISO/IEC14443 Type A和Type B標準的儲值卡，因此集成商不得不開發了同時兼容兩種標準的車票讀寫器以替代之前的讀寫器。

　　b.終端設備讀寫器增加RE-SIM模塊

　　變化的原因：深圳市城市信息化的發展要求，為方便市民出行、增加小額消費支付手段，由政府主導提出了要在深圳市的公共交通領域實現使用手機刷卡完成支付的功能。為此，集成商與深圳市國民技術公司合作，開發支持手機RF-SIM卡的2.4G射頻讀寫模塊，并將其嵌入到讀寫器中，實現了讀寫器同時兼容 Felica、ISO/IEC14443 Type A和RF-SIM三個標準，使得多個標準的非接觸IC卡及加載了RF-SIM的中國移動手機可同時在深圳地鐵使用。這也是全球支持最多標準支付工具的地鐵自動售檢票系統。

　　c.終端設備主控單元(工控機)升級

　　變化的原因：進入2006年，深圳地鐵(一號線)客流明顯增加，尤其是像老街站、華強北站、羅湖站和世界之窗站的客流成倍大幅增加，導致這些車站的乘客在售、檢票過程中排長隊的情況日益突出，也給地鐵安全運營帶來了威脅。地鐵公司為了提升服務質量，決定在部分大客流車站增加售、檢票終端設備，而此時深圳地鐵一期工程售檢票終端設備所使用的工業控制計算機已經停產，只能采購新規格的產品來替代原有產品。為此，對售、檢票終端設備的局部結構、硬件和軟件進行了相應的改造和升級。 　　d.自動售票機乘客界面改造升級

　　變化原因：為了適應深圳軌道交通多線路網絡化運營的需要，在二期工程(五條地鐵線路)的設計中，確定自動售票機的乘客界面(乘客自助方式購票的人機操作界面)為觸摸、顯示一體化屏，并采用大尺寸顯示器，將含有車站站點信息的軌道交通線網圖集中顯示在自動售票機乘客顯示器的一幅畫面中。而深圳地鐵一期工程自動售票機的乘客界面則采用了觸摸屏與顯示器分離的結構(香港的模式)，為了統一一期工程設備與二期工程設備的乘客界面，故將原一期工程自動售票機12寸的液晶顯示器及固定式紅外觸摸屏更換為22寸的觸摸、顯示一體化屏。為此，2008年對深圳地鐵一期工程自動售票機的結構和顯示器驅動軟件進行了改造升級。

　　e.硬幣處理模塊(錢幣識別、分揀、循環找贖和儲存的系統)替代更換

　　變化原因：硬幣處理模塊的國外供貨商停止了該產品的技術服務和零部件供貨，集成商不得不自主研發替代產品。從2010年開始，國產的替代產品開始逐步替換因故障無法修復的進口產品。這導致了一期工程的自動售票機內部結構的局部改造，以及硬幣模塊的設備驅動軟件的升級。

　　(2)軟件方面

　　a.終端設備讀寫器軟件及終端設備讀寫器驅動軟件

　　變化原因：深圳通公司發行符合ISO/IEC14443 Type A標準的儲值卡和地鐵公司發行符合ISO/IEC14443 Type A標準的單程票，以及深圳地鐵使用2.4G手機作為乘客乘坐地鐵的支付工具。

　　b.檢票機通行識別算法

　　變化原因：一期工程自動檢票機的通行識別和控制系統采用國外產品，其識別算法按照發達國家的情況(即乘客數量較少、素質較高、檢票秩序良好)設計，不適合中國國情(擁擠、無序的客流情況)。2006年，高新現代智能系統股份有限公司按照國內乘客的習慣和集中大客流的模型設計開發了采用神經網絡技術的智能乘客通行識別及控制系統，取代了原有的乘客通行識別控制系統。由于自主研發的硬件控制系統在尺寸和外部接口方面完全兼容國外產品，因此，改造工程只更換控制電路板及通行識別算法和控制軟件。

　　c.終端設備軟件和票務系統軟件

　　變化原因：地鐵公司和深圳通公司提出新需求和系統外部情況發生變化。如：

　　公交與地鐵實現換乘優惠(政府要求);發行新芯片標準(ISO/IEC14443 Type A標準)的車票和使用RF-SIM手機支付標準;二期工程軌道交通實現線網化運營;硬件處理模塊售后服務受到制約進行替代產品開發。

　　3.4 運營管理方面

　　3.4.1 將一號線南段和四號先北段由單線運營模式轉變為分線運營

　　變化原因：政府將深圳地鐵一期工程(一號線東段15各車站和四號線南段4個車站)按照一條線建設的AFC系統，一分為二，將一號線東段的經營權交予了深圳地鐵公司，而將四號線南段的經營權給予了香港地鐵公司。這導致原來按一條線運營設計和建設的系統分割成分屬兩家運營公司的兩條線運營，因此，不得不對原有系統進行改造分離，將一個線路中心系統一分為二，并在兩個線路中心系統之間進行數據遷移和系統割接。

