谢 峰 魏 鹏

（成都地铁运营有限公司，610081，成都∥第一作者，工程师）

成都地铁自动检票机取消不间断电源装置可行性分析

谢 峰 魏 鹏

（成都地铁运营有限公司，610081，成都∥第一作者，工程师）

结合成都地铁1号线自动检票机中不间断电源（UPS）装置的最初设计目的和现场使用情况，从车站自动检票机在运营时间发生断电的概率、自动检票机发生异常断电时票卡丢失的概率，以及UPS的维护成本等方面，对取消自动检票机的UPS装置的可行性进行了分析，为成都地铁后续线路自动售检票系统的设计和建设提供参考依据。

地铁；自动检票机；不间断电源

First-author's addressChengdu Metro Co.，Ltd.，610081，Chengdu，China

地铁自动检票机作为检票系统中最重要的设备之一，其可靠性、安全性受到各集成商和业主的广泛关注。为了增加检票机的可靠性，工程设计在自动检票机中会设置不间断电源（UPS），以保证在设备突然断电的情况下，不丢失最后一笔正在进行的交易。但是，随着自动检票系统的不断发展，自动检票机在实际应用中发生突然断电的概率已经微乎其微，而UPS的维护和维修成本却在持续攀升。在这种情况下，大多数城市在自动检票机中取消了UPS。本文结合成都地铁车站自动检票机UPS装置的实际运用情况，从自动检票机异常断电时交易丢失的概率和UPS维护成本两个方面分析自动检票机取消配置UPS的可行性。

1 自动检票机异常断电时交易丢失的概率分析

异常断电，是指在正常运营时间内的车站断电，会导致自动检票机突然失电无法正常工作。但是，并非每次异常断电都造成交易丢失，只有在断电瞬间正好有乘客使用车票进行读卡操作，才有可能造成交易丢失。本文从异常断电的发生概率和交易丢失的原因两个方面分析自动检票机异常断电时的交易丢失。

1.1 自动检票设备异常断电的发生概率

自动售检票系统是地铁诸多系统中一个重要的系统，其供电设计一般要求为一级负荷供电。一级负荷是指中断供电将造成重大人身伤亡、设备财产损失的用电系统及设备，如大型医院、石油提炼厂、矿井或轨道交通系统等。一级负荷一般有两路电源供电，要求当供电系统其中一路线路发生故障停电时，另一路线路仍保证其连续供电，即双回路供电。

双回路供电对两路电源的要求为：

（1）两路电源之间无联系。

（2）两路电源之间有联系时，须符合下列要求：①发生任何一种故障时，两路电源的任何部分应不致同时受到损坏；②发生任何一种故障且保护装置正常时，有一路电源不中断供电，并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以至两路电源均中断供电后，能在有人值班的处所完成各种必要操作，迅速恢复一路电源供电。

因此，从城市轨道交通一级负荷供电的特点以及一级负荷供电的重要性来讲，城市轨道交通由一级负荷电源供电的设备发生异常断电的情况是极少的。成都地铁1号线自动售检票系统的实际情况也证明了这一点。成都地铁1号线自动售检票系统采用了一级负荷供电设计，由南北两路电源（一路主电源，一路备用电源）供电，以确保运营时间内车站自动售检票系统终端设备的正常运行。成都地铁1号线自2010年9月正式运营以来，从未发生过任何运营时间内一级负荷故障断电事故。

1.2 异常断电导致交易丢失的原因和概率

我国大多数城市的轨道交通都采用出站扣费的计费方式，所以，只有在自动检票机遇到异常断电时有乘客正在使用车票刷卡出站，才有可能造成交易丢失。一张票卡的交易具体可分为寻卡、校验、读卡、写卡、生成交易、交易写入硬盘、交易上传等几个阶段。异常断电时交易是否丢失，与票卡当时所处的阶段有关。如果异常断电发生在寻卡、校验、读卡、写卡几个阶段，因为自动检票机软件系统未能正式生成交易，将不会发生丢失交易的情况；若异常断电发生在自动检票机完成写卡操作以后，设备处在生成交易的过程中，则有可能发生交易丢失的情况。所以，因异常断电而发生交易丢失的概率是非常低的。

以成都地铁自动售检票实际情况为例，根据《成都轨道交通AFC技术标准》，轨道交通读写器对回收类专用票操作的读写时间不大于250 ms，对非回收类专用票操作的读写时间不大于350 ms。对于单笔交易，远期预留占用300 B的硬盘空间，而自动检票机的CF（Compact Flash）内存卡的一般读写速率为20 MB/s，故单笔交易的读写时间为15 ms。

