城市軌道交通云支付系統(tǒng)研究

文_禹鶴林（青島地鐵集團有限公司運營分公司）

城市軌道交通云支付系統(tǒng)研究

文_禹鶴林（青島地鐵集團有限公司運營分公司）

城市軌道交通云支付系統(tǒng)是指“互聯(lián)網(wǎng)+城市軌道交通AFC系統(tǒng)○1”。在技術上主要采用聯(lián)機交易的二維碼、超聲波、云閃付○2、生物識別等支付手段，以期最終實現(xiàn)城市軌道交通AFC系統(tǒng)的無現(xiàn)金化和地鐵票卡的電子化。

云支付系統(tǒng)；互聯(lián)網(wǎng)+；AFC系統(tǒng)；二維碼支付；云閃付；大數(shù)據(jù)。

隨著“智慧城市”在全球范圍內的建設開展，“云計算”、“大數(shù)據(jù)”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等概念已逐漸滲透到人們日常生活的方方面面。城市建設，交通先行。城市軌道交通是經(jīng)濟發(fā)展的動脈，“智慧交通”是“智慧城市”建設的重要構成部分。在大數(shù)據(jù)時代的背景下，城市軌道交通與“互聯(lián)網(wǎng)+”相結合，是“智慧交通”發(fā)展的必然趨勢。本文主要對智慧交通下的云支付系統(tǒng)進行分析研究。

云支付系統(tǒng)的發(fā)展優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的AFC系統(tǒng)相比，云支付系統(tǒng)在城市軌道交通的發(fā)展優(yōu)勢主要有以下幾個方面：

從乘客角度

1. 無需現(xiàn)場排隊，可在網(wǎng)上提前購票，節(jié)省時間。

2. 無需攜帶現(xiàn)金，沒有找零，為出行減負。

從系統(tǒng)管理角度

1. 減少設備內部模塊，投資成本及后期維護成本低。

2. 減少設備現(xiàn)金管理環(huán)節(jié)，降低人工處理現(xiàn)金的工作量及管理風險。

3. 減少實體卡采購成本及與其相關的初始化等管理成本，以及實體卡使用、磨損、丟失而帶來的成本費用。

從城市軌道交通運營角度

1. 可以設置廣告播放功能，商業(yè)價值大。

2. 可以借助APP將城市軌道交通的大客流引導到周邊商戶進行消費。例如，可以與車站周邊的餐飲、娛樂行業(yè)合作，根據(jù)乘客經(jīng)?；顒拥能囌就扑]優(yōu)惠券，達到引導消費的目的。當由于乘客帶來非票卡的沉淀資金，軌道交通公司可參與由此帶來的收益分成。

3. 可以在電子票業(yè)務系統(tǒng)中設立乘客積分賬戶，乘客通過購票、充值累積積分，并使用積分兌換車票、優(yōu)惠券、禮品等。

4. 可以將乘客的進出站交易數(shù)據(jù)與個人信息進行綁定，從而了解乘客日常出行的特點。可以通過大數(shù)據(jù)挖掘分析，對乘客進行精準的廣告投放、優(yōu)惠推薦等。

云支付在城市軌道交通應用情況

由于云支付系統(tǒng)尚無行業(yè)標準，各城市軌道交通在摸索實踐過程中，也采取了不同的建設模式。

從系統(tǒng)建設順序區(qū)分，上海、廣州等城市軌道交通在參考傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)建設基礎上，采取了從上至下的順序，從云清算平臺開始搭建，再向下實現(xiàn)現(xiàn)場的云購票機、云閘機等設備功能的方式。而在蘇州、鄭州、杭州、西安、南寧、南昌等城市，則采用了先實現(xiàn)現(xiàn)場的云購票功能，再持續(xù)研究實施后臺清算對賬的方式。

從系統(tǒng)設計區(qū)分，上海地鐵將云清算平臺、云購票機、云閘機的功能，全部集成到地鐵AFC系統(tǒng)中，改造后的AFC系統(tǒng)變?yōu)樗膶蛹軜?；廣州地鐵將云清算平臺的功能集成到了地鐵清分系統(tǒng)中，對于云購票機、云閘機等設備，則采用了與AFC系統(tǒng)完全獨立的設置方式；蘇州、鄭州、杭州、西安、南寧、南昌等城市地鐵，則采用了云清算平臺、云購票機、云閘機等與AFC系統(tǒng)完全獨立的設置方式。

