梁 笛

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010）

0 引言

截至2020年底，中國大陸地區(qū)共有45 個城市開通城市軌道交通，運營線路244 條，運營線路總長度7 969.7 km[1]，軌道交通已經(jīng)成了城市居民日常出行的主要方式之一，隨著不斷提升的軌道交通客流，從乘客方面來講，乘客對軌道交通的服務(wù)水平期望越來越高，多元化支付、快捷乘車的需求越來越明顯；從運營方面來講，不斷增加的客流也提升了票務(wù)管理、監(jiān)管的難度。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展及第三方支付的逐步普及，自動售檢票系統(tǒng)基于“云計算”、“人工智能”等技術(shù)逐步打造以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的支付體系，在既有多元化支付方式的基礎(chǔ)上增加基于生物識別、非生物識別技術(shù)的多元化支付方式，以滿足乘客多元化支付的需求。

人臉識別是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術(shù)。人臉與人體的其他生物特征（指紋、虹膜等）一樣與生俱來，其唯一性、不易被復(fù)制等特點為身份鑒定提供了必要的前提，同時較其他生物特征識別具備非強制性、非接觸性以及符合視覺特性等特點。

人臉識別是基于計算機圖像處理技術(shù)的生物識別手段，具有無論是快捷的指紋識別還是精準(zhǔn)的虹膜識別都不具有的巨大發(fā)展?jié)撃?，即識別可與人工智能技術(shù)相結(jié)合，借助人工智能技術(shù)訓(xùn)練計算機提高識別的效率和準(zhǔn)確度[2]。

人臉識別應(yīng)用于支付體系，即為“刷臉支付”，刷臉支付是基于人工智能、機器視覺、3D 傳感、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實現(xiàn)的新型支付方式，具備更便捷、更安全、無感支付等優(yōu)勢[3]。

鑒于“人臉識別”的上述特點，基于生物識別技術(shù)的多元化支付方式主要以“刷臉支付”為主要支付模式，檢票流程從“認(rèn)票過閘”多元化到“認(rèn)票過閘”+“認(rèn)人過閘”。

“刷臉支付”在軌道交通的應(yīng)用一方面提供了無感支付的多元支付模式，簡化了乘客支付、驗票、過閘的流程，提升了乘客乘車效率，滿足了乘客快捷乘車的需求；另一方面有效杜絕乘客冒用優(yōu)惠資質(zhì)等的情況，并且可以減少車票稽核人員及站務(wù)人員的工作量，達到減員增效；同時提升了客流信息的數(shù)據(jù)價值，為軌道交通運營部門向乘客提供精準(zhǔn)化服務(wù)提供了數(shù)據(jù)支持[4]。

但由于“刷臉支付”在軌道交通的應(yīng)用才開始起步，大部分城市都是選取部分已運營車站通過既有設(shè)備、系統(tǒng)改造進行“刷臉支付”試點，只有極個別城市在新建線路全線覆蓋了“刷臉支付”，“刷臉支付”作為自動售檢票系統(tǒng)多元化支付方式的一種，應(yīng)該從系統(tǒng)設(shè)計之初就將其融入到自動售檢票系統(tǒng)中統(tǒng)一規(guī)劃方案、統(tǒng)一設(shè)計，以滿足“刷臉支付”功能的實現(xiàn)，滿足乘客多元化支付的需求。

1 系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計

“刷臉支付”是融入到自動售檢票系統(tǒng)（以下簡稱“AFC 系統(tǒng)”）統(tǒng)一設(shè)計的，但因為擴展了“刷臉支付”功能，需要對既有設(shè)備的軟硬件配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境予以更新、調(diào)整，以滿足“刷臉支付”功能的完整實現(xiàn)。

AFC 系統(tǒng)主要由清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)、車站計算機系統(tǒng)、車站終端設(shè)備、車票、傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。AFC系統(tǒng)清分中心實現(xiàn)與軌道交通各線路的收益清分和互聯(lián)互通，并通過軌道交通清分中心實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的連接。

清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)主要由服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等組成。隨著“云計算”技術(shù)的引入，AFC 系統(tǒng)基于“云計算”技術(shù)簡化系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建扁平化架構(gòu)體系，國內(nèi)軌道交通目前清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)的設(shè)置主要有“取消線路中央計算機系統(tǒng)層級，功能上移與清分中心合并”、“多線路合設(shè)線路中央計算機系統(tǒng)”、“單線分別設(shè)置線路中央計算機系統(tǒng)”3個方案構(gòu)成，3個方案的選擇主要與當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ㄒ?guī)模、管理模式等因素有關(guān)，“刷臉支付”功能在清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)的部署也會根據(jù)清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)的設(shè)置方案有所變化，但萬變不離其宗，“刷臉支付”功能在清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)的部署都是為了滿足線網(wǎng)層面“刷臉支付”功能的實現(xiàn)，因此后續(xù)文中以“線網(wǎng)層”的表述代替“清分中心、線路中央計算機系統(tǒng)”層級。