AFC系统中，票卡读写时间指从轮寻POLLING捕获到卡至卡交易过程数据读写全部结束所需时间，包含读写过程中ECU（闸机工控机）端的业务处理时间，不包含交易记录的产生及设备开门、出票等动作花费的时间。《成都轨道交通AFC技术标准》规定，票卡的交易过程中从寻卡到交易写入硬盘的时间最多为0.25 s，而真正用于写交易到硬盘的时间只有15 ms。也就是说，设备断电导致交易记录丢失的写卡阶段所花费的时间只占票卡交易总时间的6%左右。因此，由于设备断电而导致交易记录丢失的概率是很低的。

1.3 异常断电导致交易丢失分析总结

综上所述，工程设计为一级负荷的自动售检票系统在运营时间发生异常断电的概率是很低的；从一张票卡的交易过程来看，设备异常断电恰巧发生在交易生成和写入硬盘的阶段的概率也是比较低的。因此，由于自动检票机异常断电而发生丢失交易的概率是极低的。

假设每年车站一级负荷设备有4次断电（每次只是在一个站，不可能全线断电），每次断电瞬间有10人正在刷卡，其中2人的交易丢失；每个交易记为5元。那么，交易损失为4×2×5元=40元。可见，由于车站设备掉电造成的票务收益的损失是相当有限的。

2 UPS的维护成本分析

在自动检票机中配置UPS需要两方面的成本投入，一是AFC系统建设阶段，设计生产自动检票机时采购UPS的成本，也是直接配置成本；二是在AFC系统建成后，运营维护阶段的维护成本，包括人工和材料成本。本文从以上两个方面具体分析。

2.1 配置成本

以成都地铁1号线一期工程为例，按照目前市场报价，每个自动检票机通道均配置1 k VA的UPS来进行计算，1号线一期工程自动检票机配置UPS的总成本见表1。本AFC系统为自动检票机配置UPS的直接成本在33万元左右。

表1 成都地铁1号线一期工程UPS配置成本表

2.2 维修成本

随着技术的进步，目前UPS的维护工作量已比以前减少了很多。但是，为了保证电池的使用寿命，仍需定期对其进行充放电维护。如果不进行定期维护，电池的寿命只有2～3年左右，其在恶劣工作环境下（如高温环境）的寿命也将大打折扣。理想工作环境下3年内UPS的维护费用见表2。

表2 理想工作环境下UPS逐年维修成本表

由表2可知，随着UPS使用年限的递增，其维修成本逐年增加，且到地铁开通后3年UPS电池需进行更换。以此计算，UPS每年平均的维护成本是配置成本的25%左右。由于自动检票机内部空间狭小，UPS需与电源盒一同放置，导致UPS的工作环境温度很高，严重影响了UPS的使用寿命，其实际维护成本比理论成本还要高。由此可以看出，车站自动检票机UPS的故障率比较高，且维修成本高昂。

成都地铁1号线一期工程自开通以来，由于车站自动检票机的UPS同电源盒一同放置，导致UPS的工作环境温度很高，加上自动检票机UPS定期放电工作量巨大、运营时间无法操作等原因，车站自动检票机的UPS装置运营1年左右就开始出现电池浮充、老化、主板损坏等一系列设备共性故障。经统计，成都地铁1号线一期工程全线自动检票机的UPS装置运营2年时大部分已将电池更换。按照目前成都地铁UPS厂家报价，仅维护工作的材料成本就已达到每年15万元左右。

3 各城市自动检票机配置UPS情况

随着城市供电安全性、可靠性的提高，自动检票机配置UPS的必要性在逐渐下降，而UPS使用中的维护、保养费用却在日益增高。在这种情况下，我国许多城市在地铁自动检票机的配置中取消了UPS（见表3）。

表3 我国部分城市地铁自动检票机配置UPS情况一览表

4 结 语

综上所述，随着城市供电安全性、可靠性的提高，地铁车站发生异常断电事件的概率在不断降低，自动检票机配置UPS的必要性变得越来越低，加之UPS的维护、维修成本较高，维护工作量较大，而消耗巨大维护成本所换来的运营收益很小。因此，为降低地铁运营维护成本，在城市轨道交通自动售检票系统工程设计中可考虑取消自动检票机的UPS装置。

［1］ 赵时旻.轨道交通自动售检票系统［M］.上海：同济大学出版社，2007.

［2］ 何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通车站机电设备运行与维修［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［3］ GB 50157—2003地铁设计规范［S］.

Feasible Analysis of UPS Equipment Removal from Automatic Gate Machine in Chengdu Metro

Xie Feng，Wei Peng

Combined with the design purpose and practical appllication of UPS in automatic gate machine（AGM）of Chengdu metro Line 1，the removing feasibility of UPS equipment from AGM is analyzed based on the power outrage rate in AGM working times，the ticket loss probability when abnormal power down happens in AGM，and the maintenance cost of UPS.This research will provide some references for the design and manufacture of new AFCsystem on the following metro lines in Chengdu.

metro；automatic gate machine（AGM）；uninterrupted power source（UPS）

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2015.01.022

2013-04-19）