下面主要介紹上海、廣州、杭州3個城市地鐵云支付系統(tǒng)實施情況。

上海地鐵云支付系統(tǒng)建設模式

上海地鐵采用“平臺搭建先行，業(yè)務逐步拓展”的總體策略，在票務清分系統(tǒng)大修方案中增加了云支付系統(tǒng)功能設計，實現(xiàn)傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)與云支付系統(tǒng)的高度融合。從云清算平臺到云購票機、云閘機，完全融入到傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)中，自頂向下建立一套適合聯(lián)機交易的云支付系統(tǒng)，最終實現(xiàn)對外滿足云支付模式的購票、支付、結算、充值等應用，對內滿足聯(lián)機票卡憑證的實時消費交易。

其中，云清算平臺的功能與票務清分系統(tǒng)、AFC線路中央系統(tǒng)完全融合，在整個系統(tǒng)設計上采用了虛擬化、集群及云計算技術。在系統(tǒng)設計上，將傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)五層架構壓縮為四層，整個系統(tǒng)架構趨于扁平化。云清算平臺預計2018年建成投入使用。

在云購票機、云閘機的功能實現(xiàn)上，支持包括聯(lián)機交易的二維碼、聲波、云閃付以及生物識別等支付方式，目前也正在開發(fā)測試階段。

廣州地鐵云支付系統(tǒng)建設模式

廣州地鐵云支付系統(tǒng)建設模式與上海地鐵類似。廣州地鐵清分系統(tǒng)三期改造時，增加了云清算平臺相關功能。2015年12月份，支持二維碼支付的云購票機正式上線運行，同時后臺也同步實現(xiàn)了云清算平臺的自動清分對賬功能。在系統(tǒng)設計上，云清算平臺實現(xiàn)了與地鐵清分系統(tǒng)的融合，但是云購票機仍采用與地鐵既有AFC系統(tǒng)終端設備完全獨立的設置方式。

2016年8月，廣州地鐵APM線云閘機上線運行，支持聯(lián)機交易的二維碼支付和云閃付等支付方式。由于APM線云閘機采用進站刷卡扣費、出站不刷卡的形式，與傳統(tǒng)地鐵閘機采用的進出站均需刷卡的復合消費方式不同，所以廣州地鐵實質上并未完全解決云閃付付費過閘的問題。同時，APM線云閘機也采用了與地鐵既有AFC系統(tǒng)終端設備完全獨立的設置方式。

杭州地鐵云支付系統(tǒng)建設模式

杭州地鐵云支付系統(tǒng)云清算平臺采用的是后期另開發(fā)后再接入既有清分系統(tǒng)的形式。云支付系統(tǒng)執(zhí)行既有清分系統(tǒng)票務規(guī)則，接收清分系統(tǒng)下發(fā)的參數(shù)、密鑰等，實時上傳交易文件，并由既有清分系統(tǒng)統(tǒng)一進行清分結算。

杭州地鐵云購票機于2016年8月正式上線運行，同時支持聯(lián)機交易的二維碼支付和云閃付等支付方式。云購票機同樣采用了與地鐵既有AFC系統(tǒng)終端設備完全獨立的設置方式。

云支付系統(tǒng)建設模式探討

從以上城市軌道交通云支付系統(tǒng)建設實施情況分析，可以得出以下兩個建設理念：

一是軌道交通云支付系統(tǒng)主要由云清算平臺、云購票機、云閘機以及相關網(wǎng)絡設備等構成。

二是“互聯(lián)網(wǎng)+AFC系統(tǒng)”是用互聯(lián)網(wǎng)的概念和技術，重新定義和構造城市軌道交通AFC系統(tǒng)。而并非指簡單地將原來AFC系統(tǒng)五層架構的內容搬到互聯(lián)網(wǎng)上，或者云支付系統(tǒng)和傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)相互獨立運行，手動進行數(shù)據(jù)導入導出、人工對賬等。

云支付系統(tǒng)建設實施步驟

在上述兩個建設理念的基礎上，城市軌道交通云支付系統(tǒng)建設時可參考如下實施步驟：

第一步，在既有清分系統(tǒng)、線路中央系統(tǒng)基礎上，采用虛擬化、集群及云計算技術，構建云清分系統(tǒng),形成資源池，實現(xiàn)資源共享。云清分系統(tǒng)不再以線路為單元，而是共同承擔任何特定的處理任務。數(shù)據(jù)存儲分布存儲在任意一臺磁盤陣列中。

