二維碼和電子支付在地鐵票務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院　吳友寶　徐建閩

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二維碼和電子支付在地鐵票務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院吳友寶徐建閩

【摘要】隨著軌道交通的快速發(fā)展，人們對它的出行需求比例日益增長。由于外來游客的流動性原因，多數(shù)選擇在售票機(jī)處大排長龍地購買單程票，嚴(yán)重浪費出行時間。新興的移動互聯(lián)網(wǎng)為現(xiàn)代人的出行決策起著至關(guān)重要的作用。在調(diào)研了多名智能手機(jī)用戶的前提下，此文研究了基于二維碼和電子支付技術(shù)的軌道交通應(yīng)用，設(shè)計開發(fā)了一套具有出行規(guī)劃、預(yù)先購票、人性導(dǎo)航等三大基礎(chǔ)功能的出行應(yīng)用軟件，能夠滿足乘客日常出行的基本需求。

【關(guān)鍵詞】智能手機(jī)；二維碼；電子支付；軌道交通

0　引言

隨著軌道交通的快速發(fā)展，人們對它的出行需求比例日益增長。每逢節(jié)假日高峰期或地處客流量較大的地鐵站點，外來游客只能選擇在售票機(jī)處大排長龍地購買單程票。這不僅浪費出行時間，而且影響出行體驗。為了緩解這一難題，地鐵公司只能通過購置更多的售票機(jī)予以解決。

此文在調(diào)研了多名智能手機(jī)用戶的前提下，研究了基于二維碼和電子支付技術(shù)的軌道交通應(yīng)用，設(shè)計開發(fā)了一套具有出行規(guī)劃、預(yù)先購票、人性導(dǎo)航等三大基礎(chǔ)功能的出行應(yīng)用軟件。該應(yīng)用軟件的主要優(yōu)勢有：（1）能夠有效減少地鐵站硬件費用支出及設(shè)備維護(hù)費用，增加乘客在站點的流動性；（2）通過支付寶、微信支付等移動支付方式能預(yù)先購買地鐵票，大大改善了乘客的出行體驗感，并且能享受儲值卡的優(yōu)惠政策；（3）通過結(jié)合各種旅游地圖，滿足外來游客日常出行的基本需求?？傊搼?yīng)用具有很大的實用價值。

1　應(yīng)用軟件整體框架

在當(dāng)今的地鐵票務(wù)系統(tǒng)中，歸根結(jié)底分為兩種類型，即單程票和儲值票。地鐵票務(wù)系統(tǒng)是利用高科技產(chǎn)品條形碼作為通行電子門票，綜合運用計算機(jī)、自動控制、無線傳輸、加密技術(shù)、統(tǒng)計財務(wù)等專業(yè)知識，來實現(xiàn)軌道交通的計算機(jī)售票、檢票、查詢、匯總、統(tǒng)計、報表和清分結(jié)算等全過程的自動化系統(tǒng)[4]。傳統(tǒng)的地鐵車票支付系統(tǒng)通過匯集乘客購買的車票資金信息至AAC（自動售檢票系統(tǒng)清分中心），然后下發(fā)控制子令控制閘機(jī)的開關(guān)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的崛起，手機(jī)端購買電子票的現(xiàn)象已經(jīng)非常普遍，但二維碼地鐵票這項技術(shù)在市場上仍未曾出現(xiàn)過。如果能夠推行，那必然是開了票務(wù)領(lǐng)域的先河。對于當(dāng)?shù)爻Ｗ∪丝趤碚f，無論是常用的各類儲值卡還是手機(jī)中的電子標(biāo)簽，儲值票都能為乘客的出行帶來極大的便利，且其需要提前充值的特點也為地鐵公司的經(jīng)濟(jì)收入帶來各種可操作性。但是，這種收費方式對于外來游客來說就沒有吸引之處了。由于地鐵站閘機(jī)上已經(jīng)將機(jī)械、電子、微處理器控制及各種身份識別技術(shù)有機(jī)地融為一體，方便兼容IC卡、ID卡、條碼卡、指紋等讀卡識別設(shè)備的使用。因此，此文基于手機(jī)二維碼和電子支付技術(shù)，在傳統(tǒng)的地鐵車票支付系統(tǒng)上增加了二維碼車票資金信息流，通過后臺支付中心將資金匯集至AAC，實現(xiàn)共用一套控制子令下發(fā)至閘機(jī)，具體流程圖如圖1所示。

圖1　二維碼車票支付系統(tǒng)流程圖Fig.1 Two-dimensional code ticket payment system flowchart

為了讓外來游客出行更快捷，此文基于Android平臺，設(shè)計開發(fā)出一套基于二維碼和電子支付技術(shù)的軌道交通應(yīng)用軟件。該應(yīng)用軟件的整體框架圖如下所示：

