地铁tvm运营维护系统的设计与开发.pdf

硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发摘要 I I BI I I MI Y2061748随着改革开放以来我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，交通水平 也不断发展，人们的出行也更为方便。城市轨道交通作为交通系统中不可或缺的一部分 也起到了非常重要的作用。但是，城市轨道交通也面临着各种压力，如何增加运能、提 高服务的质量、提高竞争力等等。自动售票机作为轨道交通系统中时刻与乘客进行交流 的一项重要设备也同样面临着巨大的挑战，如何能够更大的实现乘客购票自助化，降低 设备维护的人力消耗，成为急需解决的问题。本文以武汉地铁TVM运营维护系统的设计与开发这一项目为背景，通过对UML 建模、设计模式、XML等关键技术应用的研究，最终使用C+这一面向对象的语言实 现了此系统。文章首先介绍了自动售票机软硬件系统的逻辑结构，结合已有系统分析了 系统概况并总结出存在的问题；在此基础上对整个系统进行了详细的需求分析并确定了 系统总体架构的设计方案。然后，根据功能需求的分析的结果将系统划分为运营管理、维护操作两大功能模块，并对这两大功能模块进行了详细的划分；在掌握系统业务流程 的基础上进行了相应的业务流程、数据流模型的设计，并进行了表示层的详细设计。最 终运用面向对象的系统开发方法进行了系统的开发，并对系统进行了测试。最后指出本系统存在的问题和有待改进之处，作为将来研究的参考。关键词：自动售检票系统(AFC),自动售票机(TVM),UML,设计模式，XMLAbstract顽土学位论文AbstractWith the refo rm and o pening up in o ur co untry,natio nal eco no my has been d evelo ped rapid ly and the peo ples living stand ard s are rising ceaselessly,the traffic level also has a large-scale d evelo pment,peo ples travel beco me mo re co nvenient Urban rail transit as an integral part o f the transpo rt system also plays a very impo rtant ro le.Ho wever,the urban rail transpo rt also face with vario us pressures,ho w to increase the transpo rt capacity,impro ve service quality,enhance co mpetitiveness and so o n.Ticket vend ing machine is an impo rtant equipment to co mmunicate with the passengers,as a rail transit system in the mo ment its also facing eno rmo us challenges,ho w to achieve greater self-bo o king o f passengers,red uce the co nsumptio n o f human maintenance,and beco mes the urgent pro blems.I n this paper,the backgro und is the pro ject o f Wuhan subway TVM o peratio n and maintenance system d esign and d evelo pment,by researching UML mo d eling,d esign patterns,XML and o ther key techno lo gies and using C+o bject-o riented language to implement this so ftware system in the end.First o f all,this article intro d uced the lo gical