城市轨道交通AFC系统装备国产化综述
字号：T|T 时间：2009/12/16 0:00:00 来源：深圳市计算机用户协会 点击率：4063
摘 要：轨道交通自动售检票（AFC）系统国产化是城市轨道交通重大技术装备国产化的重要组成部分，本文以深圳地铁一期工程AFC系统国产化的背景与实践为例，介绍城市轨道交通AFC系统及装备国产化的实施过程，总结AFC系统国产化的经验，以期能对我国城市轨道交通装备国产化工作的深化有所参考和帮助。
关键词：城市轨道交通 自动售检票（AFC）系统 国产化 深圳地铁
1．引言
随着我国社会经济的持续发展和城市化的推进，从改善城市交通状况、促进城市协调发展的目的出发，在我国的北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、武汉等大城市分别建设了城市轨道交通线，进入到二十一世纪，国内的许多大中城市如沈阳、成都、杭州、西安等城市的轨道交通也相继开始建设。
城市轨道交通是社会效益、经济效益和环境效益都十分显著的城市公共交通运输设施。目前我国的城市轨道交通正处于发展的关键时期，能不能进入发展的快车道关键在于投资，许多城市的轨道交通建设落后于城市发展和市政规划，不能适时启动项目建设的原因主要是造价过高（上海、广州早期的地铁造价每公里达6～7亿元），1995年国务院曾发文（国办60 号文件），暂停了城市轨道交通项目的审批，原因就是因为项目投资太大。由此可见，发展我国城市轨道交通的关键在于降低项目建设成本，而通过实施装备国产化无疑是降低城市轨道交通项目建设成本的最有效手段。
为引导城市轨道交通的良性发展，1998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性文件，以指导国内城市轨道交通建设。几年来，在有关各方的共同努力下，我国城市轨道交通装备系统国产化工作有了突破性的进展，取得了阶段性的成果，从而也大大降低了项目建设投资和系统运营成本，同时扶持了相关民族工业的发展、拉动了内需，为我国城市轨道交通的良性发展奠定了坚实的基础。
深圳市现代计算机有限公司（简称MCM）是最早整体承接城市轨道交通AFC建设项目的国内企业，也是最早进行AFC装备国产化的企业，通过实施深圳地铁AFC系统、重庆轨道交通AFC系统建设项目，以及武汉轨道交通AFC设备的供货，在轨道交通AFC系统设备国产化方面积累了一些经验，供大家分享。
2．深圳地铁AFC系统的国产化背景
深圳地铁一期工程项目于1998年经国务院批准，于1999年开工建设，2004年12月正式开通运营。一期工程全长21公里，包括地铁1号线东段15个车站和4号线南段5个车站，换乘站1个。共计10大类1100余台套终端设备和全套应用软件。深圳地铁AFC系统采用IC卡作为车票，以自动售票为主，半自动售票为辅，全封闭计程、计时检票收费。作为国家轨道交通装备国产化依托工程项目，要求采用最新技术高起点建设，保证低造价、低运营维护成本，同时国产化率必须达到70%以上，作为国内轨道交通首次使用的国产化AFC系统，不能以牺牲系统性能和可靠性为代价。
当时的背景情况：没有行业技术标准，国外技术封闭，以IC卡作为车票的AFC系统没有先例，车票处理模块必须要自主开发，国外AFC系统及设备造价高、维护成本高、各厂家的系统互不兼容，国内厂商刚刚开始介入该领域，尚没有厂商能够提供产品和服务。
通过考察调研，1999年MCM提出了以深圳地铁一期工程AFC系统建设为依托，筹集资金，组织技术人员进行全套系统及终端设备的自主研发，同年，国家计委将MCM的AFC系统及其终端设备国产化项目列入了国家装备产业化示范项目，并确定了在MCM建立“地铁售检票AFC系统及其终端设备国产化基地”，并给予了部分的资金支持。
轨道交通AFC系统是一个技术综合（涉及计算机、网络、通讯、自动控制、智能卡、大型数据库、光机电一体化、模式识别、精密机械等），可靠性（涉及运营收益，与乘客直接打交道）和扩展性（收费政策变化、票种不断增加，路网需要互联，并要与城市一卡通系统互联互通）要求极高的复杂系统，而且设备种类繁多。当时国外也只有少数几家厂商能够提供AFC产品和服务，能够提供全套AFC产品的厂商几乎没有，而且所采用的技术（如磁卡技术、计算机网络技术、通信技术、控制技术和软件技术）均已落后。
