基于云平台的城市轨道交通自动售检票系统设计与实现

摘要：文章提出了一种基于云平台的城市轨道交通自动售检票系统设计方案，针对传统系统扩展性差、数据孤立和维护成本高的问题，充分利用云计算、大数据和物联网技术，简化系统结构，提高了系统维护的便捷性和运行效率。通过设计控制中心和车站云平台的硬件与软件架构，实现了资源的集中管理、实时数据共享以及票务系统的智能化升级。云平台架构的应用不仅降低了建设与运营成本，还提升了轨道交通自动售检票系统的标准化水平。

关键词：云平台；自动售检票系统；轨道交通；云计算；大数据

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）07-0107-03

开放科学（资源服务） 标识码（OSID）

0 引言

自动售检票系统（AFC） 作为轨道交通的重要组成部分，其功能和效率直接影响乘客的出行体验和运营方的管理效率[1]。然而，传统售检票系统由于依赖本地化部署，存在扩展性差、数据孤立、维护成本高等问题[2]，尤其在面对现代轨道交通高并发、高实时性和大数据分析需求时显得力不从心。这些不足限制了系统的适应性和发展，迫切需要新的技术方案来优化系统性能。为此，本文提出了一种基于云平台的新型轨道交通自动售检票系统设计，通过架构改进和软硬件一体化设计，不仅解决了传统系统的扩展性和数据孤立问题，还显著提升了系统的智能化水平和规范化程度，从而为城市轨道交通的高效运行提供了可靠保障。本文将从总体设计、控制中心云平台设计、车站云平台设计、关键技术分析和结论5个方面展开论述。

1 轨道交通自动售检票系统的总体设计

轨道交通传统售票系统主要基于本地化部署，通常由车站终端设备和本地服务器组成，完成售票、检票和充值等基本功能。为了解决传统售票系统的缺陷，本文提出了云平台AFC系统，利用云计算、大数据和物联网技术，实现系统的高效运行和智能管理[3]。总体架构如图1所示。

本文设计的轨道交通自动售检票系统的总体架构主要分为3个层级：客户端层、服务层和云平台层，通过系统管理和接口交互完成功能整合。客户端层主要面向用户和工作人员，包含乘客终端（如手机App、自助售票机） 和工作人员管理端。乘客通过终端进行购票、充值和检票操作，工作人员通过管理端执行系统维护和监控。服务层为客户端层提供核心业务支持，包含票务管理服务、设备状态监控服务和用户管理服务。票务管理服务处理售票和检票请求；设备状态监控服务确保终端设备正常运行；用户管理服务负责乘客账户和权限管理。云平台层的核心组件位于云端，包括数据存储与处理、大数据分析和系统运行监控。云平台提供高效的计算能力，实现大规模并发处理和实时数据分析，同时通过系统运行监控保障系统稳定性[4]。乘客通过客户端完成购票或检票请求，服务层接收并处理后，将数据上传至云平台。云平台实时存储和分析数据，并通过监控功能对系统运行情况进行反馈。

2 控制中心云平台设计

2.1 控制中心硬件设备设置

硬件设备的设置是保障系统高效运行的基础，涵盖了多个关键节点和设备[5]。本研究的硬件设备结构如图2所示。轨道交通云平台作为系统的核心，整合了线路控制中心（LCC） 和自动清算中心（ACC） 的计算资源，其主要硬件包括高性能云服务器和分布式存储设备。云服务器负责处理轨道交通系统的大量并发请求，并进行实时数据分析；分布式存储设备用于保存乘客交易记录、票务信息和线路运营日志，支持大规模数据存储并确保数据的可靠性和容错性[6]。线路汇聚节点作为数据传输的重要环节，配备了汇聚交换机，负责将各线路的数据汇总并传输到云平台，同时具备高带宽和低延迟的网络性能。为支持多线路的统一管理，多线路运营管理室部署了终端设备（如电脑、打印机等） ，用于生成票务报表、处理异常情况和日常维护；此外，数据采集设备和大屏监控设施进一步保障了管理人员对线路运行状态的实时掌控。系统通过防火墙和路由器构建网络安全屏障和稳定通信路径。防火墙位于汇聚节点与云平台之间，负责流量过滤和网络安全管理，防止系统遭受外部攻击；路由器则实现了不同节点之间的快速通信，图2中采用双路由器设计，提高了数据传输的容错性和可靠性。为进一步提升数据传输性能，系统还部署了高速的专用通信传输网，利用光纤通信设备和交换机构建高效、低延迟的传输环境，确保轨道交通系统能够在高并发的情况下保持高效运行。

2.2 控制中心软件设备设置

整体软件设备分为三层：客户端软件、服务端软件和云平台软件，各自负责数据交互、业务逻辑处理和云端资源管理，构成一个完整的软硬件协同运行体系[7]。客户端软件部署在乘客终端（如手机App和自助售票机） 和工作人员终端（如管理工作站） 。乘客终端软件负责提供购票、充值、查询余额和检票等功能，支持多种支付方式（如二维码支付、NFC支付和一卡通支付） 。服务端软件是整个系统的业务逻辑核心，采用模块化设计，包括票务管理模块、设备状态监控模块和用户管理模块。票务管理模块负责处理购票、检票和票务数据校验等核心业务流程。在购票阶段，系统通过用户请求生成订单，完成座位分配和支付确认；在检票环节，模块利用二维码扫描或电子票验证用户信息，确保票据的有效性；最后，通过数据校验功能，系统对购票、检票信息进行一致性验证，确保票务数据的准确性与完整性，同时防止伪造票据的使用。云平台软件是控制中心的核心部分，提供数据存储与处理、大数据分析和系统运行监控等功能。

