任好好 周健勇

摘 要：研究了一種基于騰訊小程序的城市軌道交通二維碼乘車方案?；ヂ?lián)網(wǎng)移動支付的二維碼乘車方式具備離線和在線支付功能，應(yīng)用廣泛。這種新型的二維碼乘車方案解決了傳統(tǒng)支付方式不便的問題，可逐漸取代傳統(tǒng)的自動售票機(jī)，減少購票硬件設(shè)備及運(yùn)營維護(hù)成本，提高購票效率。相對于乘客使用自動售票機(jī)購取票及交通一卡通等方式，該方案更高效、快捷、方便。

關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng);軌道交通;地鐵支付方式;二維碼;騰訊小程序

DOI：10. 11907/rjdk. 191465 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）002-0061-05

英標(biāo)：Research on Two-dimensional Code Riding Scheme of Rail Transit with Tencent Applet

英作：REN Hao-hao， ZHOU Jian-yong

英單：（School of Business，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：In order to further understand the payment method of subway two-dimensional code from the internal system structure， a two-dimensional code riding scheme for urban rail transit based on Tencents Applet was studied. Compared with the way passengers use the ticket vending machine to purchase tickets and traffic cards， the solution has the advantages of high efficiency， speed and convenience. Through the analysis of the two-dimensional code ride scheme based on Tencents Applet， it is pointed out that the QR code ride mode accepts Internet mobile payment， and has the functions of offline and online payment. The result clarifies that this new two-dimensional code ride solution solves the inconvenience caused by the traditional payment method， and gradually replaces the traditional subway ticket payment method， which reduces the installation and operation maintenance of the ticket purchase hardware equipment. The cost increases the efficiency of ticket purchase; at the same time， passengers can use the mobile phone Tencent software to carry and pay for the QR code.

Key Words： intelligent transportation system; rail transit; subway payment method; two-dimensional code; Tencent Applet

0 引言

城市軌道交通支付系統(tǒng)中引入互聯(lián)網(wǎng)及移動支付技術(shù)，解決了傳統(tǒng)城市軌道交通支付系統(tǒng)的問題，提升了地鐵服務(wù)能力和水平，是目前的熱點(diǎn)研究項(xiàng)目[1]。

國外移動支付發(fā)展比較成熟的國家地區(qū)有歐美、日本和韓國。在歐洲，主要移動支付運(yùn)營模式是第三方聯(lián)合運(yùn)營，即銀行作為合作者而不參與移動支付運(yùn)營[2];在美國，移動支付是主流，用戶不僅能通過短信等方式購買數(shù)字產(chǎn)品，還能提供貨到付款服務(wù)[3];在日本最早實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶通過手機(jī)可以收發(fā)郵件、下載游戲等[4];在韓國，以獨(dú)立于移動網(wǎng)絡(luò)的移動現(xiàn)場支付為主營模式[5]。

國內(nèi)移動支付起步較晚。2002年6月中國聯(lián)通在無錫成功推出第一個“小額支付移動解決方案”試驗(yàn)系統(tǒng)[5];熊冬青等[5]對RFID手機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，給出手機(jī)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案;張然等[7]借鑒美國等發(fā)達(dá)國家的NFC使用經(jīng)驗(yàn)，指出NFC技術(shù)是未來銀行網(wǎng)絡(luò)化、電子化、自動化的發(fā)展趨勢;朱忠遷等[8]設(shè)計(jì)了一種基于NFC技術(shù)的移動支付系統(tǒng)讀卡器，該讀卡器刷卡距離可控，具有抗干擾、抗沖突等特點(diǎn)，不需要更換手機(jī);張安勤[9]從技術(shù)角度比較現(xiàn)有移動支付的典型實(shí)現(xiàn)技術(shù)及移動支付系統(tǒng)，指出這些系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn);白麗針[10]對面向3G移動支付安全的3個問題提出可行性解決方案，在支付流程上引入第三方支付工具解決信用問題。

目前對移動支付的相關(guān)研究主要在無線技術(shù)方面，研究方法集中在分析當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的局限性并提出改進(jìn)方案，目的是提出移動支付系統(tǒng)解決方案以適應(yīng)移動商務(wù)需求。在軌道交通移動支付方面，基于騰訊小程序的軌道交通二維碼是目前前沿的軌道支付科技手段，是行業(yè)研究熱點(diǎn)。本文通過對騰訊小程序的軌道交通二維碼乘車方案進(jìn)行研究，分析該方案的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要功能，驗(yàn)證該支付手段的實(shí)用性，并指出互聯(lián)網(wǎng)新型地鐵支付系統(tǒng)發(fā)展趨勢。