車站計算機系統(tǒng)主要由服務(wù)器、工作站、緊急按鈕、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、打印機等設(shè)備組成。

車站終端設(shè)備主要由檢票類設(shè)備、售票類設(shè)備及服務(wù)類設(shè)備組成。檢票類設(shè)備主要用于核驗乘客持有的車票是否有效并判定是否允許乘客進出車站付費區(qū)[5]。售票類設(shè)備主要用于發(fā)售車票以便乘客持票進出車站付費區(qū)。服務(wù)類設(shè)備主要用于乘客自助完成票務(wù)處理、問詢、查詢、注冊等。不同軌道交通城市AFC系統(tǒng)設(shè)置的終端設(shè)備名稱有所不同，但均可歸類為以上3類，為了后續(xù)方便理解，文中會選取3類設(shè)備中的典型設(shè)備予以描述，其中自動檢票機代表檢票類設(shè)備、自動售票機代表售票類設(shè)備、智能客服終端代表服務(wù)類設(shè)備，這3個設(shè)備僅為代表，其他設(shè)備均可適用。

為了實現(xiàn)基于AFC 系統(tǒng)的“刷臉支付”功能，在常規(guī)AFC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上主要需配備3大模塊設(shè)備，即視頻分析服務(wù)器、人臉識別模塊、證件掃描模塊。其中視頻分析服務(wù)器主要配置在線網(wǎng)層、車站層；人臉識別模塊配置在自動檢票機、智能客服終端上，并可根據(jù)系統(tǒng)需求選配在自動售票機上；證件掃描模塊配置在智能客服終端上。

視頻分析服務(wù)器即為GPU 服務(wù)器，GPU 服務(wù)器是基于GPU 配置應(yīng)用于視頻圖像編解碼、深度學(xué)習(xí)等場景，在“刷臉支付”中主要是用來對人臉識別模塊采集的基于生物識別的“Face ID”的特征進行提取、識別、匹配等[6]。

配置了人臉識別模塊的自動檢票機功能是在乘客每次乘車時，進站檢票機獲取乘客的“Face ID”并上傳至視頻分析服務(wù)器，在接收到上層系統(tǒng)反饋的匹配成功信息后開啟閘門允許乘客進入車站付費區(qū)，出站時出站檢票機再次獲取乘客的“Face ID”并上傳至視頻分析服務(wù)器，在接收到上層系統(tǒng)反饋的匹配成功并成功扣費的信息后開啟閘門允許乘客離開車站付費區(qū)[7]。

自動售票機是否配置人臉識別模塊可根據(jù)系統(tǒng)需求配置，對“刷臉支付”整體架構(gòu)及功能體系影響不大，目前自動售票機的配置主要是考慮到部分不便于使用虛擬車票、卡票等的乘客或是需要現(xiàn)金支付購票的乘客，乘客在自動售票機購買車票后，配置了人臉識別模塊的自動售票機可根據(jù)設(shè)置生成一張“人臉票”通過系統(tǒng)推送到乘客需進出站的檢票機上，乘客在進出車站付費區(qū)時可免于持有單程票而是用乘客的“Face ID”進出。“刷臉支付”在自動售票機應(yīng)用的另外一個功能是乘客通過“刷臉”支付購買實體單程票的費用，繼而再持實體單程票進出車站付費區(qū)，從自動售票機功能定位來講，該功能與自動售票機功能定位相悖，實施意義不大，此處該功能就不再分析。

智能客服終端在“刷臉支付”這個層面主要承擔(dān)注冊、自助票務(wù)服務(wù)兩大功能，乘客若是想使用自身“Face ID”無感進出車站的功能，必須在完成注冊功能，注冊主要通過線上、線下兩種途徑，線上可使用手機App 進行注冊，線下則是使用智能客服終端進行包括乘客生物特征等信息的注冊，完成注冊后，乘客即可使用配置了人臉識別模塊的自動檢票機無感進出車站付費區(qū)。自助票務(wù)功能則是對以往人工干預(yù)的票務(wù)處理功能進行了迭代更新，在乘客票卡出現(xiàn)票務(wù)問題后，乘客可使用智能客服終端進行車票的更新，更新后智能客服終端可生成一張“人臉票”推送給配置了人臉識別模塊的自動檢票機，乘客即可通過收到推送“人臉票”的檢票機順利出站。

