王國(guó)富， 王洪臣， 劉海東

(濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 濟(jì)南 250101)

城市軌道交通AFC系統(tǒng)新技術(shù)應(yīng)用及展望

王國(guó)富， 王洪臣， 劉海東

(濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司， 濟(jì)南 250101)

目前車票媒介主要有非接觸式IC卡、二維碼、電子車票(NFC)三大類。隨著自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，為了更好地提高服務(wù)質(zhì)量，軌道交通除了保留現(xiàn)金購(gòu)票外，全自動(dòng)售票機(jī)(TVM)掃碼支付、云購(gòu)票機(jī)、云閘機(jī)、刷銀聯(lián)卡直接進(jìn)出站等多種實(shí)現(xiàn)方式開始推廣普及。對(duì)于新建地鐵的城市和已運(yùn)營(yíng)地鐵的城市，在進(jìn)行AFC系統(tǒng)新技術(shù)應(yīng)用時(shí)，要做好總體規(guī)劃設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，以技術(shù)全面兼容的方式，上線互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)票系統(tǒng)。未來(lái)可考慮引入信用支付方式和生物識(shí)別技術(shù)，將現(xiàn)有的資源進(jìn)行整合升級(jí)，降低運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)，給乘客提供更方便和快捷的用戶體驗(yàn)。

城市軌道交通； 二維碼； PBOC3.0； 移動(dòng)支付； 電子車票(NFC)； 云計(jì)算

隨著城市軌道交通建設(shè)里程的不斷增加和運(yùn)營(yíng)水平的日益提高，人們搭乘軌道車輛可享受到越來(lái)越便捷的出行服務(wù)，但同時(shí)也存在車廂擁擠、換乘路線長(zhǎng)以及購(gòu)票充值不便等多種問(wèn)題。

作為面向乘客的服務(wù)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)的應(yīng)用存在一些問(wèn)題，已不能完全滿足使用需求。從業(yè)主的角度，現(xiàn)金購(gòu)票導(dǎo)致繁重的硬紙幣清點(diǎn)工作、繁瑣的錢款核算流程、高昂的設(shè)備采購(gòu)維護(hù)成本，票卡編碼分揀、庫(kù)存調(diào)配需要消耗大量的人力物力，容易流失；從乘客的角度，現(xiàn)金操作涉及到零錢問(wèn)題，高峰期購(gòu)票充值需要排隊(duì)，不僅浪費(fèi)出行時(shí)間，而且影響出行體驗(yàn)。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的崛起，智能手機(jī)的普及，電子票據(jù)的使用已經(jīng)非常方便[1]，為了給人們提供更快捷、簡(jiǎn)便的乘行服務(wù)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+的思維，打造智慧地鐵，提高設(shè)備使用效率，降低地鐵運(yùn)營(yíng)成本是大勢(shì)所趨。

1 AFC系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

AFC系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售票、檢票、計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、清分、管理等全過(guò)程的自動(dòng)化，通常均采用自上而下的5層架構(gòu)[2]，包括軌道交通清分中心(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)、站廳終端設(shè)備(SLE)、車票等。由于新技術(shù)的發(fā)展和支付模式的演化，多地AFC系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，表現(xiàn)最突出的是，考慮對(duì)車票種類規(guī)劃進(jìn)行升級(jí)，發(fā)行新票種。按照車票媒介區(qū)分，主要包含以下3種。

1) 非接觸式智能IC卡。由微型集成電路芯片封裝而成，可分為存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡和CPU卡，具有信息存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)安全性高、讀寫失效率低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。邏輯加密卡內(nèi)置硬件加密邏輯電路，密鑰固定，通過(guò)校驗(yàn)密碼(KEYA、KEYB)方式對(duì)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)存取進(jìn)行安全控制，有一定的安全性，但無(wú)法防止惡意攻擊。CPU卡也叫智能卡，含微處理器芯片和COS操作系統(tǒng)，安全性很高，一卡一密，不僅具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的空間，還有數(shù)據(jù)計(jì)算的能力，能執(zhí)行命令和保護(hù)數(shù)據(jù)。目前單程票多采用TYPE A制式的存儲(chǔ)卡，儲(chǔ)值票采用CPU卡。此外，為適應(yīng)小額支付和互聯(lián)互通的發(fā)展需求，遵循國(guó)家金融行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PBOC3.0[3]的金融IC卡和交通部一卡通[4]也得到廣泛應(yīng)用。

