论文部分内容阅读
摘 要：机电一体化技术，顾名思义，是一项将机械技术和电子技术结合应用的综合性技术，随着近年来以计算机技术为首的信息技术的迅速发展，机电一体化技术不断与其融合发展，在各行各业中得到了越来越广泛的应用，轨道交通AFC系统正是在这种技术的基础上发展应用而来，随着城市交通的不断发展，得到了广泛的应用。本文首先对轨道交通AFC系统的发展和应用进行了简要的介绍，而后对其各部分的组成、功能以及机电一体化技术在其中的应用进行了重点的分析和阐述。
关键词：机电一体化；轨道交通AFC系统；系统结构
1 引言
自动售检票系统（AFC）是基于计算机、通信、自动控制等技术，自动实现轨道交通的售票、检票、收费和管理等全过程的技术。其设计目标就是要建立一个以磁卡或非接触性IC卡为载体的安全可靠、良好保密性的自动售检票系统。
国外的AFC系统发展于上个世纪70年代，最初采用磁卡票方式，但使用过程不方便而且维修费用高。20世纪90年代，出现了非接触式IC卡AFC系统，应用条件得到很大改善。目前，AFC技术的发展已经比较成熟，在轨道交通系统中得到比较广泛地应用。由于系统复杂、技术含量高，国内生产公司水平还比较有限，先进技术还是被掌握在日本、美国、韩国等先进国家手中。
2 轨道AFC系统的结构组成与分析
按照各部分要实现的功能，可以讲AFC系统分为以下五个部分进行分析：
图1 轨道AFC系统组成示意图
2.1车票部分
AFC系统所使用的车票乘客所使用的支付载体，目前大都使用集成电路卡。按照不同的需要，车票可以被封装成筹码、卡片或者其他的形式。按照不同的支付模式，车票也可以分为一卡通、储值票、单程票或者手机钱包等模式。
这一部分所用到的机电一体化技术主要有集成电路技术、磁性车票的信息加密等技术。
（1）集成电路技术
以非接触式IC卡为例，其由IC芯片和感应天线等组成，封装在一个标准PVC卡片内部，天线及芯片没有任何外漏部分。射频读写器给IC卡发出一组频率固定的电磁波，通过其内部的LC谐振电路产生谐振，从而使电容内积累电荷进而产生电压，并以此为电源将卡内数据发射出去或者接受读写器的数据，进而完成车票的信息改写。
（2）磁性车票信息加密技术
检票机内的读卡器读取车票信息后，先对信息进行解密，判断车票合法与否，这一过程在0.5秒内完成，既要满足磁道信息的安全性，还要防止磁道的加密信息被外界破解。为满足检票机对速度和安全的要求，在检票过程中使用特殊的密码处理机制和专有的加密解密算法，以确保检验车票时的的安全性和时效性。
2.2车站终端设备部分
车站终端的设备是指车站用于进行车票的发售、车票的进出站检票、车票的充值及验票分析等交易处理的终端的设备。车站的终端设备主要包括自动、半自动售票机和自动检票机等设备。
检票机的控制技术是这一部分关键的应用技术。
自动检票机内部控制原理如下图所示：
图2 自动检票机控制原理示意图
检票机上的部件如磁读写器、闸门、显示器、电源、报警器等需要被闸机内的工程控制系统协调统一工作，才能完成检票的任务。为了解决好这种协调关系，在设计闸机内部的部件接口、检票系统的可靠性、检票的工作流程时，对系统的内核进行有效的裁剪，采用硬件实时和软件实时任务处理机制，配合管理内存、同步时钟等，以完成对硬件的精准度的控制。
2.3车站计算机部分
该部分是利用计算机管理车站的运行、客流统计、票务等流程，主要包括服务器、网络设备、不间断电源等设备。
车站计算机部分的功能包括：接受中央计算机部分下传的相关运行数据，并通过相关线路传递给车站终端设备部分；实时监控终端设备的运行状况；采集终端设备原始数据并上传给中央计算机部分；接收中央计算机下传的需要更新的软件信息并传递给终端设备进行软件更新等。
