楊政軍

(湖南省高速公路管理局,410001,長沙∥工程師)

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二維碼電子車票在自動售檢票系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊政軍

(湖南省高速公路管理局,410001,長沙∥工程師)

通過分析城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)車票的發(fā)展現(xiàn)狀,提出將二維碼電子圖片作為自動售檢票系統(tǒng)中的車票媒介，并給出了二維碼電子車票的使用流程。研究了基于二維碼電子車票的城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)的總體架構(gòu)及建設(shè)內(nèi)容。二維碼電子車票的使用將為乘客的出行帶來便利，為行業(yè)主管單位節(jié)約運(yùn)營維護(hù)成本。

城市軌道交通； 自動售檢票; 二維碼電子車票

Author′s address Hunan Expressway Administration Bureau,410001,Changsha,China

自動售檢票(AFC)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)和自動控制等技術(shù),通過對計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)等專業(yè)知識的綜合運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)城市軌道交通售票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、清分和管理等全過程的自動化系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)主要由聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的中央清分系統(tǒng)(ACC)、線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(LCC)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(SC)、車站終端設(shè)備(SLE)及車票等五個層次組成[1]。車票作為乘客與軌道交通運(yùn)營單位之間的媒介,記錄了乘客從購票開始,直至完成一次完整旅行所產(chǎn)生的費(fèi)用、時(shí)間、乘車區(qū)間等信息。車票的合理選型對城市軌道交通AFC系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營起著重要作用。

1 AFC系統(tǒng)車票發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)信息記錄介質(zhì)的不同,目前國內(nèi)外常見的城市軌道交通車票媒介有三種:紙質(zhì)、磁卡和智能IC卡[2]。由于傳統(tǒng)的紙質(zhì)車票不適合進(jìn)行機(jī)器識別,因此,AFC系統(tǒng)一般不考慮紙質(zhì)的普通車票。

封閉式的AFC系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代到80年代均以磁卡作為信息載體。磁卡車票雖然技術(shù)比較成熟,但存在磁卡信息存儲容量小、安全保密性差、車票傳輸機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、故障率和維修費(fèi)用高等缺點(diǎn),隨著近年來非接觸式IC卡的發(fā)展,磁卡車票逐漸被其取代。

非接觸式智能IC卡是由微型處理集成電路芯片經(jīng)封裝制成的,具備信息存儲量大、信息安全性高、讀寫失效率低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此,目前國內(nèi)外城市軌道交通AFC系統(tǒng)大都采用非接觸式 IC 卡作為車票媒介。

2 二維碼技術(shù)介紹

二維碼是指在一維條形碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出另一維具有可讀性的條碼,如圖1所示。它使用黑白矩形圖案表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號信息,用若干個與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息,通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實(shí)現(xiàn)信息自動處理。

圖1 條形碼與二維碼圖

二維碼技術(shù)具有數(shù)據(jù)輸入快速、可靠,可機(jī)器識別，識別設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是，二維碼作為車票媒介只能在購票時(shí)記錄站名和發(fā)售時(shí)間,無法記錄進(jìn)站時(shí)間和檢票機(jī)編號等計(jì)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息，而國內(nèi)外城市軌道交通普遍將計(jì)時(shí)制納入自身的票價(jià)結(jié)構(gòu)中,這將會對AFC系統(tǒng)的計(jì)時(shí)制管理模式產(chǎn)生影響。因此,目前AFC系統(tǒng)沒有采用二維碼車票。

二維碼的大多數(shù)應(yīng)用場景，是由商家提供二維碼讓用戶掃描，用戶掃描二維碼并觸發(fā)相關(guān)應(yīng)用。這是主讀方式,此方式用戶無法避免掃描惡意二維碼帶來的風(fēng)險(xiǎn)。若由用戶主動生成二維碼，由商家來掃描,即被讀方式,則能提高用戶使用過程的安全性。AFC系統(tǒng)可利用基于二維碼的被讀方式,應(yīng)用過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制由系統(tǒng)后臺進(jìn)行識別校驗(yàn)。