2) 二維碼。使用黑白矩形圖案表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)信息，用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，是具有可讀性的條碼[5]，其安全性與加解密算法有關(guān)，通過(guò)圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。二維碼技術(shù)[6]適合于小額充值及消費(fèi)，采用圖片作為虛擬憑證，具有數(shù)據(jù)輸入快速、可靠，識(shí)別操作簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是，二維碼作為車票媒介，讀寫效率與掃描設(shè)備相關(guān)，由于不可二次寫入修改，無(wú)法記錄計(jì)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息。

3) NFC。即近距離無(wú)線通信(near field communication)，由射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展而來(lái)，用于非接觸式無(wú)線通信，其工作頻率為13.56 MHz[7]，能在短距離(小于10 cm)內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。

2 AFC系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

鑒于新技術(shù)的更替層出不窮，移動(dòng)支付尚處于初級(jí)階段，現(xiàn)階段是推行“云購(gòu)票”這一理念，先試運(yùn)行，除了保留現(xiàn)金購(gòu)票外，乘客能夠使用電子支付預(yù)購(gòu)地鐵特種票，實(shí)現(xiàn)先取票再進(jìn)出站和無(wú)需取票直接進(jìn)出站。

1) 保留現(xiàn)金購(gòu)票，增加TVM掃碼支付。自動(dòng)售票機(jī)除了滿足紙幣、硬幣購(gòu)票功能之外，還可以實(shí)現(xiàn)直接在TVM上掃碼支付購(gòu)票，通過(guò)手機(jī)掃碼完成電子支付。該功能上線后，用戶購(gòu)買單程票通過(guò)手機(jī)掃碼完成支付，減少用戶的投幣和找零時(shí)間，同時(shí)減少TVM設(shè)備硬幣和紙幣模塊的使用，可降低模塊的保養(yǎng)頻率和運(yùn)維成本。車票是普通的單程票，僅發(fā)售當(dāng)天有效，而且只能使用一次，在乘客出站時(shí)被閘機(jī)的票卡模塊回收。

2) 云購(gòu)票機(jī)。這是通過(guò)APP、公眾號(hào)等完成支付，然后掃二維碼的換票方式。將現(xiàn)有TVM購(gòu)票過(guò)程中最消耗時(shí)間的選站和支付環(huán)節(jié)引導(dǎo)至線上實(shí)現(xiàn)，盡可能地簡(jiǎn)化操作步驟，通過(guò)手機(jī)即可完成購(gòu)票和支付，并利用生成的二維碼到兌票機(jī)上掃碼取票，從而最大限度地減少排隊(duì)時(shí)間，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。兌票機(jī)設(shè)備小、占地少、布放靈活，非常環(huán)保和時(shí)尚，未來(lái)可作為一種獨(dú)立的增值業(yè)務(wù)，由專門的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。

3) 儲(chǔ)值票/計(jì)次票自助發(fā)售、充值、退還。儲(chǔ)值票/計(jì)次票可在有效期內(nèi)重復(fù)使用，每次出站時(shí)扣除票款或乘坐次數(shù)，而且票務(wù)政策的制定和實(shí)施比較靈活，在符合規(guī)定條件下乘坐公共交通，可享受聯(lián)乘優(yōu)惠[8]。

4) NFC手機(jī)。乘客可以在閘機(jī)上直接刷NFC手機(jī)進(jìn)出站，徹底擺脫了票卡錢幣的束縛，實(shí)現(xiàn)與原AFC票卡處理系統(tǒng)的無(wú)縫結(jié)合。由于需要手機(jī)支持NFC功能，目前普及率低。