3．深圳地铁一期AFC系统的国产化实施过程
1)考察、调研
为了确保国产化不以牺牲系统的性能和可靠性为代价，制定科学、合理、符合实际的国产化方案至关重要，通过广泛地考察、调研是制定科学、合理的国产化方案的基础。
1999～2000年的两年期间，我们先后考察和调研了包括英国、法国、德国、意大利、美国、澳大利亚、日本、韩国、新加坡、香港等城市的轨道交通AFC系统的技术和运营情况以及相关的AFC系统及设备供货商，对轨道交通AFC系统的技术（包括系统核心技术和制造技术）、项目建设过程进行了深入的了解，并聘请了香港地铁的AFC技术及运营专家，进行了广泛的技术交流，对AFC系统进行了全面、彻底地分析和研究。
2)国产化方案确定
根据考察、分析并结合当时国内的基础和条件，明确了国产化的内容和步骤，由此确定了我们的国产化方案：
a)明确AFC系统的构成
Ø应用软件
Ø售检票终端设备
ØIC卡车票
Ø系统软件（包括操作系统和数据库）
Ø计算机、网络设备
b)确定AFC系统建设所涉及的关键技术
Ø机电一体化技术和控制技术
Ø非接触IC卡应用技术和加密认证技术
Ø数据通信和数据处理技术
Ø嵌入式软、硬件和嵌入式操作系统
Ø设备工艺、制造技术和可靠性试验
Ø系统集成技术
c)确定了国产化过程中的关键点和难点
Ø由于AFC系统是个准金融系统，因此必须保证：
ü数据在生成、处理、传输和存储过程中的完整性、准确性和一致性；
ü数据和系统的安全。
Ø终端设备的可靠性、可用性和可维护性；
Ø应用软件的可用性、可维护性和可扩展性；
Ø计算机网络、应用软件、操作系统和数据库、各种专用终端设备的总集成。
d)制定了用五年时间分阶段逐步推进的计划
3)国产化实施步骤
Ø先开发一套模拟系统（包括全套应用软件和主要的售、检票终端设备）；
Ø在模拟系统上进行功能、性能和可靠性和可用性的测试；
Ø通过总结模拟系统的开发，制定深圳地铁的AFC系统的技术规格，并在此基础上制定深圳地铁AFC系统工程的实施计划；
Ø对国内尚不能达到可靠性要求的个别部件模块进行国际采购招标。
4)分析实现AFC系统国产化存在的风险及研究规避风险的措施
Ø分阶段逐步推进
先做模拟系统，并在模拟系统上进行测试和试验，如果模拟系统失败或部分失败，则在此基础之上总结经验，重新制定研发或整改计划和方案。
Ø通过实际工程测试检验
深圳市交通一卡通系统（该系统由MCM开发承建）在2001年底开通运行，对城市轨道交通AFC应用软件（尤其票务、数据传输及处理、清算和结算、安全等方面）是一个全面的测试和试用。
5)国产化的成果
Ø自主研发了全套AFC应用软件
üACC运营管理及清算对帐软件
üLCC运营管理软件
üSC运营管理软件
ü10大类终端设备控制管理软件
ü数据通信和稽核处理软件模块
Ø自主研发了10大类整机终端设备及主要部件模块
ü自动售票机（卡式、筹码式）
ü自动售票、充值一体化机（卡式、筹码式）
ü自动充值机（卡式、筹码式）
ü半自动售票机（卡式、筹码式）
ü剪式门自动检票机（卡式、筹码式）
ü拍打门式自动检票机（卡式、筹码式）
ü三杆式自动检票机（卡式、筹码式）
ü自动验票机（卡式、筹码式）
ü手持式检、验票机（卡式、筹码式）
ü编码、分拣机（卡式、筹码式）
ü各种车票处理模块和钱箱、票箱等部件模块
MCM的AFC系统获得了国家科技部颁发的“2002年国家重点新产品”证书和“国家火炬计划项目”证书；通过了深圳市科学技术研究成果登记，软件获得了国家版权局的著作权登记证书。
在2007年国家发改委主持召开的“第三届城市轨道交通装备国产化工作会议”上，MCM被国家发改委授予了“轨道交通装备国产化先进单位”的称号。
6)国产化AFC系统的运行情况
深圳地铁一期工程AFC系统于2004年12月上线运行至今已近两年半时间，目前日均客流33万，最高日客流接近50万，整个系统运行安全、稳定、可靠，数据统计准确，完全达到了设计要求，充分地验证了国产化AFC系统的可用性。
MCM的国产化AFC系统的设计起点高，是在广泛吸取了当今世界各种AFC系统建设经验的基础上，扬长避短，博采众长，系统设计遵循了标准化的思想，强调良好的开放性，可以方便容易地进行系统扩展和升级。系统设计灵活，参数化程度高、适应性强，可以通过参数设置来满足各种运营需求，系统整体国产化率已经超过90％。