3 车站云平台设计

3.1 车站云平台硬件设备设计

车站云平台硬件配置如图3所示，涵盖了服务器设备、通信设备、检票和售票终端设备、存储设备以及监控与显示设备[8]。服务器设备作为核心，部署在票务室或专用设备间，负责票务数据处理、本地缓存和数据同步，确保售检票操作的连续性和实时性。通信设备包括高带宽交换机、冗余设计的路由器以及无线接入点，保障车站内外的数据流通和无线终端的连接。检票和售票终端设备直接面向乘客，包括自助售票机、检票闸机以及人工售票终端，分别支持多种支付方式、票务验证和人工服务功能[9]。存储设备采用NAS和RAID磁盘阵列，提供票务记录和运行日志的可靠存储，并通过冗余设计确保数据安全性。监控与显示设备通过大屏显示、监控摄像头和传感器实现对车站设备运行状态和乘客流量的实时监控，同时提供多画面展示和数据可视化功能。

3.2 车站云平台软件设备设计

车站云平台的软件设备包括操作系统、应用软件、数据库管理系统和安全管理系统4个核心部分。服务器采用Linux系统，为多任务并发处理和网络通信提供基础支持[10]。应用软件涵盖票务管理系统、设备监控系统以及数据同步与上传系统，其中票务管理系统负责售票、检票、充值等核心功能，设备监控系统实时监控售检票终端设备的状态并快速响应故障，而数据同步系统确保车站与控制中心之间数据的实时一致性。数据库管理系统采用MySQL数据库，用于存储和管理车站的票务记录、设备状态和日志信息，支持快速查询、更新和备份操作。

4 关键技术分析

4.1 大数据实时处理技术

随着轨道交通系统规模的扩大和乘客流量的增加，自动售检票系统需要处理海量的票务数据、设备运行数据和乘客行为数据。这对数据处理能力提出了高要求，而传统的集中式或分布式数据处理模式难以满足实时性和高效性的需求。云平台通过整合大数据实时处理技术，解决了这一问题。基于云平台的售检票系统采用分布式数据存储与计算架构，实现对海量数据的高效存储和并行计算。在数据处理过程中，乘客终端（如售票机、检票闸机） 采集的数据通过数据清洗和标准化处理后，实时上传至云平台进行分析与存储。为满足动态变化的乘客流量和票务交易数据的处理需求，系统引入了Kafka等流式数据处理工具，同时利用Spark Streaming或Flink框架进行实时计算。这些框架通过分布式流处理和任务调度机制，能够快速识别异常交易、优化资源分配，并为运营方提供动态决策支持。例如，当某站点乘客流量异常增高时，系统可以实时预测检票闸机的使用压力，自动调整资源配置，从而保障系统高效运行并提升用户体验。

4.2 高并发通信技术

轨道交通自动售检票系统需要应对高并发的乘客请求，包括购票、检票和充值等操作，尤其在早晚高峰期间，系统的通信性能直接影响乘客体验和系统稳定性。为此，高并发通信技术成为关键。云平台通过部署负载均衡器（Nginx） 和高性能网络协议（HTTP/2或gRPC） ，实现对大量并发请求的分发和快速响应。负载均衡器根据网络流量动态分配计算资源，避免单点压力过大导致的系统崩溃。结合CDN（内容分发网络） 技术，分散用户请求至不同区域的云节点，加快数据传输速度。在设备间通信中，采用MQTT协议确保低带宽环境下的高效传输。该协议通过轻量化的发布-订阅模式，将票务终端的请求高效传递至云平台，同时减少数据传输延迟。为进一步提升并发性能，云平台引入异步通信模式和微服务架构，使各服务模块独立运行，减少互相依赖，提高系统的吞吐量。

4.3 云虚拟化技术

云虚拟化技术通过将物理资源虚拟化为可管理的逻辑资源，实现了硬件资源的灵活分配与高效利用。在轨道交通自动售检票系统中，云虚拟化技术能够将服务器、存储和网络资源虚拟化为多个逻辑单元，支持不同服务模块的灵活部署。通过虚拟机（VM） 或容器技术（Docker） ，系统可以在同一物理硬件上运行多个独立实例，减少硬件资源的浪费。在高峰时段，如早晚客流高峰，系统通过虚拟化平台动态调整资源分配，优先满足高并发票务处理需求。负载均衡机制结合虚拟化技术，根据流量变化自动启动或关闭虚拟机，实现计算资源的动态扩展。与传统固定资源分配模式相比，这种按需分配的方式显著提高了资源利用率，同时降低了运营成本。

5 结论

本研究探讨了一种新型的城市轨道交通自动售检票系统架构，该架构利用云平台技术，不仅提高了系统的维护效率和用户体验，同时显著削减了车站云平台的构建和运作成本。研究提出了一种高效的云平台架构设计方案，并验证了其在实际应用中的可行性和优越性，引入大数据实时处理技术、分布式存储与计算架构，以及对乘客行为数据的深度分析，从而全面提升了系统的智能化水平。展望未来，云平台AFC系统的发展面临数据安全与隐私保护、系统高可用性及跨平台兼容性等挑战，同时也具备拓展智慧交通生态、优化乘客服务体验和推动轨道交通数字化转型的巨大机遇。这些方向将成为未来进一步研究的重点，为城市轨道交通系统的可持续发展提供理论支持和技术指导。

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【通联编辑：谢媛媛】