地铁AFC项目实施技术难题解决方案研究.pdf

44MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通技术装备技术装备吕 欢，马艺博（中铁电气化局集团有限公司设计研究院，北京 100166）第一作者：吕欢,女,高级工程师引用格式：吕欢,马艺博.地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究J.现代城市轨道交通,2024(03):44-49.LV Huan,MA Yibo.Research on the technical difficulties and solutions for the implementation of metro AFC projectsJ.Modern Urban Transit,2024(03):44-49.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.03.0081 引言自动售检票系统（AFC）是一种高度自动化的票务管理系统，广泛应用于公共交通领域，如地铁、轻轨、公交等。该系统结合了计算机技术、网络通信技术、电子支付技术等，为乘客提供方便快捷的票务服务，同时也为运营者提供有效的管理手段。AFC 系统自上而下包含 5 层架构，系统构成如图 1 所示。第一层包摘 要：近年来，地铁 AFC 系统集成项目实施过程中面临智慧客服应用、人脸票应用、票检安检一体机应用中的技术难题。例如，智慧客服的乘客显示屏出现偏移、人脸识别中出现误识、安检票检一体化机频繁出现误报等问题。针对这些问题，文章深入进行解决方案研究。通过分析 AFC系统在实际运行环境下现场实际测试数据，尝试多种方法定位问题原因。经过多次工程现场测试，最终确定有效的解决方案，成功解决上述技术难题，显著降低各类误识和误报率，进一步提升AFC 系统实施的有效性。此外，持续优化和完善AFC 系统，以满足用户的实际需求和提升其出行体验，使得 AFC 系统更加人性化和智慧化。关键词：地铁；智慧客服；人脸识别系统；票检安检一体机；误识误报率 中图分类号：U231.92括清分中心系统（ACC）和互联网票务平台，第二层为多线路中央服务器（MLC），第三层为车站中央服务器（SC），第四层为车站终端设备（SLE），包括半自动售票机（BOM）、自动售票机（TVM）、自动检票机（AGM）等设备，第五层为车票及支付手段。系统各个层次的运行具有相对独立性，但同时又受逐级管理的限制，从而实现地铁票务的一系列功能。随着地铁 AFC 系统的快速发展，近年来智慧客服中心、人脸识别系统、安检票检一体机在多个城市地铁线路得到广泛应用。智慧客服中心包含票务、信息、客服、咨询、人脸注册等。人脸识别系统既支持非实名制预付费人脸单程票，也支持实名制注册后付费人脸电子票，乘客可自由选择刷脸过闸。安检票检一体机集成通过式金属探测门（人检）、人脸识别、物检识别、票检等技术，实现安检与票检一体化功能，通过 AFC 系统和安检系统信息联动，达到一步式安检过闸。引入这些创新产品后，在给运营和乘客带来便利的同时，由于实际应用环境的复杂性，也带来一些新的问题。比如，站务人员在使用智能客服半自动售票机为乘客服务过程中，出现乘客显示屏偏移的现象；随着人脸注册用户的不断增多，线网中心人脸库照片越来越多，大概率出现高度相似人脸，乘客使用售检票系统的过程中出现偶发误识现象；安检票检一体化机存在部分正常金属物品误报警和危险品不报警现象。这 3 类问题主要集中在第四层终端设备和第五层票地铁 AFC 项目实施技术难题 解决方案研究45 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究卡，问题解决方案涉及第一层互联网票务平台（人脸识别系统后台）、第四层终端设备和第五层票卡。本文以某轻轨旅游线项目在实施过程中遇到的智慧客服的乘客显示屏偏移、人脸误识、安检票检一体化机误报等问题为例，详细阐述问题现象，分析其原因，并针对这些工程实践中的技术难题进行解决方案研究1-4。2 工控机乘客显示屏偏移2.1 问题发现设置于智慧客服中心的半自动售票机，在测试使用过程中，在各车站不同时间段偶发乘客显示屏偏移现象，影响乘客使用体验，如图 2 所示。四层，即终端设备层5-6。2.2.1 排查操作系统与显示器驱动不兼容首先判断问题的原因为 CentOS 系统不能兼容显示屏驱动，提出操作系统更换为 Fedora（另一款开源操作系统）的解决方法，但在实验室观察一段时间后仍会复现偏移现象。2.2.2 排查三显驱动引发显示屏偏移其次通过实验发现，工控机安装双显驱动时，使用半自动售票机进行售检票测试，乘客显示屏未出现偏移现象，只有安装三显驱动后会引发屏幕偏移。但其他地铁项目，采用相同配置的操作系统与三显驱动可以正常运行，并未出现此问题。2.2.3 排查鼠标或触摸屏等外设驱动引发显示屏偏移随后排查问题是否由其他现场外设驱动引起。