3 二維碼電子車票的應(yīng)用

隨著智能手機(jī)、平板電腦和4G移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的普及,信息的交互和分享更加方便和及時(shí),二維碼技術(shù)的應(yīng)用不再受到時(shí)空和硬件設(shè)備的局限,可替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)車票及IC卡車票來作為媒介:傳統(tǒng)車票憑證的內(nèi)容及持有者的信息通過加密并編碼后,成為一個二維碼圖形,用戶可以短信、彩信、手機(jī)APP軟件的形式下載保存至手機(jī)上;使用時(shí),乘客持二維碼電子圖片在專用閘機(jī)的讀碼設(shè)備上進(jìn)行識讀,后臺管理系統(tǒng)通過有線或無線4G VPN(虛擬通信專網(wǎng))建立私有數(shù)據(jù)傳輸通道，減輕遠(yuǎn)程訪問的費(fèi)用負(fù)擔(dān)，并提供安全的端到端數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)相關(guān)子系統(tǒng)及設(shè)備間的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)交互驗(yàn)證。響應(yīng)時(shí)間一般不超過5 s,以保證大客流在進(jìn)出站時(shí)站級系統(tǒng)的實(shí)時(shí)高效性。這種方式具有高實(shí)時(shí)性、唯一性和高安全性等特點(diǎn),不僅解決了傳統(tǒng)媒介的弊端，節(jié)約了材料和物流成本，節(jié)省了乘客排隊(duì)購票的時(shí)間，提高了售檢票效率,而且非常環(huán)保和時(shí)尚,也順應(yīng)了移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的潮流。

根據(jù)城市軌道交通AFC系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)要求,其車票一般包括單程票、儲值票、計(jì)次票等普通票，以及學(xué)生票、老人票等優(yōu)惠票。由于優(yōu)惠票的使用過程離不開人為監(jiān)督,后臺系統(tǒng)不能僅通過對車票的校驗(yàn)來判斷是否為本人使用,故優(yōu)惠票存在被復(fù)制或盜刷的風(fēng)險(xiǎn)。因此,優(yōu)惠票的使用需要結(jié)合其它方式如人工稽查、視頻識別等進(jìn)行規(guī)范。普通票的風(fēng)險(xiǎn)控制可通過專網(wǎng)通信與后臺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的校驗(yàn),因此,二維碼電子車票可替代傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)中的普通票。

以二維碼電子車票充當(dāng)單程票、儲值票、計(jì)次票等普通票的憑證，介紹二維碼電子車票的使用流程(見圖2)。

圖2 二維碼電子車票使用流程圖

(1) 乘客下載并注冊購票手機(jī)APP軟件,在軟件界面中選擇進(jìn)、出口站,通過銀聯(lián)、支付寶或微信接口等移動支付手段完成購買單程票(或儲值票、計(jì)次票);部署在ACC的聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)將保存購票記錄信息,且APP軟件將自動生成加密的二維碼電子車票。

(2) 乘客持手機(jī)中的二維碼電子車票在具備識別二維碼圖片功能的入口閘機(jī)上進(jìn)行掃描讀取,部署在ACC的聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)通過通信專網(wǎng)解密入口閘機(jī)傳來的識讀碼,并判斷電子票是否可用、入口站信息是否匹配、是否已刷過入口站信息等條件,然后將電子車票有效性判斷的結(jié)果通過通信專網(wǎng)、以加密方式返至入口閘機(jī)的工控機(jī),閘機(jī)工控機(jī)通過解碼決定開閘放行或提示報(bào)警音。此時(shí),聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)修改該電子票的入口交易信息,同時(shí)向乘客的購票賬戶發(fā)送入口消費(fèi)提醒。