（1）乘客進(jìn)入軟件界面，選定出行起始、終點站；

（2）然后選擇支付寶、微信支付等移動支付方式完成票款支付；

（3）成功支付后，后臺系統(tǒng)將交易后的票務(wù)數(shù)據(jù)信息通過加密算法處理后編入二維碼，再以移動網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送到用戶手機(jī)上；

（4）地鐵站閘機(jī)上已安裝有識別二維碼的識讀設(shè)備，乘客憑借此二維碼電子憑證進(jìn)出地鐵站。

圖2　應(yīng)用軟件整體框架圖Fig.2 The overall framework diagram of application software

此文利用手機(jī)二維碼作為進(jìn)出地鐵站的電子憑證，效率不比持卡者通道差，而且很好地解決了乘客在售票機(jī)處排隊買票的現(xiàn)象，大大改善了用戶的出行體驗感。同時，此文基于百度或者Google地圖API開放接口進(jìn)行二次開發(fā)，外來游客可直接搜索旅游景點，出行應(yīng)用軟件便自動生成一個便捷的出行計劃，包括票價、出行時間、換乘路線、步行距離等，便于游客直達(dá)旅游景點。

2　具體實現(xiàn)

2.1地鐵線路圖繪制

2.1.1數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式采用JSON格式數(shù)據(jù)，分三種類型：文本標(biāo)簽、站點、地鐵線路，總的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

{

“l(fā)abels” :[ . .. ],

“stations” :[ . .. ],

“l(fā)ines” :[ . .. ]

}

2.1.2文本標(biāo)簽數(shù)據(jù)

文本標(biāo)簽數(shù)據(jù)包含坐標(biāo)和文字信息，如果文字需要旋轉(zhuǎn)，則會增加“rotate”屬性，下面是“天河客運站”文本標(biāo)簽信息：

{

“text” :“天河客運站”,

“x” :483.591,

“y” :1347.327

}

2.1.3站點數(shù)據(jù)

站點數(shù)據(jù)包含坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度以及編號信息，下面是“天河客運站”的信息：

{

“id” :5,

“x” :465.814,

“y” :1329.538

“rotate” :0.783

}

2.1.4地鐵線路數(shù)據(jù)

地鐵線路數(shù)據(jù)包含名稱、顏色以及經(jīng)過的站點編號信息，下面是地鐵一號線的信息：

{

“name” :1,

“color” :#e52035,

“stations” :[64, 70, 67, 71, 72, 73, 66, …] }

2.1.5站點觸發(fā)函數(shù)

通過創(chuàng)建站點觸發(fā)函數(shù)OnClick()，乘客完成起始-終點站的選取。

2.2最短路線換乘算法

2.2.1程序框架

MetroSearch：主Activity，提供線路查詢功能；

MapDisplay：副Activity，提供地鐵圖線路瀏覽功能，此為附加功能；

PathSearch：地鐵線路查詢的核心類，包括了地鐵圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述、算法實現(xiàn)、最短路描述等功能；

ResFinalVars：資源類，包括了地鐵線路信息；

GraphEntry：鄰接表類，用于表示地鐵線路圖的數(shù)據(jù)信息；

TableEntry：用于記錄最短路徑和路徑描述。

2.2.2地鐵線路的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述

首先，采用哈希表來存儲地鐵站點名字和數(shù)字編號的映射關(guān)系，具有自動編號和搜索速度快的特點。然后采用GraphEntry鄰接表類來構(gòu)建，其中圖的構(gòu)建全部根據(jù)ResFinalVars資源類來自動生成圖。將資源數(shù)據(jù)與方法分開，數(shù)據(jù)具有更新方便、移植性強(qiáng)、可重用性高的優(yōu)勢。

2.2.3最短路線換乘算法代價

軌道交通最短路線換乘算法的基本思想是將地鐵換乘線路網(wǎng)絡(luò)抽象成一張有向帶權(quán)圖，乘客輸入的起終點即為有向帶權(quán)圖中的起始節(jié)點s和終止節(jié)點t，然后搜索s至t的K條較優(yōu)路徑。有向帶權(quán)圖中的權(quán)重依據(jù)可以為時間、換乘次數(shù)、經(jīng)過邊數(shù)等任意非負(fù)代價，此文選取時間代價進(jìn)行建模。每條邊有一個乘坐時間代價，表示乘坐地鐵經(jīng)過該邊所需要花費的時間。

在每個站點有一個換乘時間代價矩陣，可以用稀疏矩陣表示在任意兩條邊之間換乘所需要花費的時間。兩邊之間有直接連通、換乘、不連通三種關(guān)系。其中，連通的換乘時間代價為0，換乘的換乘時間代價為換乘步行時間加上等候時間，不連通的換乘時間代價為+∞。

2.3電子支付技術(shù)

電子支付技術(shù)通過貨幣價值轉(zhuǎn)移來解決金融交易行為，由于具有方便、快捷、高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，目前廣泛應(yīng)用于基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電子票務(wù)領(lǐng)域[8]。