structure o f so ftware and hard ware systems fo r TVM,analyzed the system pro file o f existing systems and summed up the existing pro blems.On this basis,we carried o ut a d etailed system requirements analysis and d etermine the o verall system architecture d esign.Seco nd,acco rd ing to the results o f the analysis o f functio nal requirements,we d ivid ed the system into two functio nal mo d ules,therere o peratio ns management and maintenance o peratio ns,and then d ivid ed this two mo d ules in d etail.I n the base o f we co ntro lled the business pro cesses o f this system,we d esigned the co rrespo nd ing business pro cesses and d ata flo w mo d els,and then carried o ut the d etailed d esign o f the presentatio n layer.Finally,we d evelo ped the TVM system by using o bject-o riented system d evelo pment metho d s,and tested this system.Key word：Auto matio n Fare Co llectio n(AFC),Ticket vend ing machine(TVM),UML,Design pattern,XML硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发目录摘要.IAbstract.II图表目录.VI1绪论.11.1 论文研究背景.11.2 国内外AFC系统的研究现状.21.2.1 国外的发展和研究现状.21.2.2 国内的发展和研究现状.31.2.3 AFC系统中自动售票机的发展和研究现状.41.3 课题的来源与意义.51.4 论文的主要研究内容与安排.62 TVM运营维护系统的总体分析与设计.72.1 TVM逻辑结构分析.72.2 系统的需求分析.82.2.1 系统概况与存在问题.82.2.2 系统功能需求分析.92.2.3 需求分析小结和系统建设目标.122.3 系统总体方案设计.132.3.1 系统总体架构设计.132.3.2 分层系统软件体系结构设计.142.4 本章小结.163 TVM运营维护系统的详细设计.173.1 系统功能模块设计.173.1.1 运营管理模块设计.173.1.2 维护操作模块设计.183.2 系统主要业务流程设计.213.2.1 售票业务流程.213.2.2 储值卡充值业务流程.233.2.3 储值卡验卡业务流程.243.2.4 系统维护业务流程.2433系统数据流模型设计.25in目录硕士学位论文3.3.1 数据流图概述.253.3.2 本系统中数据流模型设计.253.4 系统表示层设计.293.4.1 表示层设计概述.293.4.2 本系统中表示层设计.313.5 本章小结.334 TVM运营维护系统设计开发关键技术研究-344.1 UML 建模.344.1.1 UML 概述.344.1.2 本系统中UML模型建立.344.2 设计模式.394.2.1 设计模式概述.394.2.2 设计模式在系统开发中的应用.404.3 XML 技术.454.3.1 XML技术概述.454.3.2 XML技术在系统开发中的应用.464.4 本章小结.495 TVM运营维护系统的实现与测试-505.1 系统开发方法.505.1.1 结构化开发方法.505.1.2 面向对象开发方法.515.1.3 本系统实际开发方法.525.2 系统开发语言及平台.535.2.1 系统开发语言.535.2.2 系统开发平台.545.3 