工控机 3 个视频接口分别连接站务员使用的 1 台触摸屏和 2 台乘客显示器。其中 VGA1 连接触摸屏，分辨率为 1 9201 080，主要用于操作员买票操作；VGA2 和VGA3 各连接 1 个乘客显示器，分辨率为 1 366768，分别用于显示付费区和非付费区乘客观看内容。现场屏幕排列方式呈“一”字型，VGA1 触摸屏位于最左边，VGA2 位于中间，VGA3 位于最右边。现场外设连接示意图如图 3 所示。人脸清分中心系统互联网票务平台（含电子支付）多线路中心系统 MLC车站 1SC车站 3SC车站 2SCAFC 终端设备AFC 终端设备AFC 终端设备IC 卡维修系统模拟测试系统培训系统车辆段掌静脉第一层：线网中心第四层：终端设备第五层：票卡二维码身份证第二层：线路中心第三层：车站图 1 AFC 系统构成图图 2 乘客显示屏偏移现象图 3 现场外设连接VGA2:1 366768VGA1:1 9201 080VGA3:1 3667682.2 原因分析由于设备及模块选型、工程环境复杂，可能导致的问题包括：CentOS（开源操作系统）系统与三显驱动不兼容；三显驱动本身有问题；鼠标或触摸屏驱动引起的显示屏偏移等。解决这一难题的关键在于系统架构的第46MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通技术装备技术装备地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究经过 1 周测试，发现现场出现几次偏屏，每次都可以通过平移鼠标到 VGA3 上恢复正常。之后经过 2 周多次车站现场测试，终于发现稳定复现方法：先将鼠标光标定位在 VGA3 屏幕上，再点击触摸屏，此时必定会发生屏幕偏移。此时有 2 个怀疑原因。怀疑原因 1：鼠标光标从 VGA3 跳变 VGA1 引发的屏幕偏移。使用 xdotool 工具模拟光标从 VGA3 跳变到VGA1。实验结果未发生偏屏，由此可知光标跳变不是引起偏屏的原因。怀疑原因 2：触摸屏驱动引起的屏幕偏移。尝试卸载触摸屏驱动，使用稳定复现方法后，查看 VGA2 屏幕未发生偏移。重新安装上触摸屏驱动，使用稳定复现方法，查看 VGA2 屏幕状况，屏幕偏移。最终定位偏屏问题是触摸屏驱动触发的。2.3 解决方案和整改效果查找到主要原因后，进行触摸屏驱动优化并全线更新，彻底解决了此问题7-9。图 4 为乘客显示屏偏移问题整改后的图片。到了每天 1.2 万 1.5 万人次。乘客使用人脸票时，系统会在进站和出站各比对 1 次人脸，已开通 6 座车站的人脸比对次数达到了每天 15 000 人次左右。图 5 为数据库取出的某一日全线各车站人脸识别比对次数，总数为15 267 次。初期，售票设备和检票设备人脸算法阈值统一设为 53，在国庆假日客流高峰期间发生了 19 例误识现象，导致购买人脸票的乘客无法检票进站，票卡分析为未知票，需要退票并重新购票，严重影响用户体验。3.2 原因分析调查发现，车站现场使用相同的注册设备，而在实验室进行的算法测试是采用多种注册设备。实际工程环境适用阈值比算法默认阈值高，也就是比预期推荐阈值高。除此以外，人脸应用软件并发，容错设计过于单一，缺乏人脸历史库、当日有效库、易误识库的分组以及优先级排序，也是造成人脸误识的原因。3.3 解决方案和整改效果本技术难题的解决主要集中在系统架构第一层互联网票务平台人脸后台软件。软件又分为 2 个层面，分别是算法和应用软件。在算法层面，根据项目现场实际情况逐步调整售票设备和检票设备的阈值。开通半个月后，第一次统一将售票和检票设备阈值调整为 55，观察 1 周，仍发生了16 例疑似误识现象，效果不明显。第二次统一将售票和检票设备阈值调整为 60，经统计，1 周之内出现了 6 例疑似误识。此时误识率由 0.012 7%降低到了 0.010 7%，识别率由 99.987 3%提高至 99.989 3%，说明阈值调整确实有一定效果，误识数量明显减少，但仍不满足人脸检索 10 万规模中识别率不小于 99.99%要求。因此继续尝试在应用软件层面进行优化，包括 3 方面措施。（1）增加人脸分组优先排序，先比对当日有效人脸库，再比对过期人脸库，优化后完全避免了比对同一人历史照片导致车票过期的问题。图 5 人脸识别总数图 4 乘客显示屏问题偏移整改后效果score_55BIGINTscore_56BIGINTscore_57BIGINTscore_58BIGINTscore_59BIGINTscore_6xBIGINTscore_7xBIGINTscore_8xBIGINTscore_9xBIGINTtotalBIGINT0001131292 0965 8416 38667015 267注：BIGINT 为大整数数据类型3 人脸误识3.1 问题发现开通初期，工作日客流为 3 000 4 000 人次，周末客流为 8 000 人次，中秋国庆期间的假日客流最高达47 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究（2）人脸单程票注册时增加乘客手机号或身份证号等实名信息，出现疑似误识现象后可通过实名信息确认，区分高度相似人群和误识人群。