此文選擇支付寶移動開放平臺進(jìn)行二次開發(fā)，其通用規(guī)則一般由接入部分和通知返回部分組成。其中，接入部分是將傳遞參數(shù)等信息組合成超級鏈接來進(jìn)行跳轉(zhuǎn)；通知返回部分則是支付寶服務(wù)器處理完該筆訂單后，將詳細(xì)信息通知與返回到商戶服務(wù)器，待商戶服務(wù)器接收到后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。支付寶移動開放平臺具體實現(xiàn)流程圖如下所示：

圖3　支付寶移動開放平臺具體實現(xiàn)流程圖Fig.3 Alipay mobile open platform specific flow chart

2.4手機(jī)二維碼

二維碼（two-dimensional code）是按一定規(guī)則在平面（二維方向）用黑色和白色像素進(jìn)行編碼的，其中黑色代表二進(jìn)制的“1”，白色代表“0”，這取決于編碼規(guī)則代表的各種信息。它具有高信息含量、高可靠性、低成本的優(yōu)勢，且可表示各種不同的信息（數(shù)字，文字，聲音，圖像等）[9]。因此，二維碼在現(xiàn)代信息社會中起到了重要的作用。

此文利用手機(jī)二維碼成本低、信息含量高、可靠性高等優(yōu)點，攜帶包括起始-終點站、票價、購票時間、系統(tǒng)隨機(jī)生成序列等字段的票務(wù)數(shù)據(jù)信息，如{ from tianhestation to wushan, 5 yuan, 20150530 08:30:00, 109364 }。

為了避免因識別準(zhǔn)確度和速度低而造成閘機(jī)口擁堵的情況，此文采用較易識別碼制，減少二維碼信息冗余和提高識別終端的識別效率等手段來降低風(fēng)險。后臺系統(tǒng)將乘客通過支付寶/微信支付等移動支付平臺交易后的票務(wù)數(shù)據(jù)信息通過加密算法處理后編入二維碼，再以移動網(wǎng)絡(luò)的形式發(fā)送到用戶手機(jī)上，作為進(jìn)出地鐵站閘機(jī)的電子憑證。

2.5地圖二次開發(fā)

Google地圖API是一種通過JavaScript將Google地圖嵌入到開發(fā)者搭建的網(wǎng)頁的API。該API提供了大量實用工具用于處理地圖，并通過各種服務(wù)向地圖添加內(nèi)容，從而使開發(fā)者能夠在網(wǎng)站上創(chuàng)建功能全面的地圖應(yīng)用程序。同樣，百度地圖API也提供了二次開發(fā)的接口，具體實現(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)可參考Google地圖API，在此不做介紹。

此文選擇精確性更高的Google地圖API，為乘客的出行軟件提供基本地圖、本地搜索旅游景點、路線導(dǎo)航等服務(wù)[10]。

3　結(jié)語

如何解決乘客快速、便捷地購買單程票是軌道交通部門亟需解決的問題。文中在調(diào)研了多名智能手機(jī)用戶的前提下，研究了基于二維碼和電子支付技術(shù)的軌道交通應(yīng)用，設(shè)計開發(fā)了一套具有出行規(guī)劃、預(yù)先購票、人性導(dǎo)航等三大基礎(chǔ)功能的出行應(yīng)用軟件，解決了乘客在售票機(jī)處大排長龍地購票的現(xiàn)象，能夠滿足乘客日常出行的基本需求，為出行需求的進(jìn)一步應(yīng)用提供了新方向。

參考文獻(xiàn)

[1]袁東,王健,張寧等.IC卡讀寫器在票卡安全處理中的應(yīng)用[J].交通信息與安全,2010,28(3):116-119.

[2]王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測量與儀器學(xué)報,2009,23(12):1-7.

[3]王宇偉,張輝.基于手機(jī)的NFC應(yīng)用研究[J].中國無線電,2007(6):3-8.

[4]裴順鑫,張寧.地鐵自動售檢票系統(tǒng)的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)[J].都市快軌交通,2007,20(5):38-41.

[5]馬新強(qiáng),孫兆,袁哲等.Web標(biāo)準(zhǔn)與HTML5的核心技術(shù)研究[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,29(6):61-64,74.

[6]鄒亮,徐建閩.基于遺傳算法的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中最短路徑問題算法[J].計算機(jī)應(yīng)用,2005,25(4):742-744.

[7]郝春梅.一種改進(jìn)的Dijkstra算法的分析及程序?qū)崿F(xiàn)[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化,2011(1):36-38.

[8]謝琳,盧建軍.電子商務(wù)中第三方電子支付平臺分析[J].計算機(jī)應(yīng)用研究,2003,20(12):149-151.

[9]舒賢華.基于Android平臺的手機(jī)Web地圖服務(wù)設(shè)計[D].大連海事大學(xué),2009.

吳友寶（1990—），男，廣東豐順人，華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院碩士研究生。

作者簡介：

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：61174184）資助“基于群體動力學(xué)的交叉口群協(xié)調(diào)控制理論與方法研究”。