TVM运营维护系统的实现.555.3.1 运营界面的实现.555.3.2 维护界面的实现.595.4 系统的测试与分析.655.4.1 系统测试环境.655.4.2 系统测试.665.4.3 测试结论分析.685.5 本章小结.696总结与展望-706.1论文总结.70IV硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发6.2存在的不足与展望.71致谢.72参考文献.73附 录.77图表目录硕士学位论文图表目录图2.1 TVM逻辑结构图.7图2.2 TVM功能层次结构.9图2.3售票功能的构成.10图2.4 TVM软件总体架构.13图2.5 TVM软件详细分层体系结构.14表2.1基础业务层组件.15图3.1系统功能模块划分.17图3.2运营管理模块.17图3.3维护与操作管理模块.19图3.4现金支付的售票业务流程.21图3.5储值卡支付的售票业务流程.22图3.6储值卡充值业务流程.23图3.7储值卡验卡业务流程.24图3.8系统维护业务流程.24图3.9TVM与SC之间的数据流图.25图3.10 TVM顶层数据流模型.26图3.11状态和模式管理数据流模型.26图3.12正常/降级服务的数据流模型.27图3.13购票数据流模型.27图3.14储值卡充值数据流模型.28图3.15验卡数据流模型.28图3.16身份识别数据流模型.28图3.17维护数据流模型.29图3.18操作数据流模型.29表3.1界面设计任务安排.30图3.19乘客购票界面.31图4.1用例图形表示形式.34表4.1用例模型的基本构件.35图4.2系统顶层用例图.36图4.3乘客购票用例图.37图4.4维护子系统用例图.37VI硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发图4.5乘客购票活动图.38图4.6售票序列图.39图4.7单例模式.40图4.8 10控制板单例类图.41图4.9观察者模式.43图4.10 CHS观察者模式.44图5.1结构化开发方法的一个生命周期.51图5.2开发流程示意图.53表5.1适用于各领域的语言.54图5.3现金购票主界面.55图5.4地图放大界面.56图5.5购票数量选择界面.57图5.6提示乘客继续付款.57图5.7找零不足警告.58图5.8交易处理.59图5.9交易结束.59图5.10输入密码.60图5.11外围设备状态.60图5.12硬币处理模块状态.61图5.13运营数据管理.62图5.14 TVM管理模块.62图5.15初始化TVM.63图5.16更换钱箱票箱.63图5.17测试外围设备1.64图5.18测试外围设备2.65表5.2测试所需.66表5.3功能测试用例.67表5.4性能测试用例.67表5.5性能测试结果.68表5.6性能对比.69VII硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发1绪论当今社会节能环保技术越来越被重视，并得到许多的实际应用，越来越多的人们崇 尚“低碳生活”，城市轨道交通这一节能、环保、便捷的交通工具也越来越受到全球各 大中型城市的青睐，作为与轨道交通相配套的自动售检票系统(Auto matio n Fare Co llectio n,AFC)也迎来了巨大的机遇和挑战。AFC是集计算机应用技术、信息收集 处理技术和机械制造技术于一身的轨道交通自动售检票系统1叫它克服了人工售票模式 下一贯存在的出错率高、效率低、财务漏洞多、劳动强度大等一系列缺点，对提高城市 轨道交通运营效率、增大乘客流量、提高运营收入起到了举足轻重的作用。自动售票 机(Ticket Vend ing Machine,TVM)是AFC系统设备中一种复杂的终端设备，它实现了乘 客购票的自助化，大大减少了人工售票的人力资源消耗以及人工操作带来的错误，并且 基本杜绝了假票的出现。因此，自动售票机在AFC系统中处于一个非常重要的地位，它的软件系统更是重中之重。1.1 论文研究背景随着全球工业化的不断发展，城市人口的不断增加，使得城市交通变得日益拥挤，世界各国都在努力寻求并发展与之相适应的城市交通工具，因此，城市轨道交通的主要 载体地铁也就应运而生。地铁作为世界各大城市比较成熟的轨道交通系统承担着较 大的交通运量，有的城市甚至超过总运量的70%。到目前为止已经有至少114座城市拥 有地铁，例如：纽约、法国、东京等。我国轨道交通事业起步较晚，但发展迅速。