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摘 要：本文主要介绍了城市轨道交通中央清分系统的建设意义和国内外清分现状，提出了中央清分系统的软件架构模型和各模块主要功能，并对清分规则和清分系统安全认证进行了简要阐述。
关键词：轨道交通；清分系统；软件架构模型
1. 建设轨道交通中央清分系统的意义
随着我国城市化建设步伐的加快，城市人口和建设规模的扩大对城市交通带来的压力越来越大。轨道交通作为缓解城市交通压力的手段之一，正越来越多地被国际国内的大中型城市所采用。
然而，轨道交通项目造价高、投资大、工期长，因此整个城市轨道交通路网的建设通常会以渐进的形式由不同的投资主体投资兴建，这就必然涉及到多个投资方、建设方和运营方。随着路网规模的不断扩大，线路之间的耦合度会越来越高，跨越不同营运线路的乘车情况也会随之出现。此外，公交一卡通或城市通卡在轨道交通内的使用也越来越广泛，这些都使得各运营线路之间、各运营公司之间以及轨道交通与外部系统（城市通卡及银联等） 之间产生收益清分的需求。因此，研究、开发和建立一个相应的轨道交通中央清分系统显得尤为重要，它能够在保证整个轨道交通系统一体化运营的同时，公平、公正地维持各运营商的利益，从而确保整个轨道交通系统的可持续发展。
2. 国内外清分的现状
目前，国内外很多大城市已经形成了比较完善的城市轨道交通网络，一些具有代表性的城市的轨道交通清分情况如下：
1.上海各线路之间的票务收益清分由专职成立的轨道交通票务清分中心负责，采用最短路径法清分。
2. 广州地铁线路同属于广州地铁公司，各线路之间的票务收益采用广义路径最短清分原则进行清分。
3.香港现有地铁线路同属于香港地铁公司，各线路之间的票务收益不进行清分。
4.新加坡分属于不同公司线路之间的票务收益由易通卡公司实行清分，采用的清分方法属于最短路径法。
5.东京在市内轨道交通的换乘大部分是出站换乘，不存在清分的问题。
3. 中央清分系统的软件架构
轨道交通中央清分系统是实现轨道交通多线路之间无障碍换乘，在运营主体多元化条件下实现车票发行、联网收费、票务清算、自动检售票系统统一管理的计算机系统[1]。其主要功能包括：实现轨道交通路网内各运营商的统一协调系统运行，根据运营数据进行全路网各线路及各车站实时客流、断面客流等信息的汇总统计、实时分析；统一进行所有票卡的采购、制作、初始化， 过期票卡的回收注销， 以及各运营线路间的票卡调拨；实现轨道交通系统与一卡通系统间的清算、对帐，实现各线路间一票通的清分、对帐以及数据处理；确保路网自动售检票系统的安全性， 以密码机制、身份认证、存取控制、加密解密系统、防病毒工具等技术， 实现数据的保密性、完整性和可用性；实现轨道交通系统对外的信息服务等。
清分系统软件架构模型如下图：
清分系统软件构架模型示意图
1）联机交换平台：负责与外界进行通信，它接收来自线路中央的所有交易记录数据，经分类分级预处理后存放在数据库中，或者直接应用于监控系统。同时，将来自运营参数管理和清分批处理子系统的运营参数、对账信息、清分结算信息等下发给各个线路中央计算机系统。该平台能接受并妥善处理数据风暴的冲击，能实现系统的柔性扩展。
2）清分算法：提供换乘票款清分比例、OD客流规则和费率生成方法，负责形成一套关于跨线换乘票款清分的规则，存放在票务清分系统的管理数据库中，供清分批处理子系统使用。
3）清分批处理：实时流式处理汇集的票务交易记录，经清分、清算和统计累加后采用批处理方式导入分层数据库。在此基础上生成各线路的对账数据、财务结算数据和业务报表数据等，通过联机交换平台下发给各线路中央计算机系统。在实时流式处理过程中，使用清分算法子系统生成的清分规则。
4）运营参数管理：实现整个路网的运营参数的管理和发布、整个系统的基础信息的维护以及清分系统运行状况和业务信息的监控。
5）票卡发行与管理：实现票卡的发行和流通管理，具备票卡初始化、编码、分拣、库存管理、成品票卡调度、个性化卡的发行、黑名单管理和密钥管理等功能。
6）业务管理：通过定制界面提供各种信息的查询功能，实现对各种运营、收益数据的统计，生成各类报表，供业务管理人员使用，为清分中心业务部门提供监督依据。
7）系统管理：提供各种监控和操作界面，为全系统提供公共的系统管理平台。其管理对象包括了网络、主机系统、存储系统、数据库等。提供主机系统管理、数据库管理、网络管理、数据备份与恢复、安全管理和防病毒管理等功能，使系统管理人员实时了解清分系统的运行状况，从维护系统运行的角度来控制和管理清分系统。