　　3.4.2 由一家運營公司運營變為三家運營公司運營

　　變化原因：政府主導。這導致了需要建立一個公平、公正，數據透明的軌道交通票務清算管理中心，以體現各方的責、權、利。需要做到：

　　a.在網絡化運營(無障礙的線路換乘)情況下，軟件要盡可能準確地分析出乘客出行的路徑和換乘車站;

　　b.需要軟件準確地統計出單程票流失數量和去向;

　　c.需要軟件對異常交易(如單邊交易)進行準確跟蹤;

　　d.要準確統計降級模式下的收益和行政處罰下的各方收入。因此，要求在系統設計方面進行深化，軟件要實現精確計算。

　　4.軌道交通自動售檢票系統建設和投入運營后面臨的技術挑戰

　　通過上述分析，我們可以得出以下結論：對于城市軌道交通自動售檢票系統而言，無論是線網建設期間還是每條線投入運營之后，都不可能不面對各種變化，這種變化有可能是升級，也有可能是技術改造，甚至有可能是更替;同時，這種變化可能發生在局部，但也有可能發生在全局，這就決定了城市軌道交通自動售檢票系統是一個建設和運營期間都會面對諸多技術挑戰的系統。從過往的經驗和對未來的預測，可以將這些可能的挑戰歸納如下：

　　4.1 讀寫器的變化

　　變化原因：

　　a.發行新技術標準的車票，原讀寫器不能支持和兼容;

　　b.為提高和改善終端設備性能，終端設備負責的業務下移至讀寫器;

　　C.新支付工具引入(如手機支付需求提出)。

　　為實現上述變化將要展開系統的設計、改造、升級和擴展工作。

　　4.2 通用部件(如：工控機、顯示器、電源模塊、乘客檢票通行識別傳感器及其它通用電子零部件等)的變化

　　變化原因：

　　a.IT技術升級換代，使用新技術產品提高設備性能(例如：目前普遍采用的光電式乘客通行識別傳感器被圖像識別傳感器所取代);

　　b.正在使用的產品停產，不能提供技術服務和備品備件，以新產品替代老產品。

　　為實現上述變化將要展開終端設備的改造、升級工作。

　　4.3 專用部件(如：車票讀寫器、車票處理模塊、硬幣處理模塊、紙幣識別模塊、檢票閘門控制單元等)的變化

　　變化原因：

　　a.運營要求提高，原有設備部件不能滿足要求;

　　b.人民銀行錢幣發行變化，原有設備不能識別和處理新的錢幣幣種;

　　c.正在使用的產品停產，不能提供技術服務和備品備件，以新產品替代老產品。

　　為實現上述變化將要展開終端設備部件的研發、改造和替換工作。 　　4.4 終端設備軟件架構發生變化，即售、檢票終端設備主控系統所承擔的業務下移至讀寫器

　　變化的原因：為適應日益增長的客流和地鐵不斷發行的新的車票種類給運營帶來的壓力，需要進一步提升售、檢票終端設備的性能。比方說，如果要對檢票設備檢票速度進行提升，一個可行的辦法就是將原來由終端設備主控系統與讀寫器交互完成的業務處理下移至讀寫器，由讀寫器獨立完成。這一改變將伴隨如下變化：1)讀寫器的負擔加重，而終端設備主控系統的負擔減輕，因此，必須提高讀寫器的硬件配置甚至更換讀寫器，同時設備主控系統的硬件配置可以適當降低;2)修改讀寫器軟件和設備主控軟件;3)有可能的話，在讀寫器上加載軟件操作系統。

　　4.5 設備功能變化

　　變化原因：應用需求改變。例如：

　　a.由于城市缺少流通硬幣，以及運營希望減少工作強度，運營商提出自動售票機要增加紙幣找零功能，甚至紙幣循環找零功能;

　　b.由于假幣的泛濫，運營商提出售票機提升紙幣識別和硬幣識別的準確性(安全需求)，導致更換識別器，或增加輔助識別裝置(如硬幣圖像識別等);

　　c.由于政府規定1.1米以下的兒童免費乘坐公共交通，自動檢票機要增加乘客高度檢測功能;等等。

　　為實現上述變化將要展開研發、改造和替換工作。

　　4.6 系統性能變化

　　變化原因：運營商管理精細化要求。例如：

　　a.數據審計、稽核要求提高;

　　b.交易容錯及數據恢復功能需求;

　　c.單邊交易跟蹤;

　　d.車票流失跟蹤;

　　e.網絡化運營情況下出行路徑的精確判斷;等等。

　　為實現上述變化將要展開軟件設計、開發和升級工作。

　　4.7 支付工具變化

　　變化原因：

　　隨著技術和經濟的發展和人們消費支付方式的進步，新的支付工具將不斷出現和被消費者所接受，這必將導致自動售檢票系統出現革命性的變化。

　　為實現上述變化，將展開全局性的改造、升級和替換工作。

　　5.對城市軌道交通設計、建設部門的啟示

　　城市軌道交通自動售檢票系統在生命周期內的技術改變是不可避免的，而且可能會發生重大改變和關乎全局的改變，導致這些改變的因素是多種多樣的，有些是建設、運營商為了自身的利益而主動提出的;也有些是外部因素影響導致，而運營商必須被動接受。

　　無論是哪種情況引起的改變，對系統運營的影響都是不可小視的。如何減少這些變化對地鐵正常運營的影響，以及如何以最小的成本來實現這些變化，這是軌道交通自動售檢票行業領域目前所面臨的重要課題。

　　因此我們有必要在項目建設初期，在需求提出和初步設計的階段，站在更高的高度上來考慮系統需求，以發展的眼光來確定系統需求和系統技術規格，充分地考慮系統的可擴展性、硬件的伸縮性、軟件的開放性和技術的標準化，以適應未來的變化。