从1956年北京首先建造地铁到1995年，中国城市轨道交通运营里程只有43公里。在1999年之前，全国建成地铁线路的只有上 海、北京、广州三个大城市，再到2005年全国也只有19条线路，运营里程才457公里，仅仅相当于一个伦敦市的运营里程。截至2007年12月31日，在中国已有12个(含港 台地区)城市开通地铁，其中大陆有10个城市多达到30条线路通车，总里程达729公 里。预计到2012年仅上海地区将建成13条地铁线路，300多座车站，运营线路总长度 超过500公里，一举超越伦敦位居世界第一【叫当前，苏州、西安、成都等十五个城市 正在抓紧建设地铁线路，加上已建成的，全国地铁线路总长将达到1100公里。同时，宁波、厘门、乌鲁木齐、兰州、太原、福州、石家庄、合肥等城市都在进行地铁建设的 前期规划工作。2004年，短短10公里长的轻轨在汉口通车，武汉成为了内地第10个建有地铁的城 市。武汉地铁1号线全线近30公里的高架，沿线设有27座车站，其中1号线一期10 公里已于2004年投入观光试运行。二期工程全长19.4公里，共设有17座车站，已经全 1堵论硕士学位论文线通车。2008年武汉地铁2号线破土动工，全线27.98公里，沿途有过江隧道，共设21 座地铁站，拟定将于2012年全面竣工。2008年11月武汉地铁4号线工程也通过了国家 审批，从武昌火车站到武汉火车站为一期工程。一期工程长16.06公里，均为地下线路，共设有15座地铁站，总投资94亿元左右，已于2009年开建，将在2012年建成通车。预计武汉地铁4号线2015年的日客流量为21.8万人次。承担日过江客流50.2万人次，占武汉总过江客中近三成的客流量。AFC系统是城市轨道交通的重要组成部分，自动化的轨道交通售检票系统及其可重 复使用的智能I C车票，可以大大加快售票效率和缓解上下班期间地铁站的人流高峰，从而提高地铁客运量。自动售票机是轨道交通AFC系统中的一个非常重要的终端设 备，该终端设备可以用于乘客的自助式购买车票和储值卡的充值与验卡。它作为一款机 电一体化的AFC终端设备，既可以连网接收票务参数和处理车站下发的运行指令，同 时也能够孤岛运行。相对比于其它的AFC终端设备，自动售票机在硬件方面更为复杂,它由诸多的模块组成，各模块之间相互配合；在软件方面要做到更为合理、快捷的对各 个模块进行统筹调度，保证乘客购票的方便快捷，以及维护人员进行快速高效的紧急维 护。根据地铁线路车站对客流量级别的预测，一般需在每个车站配置4至12台数量不 等的自动售票机。如南京地铁2号线孝陵卫站在建成运营初期就配置了 8台自动售票机。南京目前有两条地铁线路，共设车站35个，如果按每个车站配置8台计算，需配置280 台，而且政府已经在规划更多的线路，会使用到更多的自动售票机。根据前面提到武汉 地铁的建设规划，1、2、4号线沿线总共有63座车站，按平均每座车站8台来计算，总 共需要504台自动售票机，因此自动售票机的发展前景相当可观。1.2 国内外AFC系统的研究现状1.2.1 国外的发展和研究现状1967年国际上第一个轨道交通自动售检票系统在加拿大的蒙特利尔市上线运营，之 后在墨西哥、圣地亚哥等城市都装备了自动售检票系统网.此后，轨道交通AFC系统中 不断涌现出各种先进技术，并在很大程度上得到应用。1974年，电子钱包在美国旧金山 城市地铁票务系统(BART)的收费系统中率先得到使用，1982年，可循环使用的磁卡票 率先在中国香港地铁票务系统(MTRC)中被采用，1993年，香港地铁将磁卡票全部换成 了接触式支卡(期。随着票卡技术的发展，20世纪90年代出现了非接触式I C卡。非接触式I C卡具有 很高的安全性，并且存储容量更大，更为方便的是它是通过无线电波与读卡设备进行数 据的交互，可以省略一些外部的电器设备。介于非接触式1C卡的这些优点，将I C卡选 2硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发为电子车票，它的出现使得AFC系统变得更简单，乘客使用起来更方便，大大降低了 设备成本，并且系统运营和维护的费用大为减少L国际上AFC系统厂商中可以提供磁介质车票的没有几家，且都申请了各自的专利，产品和技术处在一种没有国际标准并被垄断的状态。虽然已经出现非接触式I C卡技术，但是国际AFC厂商并没有立即将新技术投入使用，而是仍然向用户出售磁卡模式的系 统，以便从中继续得利0久然而，在亚洲的韩国、新加坡等国家的AFC系统中，已经 开始使用非接触式的I C卡作为车票，相应的售检票设备也被广泛使用，引领着AFC系 统的前进方向口叫迫于发展的压力，I C卡系统开发商和国际AFC系统供应商逐渐的联合起来，着手 对既有系统进行技术改造，使得在AFC系统中可以同时使用磁卡和非接触I C卡作为车 票。