8）决策支持：使用数据仓库技术，从基本的交易数据和各种业务数据中挖掘数据间的各种关联、连续和分类等潜在规则，实现客流数据分析和预报以及寄存器数据审计等功能。
4. 清分规则
所谓清分，就是把服务接受者（包括乘客、票卡等运营对象和收益，是利益的贡献者，即系统的清分对象）所上缴的全部收益，按照各服务提供者 （包括车、站、线、运营分部等运营实体，是利益的分配者，即利益的分配主体）的贡献进行有效的利益分配。
清分规则是指交易费用在不同的实体进行分配的规则，是中央清分系统进行交易清分的依据，有三种类型：协商清分、精确清分和近似清分。所谓协商清分就是运营商根据自己线路的运营里程、线路走向、客流规模、投资情况等因素相互协商，以确定不同线路间清分比例，据此进行分账。精确清分是指根据乘客的实际乘坐路线，按涉及的各条线所占的里程比例进行收益划分的方法。近似清分是指通过分析乘客对乘坐路径的选择情况，采用合适的概率分布函数计算各有效路径的选择概率，将此概率作为相应的权值来对收益进行划分。
近似清分是最符合当前实际情况的一种清分方式，能够更加客观、准确地反映实际情况，能够体现较高的公平性和合理性。
5. 清分系统安全认证
清分系统需要保证票卡信息安全和交易数据的安全。票卡安全通过密钥体系进行保证，交易数据安全通过通讯过程中的报文信息认证码校验和交易记录的交易认证码校验进行保证。
信息认证码应用于联机通讯过程中，目的在于保证通讯报文在网络传输过程中的完整性和一致性，防止异常和人为篡改。其应用流程为：数据发送方根据交易数据计算信息认证码，作为通讯报文的一部分参与发送，接收方接收报文，对交易数据计算、验证信息认证码。
交易认证码应用于票卡交易记录，目的在于保证每笔票卡交易的真实性和完整性，防止异常和数据伪造。其应用流程为：票卡进行交易时，由终端设备记录交易信息，并由安全存取模块卡计算交易认证码，组成交易记录。交易记录通过车站计算机系统、线路中央计算机系统传送到清分中心。清分中心对每一笔交易记录，将交易信息送入加密机，由加密机判定交易认证码正确性。
6. 结论
目前，我国很多大城市已经实现了轨道交通的多线路多运营商的运营体系。在无障碍换乘的运营模式下，轨道交通清分中心要为所有轨道交通线路及运营商提供准确、及时的票务清分服务。票款收入的清分不但能协调相关各方利益，而且有利于激励运营商提高服务绩效水平，是轨道交通持续发展的重要基础。同时，清分系统产生的基础数据可以显示换乘站点客流分布等情况，为科学设置参数优化清分以及制订更加合理的运营管理措施提供依据。
关键词：轨道交通；清分系统；软件架构模型
1. 建设轨道交通中央清分系统的意义
随着我国城市化建设步伐的加快，城市人口和建设规模的扩大对城市交通带来的压力越来越大。轨道交通作为缓解城市交通压力的手段之一，正越来越多地被国际国内的大中型城市所采用。
然而，轨道交通项目造价高、投资大、工期长，因此整个城市轨道交通路网的建设通常会以渐进的形式由不同的投资主体投资兴建，这就必然涉及到多个投资方、建设方和运营方。随着路网规模的不断扩大，线路之间的耦合度会越来越高，跨越不同营运线路的乘车情况也会随之出现。此外，公交一卡通或城市通卡在轨道交通内的使用也越来越广泛，这些都使得各运营线路之间、各运营公司之间以及轨道交通与外部系统（城市通卡及银联等） 之间产生收益清分的需求。因此，研究、开发和建立一个相应的轨道交通中央清分系统显得尤为重要，它能够在保证整个轨道交通系统一体化运营的同时，公平、公正地维持各运营商的利益，从而确保整个轨道交通系统的可持续发展。
2. 国内外清分的现状
目前，国内外很多大城市已经形成了比较完善的城市轨道交通网络，一些具有代表性的城市的轨道交通清分情况如下：
1.上海各线路之间的票务收益清分由专职成立的轨道交通票务清分中心负责，采用最短路径法清分。
2. 广州地铁线路同属于广州地铁公司，各线路之间的票务收益采用广义路径最短清分原则进行清分。
3.香港现有地铁线路同属于香港地铁公司，各线路之间的票务收益不进行清分。
4.新加坡分属于不同公司线路之间的票务收益由易通卡公司实行清分，采用的清分方法属于最短路径法。
5.东京在市内轨道交通的换乘大部分是出站换乘，不存在清分的问题。
3. 中央清分系统的软件架构
轨道交通中央清分系统是实现轨道交通多线路之间无障碍换乘，在运营主体多元化条件下实现车票发行、联网收费、票务清算、自动检售票系统统一管理的计算机系统[1]。其主要功能包括：实现轨道交通路网内各运营商的统一协调系统运行，根据运营数据进行全路网各线路及各车站实时客流、断面客流等信息的汇总统计、实时分析；统一进行所有票卡的采购、制作、初始化， 过期票卡的回收注销， 以及各运营线路间的票卡调拨；实现轨道交通系统与一卡通系统间的清算、对帐，实现各线路间一票通的清分、对帐以及数据处理；确保路网自动售检票系统的安全性， 以密码机制、身份认证、存取控制、加密解密系统、防病毒工具等技术， 实现数据的保密性、完整性和可用性；实现轨道交通系统对外的信息服务等。