關(guān)于視頻分析服務(wù)器的配置主要包括兩個方案，其中方案一為在線網(wǎng)層、車站層均部署視頻分析服務(wù)器；方案二為僅在線網(wǎng)層部署視頻分析服務(wù)器，車站層不單獨部署視頻分析服務(wù)器。兩個方案均為可行方案，但適用于不同場景。

方案一適用于城市軌道交通規(guī)模較大，客流量較多，“刷臉支付”功能覆蓋面較廣的城市，該方案把“刷臉支付”功能主要集中在車站完成，線網(wǎng)層視頻分析服務(wù)器主要用于在車站視頻分析服務(wù)器無法滿足使用需求的情況下，協(xié)助車站完成“刷臉支付”功能，同時線網(wǎng)層視頻分析服務(wù)器還用于乘客注冊信息中“生物特征”的解析以及在算法更新時對乘客實名制賬戶管理系統(tǒng)中“生物特征”的重新解析。如圖1所示。

圖1 方案一系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

方案一在每個車站配置1 臺視頻分析服務(wù)器，接入AFC 車站計算機系統(tǒng)；在線網(wǎng)層配置一定數(shù)量的視頻分析服務(wù)器，數(shù)量取決與城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模及客流。

方案二適用于城市軌道交通線路規(guī)模較小、客流少、”刷臉支付“功能覆蓋面較少或僅為試用的情況，該方案把“刷臉支付”功能全部放在線網(wǎng)層實現(xiàn)。如圖2所示。

圖2 方案二系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

方案二在每個車站不單獨配置視頻分析服務(wù)器；在線網(wǎng)層配置一定數(shù)量的視頻分析服務(wù)器，數(shù)量取決與城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模及客流。

需要說明的是，本架構(gòu)圖僅體現(xiàn)的是“刷臉支付”系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計，不影響AFC架構(gòu)體系，例如方案二，雖然體現(xiàn)的是設(shè)備接入線網(wǎng)視頻分析服務(wù)器，但是是否設(shè)置車站計算機系統(tǒng)、終端設(shè)備如何組網(wǎng)均仍可按方案需求設(shè)定，插圖僅為表示滿足“刷臉支付”數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)構(gòu)成[8]。

在構(gòu)建了以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的支付體系后，為了保證其高效安全的運行，自動售檢票系統(tǒng)較傳統(tǒng)自動售檢票系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)要求有了進一步提升，尤其是引入“刷臉支付”后建議網(wǎng)絡(luò)帶寬不小于1 000 M 并冗余配置，建議構(gòu)建滿足第三級網(wǎng)絡(luò)安全等級保護的網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)體系，同時應(yīng)從技術(shù)、管理不同層面全方位對乘客的包括人臉信息在內(nèi)的信息進行嚴(yán)格保護，應(yīng)嚴(yán)格按照法律法規(guī)要求獲取、存儲、使用相關(guān)信息，保證乘客的合法權(quán)益。

2 應(yīng)用流程設(shè)計

根據(jù)AFC 系統(tǒng)架構(gòu)方案，基于AFC 系統(tǒng)的“刷臉支付”功能由車站設(shè)備、“刷臉支付”算法調(diào)度服務(wù)（以下簡稱“調(diào)度服務(wù)”）、“刷臉支付”識別引擎（以下簡稱“引擎”）、乘客實名制賬戶管理系統(tǒng)（以下簡稱“信息庫”）、清分系統(tǒng)組成，具體如下。

車站設(shè)備主要包括識別設(shè)備和注冊設(shè)備，識別設(shè)備與自動檢票機結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計，主要負(fù)責(zé)采集乘客通行過程產(chǎn)生的人臉并上送至調(diào)度服務(wù)進行識別比對并對符合條件的乘客予以開閘放行[9]。識別設(shè)備與自動售票機結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計，主要負(fù)責(zé)采集乘客購票過程產(chǎn)生的人臉并上送至調(diào)度服務(wù)進行識別比對并對符合條件的乘客向乘客所需進出的車站推送“人臉”單程票。識別設(shè)備與智能客服終端結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計，主要負(fù)責(zé)采集乘客票務(wù)處理過程產(chǎn)生的人臉并上送至調(diào)度服務(wù)進行識別比對并對符合條件的乘客向乘客所需出站的站點發(fā)送“人臉”出站票。

注冊設(shè)備主要與在軌道交通車站設(shè)置的車站票務(wù)自助設(shè)備（智能客服終端）結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計，主要負(fù)責(zé)滿足乘客自助完成開通“刷臉支付”功能的注冊流程，同時乘客亦可使用自身的移動終端不限地點、時間也完成注冊流程。對于在自動售票機購買“人臉”單程票或者智能客服終端使用“人臉”出站票的乘客可無需其他完成注冊流程，但該類乘客需完成支付后才可使用上述兩種票卡，且僅為單次使用。