2.4中央计算机线路部分
该部分是指负责管理控制轨道的交通线路的AFC计算机系统。
中央计算机部分的功能包括：接受和发送清分系统部分下传的交易数据、运行参数、票价表、黑名单等；接受并处理由车站计算机部分上传的原始运行数据、各种设备的运行数据，并将数据上传给清分系统部分；生成多种分析报表；设置和更新系统中的相关数据和同步时钟等。
2.5清分系统部分
清分系统部分即中央计算机综合部分，是管理和发行轨道交通车票，结算不同线路的票款，并具有与“一卡通”进行清算功能的系统。
该系统利用计算机处理系统和相应的硬件设备、网络设备、车票编码机等设备，在计算机处理系统的协调统一下，以实现一下功能：设置并下发运行参数、票价表、交易数据、黑名单等信息；向城市公交清分系统传递原始的交易数据；管理系统时钟的同步、系统密钥；处理线路中央计算机上传的数据；自动备份和恢复系统及数据；更新和设置系统中的参数；对发行的车票初始化、编码和管理等。
3 结束语
AFC系统是为了取代票务人员繁重的售检票工作，以实现售检票工作的自动化。AFC系统中不仅用到了机电一体化技术，而且随着人工智能技术的不断发展，计算机技术、模块识别控制技术等也被越来越多的使用到。通过对数据的挖掘和分析，AFC系统大大降低了决策部门出现决策失误的风险，进而也大大提高了城市轨道交通体系的管理经营水平。
参考文献
[1] 何铁军，宋亚娜，王健，毛建，张宁. AFC业务内置型读写器研究与应用[J]. 都市快轨交通. 2011（01）
[2] 张晓军，徐文，张宁，何铁军. 网络化城市轨道交通AFC系统票务流转分析[J]. 都市快轨交通. 2011（01）
[3] 罗煌. 自动售检票系统设备模块软件接口标准建设[J]. 都市快轨交通. 2014（03）
[4] 欧阳昭. 浅谈机电一体化技术专业的核心技能[J]. 价值工程. 2014（22）
[5] 李江，虞婷婷. 计算机在机械和电子控制产业领域中的应用分析[J]. 科技传播. 2013（09）
[6] 周英汉. 城市轨道交通自动售检票系统的设计[J]. 信息系统工程. 2013（09）
关键词：机电一体化；轨道交通AFC系统；系统结构
1 引言
自动售检票系统（AFC）是基于计算机、通信、自动控制等技术，自动实现轨道交通的售票、检票、收费和管理等全过程的技术。其设计目标就是要建立一个以磁卡或非接触性IC卡为载体的安全可靠、良好保密性的自动售检票系统。
国外的AFC系统发展于上个世纪70年代，最初采用磁卡票方式，但使用过程不方便而且维修费用高。20世纪90年代，出现了非接触式IC卡AFC系统，应用条件得到很大改善。目前，AFC技术的发展已经比较成熟，在轨道交通系统中得到比较广泛地应用。由于系统复杂、技术含量高，国内生产公司水平还比较有限，先进技术还是被掌握在日本、美国、韩国等先进国家手中。
2 轨道AFC系统的结构组成与分析
按照各部分要实现的功能，可以讲AFC系统分为以下五个部分进行分析：
图1 轨道AFC系统组成示意图
2.1车票部分
AFC系统所使用的车票乘客所使用的支付载体，目前大都使用集成电路卡。按照不同的需要，车票可以被封装成筹码、卡片或者其他的形式。按照不同的支付模式，车票也可以分为一卡通、储值票、单程票或者手机钱包等模式。
这一部分所用到的机电一体化技术主要有集成电路技术、磁性车票的信息加密等技术。
（1）集成电路技术
以非接触式IC卡为例，其由IC芯片和感应天线等组成，封装在一个标准PVC卡片内部，天线及芯片没有任何外漏部分。射频读写器给IC卡发出一组频率固定的电磁波，通过其内部的LC谐振电路产生谐振，从而使电容内积累电荷进而产生电压，并以此为电源将卡内数据发射出去或者接受读写器的数据，进而完成车票的信息改写。