清分系统软件架构模型如下图：
清分系统软件构架模型示意图
1）联机交换平台：负责与外界进行通信，它接收来自线路中央的所有交易记录数据，经分类分级预处理后存放在数据库中，或者直接应用于监控系统。同时，将来自运营参数管理和清分批处理子系统的运营参数、对账信息、清分结算信息等下发给各个线路中央计算机系统。该平台能接受并妥善处理数据风暴的冲击，能实现系统的柔性扩展。
2）清分算法：提供换乘票款清分比例、OD客流规则和费率生成方法，负责形成一套关于跨线换乘票款清分的规则，存放在票务清分系统的管理数据库中，供清分批处理子系统使用。
3）清分批处理：实时流式处理汇集的票务交易记录，经清分、清算和统计累加后采用批处理方式导入分层数据库。在此基础上生成各线路的对账数据、财务结算数据和业务报表数据等，通过联机交换平台下发给各线路中央计算机系统。在实时流式处理过程中，使用清分算法子系统生成的清分规则。
4）运营参数管理：实现整个路网的运营参数的管理和发布、整个系统的基础信息的维护以及清分系统运行状况和业务信息的监控。
5）票卡发行与管理：实现票卡的发行和流通管理，具备票卡初始化、编码、分拣、库存管理、成品票卡调度、个性化卡的发行、黑名单管理和密钥管理等功能。
6）业务管理：通过定制界面提供各种信息的查询功能，实现对各种运营、收益数据的统计，生成各类报表，供业务管理人员使用，为清分中心业务部门提供监督依据。
7）系统管理：提供各种监控和操作界面，为全系统提供公共的系统管理平台。其管理对象包括了网络、主机系统、存储系统、数据库等。提供主机系统管理、数据库管理、网络管理、数据备份与恢复、安全管理和防病毒管理等功能，使系统管理人员实时了解清分系统的运行状况，从维护系统运行的角度来控制和管理清分系统。
8）决策支持：使用数据仓库技术，从基本的交易数据和各种业务数据中挖掘数据间的各种关联、连续和分类等潜在规则，实现客流数据分析和预报以及寄存器数据审计等功能。
4. 清分规则
所谓清分，就是把服务接受者（包括乘客、票卡等运营对象和收益，是利益的贡献者，即系统的清分对象）所上缴的全部收益，按照各服务提供者 （包括车、站、线、运营分部等运营实体，是利益的分配者，即利益的分配主体）的贡献进行有效的利益分配。
清分规则是指交易费用在不同的实体进行分配的规则，是中央清分系统进行交易清分的依据，有三种类型：协商清分、精确清分和近似清分。所谓协商清分就是运营商根据自己线路的运营里程、线路走向、客流规模、投资情况等因素相互协商，以确定不同线路间清分比例，据此进行分账。精确清分是指根据乘客的实际乘坐路线，按涉及的各条线所占的里程比例进行收益划分的方法。近似清分是指通过分析乘客对乘坐路径的选择情况，采用合适的概率分布函数计算各有效路径的选择概率，将此概率作为相应的权值来对收益进行划分。
近似清分是最符合当前实际情况的一种清分方式，能够更加客观、准确地反映实际情况，能够体现较高的公平性和合理性。
5. 清分系统安全认证
清分系统需要保证票卡信息安全和交易数据的安全。票卡安全通过密钥体系进行保证，交易数据安全通过通讯过程中的报文信息认证码校验和交易记录的交易认证码校验进行保证。
信息认证码应用于联机通讯过程中，目的在于保证通讯报文在网络传输过程中的完整性和一致性，防止异常和人为篡改。其应用流程为：数据发送方根据交易数据计算信息认证码，作为通讯报文的一部分参与发送，接收方接收报文，对交易数据计算、验证信息认证码。
交易认证码应用于票卡交易记录，目的在于保证每笔票卡交易的真实性和完整性，防止异常和数据伪造。其应用流程为：票卡进行交易时，由终端设备记录交易信息，并由安全存取模块卡计算交易认证码，组成交易记录。交易记录通过车站计算机系统、线路中央计算机系统传送到清分中心。清分中心对每一笔交易记录，将交易信息送入加密机，由加密机判定交易认证码正确性。
6. 结论
目前，我国很多大城市已经实现了轨道交通的多线路多运营商的运营体系。在无障碍换乘的运营模式下，轨道交通清分中心要为所有轨道交通线路及运营商提供准确、及时的票务清分服务。票款收入的清分不但能协调相关各方利益，而且有利于激励运营商提高服务绩效水平，是轨道交通持续发展的重要基础。同时，清分系统产生的基础数据可以显示换乘站点客流分布等情况，为科学设置参数优化清分以及制订更加合理的运营管理措施提供依据。