1 總體方案架構(gòu)

手機(jī)已成為人們出行必不可少的隨身攜帶工具[11]，手機(jī)用戶使用“騰訊乘車碼”微信小程序作為出行支付手段，使用二維碼掃碼進(jìn)出站，產(chǎn)生進(jìn)出后的扣款與清算，其主要特點(diǎn)是先乘車后付費(fèi)。用戶先乘車，乘車完成后從用戶的微信支付內(nèi)扣費(fèi);支持用戶離線生成二維碼，用戶在無網(wǎng)絡(luò)情況下可以生成二維碼;閘機(jī)側(cè)采用離線驗(yàn)證和可降級的在線驗(yàn)證方式[12]。為了提升用戶體驗(yàn)，只要閘機(jī)正常就能進(jìn)出站，盡可能減少出現(xiàn)單邊賬。閘機(jī)離線驗(yàn)證二維碼合法性后，再到后臺驗(yàn)證用戶多進(jìn)多出情況。如果閘機(jī)連接不上地鐵云平臺，或地鐵云平臺出現(xiàn)故障，默認(rèn)后臺驗(yàn)證通過，盡可能減少出現(xiàn)單邊賬。

“騰訊乘車碼”方案主要由騰訊后臺、騰訊乘車碼小程序、地鐵云平臺、閘機(jī)、自動售檢票系統(tǒng)或清分系統(tǒng)6大系統(tǒng)組成，如圖1所示。

（1）騰訊后臺。騰訊后臺獲取授權(quán)數(shù)據(jù)，并與合作伙伴后臺開通雙方賬戶綁定（可選），閘機(jī)實(shí)時上報(bào)進(jìn)出站記錄到地鐵云平臺，地鐵云平臺將進(jìn)出站記錄上報(bào)到騰訊后臺，騰訊后臺實(shí)時推送到小程序提醒用戶。

（2）騰訊乘車碼小程序。用戶用騰訊微信乘車碼小程序開通使用業(yè)務(wù)。獲取證書用于離線生成二維碼，該卡證書作為離線生成二維碼的唯一憑證加密保存在用戶手機(jī)上;手機(jī)離線生成二維碼后，用戶在閘機(jī)掃碼進(jìn)出站。

（3）地鐵中心服務(wù)器。地鐵云平臺下載騰訊密鑰，收到出站記錄后實(shí)時進(jìn)行進(jìn)出站匹配，匹配成功后向騰訊后臺發(fā)起扣款。

（4）閘機(jī)。部署在車站，支持二維碼讀取驗(yàn)證、開閘、交易上報(bào)等功能。閘機(jī)從地鐵云平臺下載騰訊密鑰和地鐵密鑰，用于二維碼驗(yàn)證;閘機(jī)調(diào)用騰訊提供的二維碼，對二維碼合法性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證，同時對授權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。全部驗(yàn)證通過后為有效二維碼，閘機(jī)訪問地鐵云平臺做多進(jìn)多出檢查，決定是否允許用戶進(jìn)出站。

（5）客服終端。部署在車站，用于異常情況下協(xié)助用戶進(jìn)出站。騰訊后臺收到扣款請求，若扣款成功，則推送扣款成功消息到小程序，小程序展示支付成功頁;若扣款未成功，則提供異常情況幫助。

（6）自動售檢票系統(tǒng)或清分系統(tǒng)（AFC/ACC）。根據(jù)實(shí)際情況上報(bào)乘車記錄到該系統(tǒng)，用于對賬。

2 系統(tǒng)功能

2.1 業(yè)務(wù)流程

（1）開通。用戶打開“騰訊乘車碼”小程序，申請地鐵乘車碼，如圖2所示。由騰訊后臺進(jìn)行用戶身份申請、使用協(xié)議確認(rèn)等必要操作。用戶身份審核確認(rèn)后，向地鐵云平臺系統(tǒng)發(fā)起開通申請，地鐵云平臺系統(tǒng)執(zhí)行地鐵賬號分配等操作。操作成功后，向騰訊后臺系統(tǒng)反饋開通結(jié)果（可選）;騰訊后臺系統(tǒng)綁定用戶與地鐵賬號（可選），提示用戶開通成功。