(3) 乘客持已在入口閘機(jī)識讀過的二維碼電子車票在出口閘機(jī)上進(jìn)行掃描讀取,部署在ACC的聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)通過通信專網(wǎng)解密出口閘機(jī)傳來的識讀碼,并判斷電子票是否可用、是否已刷過入口站信息、余額(次數(shù))是否足額等條件,然后將電子票有效性判斷的結(jié)果通過通信專網(wǎng)、以加密方式返至出口閘機(jī)的工控機(jī),閘機(jī)工控機(jī)通過解碼決定開閘放行或提示報(bào)警音。此時(shí),聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)修改該電子票的出口交易信息:若電子票為單程票,則車票使用完,作廢處理;若電子票為儲值票,則扣除消費(fèi)金額,保存出入口交易記錄信息;若電子票為計(jì)次票,則可用次數(shù)減1,保存出入口交易記錄信息。同時(shí),聯(lián)網(wǎng)售票后臺系統(tǒng)向乘客的購票賬戶發(fā)送出口消費(fèi)提醒。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

基于二維碼電子車票的城市軌道交通AFC系統(tǒng)可劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層和應(yīng)用層,由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及運(yùn)行保障體系、信息安全保障體系支撐,并可與現(xiàn)有的AFC系統(tǒng)進(jìn)行對接。其系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

(1) 基礎(chǔ)設(shè)施層：主要提供與用戶交互的接口服務(wù),以及相關(guān)基礎(chǔ)硬件設(shè)施。

(2) 數(shù)據(jù)層：是系統(tǒng)的核心層,由車票信息數(shù)據(jù)庫、用戶信息數(shù)據(jù)庫、密鑰系統(tǒng)，以及銀聯(lián)、支付寶、微信等第三方移動支付接口組成,通過規(guī)范的接口和開發(fā)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與各子系統(tǒng)以及現(xiàn)有AFC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換。

(3) 支撐層：為AFC系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用提供統(tǒng)一的支撐環(huán)境,包括數(shù)據(jù)交換平臺、安全認(rèn)證、中間件、訪問控制、數(shù)據(jù)分析等支撐軟件。

(4) 應(yīng)用層:應(yīng)用層作為最終功能的直接體現(xiàn)層,以用戶的綜合應(yīng)用需求為目標(biāo),既包括直接為用戶提供服務(wù)的二維碼售票APP軟件,還包括為管理部門提供支持的中心管理系統(tǒng)。

(5) 保障體系:包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及運(yùn)行保障體系和信息安全保障體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及運(yùn)行保障體系包括系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)遵守的國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度,是拓展AFC系統(tǒng)建設(shè)的指引,為實(shí)現(xiàn)兼容傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障。信息安全保障體系采用安全技術(shù)產(chǎn)品,依據(jù)安全管理制度和技術(shù)規(guī)范,保障系統(tǒng)物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全和應(yīng)用安全。

5 系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)系統(tǒng)的總體架構(gòu),可將系統(tǒng)劃分為后臺子系統(tǒng)模塊、售票子系統(tǒng)模塊和檢票子系統(tǒng)模塊,其功能框架圖如圖4所示。為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的無縫對接,需建設(shè)如下模塊內(nèi)容:

(1) 建設(shè)后臺管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及相關(guān)接口。本系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)售檢票后臺系統(tǒng)部署在現(xiàn)有AFC系統(tǒng)的ACC級,通過標(biāo)準(zhǔn)的接口與ACC進(jìn)行對接,且各站級閘機(jī)工控系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)售檢票后臺系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通信,實(shí)現(xiàn)用戶管理、數(shù)據(jù)查詢、資金結(jié)算清分、消費(fèi)短信提醒、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、二維碼密鑰管理、移動支付接口管理、與現(xiàn)有AFC系統(tǒng)對接數(shù)據(jù)資源等功能。此外,包含用戶信息、車票信息、流水信息的數(shù)據(jù)庫也部署在ACC級,直接與聯(lián)網(wǎng)售檢票后臺系統(tǒng)對接。

