城市轨道交通自动售检票系统物联网技术应用研究.docx

城市轨道交通自动售检票系统物联网技术应用研究 李道全 （北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037） 摘要：随着技术的不断发展和运营需求的增加，城市轨道交通实现物联网已不是远景而是现实。现以实践经历为范例，根据工作经验和心得体会，介绍自动售检票系统终端设备中储票箱、废票箱、储钞箱、硬币补充箱、硬币找零箱、纸币补充箱和纸币找零箱等物联网技术应用情况，对后续新线路的建设和研究具有重要的指导意义和参考价值。 关键词 ：轨道交通；自动售检票系统；物联网技术；应用 0引言 城市轨道交通自动售检票系统（以下简称AFC系统）架构体系包括：轨道交通清算管理中心、线路中心计算机系统、车站计算机系统、车站终端设备、非接触式IC卡车票［1］。AFC系统是以先进的集成技术、信息处理技术、自动控制技术、IC卡技术及安全保密技术为基础的轨道交通自动收费系统，其车站终端设备中配置了储票箱、废票箱、储钞箱、硬币补充箱、硬币找零箱、纸币补充箱和纸币找零箱，储票箱满足票卡发行需求［2］，钱箱满足购票需求。 AFC系统票箱、钱箱信息主要包括如下内容： （1） 储票箱信息包括储票箱ID、票箱内车票张数、车票编号等内容； （2） 废票箱信息包括废票箱ID、废票箱内车票张数、车票编号等内容； （3） 储钞箱信息包括钱箱ID、钱箱内钱数量、各种纸币张数及数量等内容； （4） 硬币补充箱信息包括钱箱ID、钱箱内钱数量、各种硬币枚数及数量等内容； （5） 硬币找零箱信息包括钱箱ID、钱箱内钱数量、各种硬币枚数及数量等内容； （6） 纸币补充箱信息包括钱箱ID、钱箱内钱数量、各种纸币张数及数量等内容； （7） 纸币找零箱信息包括钱箱ID、钱箱内钱数量、各种纸币张数及数量等内容。为满足运营需求，可通过设置电子标签、设置存储单元两种方式来获取上述票箱、钱箱内的信息。 1设置电子标签 1.1信息传递方案 电子标签，又叫智能标签，是物联网技术应用之一。电子标签采用小型天线的非接触式IC卡，其核心是采用了RFID射频识别技术、存储容量较小的芯片，具有智能读写及加密通信的能力。电子标签作为数据载体，能起到标识识别、产品跟踪、信息采集的作用。从全球角度来看，电子标签已经在广泛的领域内得以应用。 RFID系统在AFC系统中的应用就是将电子标签的IC芯片和无线天线嵌入设备表面，电子标签中存储有符合相关格式要求的电子数据。读卡器［3］可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动读取RFID中所存储信息的目的。信息传递方式如图1所示。 1.2系统结构 一个完整、典型的RFID系统通常由下面4个模块组成：标  注：（1） 读卡器通过天线发送出一定频率的射频信号；（2） 当标签进入磁场时，就产生感应电流从而获得能量；（3） 发送出自身存储的信息；（4） 读卡器读取并解码后送至计算机系统进行相关流程处理。 签、读卡器、RFID中间件、应用程序接口（API）。各模块间的关系如图2所示。  1.2.1标签 标签由天线和芯片组成，天线在标签和读卡器间传递射频信号，芯片里面保存每个标签具有的唯一电子编码和用户数据。每个标签都有一个全球唯一的ID号码——用户号码（UID），UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改；用户数据区是供用户存放数据的，可以进行读写、覆盖、增加的操作。 1.2.2读卡器 读卡器是读取（或写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。读卡器对标签的操作有三类： （1） 识别：读取UID； （2） 读取：读取用户数据； （3） 写入：写入用户数据。 1.2.3RFID中间件 RFID中间件是将底层RFID硬件和上层应用操作终端结合在一起的粘合剂。