（3）设置易误识库，避免已采集过的高度相似人员的人脸误识。经过应用软件优化调整后，1 个月内仅出现 1 例疑似人脸误识现象。人脸误识率已经显著降低，即使偶发误识，也可以追踪确认。用户购买人脸票、刷脸过闸体验得到了很大的提升和改善10-12。人脸误识率降低至0.000 7%，识别率高达 99.999 3%，满足人脸检索 10 万规模中识别率不小于 99.99%的行业标准要求。4 安检票检一体机误识4.1 问题发现安检票检一体机中的智能安检门单元，不仅能探测到人体随身携带的金属，还能将金属进行材质分类，提取手机、钥匙、皮带扣、发夹等日常安全金属物品以及刀具、易燃易爆罐等危险品的特征值，通过人工智能（AI）算法进行汇总、标注、辨别，从而实现正确分类。图 6 为安检票检一体机外观14。外，由于现场实际环境复杂多变，电磁干扰严重，使得部分安检票检一体机的检查精度出现较大偏差。在极端情况下，甚至导致乘客携带的危险品，如刀具等，无法被检测出来，从而增加了安全检查的风险。4.2 原因分析4.2.1 正常金属物品的误报分析尽管在实验室阶段通过进行大量的手表、手机收集与分区训练，已形成 1 个较为庞大稳定的手表、手机模型数据库。但该数据库只针对市面上常见的手表和手机，在实际应用中，当乘客携带新款手表或新型号手机通过安检门时，误报警的可能性仍然会显著增加。4.2.2 关于刀具不报警的分析安检门在理想环境下工作效果最佳，理论上要求安检票检一体机与周围设备保持至少 300 mm 的间隔，以避免大型金属设备和电磁干扰。在这样的条件下，采集的数据更为纯净，检测结果也更加准确。但在实际车站站厅中，设备布局紧凑，一体机周边常存在 X 光安检机、出站闸机等金属设备。由于场地限制，设备间距很难达到理想标准，包括一体机与一体机之间，一体机与X 光机之间。此外，安检门距离现场自动扶梯、直梯也较近，这些设备都可能会产生电磁干扰。多样的干扰源影响了算法的处理和过滤效果，进而对物品的检查精度造成一定干扰。因此，在实际应用中，出现了刀具等危险品未能触发报警的情况。尽管可以通过软件算法过滤和 AI 学习优化这一问题，但这些措施不能完全解决问题，还需要从硬件方面进行针对性整改。在分类探测过程中，采集板卡对于物品特征值的精确提取起着至关重要的作用，采集到的数据直接决定了分类的准确性。安检门门板内的采集线圈必须能够捕捉到微小的数据变化量，因此对周边环境的变化具有较高的敏感性。为确保安检门在各种环境下都能稳定、准确地工作，需要对采集板卡进行优化设计。4.3 解决方案本技术难题的解决主要集中在系统架构第四层，即终端设备层13。4.3.1 正常金属物品误报解决方案针对随身携带新型号手表和手机的乘客在通过安检票检一体机时可能出现误报的问题，在原始数据库的基础上，将新型手表和手机的变化量加入其中形成新的数据库。随着数据库的更新，可以消除绝大多数的误报现图 6 安检票检一体机安检票检一体机的引入，虽然为有包乘客提供了快速进站的便利，但在实际的工程环境中使用后，却出现了一系列问题。乘客携带的正常金属物品经常引发误报，随后安检与票检联动，导致乘客无法进行票检，不得不退出通道进行复检，严重影响乘客通行效率。此48MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通技术装备技术装备象。数据库越丰富，误报率越低。4.3.2 刀具不报警解决方案为应对现场干扰，第一轮整改尝试改变安检票检一体机采集板卡的频率，由 5 8 kHz 调整至 15 kHz 左右，并进行工程现场测试。从测试结果来看，这一调整基本消除了对乘客携带刀具不报警现象，初步达到预期效果。但是随着现场安检票检一体机持续运行，由于采集板卡长期工作在高频状态，其内部元器件发热严重，部分元件产生温度漂移，性能受到影响，已经调试适配好的安检门再次出现刀具不报警现象。针对以上新问题，在第二轮整改时特别定制了专用的采集板卡。新的采集板卡采用了分区设计，将高频、易发热、对温度敏感的元器件进行单卡处理，不再集成于同一印制电路板（PCB）中，而是分为主 PCB 和从PCB。且电源实现隔离供电，降低电源自身的干扰。这一改进旨在保证设备在长时间工作状态下，其内部元器件不会因过热而产生温度漂移，从而提高原始数据采集的准确性。4.4 整改效果整改前总平均通行率为 89.9%，总平均误报率超过10%。经过以上软件和硬件层面的优化整改，并对现场实际安检门通行效率进行数据统计，计算得出总平均通行率是 96.72%，最终误报率控制在 5%以内。说明安检票检一体机误报问题得到了稳定有效的解决。图 7 为整改后某日安检票检一体机实际通行效率数据统计15。预，确保系统的稳定性和可靠性，给类似工程提供参考经验。参考文献1 金月娥.信息化教学在城市轨道交通运营管理专业的应用以“城市轨道交通票务管理”教学为例J.