（2）進(jìn)站。用戶打開騰訊乘車碼小程序，離線生成二維碼;騰訊乘車碼小程序生成二維碼后，用戶刷二維碼;閘機(jī)讀取二維碼后，對二維碼進(jìn)行合法性校驗(yàn);閘機(jī)驗(yàn)證二維碼通過后，再訪問地鐵云平臺，驗(yàn)證用戶重復(fù)進(jìn)站情況;地鐵云平臺返回驗(yàn)證結(jié)果[13]。閘機(jī)只有收到地鐵云平臺明確的拒絕進(jìn)站指令才拒絕進(jìn)站，其它情況下都會開閘讓用戶進(jìn)站。閘機(jī)在本地保存進(jìn)站記錄;閘機(jī)準(zhǔn)實(shí)時上報(bào)進(jìn)站記錄到地鐵云平臺;地鐵云平臺保存進(jìn)站記錄并推送到騰訊后臺;騰訊后臺推送進(jìn)站信息到用戶側(cè)提醒用戶已進(jìn)站，如圖3所示。

出現(xiàn)異常情況時，客服人員查詢用戶進(jìn)站記錄。如果確認(rèn)用戶的上一次進(jìn)站記錄是本站，則取消本次進(jìn)站記錄，讓用戶重掃進(jìn)站;后臺對取消的進(jìn)站記錄計(jì)費(fèi)方式如下：如果掃碼時間在規(guī)定時間內(nèi)（如20分鐘內(nèi)），免收費(fèi);其它按照多進(jìn)多出規(guī)則處理;其它原因建議乘客使用其它方式進(jìn)站。

（3）出站。用戶打開騰訊乘車碼小程序，離線生成二維碼。騰訊乘車碼小程序生成二維碼后，用戶刷二維碼;閘機(jī)讀取二維碼后，對二維碼作合法性校驗(yàn)。閘機(jī)驗(yàn)證二維碼通過后，再訪問地鐵云平臺，驗(yàn)證用戶重復(fù)出站情況;地鐵云平臺返回驗(yàn)證結(jié)果;閘機(jī)只有收到地鐵云平臺明確的拒絕出站指令后才拒絕出站，其它情況下都會開閘讓用戶出站;閘機(jī)在本地保存出站記錄，閘機(jī)準(zhǔn)實(shí)時上報(bào)出站記錄到地鐵云平臺;地鐵云平臺保存出站記錄并推送到騰訊后臺，騰訊后臺推送出站信息到用戶側(cè)提醒用戶已進(jìn)站，如圖4所示。

出現(xiàn)異常情況時，客服人員查詢用戶出站記錄，如果確認(rèn)用戶的上一次出站記錄是本站則取消本次出站記錄，讓用戶重掃描出站;后臺對取消的出站記錄計(jì)費(fèi)方式如下：如果掃碼時間在規(guī)定時間內(nèi)（如20分鐘內(nèi)），免收費(fèi);其它按照多進(jìn)多出規(guī)則處理;其它原因如手機(jī)沒電等，客服登記用戶出站信息后放行。

（4）定期密鑰更新。二維碼經(jīng)騰訊后臺私鑰簽名，閘機(jī)需要下載對應(yīng)的公鑰，驗(yàn)證簽名合法性;騰訊后臺公鑰存在“有效期”限制，閘機(jī)需要根據(jù)公鑰有效期定期向騰訊后臺下載最新公鑰列表，如圖5所示。

（5）黑名單用戶推送。為了快速禁止某些用戶的惡意行為，閘機(jī)支持準(zhǔn)實(shí)時接受黑名單列表，用于準(zhǔn)實(shí)時停止用戶業(yè)務(wù);騰訊后臺將黑名單推送到地鐵云平臺。地鐵云平臺在不影響閘機(jī)正常運(yùn)行的情況下將黑名單推送到閘機(jī)，或者閘機(jī)以較短的時間間隔定期拉取增量黑名單列表，達(dá)到在規(guī)定時間內(nèi)停止用戶服務(wù)的目的。