第二步，通過虛擬化技術的可復制、可移植、可靈活擴容等特性，在云清分系統(tǒng)中虛擬出ACC、多個LC及多個SC系統(tǒng)，從而解決多線路、多廠家系統(tǒng)不兼容的弊端。利用虛擬化技術，使得設備能力集中化，任務處理分布化，大大提高了系統(tǒng)的處理能力。

在網(wǎng)絡架構上，云支付系統(tǒng)主干網(wǎng)絡不再是以線路為單元孤立的網(wǎng)絡，而是將所有線路的主干網(wǎng)絡連接起來，從而為云計算所需要的通信高可靠性提供支持。

云清分系統(tǒng)技術實現(xiàn)方式

云清分系統(tǒng)與傳統(tǒng)票務清分系統(tǒng)相比，核心改變是在傳統(tǒng)票務清分業(yè)務功能基礎上，增加一個適合聯(lián)機交易的云清算子系統(tǒng)；同時將傳統(tǒng)線路中央級計算機系統(tǒng)功能，全部集成到云清分系統(tǒng)中，減少系統(tǒng)架構層級。

1. 云清算子系統(tǒng)架構：云清算子系統(tǒng)采用多層網(wǎng)絡架構，包括：前端應用服務、后臺應用服務、后臺賬務管理、信息安全交換，以及各網(wǎng)段之間的訪問控制、互聯(lián)網(wǎng)的入侵檢測、前端應用負載均衡等層次。

2. 云清算子系統(tǒng)服務器選型：云清算子系統(tǒng)前臺及后臺服務器可采用LINUX操作系統(tǒng)、機架式PC服務器，前端應用可配置PC服務器，每臺劃分虛擬機分別對應不同的業(yè)務，由應用負載均衡按策略提交服務請求。

所有服務器均采用兩路CPU架構、冗余電源、冗余硬盤，確保系統(tǒng)可用性的前提下，可選擇入門級機型。

3 信息安全交換：在云清算子系統(tǒng)和傳統(tǒng)票務清分系統(tǒng)之間，增加一層信息安全交換，一方面預防云支付交易對后臺核心清算系統(tǒng)的安全性沖擊，另一方面減輕云支付交易對后臺清算系統(tǒng)應用的計算壓力。

綜合考慮該系統(tǒng)的安全性、可靠性及異構性，信息安全交換服務器可采用HPUX服務器。一方面HPUX系統(tǒng)自身安全性高度可控，另一方面與傳統(tǒng)清分系統(tǒng)的AIX系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)等形成異構，進一步降低云支付業(yè)務的安全風險。

4. 云清算子系統(tǒng)與傳統(tǒng)票務清分系統(tǒng)的接口信息

基礎票務信息：同步傳輸票種、票價基礎信息等。

云購票機售票信息：乘客通過二維碼、超聲波、云閃付以及生物識別等技術購票，交易上送云清分系統(tǒng)參與結算。

云閘機檢票信息：乘客通過二維碼、超聲波、云閃付以及生物識別等技術檢票進出站，交易上送云清分系統(tǒng)參與清分結算。

票卡調配信息：云終端設備動態(tài)上送票卡存量信息，云清分系統(tǒng)合理調整配送方案，票卡調配管理。

云支付系統(tǒng)終端設備技術實現(xiàn)方式

云支付系統(tǒng)終端設備主要包括云購票機、云閘機。

1. 云購票機技術實現(xiàn)方式：云購票機技術實現(xiàn)方式主要包括聯(lián)機在線的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯(lián)云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等技術。在傳統(tǒng)自動售票機上進行改造時，需要兼容原有配置中選型的硬件模塊，同時新增云支付涉及的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯(lián)云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等新功能模塊。對于網(wǎng)絡、電源、軟件功能設計等也有新要求。

2. 云閘機技術實現(xiàn)方式：云閘機技術實現(xiàn)方式主要包括聯(lián)機在線的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯(lián)云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等技術。在傳統(tǒng)自動檢票機上進行改造時，需要兼容原有配置中選型的硬件模塊，同時新增云支付涉及的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯(lián)云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等新功能模塊。對于網(wǎng)絡、電源、軟件功能設計等也有新要求。