无线互联科技,2020,17(04):101-102.JIN Yuee.Application informatization teaching in urban rail transit operation management major:taking urban rail transit ticket.management teaching as an exampleJ.Wireless Internet Science and Technology,2020,17(04):101-102.2 余乐,张鹏,陈园园.城市轨道交通互联网票务系统二维码乘车码编码方式的研究J.电子技术与软件工程,2020,28(16):190-192.YU Le,ZHANG Peng,CHEN Yuanyuan.Research on two-dimensional code encoding method of urban rail transit internet ticketing systemJ.Electronic Technology and Engineering,2019,28(16):190-192.3 贾社军,安雯雯,车叶帅.基于“互联网+”的城市轨道交通票务管理研究J.信息通信,2019,28(10):260-262.JIA Shejun,AN Wenwen,CHE Yeshuai.Research on urban rail transit ticketing management based on Internet+J.Changjiang Information&Communications,2019,28(10):260-262.4 魏璐璐.基于“互联网+”的城市轨道交通票务管理研究J.科技风,2021(16):89-90.WEI Lulu.Research on urban rail transit ticket management based on Internet+J.Science and Technology Wind,2021(16):89-90.5 方振龙,肖华.“互联网+”背景下高职新形态教材建设的思考以“城市轨道交通票务管理”为例J.机械设计与制造工程,2020,49(01):114-117.FANG Zhenlong,XIAO Hua.Reflections on the construction of new teaching materials in higher vocational colleges under the background of internet+example of ticket management of urban rai transit J.Mechanical Design and Manufacturing Engineering,2019,49(01):114-117.6 吕欢,吴松,郭戈,等.基于云平台的新一代智慧型 地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究车站 1车站 2车站 3车站 4车站 5车站 62 号门1 号门100.00%99.00%98.00%97.00%96.00%95.00%94.00%93.00%92.00%3 号门4 号门图 7 安检门实际通行效率数据统计5 结束语文章提出的地铁 AFC 系统集成项目实施技术难题解决方案，通过工程实践证明有效可行，给乘客带来诸多便利，显著提升其出行体验及运营效率，减少人工干49 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备AFC系统方案应用研究J.现代城市轨道交通,2022(04):72-77.LV Huan,WU Song,GUO Ge,et al.A new generation of intelligent AFC system based on cloud platformJ.Modern Urban Transit,2022(04):72-77.7 T/CAMET 11003-2020 城市轨道交通大数据平台技术规范S.北京:中国铁道出版社,2021.T/CAMET 11003-2020 Technical specification of big data platform for urban rail transitS.Beijing:China Railway Publishing House,2021.8 T/CAMET 11005-2020 城市轨道交通云平台网络安全技术规范S.北京:中国铁道出版社,2021.T/CAMET 11002-2020 Urban rail transit cloud platform network sercurity technical specificationS.Beijing:China Railway Publishing House,2021.9 T/CAMET 11002-2020 城市轨道交通云平台构建技术规范S.