5) 刷銀聯(lián)卡。乘客直接刷銀聯(lián)卡進(jìn)站和出站，通過(guò)后臺(tái)完成相應(yīng)的驗(yàn)證和扣費(fèi)操作。由于擴(kuò)展了小額支付應(yīng)用功能，乘客還可在地鐵周邊的商戶進(jìn)行購(gòu)物消費(fèi)。由于開通手續(xù)繁雜，實(shí)際用卡量偏低。

6) 云閘機(jī)。二維碼作為一種時(shí)下流行的信息傳播媒介，存儲(chǔ)信息量較大，掃描識(shí)讀技術(shù)較成熟，大部分人已經(jīng)熟悉使用。選擇二維碼作為進(jìn)出站驗(yàn)票方式，將給乘客帶來(lái)便捷時(shí)尚的體驗(yàn)，也可為業(yè)主節(jié)省運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。同時(shí)，也存在聯(lián)機(jī)交易無(wú)法保證時(shí)間，脫機(jī)交易無(wú)法避免逃票等問(wèn)題。

隨著移動(dòng)支付技術(shù)的發(fā)展，車票媒介種類更加豐富，也為乘客提供了更多的購(gòu)票選擇，方便了軌道交通出行。每種方案各有優(yōu)劣，各城市應(yīng)結(jié)合自身的實(shí)際情況，綜合比較選擇。

3 AFC系統(tǒng)實(shí)施建議

地鐵云購(gòu)票作為一個(gè)新生事物，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，借助日益普及的智能手機(jī)資源，向多種支付方式發(fā)展，具有方便、快捷、高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)，能避免現(xiàn)金購(gòu)票的不便。

對(duì)新建地鐵城市，在初期要做好線網(wǎng)AFC系統(tǒng)功能定位，將二維碼兌票、手機(jī)NFC刷卡等多種方式整體考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃。結(jié)合其他地鐵的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，做好方案設(shè)計(jì)，從技術(shù)上保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠。在實(shí)施階段要加強(qiáng)招標(biāo)需求、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)調(diào)試等細(xì)部管理，確保工程與設(shè)計(jì)的一致性。

對(duì)已運(yùn)營(yíng)地鐵城市，在后續(xù)線路推出更加多元化的購(gòu)票方式，存在改造風(fēng)險(xiǎn)?？煽紤]保持原有AFC系統(tǒng)不變，根據(jù)實(shí)際需求，疊加二維碼兌票系統(tǒng)和NFC手機(jī)刷卡系統(tǒng)，分開獨(dú)立建設(shè)。

為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠，同時(shí)兼顧新技術(shù)的應(yīng)用需要，現(xiàn)提出如下3種網(wǎng)絡(luò)接入方式。

1) 獨(dú)立運(yùn)行方式。云購(gòu)票機(jī)直接連到互聯(lián)網(wǎng)中，與現(xiàn)有AFC網(wǎng)絡(luò)物理隔離，這種方式能很好地保障現(xiàn)有AFC網(wǎng)絡(luò)的安全性，但施工安裝較麻煩，需要較高的費(fèi)用，每日還需要發(fā)送報(bào)表與ACC清分對(duì)接日交易情況。

2) 接入ACC的方式。云購(gòu)票機(jī)不利用現(xiàn)有SC和LC網(wǎng)絡(luò)，而是通過(guò)安全網(wǎng)關(guān)直接連到清分中心，這種方式有利于交易數(shù)據(jù)的上報(bào)和運(yùn)行參數(shù)的下發(fā)，但每個(gè)車站云購(gòu)票機(jī)都要新建與ACC的網(wǎng)絡(luò)連接。