調(diào)度服務(wù)負(fù)責(zé)接收車站設(shè)備上送的人臉特征信息，分發(fā)至車站引擎進行比對，比對完成接收結(jié)果信息后合并處理，當(dāng)車站引擎出現(xiàn)故障或訪問失效時，調(diào)度服務(wù)將比對請求發(fā)送至線網(wǎng)引擎進行比對，與信息庫交互，獲取乘客行程匹配信息，行程匹配成功后將結(jié)果返回至自動檢票機[10]。

引擎分為線網(wǎng)引擎與車站引擎兩部分。車站引擎接收調(diào)度服務(wù)發(fā)送的識別請求，進行比對處理，比對完成后將結(jié)果信息返回至調(diào)度服務(wù)。線網(wǎng)引擎負(fù)責(zé)接收信息庫發(fā)送的特征提取請求，進行特征提取，特征提取完成后將特征信息返回至信息庫。

信息庫分為注冊服務(wù)模塊、交易服務(wù)模塊、分庫策略模塊、系統(tǒng)管理模塊、乘客信息庫、乘客比對庫6 部分。注冊服務(wù)模塊主要功能為統(tǒng)一對接各類注冊設(shè)備及第三方系統(tǒng)，提供生物特征（人臉）注冊、開通支付等服務(wù)，根據(jù)注冊信息建立統(tǒng)一管控的人臉信息庫和人臉特征庫。交易服務(wù)模塊主要功能為接收調(diào)度服務(wù)發(fā)送的行程匹配信息，與清分系統(tǒng)交互獲取行程匹配信息。同時接收并記錄行程信息。分庫策略模塊主要功能為根據(jù)乘客大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測結(jié)果進行分庫策略配置與管理，根據(jù)不同場景進行比對策略的管理與配置，進行比對庫動態(tài)維護與同步。系統(tǒng)管理模塊主要功能為提供系統(tǒng)用戶、角色、權(quán)限管理，提供與后端管理界面的接口[11]。清分系統(tǒng)提供生物特征過閘支付及行程匹配（防重）功能。提供支付清分清算功能。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

乘客使用“刷臉支付”的業(yè)務(wù)流程主要分為注冊、使用兩大模塊。注冊服務(wù)主要由注冊設(shè)備提供，使用服務(wù)主要由識別設(shè)備提供[12]。如圖4所示。

圖4 業(yè)務(wù)流程

乘客通過線上、線下兩種注冊設(shè)備進行人臉信息注冊，注冊后信息進入乘客實名制賬戶管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一匯總、管理。

信息庫將注冊的信息發(fā)送至線網(wǎng)識別引擎，對注冊的人臉進行大數(shù)據(jù)分庫，將中心人臉大庫細(xì)分后通過生物特征算法并行調(diào)度服務(wù)模塊下發(fā)至車站引擎并進行動態(tài)更新。

3 結(jié)束語

“刷臉支付”作為軌道交通互聯(lián)網(wǎng)支付體系的一環(huán)在提升乘客服務(wù)感知、提升運營工作效率方面起到了積極的作用，但是由于軌道交通行業(yè)引入“刷臉支付”尚處于起步階段，大部分城市仍處于試點“刷臉支付”技術(shù)的階段，還未將“刷臉支付”作為一個功能模塊將其融入自動售檢票系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計，由于AFC 系統(tǒng)是線網(wǎng)級系統(tǒng)，系統(tǒng)互聯(lián)程度非常高，只有將“刷臉支付”從系統(tǒng)設(shè)計之初就將其融入到自動售檢票系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計，才能保證“刷臉支付”服務(wù)安全有效運行，文章以系統(tǒng)設(shè)計的角度從設(shè)備的軟硬件配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全等方面分析了引入“刷臉支付”后的自動售檢票系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、應(yīng)用流程，提出了適用于引入“刷臉支付”后自動售檢票系統(tǒng)設(shè)計方案。

“刷臉支付”是人工智能技術(shù)的一種體現(xiàn)，設(shè)備和算法都需要有一定的學(xué)習(xí)時間，后續(xù)也將持續(xù)關(guān)注“刷臉支付”在軌道交通AFC 系統(tǒng)的應(yīng)用，不斷完善更新系統(tǒng)設(shè)計方案。尤其值得一提的是，在引入“刷臉支付”的同時應(yīng)高度重視信息安全、數(shù)據(jù)安全及乘客隱私的保護，在設(shè)計階段就應(yīng)從技術(shù)層面、管理層面全方位加強信息安全、數(shù)據(jù)安全、隱私保護等方面提供合理方案或建議。