并在马来西亚和韩国的一些大城市的地铁中投入使用【叫1.2.2 国内的发展和研究现状20世纪80年代末，当时中国AFC系统的研究领域还是一片空白，上海地铁靠学习 国外经验开始自己研制AFC系统及设备，在此期间香港地铁也向内地传授了宝贵的建 设和运营经验；国际一些专业的产品的生产厂商也将一些AFC系统方面的技术和经验 推荐给我国，这为我国自主AFC系统及设备的研发打下了坚实的基础。到1998年底AFC系统在国内城市轨道交通中逐渐投入使用，AFC系统高效的客流 处理能力以及较强的票务管理水平逐渐的得到体现，以最少的人力物力、最低的成本实 现了票务收益管理的高效运作，无论是地铁运营商还是乘客都给予了 AFC系统很高的 评价。国内用户在平时的使用摸索中渐渐掌握并归纳出了很多适用于我国轨道交通票务 管理的新功能，逐渐将AFC系统建设成为更加完善、更加符合我国国情的轨道交通自 动售检票系统。短短几年内非接触式I C卡技术快速发展，在AFC系统中被大规模的使用。非接触 式I C卡以其高保密性、大存储量、可实现一卡式等多个特性，逐步替代了磁卡，当下 的AFC系统均以它作为首选票卡媒介【周2非接触式I C卡的出现使得AFC系统在功 能和性能水平均有所提高，使系统的结构变得更加高效、简单，成本也大幅下降。但是，国内早期的地铁AFC系统均使用的磁卡作为票卡介质。在调整阶段，我国一些AFC系 统建设较早的城市遇到了与国际上很多大城市同样面临的抉择：一步到位地将原有系统 改为全I C卡系统；或者先将储值票改为I C卡，单程票仍用磁卡作为介质，等时机合 适了再改为全I C卡系统【闷。最终还是按照实际遇到的问题对AFC系统进行了合理的 调整，保证了在最小资源消耗的情况下达到最大的改革效果。当下全国新建的AFC系统均选用了非接触式I C卡作为票卡介质，I C卡技术的使 用使系统的安全性和信息处理能力更高、设备也更为简化、有效的减少了卡票现象、机 31绪论硕士学位论文械维护的工作量也大为减少，同时也为乘客对票卡的携带和检票带来了更大的便利。由于国家计委已经将轨道交通作为各大城市交通发展的重点，在接下来的很长一段 时间内，国内对AFC系统的需求将非常大，这给国内的许多相关的厂商提供了一个非 常好的发展机遇“久但是，国内一些AFC系统提供厂商的技术还未完全成熟，不完全 具备自主研发的能力，还得依靠国外的一些设备和技术的引进，一些关键技术还掌握在 国外一些厂商手中，如何实现技术的完全自主化，对国内厂商来说也是面临的一个非常 大的挑战【31.23 AFC系统中自动售票机的发展和研究现状自动售票机是AFC系统中的一项重要的设备，它主要是设于各车站非付费区内，用于现场自助发售有效车票、自动处理支付和找零的设备。其主要的功能是发售有效单 程票，自动售票机能接受规定的硬币、纸币、银行卡等支付方式，具备硬币找零或硬币、纸币找零功能。此外，自动售票机还具有上传车票处理交易、设备运行状态等数据，接 收车站计算机或线路中央计算机下传的命令、票价表、黑名单及其它参数等数据；能对 版本控制参数进行自动生效处理；在网络通信系统故障时能离线运行，并保存数据，在 通信恢复后自动上传相关数据等功能。自动售票机可通过参数设置为接受硬币、纸币、各种储值类票卡等支付方式，并可以实现硬币/纸币找零【。AFC系统中引入自动售票 机之后大大提高了票务处理的效率，使得票务的运营管理达到高度的智能化。目前国内各大城市的AFC系统中的自动售票机有几种类型，只能用现金购买单程 票，例如，南京地铁；或者是除了能够使用现金购票之外还能够使用储值卡购票并且能 对储值卡进行充值及查询，武汉地铁自动售票机就具有这样的功能。这些功能的增加的 同时也对自动售票机提供商提出了更高的要求。国外AFC系统提供商ASCOM公司在2003年为英国地铁设计的新型自动售票机为 现代自动售票机提出了设计的标准，该款机器的使用效率大大提高，具有多种不同的语 言，现金、信用卡、储值卡等多种支付方式；还提供了在NM出现故障或票卡数量不 足时实时向SC报警、提示工作人员前来维护等功能。国内AFC系统的研究起步较晚，但是一些国内企业已经在国内占有一定的份额，华腾、方正、上海邮通、华虹等企业一直致力于该领域的研究。虽然如此，但是国内企 业的水平相比于国外的一些提供商差距还比较大，存在的问题也比较多。