3) 接入SC/LC的方式。云購(gòu)票機(jī)利用現(xiàn)有的SC/LC網(wǎng)絡(luò)直接連到AFC內(nèi)網(wǎng)，通過(guò)LC層新增的安全網(wǎng)關(guān)連接到云服務(wù)器，此種方式有利于交易數(shù)據(jù)的上報(bào)和運(yùn)行參數(shù)的下發(fā)，同時(shí)可節(jié)省云購(gòu)票機(jī)的入網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用。

在項(xiàng)目建設(shè)初期，做好總體規(guī)劃(見圖1)，充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、硬件的伸縮性、軟件的開放性和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，以適應(yīng)未來(lái)的變化，減少后期改造工作，降低實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 AFC系統(tǒng)整體方案架構(gòu)Fig.1 AFC systems overall framework

移動(dòng)支付技術(shù)的引入在一定程度上解決了現(xiàn)有AFC系統(tǒng)存在的問(wèn)題，但同時(shí)也存在一些不足和潛在風(fēng)險(xiǎn)。在系統(tǒng)實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并做好風(fēng)險(xiǎn)控制。從硬件、軟件、制度三方面構(gòu)建安全管理體系，做好安全認(rèn)證、訪問(wèn)控制，采用入侵檢測(cè)設(shè)備等安全技術(shù)產(chǎn)品，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。前期應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題，并做好應(yīng)對(duì)措施。

1) 保障實(shí)時(shí)通信的專網(wǎng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展方向，為保證大客流在進(jìn)出站時(shí)的高效性，建立專用數(shù)據(jù)傳輸通道，完成信息的實(shí)時(shí)交互驗(yàn)證。

2) 讀寫器的兼容性?？紤]到系統(tǒng)的適應(yīng)性，在軟硬件設(shè)計(jì)上，讀寫器要最大限度地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、獨(dú)立化和通用化。在業(yè)務(wù)和功能實(shí)現(xiàn)方面，讀寫器既要兼容TYPE A和TYPE B型卡，又要識(shí)別金融IC卡和NFC手機(jī)支付應(yīng)用，處理完成相應(yīng)的票卡業(yè)務(wù)處理。

3) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。目前部分城市已實(shí)施云購(gòu)票，但仍處于試驗(yàn)階段，在運(yùn)營(yíng)中預(yù)見的問(wèn)題需逐漸摸索。建議在工程實(shí)施階段采用“標(biāo)準(zhǔn)先行—方案制定—應(yīng)用測(cè)試—試點(diǎn)運(yùn)行—投產(chǎn)實(shí)施”的組合方法，同時(shí)，不斷完善運(yùn)營(yíng)管理部門各項(xiàng)票務(wù)處理規(guī)則等內(nèi)容。

4) 把握國(guó)產(chǎn)化新機(jī)遇，開發(fā)擁有自主產(chǎn)權(quán)的設(shè)備。密切關(guān)注AFC系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，豐富發(fā)卡介質(zhì)表現(xiàn)形式，為乘客提供更方便的選擇，進(jìn)一步拓展“互聯(lián)網(wǎng)+”增值服務(wù)，不斷擴(kuò)大票卡的應(yīng)用范圍，從而有效提升城市交通智能化，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5) 與銀行、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、第三方支付機(jī)構(gòu)對(duì)接，引入新的支付模式，為乘客提供多種購(gòu)票選擇。移動(dòng)支付的應(yīng)用，作為一個(gè)新事物，在前期的推廣中仍面臨不少困難，本著商務(wù)先行的原則，可考慮合作推廣模式，與通信運(yùn)營(yíng)商及銀行等單位，就發(fā)卡方、股份占比、手續(xù)費(fèi)等問(wèn)題進(jìn)行商務(wù)談判。同時(shí)，考慮費(fèi)用打折、增值服務(wù)等一些優(yōu)惠措施，為AFC系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展提供一種新的思路，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付大規(guī)模普及。