2.2 功能流程

（1）時間對齊。騰訊后臺與地鐵ACC時鐘對齊：通過小程序及騰訊后臺與地鐵閘機(jī)進(jìn)行掃碼，地鐵云平臺獲取互聯(lián)網(wǎng)時間，以及返回給地鐵閘機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)時間信息，形成互聯(lián)網(wǎng)時間驗(yàn)證二維碼有效期，在地鐵云平臺通過互聯(lián)網(wǎng)時鐘服務(wù)器保存互聯(lián)網(wǎng)時間[15]。

小程序與騰訊后臺時鐘對齊：打開小程序與騰訊后臺進(jìn)行時間對齊，由騰訊后臺返回給小程序時鐘信息，保存差值，生成二維碼時取生成時間，即本地時間減去保存的時間差值，如圖6所示。

（2）錯誤數(shù)據(jù)上報(bào)。乘客進(jìn)行二維碼過閘掃碼出現(xiàn)錯誤時，由閘機(jī)、地鐵云平臺及騰訊后臺進(jìn)行故障處理。閘機(jī)出現(xiàn)掃碼故障時，上報(bào)故障數(shù)據(jù)給地鐵云平臺;地鐵云平臺保存故障數(shù)據(jù)，上傳錯誤數(shù)據(jù)給騰訊后臺;騰訊后臺保存故障數(shù)據(jù)，然后對SDK錯誤進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并且輸出監(jiān)控報(bào)表，如圖7所示。

上報(bào)項(xiàng)目說明見表1。

2.3 進(jìn)出站匹配流程

（1）匹配流程。收到乘客掃碼記錄上報(bào)數(shù)據(jù)，對上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)出站掃碼記錄判斷[16]。如果是進(jìn)站則實(shí)時記錄，如果是出站掃碼記錄，則查看該用戶當(dāng)日未匹配的進(jìn)站記錄，進(jìn)站記錄按時間先后順序排列，取最后一條進(jìn)站時間記為該進(jìn)站記錄所匹配的進(jìn)站時間記錄，檢查出站時間和進(jìn)站時間的差值，大于指定時間則直接結(jié)束，小于指定時間則匹配成功，生成訂單并扣款，最終完成該單的進(jìn)出站匹配，如圖8所示。

使用上述匹配流程，只有出站1和進(jìn)站2同時延遲上報(bào)或丟失，且進(jìn)站1和出站2的時間間隔小于規(guī)定時間（如2小時）的情況下，才會將出站2和進(jìn)站1匹配，這種情況出現(xiàn)的概率很低，該匹配錯誤可以對用戶補(bǔ)差額。

（2）匹配處理。日終對當(dāng)日未完成匹配的掃碼記錄進(jìn)行處理，按照實(shí)時匹配的方式對每個用戶未匹配掃碼記錄進(jìn)行匹配;對當(dāng)日未完成匹配的掃碼記錄進(jìn)行匹配，對仍不能匹配的掃碼記錄作單邊帳或免收費(fèi)處理。

3 二維碼及協(xié)議介紹

3.1 二維碼

（1）二維碼結(jié)構(gòu)。二維碼由標(biāo)識碼和base64數(shù)據(jù)體構(gòu)成，標(biāo)識碼用于終端快速過濾非本規(guī)范二維碼，其結(jié)構(gòu)如表2所示。

（2）二維碼驗(yàn)證體系。二維碼驗(yàn)證體系由地鐵云平臺、騰訊后臺、閘機(jī)和手機(jī)客戶端4大模塊構(gòu)成。地鐵云平臺采用合作方騰訊的秘鑰進(jìn)行交易上傳、TAC驗(yàn)證和公鑰下載;騰訊后臺向手機(jī)客戶端使用私鑰簽名卡證書及下發(fā);閘機(jī)進(jìn)行用戶子密鑰校驗(yàn)，手機(jī)客戶端進(jìn)行卡證書接收及時間差計(jì)算。整個校驗(yàn)系統(tǒng)的二維碼數(shù)據(jù)都是地鐵授權(quán)數(shù)據(jù)，卡證書主要內(nèi)容字段有用戶ID、證書起始時間、碼有效時長等，有合作方騰訊私鑰簽名，從而生成一個有動態(tài)數(shù)據(jù)生成時間、擴(kuò)展字段及TAC的二維碼。驗(yàn)證二維碼的合法性和有效性，若驗(yàn)證通過，該接口會返回騰訊簽名的掃碼記錄，合作伙伴需要把該掃碼記錄作為掃碼數(shù)據(jù)的一部分上傳到后臺，并且通過訂單一起推送到騰訊后臺作為驗(yàn)證憑證。