方正的AFC 系统用在北京地铁五号线，上海邮通为上海地铁一号、二号线和大连轻轨提供自动售检 票设备：广电运通为北京一号、二号线和八通线以及广州地铁一号线提供了自动售检票 设备，其自动售票机能够识别纸币、储值卡、硬币，乘客购买单程票可以用1元和5角 硬币，5元、10元、20元的纸币，以及储值卡进行支付，并提供硬币循环找零；同时,广电运通TVM设计紧凑，并预留了银行卡购票和纸币找零功能。深圳高新现代为深圳 4硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发一号、二号线、成都地铁、武汉轻轨提供全套的自动售票系统现在国内的自动售票机中的一些核心模块，纸币识别模块(BNA)、硬币接收及找零 模块(CHS)、纸币找零模块(BDU)都是依靠从日本进口，国内的纸币识别技术、硬币识 别技术、电磁离合等技术仍然达不到国际水平，产品性能、可靠性、稳定性无法满足实 际工程应用。但是国外技术已经相对成熟，并申请相应专利，很大程度上遏制了国内的 技术研究，所以国内企业要发展要么通过购买国外成熟模块，要么只能进行自主的开发，避开国外专利的限制。不仅仅在硬件上如此，在TVM软件商也是这样，例如，南京地 铁一号线使用的就是法国泰瑞兹公司提供的软件系统，为了摆脱国外技术的限制，在南 京地铁二号线果断采用了自主研发的软件系统，以便于迅速走上自主化的道路。13课题的来源与意义从我国目前的AFC系统市场来看，国产化设备正逐步代替国外产品。但是很多国 内厂商在总包项目之后直接将一些关键部分分包给国外厂商去实现，其实还是由海外企 业直接管理，这只是穿着国产化的外衣，国内企业没有任何的核心竞争力。AFC系统事 业不能走上中国汽车没有自主品牌的老路，国产化的核心是自主化。AFC系统分为硬件设备和软件系统，相比于终端的硬件设备，软件系统比较容易实 现，更为重要的是要全面掌握系统的运营模式，建立我国自己的AFC系统技术标准，最终实现AFC系统国产化。AFC系统国产化将会带来如下好处：(1)大大降低整个系统的工程造价，降低政府对地铁的投资压力。就拿自动售票机 来说，在硬件方面它是一个极为复杂的机电一体化产品，包含众多的模块，其中一些依 靠国外进口的模块就占了整个机器的成本的绝大部分，而整个一条地铁线对自动售票机 的需求相当大，需要大量资金的投入，维护起来还受到模块提供厂商的制约；从软件方 面来讲，国外提供的软件开发起来周期相对较长，后期的改进工作也进展缓慢，消耗了 大量的人力物力。随着国产化的不断提高，可节约30%W0%设备方面投资卬)。(2)降低整个系统的运营维护成本，提高系统的实际运营效率。整个AFC系统进入 国产化阶段之后也就不需要向国外厂商要求技术、设备等援助，使得系统的升级、改造、维护更加方便，大大提高了系统运营的效率。(3)掌握了整个系统建设运营的主动权。实现整个系统的国产化肯定要经历从国外 买设备、技术的初级阶段，然后在设计、生产制造、安装、测试过程中学习国外的设计 理念、制造工艺等先进技术，将这些技术消化吸收并转化成自己的技术，彻底的解决技 术上的难题，全面掌握AFC系统建设和运营的主动权。(4)在AFC系统国产化的基础上实现轨道交通设备的产业化。我国政府要求各地铁 运营商使用国产化的设备，这使得国产化的AFC系统设备前景广阔。以后的AFC系统 1绪论硕士学位论文设备不仅使用在地铁、轻轨等线路，大量的铁路沿线车站也将使用AFC系统设备，自 动售票机已在一些高铁站点投入使用，并且随着不断开拓国外地铁市场，也需要用到大 量的AFC系统设备附附。本课题就是在AFC系统设备国产化的大背景下的实际项目，以武汉地铁项目为依 托，具有很大的现实意义和工程价值。1.4论文的主要研究内容与安排本文主要研究了 AFC系统中TVM目前的发展和研究现状，以武汉地铁TVM运营 维护系统的设计与开发这一项目为背景，设计并开发了适用于武汉地铁的TVM运营维 护系统，本文的总体布局如下：第一章，阐述本文的研究背景、国内外AFC系统的研究现状，以及AFC系统中的 TVM的研究现状、课题的来源与意义以及论文的主要内容与安排。第二章，对TVM的软硬件逻辑结构和系统的详细功能需求进行分析，确立系统的 建设目标，并进行本系统的总体架构及分层系统软件体系结构的设计。第三章，对TVM运营维护系统各个子系统的功能模块进行详细划分，完成系统主 要业务流程、数据流模型的设计，最后对系统的表示层进行详细设计。第四章，对本系统在设计开发过程中所用的关键技术的应用进行研究，然后通过设 计阶段系统的一些建模实例和开发中的程序代码对本系统采用的关键技术加以论证。