由于城市軌道交通進出站均需刷卡，因此在業(yè)務模式設計上需要實現(xiàn)符合消費操作。其中，針對二維碼識別和銀聯(lián)云閃付，可以考慮如下實現(xiàn)方式：

二維碼識別：通過二維碼識別，實時與云清分系統(tǒng)交互，保證有效性。此種方式需要動態(tài)變更二維碼驗證信息，并在云清分系統(tǒng)獲取出站信息后確定票款金額?？稍谶M站實時驗證時鎖定虛擬帳戶部分金額。

銀聯(lián)云閃付：通過銀聯(lián)云閃付，由預付費向“預付費+信用支付”融合發(fā)展?？舍槍嵜丝屯瞥觥靶庞弥Ц丁?，利用第三方機構的征信系統(tǒng)，結合資信評估體系和信貸體系，為乘客提供一定的交通消費額度，乘客在信用業(yè)務體系中可以享受先消費后還款的便利。

云支付系統(tǒng)大數(shù)據(jù)管理

在大數(shù)據(jù)時代，軌道交通支付系統(tǒng)的多樣化方式，不但豐富了乘客支付體驗，更豐富了軌道交通云端數(shù)據(jù)。通過多種途徑的支付方式，可以獲得更多的乘客信息，使軌道交通乘客消費數(shù)據(jù)具備大數(shù)據(jù)分析的基礎。

將云支付系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)，與其他各類數(shù)據(jù)源信息進行整合分析、數(shù)據(jù)挖掘，建設跨系統(tǒng)的智慧地鐵云數(shù)據(jù)中心，搭建全面信息化的架構。通過數(shù)據(jù)分析模型，總結歸納出各種社會群體的出行規(guī)律，提供準確的、可預測的、有價值的結論，可以指導軌道交通更為安全、有序的運營，同時也可以提供準確消費預測，提升軌道交通周邊消費能力，為軌道交通企業(yè)帶來直接和間接的收益，有助于帶動軌道交通周邊商業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)是新的生產要素，是基礎性資源，也是戰(zhàn)略性資源。城市軌道交通云支付系統(tǒng)的建立，勢必會將傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)從單一的售檢票服務，向大數(shù)據(jù)管理全面發(fā)展。

注○1：“AFC系統(tǒng)”是自動售檢票系統(tǒng)（automatic fare collection system）的簡稱。它基于計算機、通信、網(wǎng)絡、自動控制等技術，實現(xiàn)自動售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分、管理等全過程的自動化系統(tǒng)。軌道交通AFC系統(tǒng)共分為五個層級，從上至下依次為清分系統(tǒng)、線路中央計算機系統(tǒng)、車站計算機系統(tǒng)、車站終端設備、車票。

注○2：“云閃付”是中國銀聯(lián)聯(lián)合各商業(yè)銀行推出的一項產品，它采用了HCE與TOKEN技術,同時具備實體商店POS機“閃付”能力、移動互聯(lián)網(wǎng)遠程支付能力的創(chuàng)新移動支付產品，持卡人可享受便捷、安全、快速的銀行卡服務。

銀聯(lián)云閃付旗下囊括了與銀行、國內外手機廠商、通訊運營商等合作方聯(lián)合開發(fā)的各類移動支付產品，適用于多種手機品牌和型號，包括iPhone以及華為、小米、中興、聯(lián)想、三星等安卓手機，可以在線下商戶及手機APP中進行支付。

【1】居理，陳鳳敏，桑義，等.GB50381-2010城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)工程質量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社出版，2010年.

【2】楊政軍.二維碼電子車票在自動售檢票系統(tǒng)中的應用[J].上海：城市軌道交通研究雜志社，2016年.

【3】胡宇舟,范濱,顧學道,繆力.基于Storm的云計算在自動清分系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)處理應用[J].成都：計算機應用雜志社，2014年.

【4】曾凱，顏金傳.云計算及其在智能交通上的應用[J]. 北京：現(xiàn)代電信科技雜志社，2011年.

【5】錢哨，張云鵬，黃少波.智能交通云：基于云計算的智能交通系統(tǒng)[J]. 南昌：計算機與現(xiàn)代化雜志社，2010年.

本文首先對云支付系統(tǒng)在城市軌道交通的發(fā)展優(yōu)勢進行了簡單論述，并在對比分析國內部分城市軌道交通云支付系統(tǒng)應用的基礎上，對城市軌道交通云支付系統(tǒng)的建設模式進行了研究探討。