通过AFC系统的国产化，给轨道交通业主带来了明显的好处：
Ø系统建设成本降低（比同期、同规格要求的国外系统的价格低30％～50％）；
Ø符合国情，比国外产品更加适用；
Ø对于运营新业务需求能够做到快速响应，且实现成本低；
Ø零部件供给及时、成本低，长期运营有保障；
Ø能够在设备单价不变的情况下，实现零星设备增购，且供货期较短；
Ø与用户能够做到无障碍沟通，技术支持到位。
4．国产化中遇到的问题
1)标准问题
在国内外都缺乏行业标准的情况下系统如何设计，产品标准如何确定是我们在AFC系统国产化和产业化过程中遇到的首个难题。我们解决这一难题的办法是：
Ø能够局部采用标准的尽量靠近标准
Ø系统设计尽量参数化
Ø系统结构尽量模块化
2)首台套问题
Ø新开发的系统和设备如何证明其达到设计要求？
Ø如何规避工程应用风险？
Ø建议：
ü有条件的用户给厂商提供试验环境；
ü建立行业测试、认证机构。
3)国外技术移植过程中遇到“水土不服”的情况
Ø货币不同，国外产品处理人民币存在的问题；
Ø乘客使用习惯不同，国外设备和软件不适应；
Ø运营管理理念不同，国外软件功能和业务处理流程方面不适。
4)研发投入问题
Ø国产化是个长期的工作，企业需要解决持续发展的投入问题。
5)人才和知识产权问题
Ø制定人才战略
Ø注重知识产权保护
5．国产化AFC系统的特点和技术创新
深圳地铁一期工程AFC系统于2004年12月28日成功上线运行，标志着AFC系统的国产化工作取得了重大进展和突破，由于整个系统实现了国产化，改变了地铁AFC系统应用软件、系统集成和终端设备依赖进口的局面，极大地降低了建设方在AFC系统方面的投资和系统运营的维护成本；实现了国外先进技术的有效移植；推动了民族产业的发展；为企业和社会培养了一批AFC行业的专业技术人员和业务专家；对行业领域的技术进步及业务发展起到了积极的推动作用。MCM自主研发的AFC系统具有以下特点和技术创新：
1)本系统是国家发改委的国产化示范工程，完全由国内厂商承建，专用售检票终端设备和全套应用软件全部自主开发，是国内第一套完全拥有自主知识产权的系统。获得了四项发明专利和多项实用新型及外观专利。
2)本系统采用非接触IC卡作为车票，多项性能指标超过了国外流行的以磁卡作为车票的系统。
3)为了满足不同票卡制式的应用需求，自主设计研发了筹码和卡式两种制式单程票的处理模块，能够满足各种用户需求。
4)针对非接触IC卡收费系统存在的读写卡方便但随意性大的特点，采取了特殊的数据冗余纠错技术，确保了交易数据和帐务数据的准确。
5)与国外同类系统相比，更符合中国国情和更加实用，并在技术先进性、功能实用性、系统可用性、数据准确性和应用安全性等方面全达到了国际先进水平。
6)采用流数据处理技术，在线分析AFC系统的数据准确性和设备可靠性，实现系统及设备的高准确性和高可靠性。
7)针对由于国外乘客与国内乘客的素质、习惯不同而导致的国外闸机通行识别算法不适应国内应用要求的情况，通过采用神经网络和时空相关技术，自主研发门式闸机的机芯及乘客通行识别算法，可以准确识别间距小于200mm的跟随或尾随乘客，满足大客流下的自动检票。
8)系统设计灵活、参数化程度高，适应性强，可以容易地通过参数设置来满足各种运营需求（灵活的票种、票价设置和优惠模式等）。
9) 详细研究了ACC清分清算规则，提出了ACC清分清算模块及清分平衡公式，同时根据乘客的乘车信息和地铁运营信息，提出了基于频谱的多路径清分理论，有效地解决了路网运营中多路径情况下乘客的实际乘车路径的判别这一世界难题，实现了公平、公正的多路径运费清分。
6．结束语
国产化的轨道交通AFC系统经过二年多的实际运营表明：国内企业完全有能力研发、制造和建设成套AFC系统。由国内企业研发的AFC系统和设备在功能的完备性、数据的准确性、安全性、可靠性、稳定性、先进性、适可维护性和可扩展性方面已经达到了国外同期产品的水平，已经能够满足用户需求，而在系统的可用性方面已经超越了国外产品，并且，在以IC卡作为车票的AFC装备方面，中国已经走在了世界的前面，目前许多国内城市轨道交通用户已经把关注的目光集中到国内企业，因为他们同样能够提供世界一流的AFC产品，而在本地化服务方面，国内企业更会显示出其天然的优势。
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