第五章，阐述系统开发方法、平台、语言，给出运营管理与维护操作两个子系统实 现的部分界面，最后对本系统进行测试，并对测试结论进行分析。第六章，对本系统开发过程进行总结归纳，提出了系统设计开发的不足之处和对系 统的展望。6硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发2 TVM运营维护系统的总体分析与设计本章首先对自动售票机的逻辑结构进行了分析，再结合系统概况及存在问题对运营 维护系统进行了整体功能需求分析，最终确定系统的总体架构及具体的分层系统软件体 系结构。2.1 TVM逻辑结构分析自动售票机上的工控机通过以太网与车站级计算机进行信息的交互，其内部的逻辑 结构如下图2.1 TVM逻辑结构图所示：线路中心自动售票机-一，一 _ 帙币支付子模块纸币支付于模块储值口员工卡 处理广模块车京处理了模块硬币找车子模块纸币找零F模块1恃化京箱11硬而识别器11发赛机构1帙币忖。器1|纸币汛别遇|1废代票丽1|硬币出币装K|1峡而搐耳枝箝11纸币!1器1己代票於器I|硬币满环线输|1纸，口出币&置1|帙币则收钱箱I!纸币回收”1架“i炉室1|待代CM收箱|假:币备用钦帝|抵币找卡栈ffi|图2.1 TVM逻辑结构图由图2.1可知，自动售票机内部由工控机、硬币支付、纸币支付、储值卡/员工卡处 理、车票处理、硬币找零、纸币找零等六个子模块组成，各个子模块中又包含诸多的子 设备：触摸屏：乘客购票及维护人员的操作均通过触摸屏完成，液晶显示器向乘客提供车 站运营线路指示及操作提示；LED：LED顶板显示器用于向乘客提供必要的指示信息，如：欢迎使用、暂停服务 等；硬币支付子模块：硬币支付子模块用于接收乘客硬币、识别其真伪及币值并及时上 传至主控计算机，根据主控计算机命令执行下一步动作；72TVM运营维护系统的总体分析与设计硕士学位论文纸币支付子模块：纸币支付子模块用于接收乘客插入的纸币，识别其真伪及币值并 及时上传至主控计算机，根据主控计算机命令执行下一步动作；储值卡处理子模块：储值卡处理子模块用于接收乘客插入的储值卡，识别其有效性 及余额并及时上传至主控计算机，也可根据乘客需求对储值卡内余额及相关信息进行查 询验证，并显示在液晶屏上；车票处理子模块：车票处理子模块接收主控计算命令向筹码票写入必要的票卡信息 以及发售筹码票；员工卡处理子模块：员工卡读写器供员工刷卡登录维护操作界面；找零处理子模块：找零子模块分为硬币找零和纸币找零，根据主控计算机命令向乘 客提供找零硬币/纸币，找零基本策略为找零的硬币和纸币数量最少，也可以由参数指定 优先找硬币、优先找纸币、仅找硬币、仅找纸币。2.2 系统的需求分析2.2.1 系统概况与存在问题自动售票机可以说是AFC系统设备国产化的产物，它的大多数硬件设备已经实现 了自主的设计制造，极少数核心部件仍然依靠进口，但是在TVM软件上面已经实现了 完全的国产化，像南京地铁二号线完全是由国内自主设计开发并上线运行，在上线后的 一年多时间中很少出现问题，达到了很好的效果。武汉地铁自动售票机是另外一种设计理念，从硬件上讲，武汉地铁自动售票的外部 结构完全与南京地铁不同，武汉使用的后开门嵌入墙式的设计，使得工作人员维护起来 更加的方便，在售票机内部模块上面也有所升级，新加入了纸币找零模块、储值卡读卡 器等设备，使得售票机使用起来更加人性化，并且提高了效率；从软件上来讲，增加新 模块的同时也就给软件的设计开发带来更大的挑战，需要重新设计开发适合新设备的软 件，虽然有成功的经验可以借鉴，但是我们是朝着更高的目标在努力，主要体现在以下 几个方面：如何使得软件占用更少的资源对于工业用计算机来说，它的价值主要不是体现在它的配置方面，更多的是他的稳 定性、安全性方面,所以对于一台配置不高的计算机不能铺张浪费的使用它的内存资源,使用得越多，计算机的运行越慢，也就降低了售票的效率。怎样合理有效的使用资源对 软件开发来说也是一大难题。如何增强软件的可扩展性任何一款系统不是始终不变的，都是随着客户的需求在不断的升级变化之中，AFC 系统也是如此。国内多个城市都已经建立了 AFC系统，但是几乎都是多家公司共同建 8硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发设而成，设备的提供商很多，很多模块可能最终使用起来功能是一样，但是开发起来却 有很大差别，如何实现在更换设备的情况下而不需要去大量的变动软件，这就需要开发 出具有较强的可扩展性软件。