北京:中国铁道出版社,2021.T/CAMET 11002-2020 Urban rail transit cloud platform construction technical specificationS.Beijing:China Railway Publishing House,2021.10 曹林.人脸识别与人体动作识别技术及应用M.北京:电子工业出版社,2015.CAO Lin.Face recognition and human action recognition technology and applicationM.Beijing:Publishing House of 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application of face recognition and credit payment in the AFC systemJ.Modern Urban Transit,2021(S1):100-104.收稿日期 2024-01-05责任编辑 刘硕地铁 AFC 项目实施技术难题解决方案研究Research on the technical difficulties and solutions for the implementation of metro AFC projectsLV Huan,MA Yibo(Design&Research Institute,China Railway Electrification Engineering Group Co.,Ltd.,Beijing 100166,China)Abstract:In recent years,the implementation process of metro AFC system integration projects has encountered challenges related to the application of smart customer service,the utilization of facial recognition for ticketing purposes and integrated ticket and security check machine.Examples of these challenges include issues such as the offsetting of smart customer service display screens,misidentification in facial recognition,and frequent false alarms in integrated security and ticket-checking machines.To tackle these issues,this article provides an in-depth study of potential solutions.By analyzing actual test data of the AFC system in operational environments,various methods are explored to pinpoint the cause of such issues.Based on multiple on-site engineering tests,viable solutions are then determined.As a result,these issues have been effectively solved,leading to a reduction in false identification and false alarm rates,thus enhancing the overall effectiveness of AFC system implementation.Furthermore,continuous optimization and improvement of the AFC system cater to the actual needs of users and enhance the overall travel experience,thereby making the AFC system more user-friendly and smart.Keywords:metro,smart customer service,facial recognition system,integrated ticket and security check machine,false identification and false alarm rates