虽然原则上中间件是横向的软件技术，但在RFID系统中，为使其更适用于AFC系统收费领域，可要求RFID中间件针对AFC系统收费领域进行设计。 在RFID系统这种具体情况下，中间件除通常的功能外还有以下特定功能： （1） 使阅读/写入更加可靠； （2） 把数据通过读卡器网络推或拉到正确位置（类似路由器功能）； （3） 监测和控制读卡器； （4） 提供安全读/写操作； （5） 降低射频干扰； （6） 处理标签型和读卡器型事件； （7） 应用通知； （8） 接收并且转发来自应用的中断指令； （9） 给用户提供异常告警。 1.3终端设备上的RFID技术实现方案 AFC系统中的自动售票机（TVM）、半自动售票机（BOM）、自动检票机（AG）的票箱（含废票箱）具有物理规格相同、使用功能相同的特点，承担在车站内票卡循环使用甚至线路内票卡循环使用的作用；此外，TVM中的钱箱（包括纸币钱箱和硬币钱箱）都利用RFID技术进行编号管理，与车站计算机系统（SC）中的现金管理、收益管理等功能共同发挥重要的作用。在维修管理系统中，AFC设备中的重要部件也可以利用RFID的电子标签实现部件编号管理，有助于提高设备维护的效率。 1.3.1RFID读卡器设置方案 在TVM、BOM、AG中都可安装RFID读写器，用于识别安装于这些设备中票箱和钱箱编号，并将相应的票卡编号、交易时间等信息与票箱、钱箱进行关联管理。RFID读卡器安装数量可根据设备中票箱、钱箱的数量而确定，AG中票箱RFID读卡器安装位置示意图如图3所示。  RFID读卡器可通过RS232与设备的主控单元相连，同时可接受主控单元的指令和控制，如图4所示。  综上，在储票箱（或废票箱、纸币钱箱、硬币钱箱）上安装RFID作为储票箱（或废票箱、纸币钱箱、硬币钱箱）的电子ID，并将储票箱内存放的车票张数、每张车票的编号（或钱箱内钱数量、各种纸币张数及数量，或钱箱内钱数量、各种硬币枚数及数量）存放在RFID上，在车站票务室安装读取RFID的读写器以读取RFID上存储的信息。这种方案除需在每个储票箱（或废票箱、纸币钱箱、硬币钱箱）上安装一个RFID外，还需在TVM、BOM及AG上安装一个RFID读写器，以对RFID进行读写。 1.3.2信息获取方案 在AFC系统中收益管理是指涉及票箱、钱箱更换，售票操作人员现金业务等方面的管理，目的是实现AFC系统内票卡、现金、账务的安全、正确使用和管理。收益管理中具体业务操作有以下几类： （1） 自动售票机补充找零硬币； （2） 自动售票机钱箱更换； （3） 自动售票机钱箱清点； （4） 自动售票机票箱更换； （5） 自动售票机班次报告； （6） 自动售票机班次审核； （7） 半自动售票机班次核算； （8） 预赋值车票处理； （9） 自动检票机票箱更换。 在这些业务操作中，自动售票机补充找零硬币、自动售票机钱箱更换、自动售票机钱箱清点、自动售票机票箱更换、半自动售票机班次核算、TVM及AG票箱更换，可以充分利用RFID电子标签，将票箱、钱箱编号，票箱中的票卡数量，钱箱中的纸币张数、硬币枚数，连接于票务室工作站的读写器，RFID读卡器通过天线发送一定频率的射频信号，当设备上嵌入的标签进入磁场时，就产生感应电流从而获得能量，以发送自身存储的信息，被读卡器读取并解码后送至计算机系统进行相关流程处理。 通常读卡器在读取标签时给计算机系统传递三种信息：标签ID内容、读卡器自己的ID内容和读取标签的时间。通过获取这个读卡器中的信息，就可掌握票箱、钱箱上标签中的信息以及它是什么产品，然后根据时间数据跟踪标签，即可随时随地了解票卡、钱箱及票箱等的信息，再与人工清点数目、系统交易数据统计数目进行核对比较，能有效提高票卡、现金的管理应用安全和管理效率。 2设置存储单元 2.1存储单元设置方案 储票箱（包括废票箱）上安装有一个存储单元，用于存放票箱电子ID、票箱内车票张数、车票编号等信息，通过车票回收单元（TCU）或车票发售单元（TIM）模块与设备主控单元进行通信。设备主控单元通过串口与TCU或TIM模块通信以存取储票箱（包括废票箱）上存储单元中数据。 纸币钱箱上安装有一个存储单元，用于存放纸币钱箱电子ID、