（2）磁性车票信息加密技术
检票机内的读卡器读取车票信息后，先对信息进行解密，判断车票合法与否，这一过程在0.5秒内完成，既要满足磁道信息的安全性，还要防止磁道的加密信息被外界破解。为满足检票机对速度和安全的要求，在检票过程中使用特殊的密码处理机制和专有的加密解密算法，以确保检验车票时的的安全性和时效性。
2.2车站终端设备部分
车站终端的设备是指车站用于进行车票的发售、车票的进出站检票、车票的充值及验票分析等交易处理的终端的设备。车站的终端设备主要包括自动、半自动售票机和自动检票机等设备。
检票机的控制技术是这一部分关键的应用技术。
自动检票机内部控制原理如下图所示：
图2 自动检票机控制原理示意图
检票机上的部件如磁读写器、闸门、显示器、电源、报警器等需要被闸机内的工程控制系统协调统一工作，才能完成检票的任务。为了解决好这种协调关系，在设计闸机内部的部件接口、检票系统的可靠性、检票的工作流程时，对系统的内核进行有效的裁剪，采用硬件实时和软件实时任务处理机制，配合管理内存、同步时钟等，以完成对硬件的精准度的控制。
2.3车站计算机部分
该部分是利用计算机管理车站的运行、客流统计、票务等流程，主要包括服务器、网络设备、不间断电源等设备。
车站计算机部分的功能包括：接受中央计算机部分下传的相关运行数据，并通过相关线路传递给车站终端设备部分；实时监控终端设备的运行状况；采集终端设备原始数据并上传给中央计算机部分；接收中央计算机下传的需要更新的软件信息并传递给终端设备进行软件更新等。
2.4中央计算机线路部分
该部分是指负责管理控制轨道的交通线路的AFC计算机系统。
中央计算机部分的功能包括：接受和发送清分系统部分下传的交易数据、运行参数、票价表、黑名单等；接受并处理由车站计算机部分上传的原始运行数据、各种设备的运行数据，并将数据上传给清分系统部分；生成多种分析报表；设置和更新系统中的相关数据和同步时钟等。
2.5清分系统部分
清分系统部分即中央计算机综合部分，是管理和发行轨道交通车票，结算不同线路的票款，并具有与“一卡通”进行清算功能的系统。
该系统利用计算机处理系统和相应的硬件设备、网络设备、车票编码机等设备，在计算机处理系统的协调统一下，以实现一下功能：设置并下发运行参数、票价表、交易数据、黑名单等信息；向城市公交清分系统传递原始的交易数据；管理系统时钟的同步、系统密钥；处理线路中央计算机上传的数据；自动备份和恢复系统及数据；更新和设置系统中的参数；对发行的车票初始化、编码和管理等。
3 结束语
AFC系统是为了取代票务人员繁重的售检票工作，以实现售检票工作的自动化。AFC系统中不仅用到了机电一体化技术，而且随着人工智能技术的不断发展，计算机技术、模块识别控制技术等也被越来越多的使用到。通过对数据的挖掘和分析，AFC系统大大降低了决策部门出现决策失误的风险，进而也大大提高了城市轨道交通体系的管理经营水平。
参考文献
[1] 何铁军，宋亚娜，王健，毛建，张宁. AFC业务内置型读写器研究与应用[J]. 都市快轨交通. 2011（01）
[2] 张晓军，徐文，张宁，何铁军. 网络化城市轨道交通AFC系统票务流转分析[J]. 都市快轨交通. 2011（01）
[3] 罗煌. 自动售检票系统设备模块软件接口标准建设[J]. 都市快轨交通. 2014（03）
[4] 欧阳昭. 浅谈机电一体化技术专业的核心技能[J]. 价值工程. 2014（22）
[5] 李江，虞婷婷. 计算机在机械和电子控制产业领域中的应用分析[J]. 科技传播. 2013（09）
[6] 周英汉. 城市轨道交通自动售检票系统的设计[J]. 信息系统工程. 2013（09）