4 AFC系統(tǒng)技術(shù)展望

虛擬票務(wù)技術(shù)在移動(dòng)金融領(lǐng)域的應(yīng)用是未來(lái)的發(fā)展方向，AFC系統(tǒng)移動(dòng)支付將吸引更多的乘客，功能體驗(yàn)會(huì)越來(lái)越好，將得到更廣泛的應(yīng)用與普及。未來(lái)可考慮建立賬戶信用評(píng)估體系，推廣新的信用支付(后付費(fèi))方式，擺脫實(shí)體的錢包束縛。同時(shí)，依托互聯(lián)網(wǎng)做進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建基于云計(jì)算技術(shù)的AFC系統(tǒng)，將現(xiàn)有的資源進(jìn)行整合升級(jí)，以少量的投資擁有分布式云計(jì)算[9]帶來(lái)的靈活和高效。通過(guò)部署和使用私有云，開發(fā)先進(jìn)的云購(gòu)票系統(tǒng)，為乘客提供更方便和快捷的用戶體驗(yàn)。

隨著硬件設(shè)備的快速升級(jí)和算法技術(shù)的不斷發(fā)展，聲音、虹膜、人臉識(shí)別等[10-12]生物識(shí)別技術(shù)的潛在價(jià)值被不斷發(fā)掘提升，建設(shè)成本不斷降低，識(shí)別精度不斷提高，逐步從學(xué)術(shù)研究走向日常應(yīng)用，既可滿足AFC系統(tǒng)基本需求，又可用于人機(jī)交互、跟蹤監(jiān)控、身份識(shí)別，在保障服務(wù)安全、提升客戶體驗(yàn)、整合與挖掘數(shù)據(jù)資源等方面具備廣泛的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)支付在AFC系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，順應(yīng)了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的潮流，不僅擁有云計(jì)算帶來(lái)的靈活和高效，而且解決了傳統(tǒng)車票媒介存在的弊端，符合目前倡導(dǎo)的低碳經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)理念。本階段應(yīng)在充分借鑒其他地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做好兌票機(jī)、云閘機(jī)、私有云等新技術(shù)的需求分析，完善AFC系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并將智慧地鐵的理念落實(shí)到項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中。以技術(shù)全面兼容的方式，上線互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)票系統(tǒng)，培養(yǎng)用戶使用習(xí)慣，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高服務(wù)質(zhì)量。

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WANG Yanbo, GAO Qian, YANG Xuan.The Application of intelligent face recognition technology in commercial banks at age of big data [J].Banker, 2016(2): 104-106.

(編輯：郝京紅)

Application and Prospect for New Technology of AFC system in Urban Rail Transit

WANG Guofu, WANG Hongchen, LIU Haidong

(Jinan Rail Transit Group Co., Ltd., Jinan 250101)

Due to frequent usage and passenger demand, automatic fare collection system has been more and more popular. Currently, there are three types of ticket media, including contactless smart card, quick response code and near field communication (NFC). With the development of AFC system technology, tickets for urban rail transit lines can be bought in cash or by using the code scanning payment of TVM, cloud ticketing, and cloud gates. They can be bought by swiping a bank card inside and outside of the stations. For cities that are constructing and/or operating metro, when applying new technologies to AFC system, they should consider the problems of technological compatibility and make an overall planning in designing their online ticketing system; coping measures should be prepared to deal with potential risks. In future, credit payment and biometric technology may be introduced, and existing resources will be upgraded and integrated, in order to reduce operating costs and provide passengers with more convenient user experiences.

urban rail transit; quick response code; PBOC 3.0; mobile payment; near field communication (NFC); cloud computing

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.009

2016-06-28

2016-11-28

王國(guó)富，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事巖土工程、結(jié)構(gòu)工程相關(guān)理論與技術(shù)的研究，metro jinan@126.com

王洪臣，男，碩士，工程師，從事交通信息工程及控制的相關(guān)理論與技術(shù)的研究，audocomo@163.com

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2016-S3-008、2016YK025)；山東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科技項(xiàng)目(2016-SG001)

U231

A

1672-6073(2017)01-0041-04