(2) 實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP售票軟件。為實(shí)現(xiàn)二維碼電子車票的售票過程,需開發(fā)相應(yīng)的手機(jī)APP應(yīng)用軟件。用戶在下載并注冊軟件后,通過界面的選擇條件,以銀聯(lián)、支付寶或微信接口等移動支付手段購買車票,軟件自動生成對應(yīng)的二維碼電子圖片和購票記錄,用戶即可持符合要求的二維碼電子圖片作為車票憑證乘坐地鐵。

圖4 系統(tǒng)功能框架圖

(3) 研發(fā)具備二維碼識別功能的自動檢票機(jī)。為實(shí)現(xiàn)對二維碼電子車票進(jìn)行檢票的功能,需在傳統(tǒng)自動檢票機(jī)的閘機(jī)投票口處增加二維碼掃描槍模塊,達(dá)到識別及驗(yàn)證二維碼車票的目的。自動檢票機(jī)系統(tǒng)以工控機(jī)為中心,通過串口協(xié)議連接二維碼掃描槍、IC卡讀寫器、單程票回收裝置、三桿、乘客信息顯示器;通過I/O(輸入/輸出)總線控制頂燈、側(cè)燈、蜂鳴器等輔助設(shè)備及緊急狀態(tài)控制部件;通過通信專網(wǎng)與聯(lián)網(wǎng)售檢票后臺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通信。自動檢票機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

(4) 應(yīng)急機(jī)制。① 提供手持式二維碼檢票機(jī)。當(dāng)設(shè)備故障或網(wǎng)絡(luò)通信失敗等異常情況導(dǎo)致自動檢票機(jī)(閘機(jī))不能正常檢二維碼電子車票時(shí),采用站級管理人員人工干預(yù)的方式,如使用手持式二維碼檢票機(jī)進(jìn)行臨時(shí)檢票。手持式二維碼檢票機(jī)內(nèi)包含無線通信模塊，能夠與后臺系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信,若無線通信模塊也發(fā)生故障時(shí),則采用脫機(jī)模式,對預(yù)先下載至手持式二維碼檢票機(jī)中的參數(shù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較及判斷。② 閘機(jī)過道配置監(jiān)控?cái)z像頭。為稽查用戶使用二維碼電子車票使用情況,防止乘客惡意刷票,可通過視頻監(jiān)控進(jìn)行稽查。③ 設(shè)置客服專崗。當(dāng)用戶的賬戶或車票被盜,可直接電話聯(lián)系客服,由客服通知后臺管理員鎖定賬戶。

圖5 自動檢票機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6 結(jié)語

二維碼電子車票與目前使用最廣的IC卡車票的相關(guān)特性比較如表1所示。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,二維碼作為一種快捷、簡便的支付媒介逐漸得到廣泛應(yīng)用,采用二維碼電子圖片作為城市軌道交通AFC系統(tǒng)中的車票媒介，將給乘客帶來便捷時(shí)尚的體驗(yàn),也可為行業(yè)主管單位節(jié)省運(yùn)營維護(hù)成本。

表1 二維碼電子車票與IC卡車票的特性比較表

[1] 趙時(shí)旻.軌道交通自動售檢票系統(tǒng)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2007.

[2] 梁苗.城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)車票選型探討[J].機(jī)電工程技術(shù),2013(4):88.

Application of the Two-dimensional Code Electronic Ticket in AFC System

YANG Zhengjun

Through analyzing the current development of rail transit AFC system, the two-dimensional code electronic picture is proposes as the ticket media, the use process of two-dimensional code electronic ticket is introduced. Then, the overall structure and the development contents of this system are studied, which will bring the convenience for passengers in traveling and save the cost in operation and maintenance for the transit business companies.

urban rail transit; AFC (automatic fare collection); two-dimensional code electronic ticket

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.04.018

2015-04-21)