3.2 協(xié)議說明

（1）閘機(jī)SDK功能和集成。閘機(jī)SDK有提取二維碼基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證二維碼掃碼有效性功能，閘機(jī)SDK集成在閘機(jī)程序加載，通過定義的函數(shù)獲取公鑰編號并驗(yàn)證二維碼合法性，閘機(jī)負(fù)責(zé)磁盤存儲和網(wǎng)絡(luò)訪問。

（2）驗(yàn)證流程。獲取二維碼數(shù)據(jù)，對二維碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。首先，判斷格式是否正確，版本和算法是否支持;再進(jìn)行驗(yàn)證卡證書簽名，驗(yàn)證動態(tài)數(shù)據(jù)簽名;獲取本地時間計(jì)算二維碼有效期，校驗(yàn)二維碼的生成時間進(jìn)行進(jìn)出站匹配，進(jìn)而判斷余額是否超限，是否充足;最后進(jìn)行匹配掃碼記錄，掃碼記錄進(jìn)行簽名，解析通過后可掃碼出站。

（3）開放平臺協(xié)議。無論是請求還是應(yīng)答，原始簽名串按以下方式組裝成字符串：所有參數(shù)按照字段碼從小到大排序后拼接而成，空值不傳遞，不參與簽名組串;所有參數(shù)指通信過程中實(shí)際出現(xiàn)的非空參數(shù)，即使是接口中無描述字段也要參與簽名組串;簽名原始串中，各字段名和字段值都采用原始值;騰訊乘車碼接口協(xié)議可能會由于升級增加參數(shù)，注意簽名和驗(yàn)簽時允許這種情況存在[18]。

3.3 接口說明

上傳訂單數(shù)據(jù)到騰訊后臺進(jìn)行扣款。公交場景下，一次掃碼乘車產(chǎn)生一筆交易;地鐵場景下，一次乘車有出入站兩次掃碼，出站掃碼產(chǎn)生交易并需要扣費(fèi)。訂單查詢接口在合作伙伴對訂單狀態(tài)不確認(rèn)時，可通過該接口查詢訂單信息。

賬單文件第一行為字段說明行，分別為商戶訂單號、支付訂單號、商戶號、金額（分）、時間。商戶訂單號對應(yīng)商戶自己推單時用的訂單號，支付訂單號對應(yīng)微信或財(cái)付通平臺賬單文件里的“商戶訂單號”，商戶號為錢款流入的商戶號，交易時間是微信支付或財(cái)付通結(jié)算的時間，與微信或財(cái)付通商戶平臺下載的賬單中的時間一致[21]。賬單倒數(shù)第二行為固定匯總說明行，總條數(shù)、總金額賬單倒數(shù)第一行對應(yīng)固定匯總的總條數(shù)和總金額。文件末尾數(shù)據(jù)為文件匯總數(shù)據(jù)時，表示賬單文件完整下載;同一商戶訂單號可能會對應(yīng)多條支付訂單，該訂單實(shí)際收款金額為多條支付訂單金額的總和。

4 結(jié)語

移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展帶動了城市軌道交通移動支付及二維碼支付的發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品掃碼支付小程序在軌道交通領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新成果與移動支付融合發(fā)展形成新的移動支付方式，信息化、商業(yè)化、數(shù)據(jù)化不斷推動我國城市軌道交通服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。城市地鐵基于騰訊二維碼小程序支付方式就是在這種背景下產(chǎn)生的，是對傳統(tǒng)支付方式的一次技術(shù)革新。

移動支付已應(yīng)用到軌道交通售票領(lǐng)域，在地鐵車站AFC系統(tǒng)架構(gòu)、自動售票機(jī)的現(xiàn)金流處理等環(huán)節(jié)都引入了二維碼乘車設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹了二維碼乘車硬件及軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，闡述了基于騰訊小程序的二維碼乘車方案高效、快速、便捷的性能設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)方案成功應(yīng)用于現(xiàn)有各大城市地鐵線路運(yùn)營，通過運(yùn)營數(shù)據(jù)驗(yàn)證了二維碼乘車方案的可行性?；ヂ?lián)網(wǎng)參與下的軌道交通移動支付方案將來會更加成熟穩(wěn)定。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）