如何使得软件具有高稳定性本软件系统是一款工程应用型软件系统，在地铁的每个车站的每台的自动售票机上 都安装了此软件，每台机器每天的使用量都是非常巨大，这就要求软件具有相当的可靠 性，要保证在长时间上线运行的情况下而不出现大的问题，以降低地铁的维护成本。如何使软件更加的人性化本软件是与用户直接面对面交流的软件，它所呈现给用户的信息都是通过界面来传 达的，有一个好的界面风格显得尤为重要，使用户能够更加方便便捷的实现购票、查询 等操作，而不会因为界面的纷乱影响了购票效率，还有可能影响用户的购票心情，所以 要设计出更加人性化的软件给用户去使用。2.2.2系统功能需求分析武汉地铁TVM运营维护系统的建设目标是从实际的需求出发，适当的考虑未来自 动售票机的发展要求，建立一套反应更为迅速，人机界面更为优美，稳定性、扩展性更 强的TVM软件系统，从而提高乘客的购票效率及购票的流畅程度，使得地铁工作人员 能以较快的速度和较高的效率处理突发状况，以大大降低人力资源的消耗。本系统应实现的功能要求如下图2.2的自动售票机功能层次结构所示：早 早工作早工作乘客人乘客 人人员人人员售票召援广告维护干预状态和模式管理工作人员识别数据管理 安全管理通信管理 状态监测DBMS OS图2.2 TVM功能层次结构售票功能：售票是自动售票机的主要功能，自动售票机所出售的是地铁单程票，可 提供乘客两种购票方式:921VM运营维护系统的总体分析与设计硕士学位论文快速购票方式，也称票价选择方式:对于知道前往目的地应支付票款的经常性乘客,可以直接选择票价，实现快速购票。普通购票方式，也称车站选择方式：乘客可通过自动售票机的普通购票方式购买到 线网内所有车站的车票。对于非经常性乘客，自动售票机通过导航方式引导乘客购得所 需的车票。导航的步骤为：（1）乘客选择人机界面语言：乘客人机界面支持的语言为中 文和英文；（2）乘客定义车票：在乘客购票过程中，自动售票机显示电子地图供乘客选 择目的地车站。乘客选择完目的地车站后，显示器应能显示目的站点、票种、单价、数 量、总金额、已付金额等信息。乘客选择站点后，可以选择所购买的车票张数，若不选 择车票的张数，系统缺省认为购买一张；（3）乘客支付票款：乘客直接投币，也可用储 值卡支付票款；（4）自动售票机支付车票及找零：当乘客支付票款操作完成后，自动售 票机将立即进行车票的编码和交付操作。如果投入的硬币或纸币数额大于所购车票的价 格，并且如果车票编码和交付成功完成，那么自动售票机将找零。自动售票机的人机界面可显示付费方式、车票张数、交易确认、交易取消等选择按 钮供乘客进行选择。售票功能是自动售票机最主要的功能，其中还包含三种基本功能，如图2.3售票功能的构成。图2.3售票功能的构成票款支付功能：乘客可使用该功能来向自动售票机支付所定义的一张或多张车票的 票款。在定义车票之前就可以先选择使用现金支付还是储值卡支付。在车票定义完成后,自动售票机将根据乘客选择的支付方式以及所需支付的金额逐步的引导乘客进行支付。自动售票机可接受硬币、纸币、储值车票、银行信用卡（预留）等支付方式：（1）硬币：可接受至少2种不同面额的中国流通硬币，包括第四版和第五版人民币的硬币；（2）纸 币：可接受现有流通的所有5、10、20、50、100元人民币。纸币处理模块可通过参数 设置增加新纸币种类，而不需进行任何硬件的更改。（3）储值卡：乘客可利用经参数设 置种类的储值卡购买单程票，在乘客通过触摸屏选择了储值卡支付之后，可在I C卡读 写器上放置储值卡，检查其有效性，并验证其余值大于或等于所需车费，从储值卡成功 扣除相应的票值。在乘客未支付足够费用前，乘客可点击“取消”按钮中止交易。在乘客购票操作过 程中，间断时间超过所规定时间，自动售票机自动中止交易。中止交易时可返还已投入 硕士学位论文地铁TVM运营维护系统的设计与开发的钱币，间断时限可由参数进行设置。自动售票机会检查投入其中的每一枚硬币的直径、厚度和金属含量。对于塞进自动 售票机中的每一张纸币，将会进行尺寸和光学检查以确认是否为真钞。如果在经过上述 检查后发现硬币或纸币无效，那么硬币或纸币将返还给乘客。当支付的金额等于或大于 应付金额后，乘客支付阶段被视为已完成。票卡交付及找零交付功能：自动售票机具有向乘客交付所购买车票以及所需找还零 钱的功能。当乘客的支付操作完成之后，自动售票机将立即对车票进行编码和交付操作。如果车票的编码和交付成功完成，且支付的票款需要找零，那么自动售票机将会计算出 找零数目并自动找零。如果车票的编码或交付失败，或