鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

付巧玲，蔣秋華，李士達(dá)，潘浪濤，趙 楠

FU Qiao-ling1，JIANG Qiu-hua2，LI Shi-da2，PAN Lang-tao2，ZHAO Nan2

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院?研究生部，北京?100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院?電子計(jì)算技術(shù)研究所，

北京?100081）

(1.Department of Graduate Programs， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Institue of Computing Technology， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

鐵路旅客運(yùn)輸是利用列車將持憑證旅客及其行李從一個(gè)地方運(yùn)送到另一個(gè)地方，是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分[1]，而鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端是鐵路旅客運(yùn)輸順利完成的重要保障。隨著鐵路運(yùn)輸高速發(fā)展，客運(yùn)業(yè)務(wù)量迅速增長(zhǎng)且種類快速增多，客運(yùn)站自助售票機(jī)和人工窗口的壓力越來越大。目前鐵路客運(yùn)自助終端系統(tǒng)還存在以下問題：鐵路乘意險(xiǎn)補(bǔ)購只能到人工窗口排隊(duì)辦理，造成窗口擁堵；中鐵銀通卡取號(hào)機(jī)[2]功能單一，維護(hù)成本高；旅客只能通過人工窗口或自動(dòng)售票機(jī)查詢席位變更信息，占用購票渠道；紙質(zhì)公告發(fā)布消息時(shí)效性差、通知范圍有限。因此，亟需完善鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端系統(tǒng)，提高鐵路客運(yùn)站綜合管理水平與服務(wù)質(zhì)量[3]。

1 鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端的構(gòu)成

終端一般處于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最外圍，主要用于信息的輸入和處理結(jié)果的輸出。鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端是一種自助的、多功能的終端設(shè)備，放置在車站內(nèi)，等同于多個(gè)營(yíng)業(yè)服務(wù)人員的集合體，能與旅客進(jìn)行有效的信息交互，提供即定服務(wù)。自助終端包括硬件和軟件2個(gè)部分，其功能也是通過二者協(xié)作得以充分發(fā)揮。高效率。

1.1 終端硬件組成

鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端的硬件主要包括：主控單元、觸摸顯示屏、二維碼掃描單元、密碼鍵盤、身份證/中鐵銀通卡二合一讀卡器、銀行卡讀寫器、憑條打印單元，以及其他輔助設(shè)備。鐵路綜合業(yè)務(wù)自助終端硬件組成如圖1所示。

（1）主控單元。主控單元是控制各模塊協(xié)調(diào)工作、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的核心部件。通常采用工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)遇到死機(jī)等異常情況時(shí)，可激活定時(shí)器自動(dòng)重新啟動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）觸摸顯示屏。終端觸摸顯示屏不僅可以向旅客展示信息，還可以與旅客進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，滿足旅客需求。

（3）二維碼掃描單元。鐵路車票上的二維碼是一種網(wǎng)格矩陣碼，采用 GB/T27766編制，存有乘車人及其席位等相關(guān)信息。自助終端內(nèi)置二維碼掃描單元，可以動(dòng)態(tài)識(shí)別票面二維碼，減少流程，提

圖1 鐵路綜合業(yè)務(wù)自助終端硬件組成Fig.1 Hardware composition of integrated self-service terminals at railway stations

（4）密碼鍵盤。在自助終端上設(shè)有密碼鍵盤，主要用于銀行卡支付時(shí)輸入密碼，同時(shí)對(duì)輸入的密碼加密。

（5）身份證/中鐵銀通卡二合一讀卡器。自助終端內(nèi)置身份證/中鐵銀通卡二合一讀卡器，對(duì)旅客的身份證或中鐵銀通卡進(jìn)行識(shí)別和認(rèn)證，方便持有中鐵銀通卡的旅客快速乘車。

（6）銀行卡讀寫器。在自助終端上設(shè)有電動(dòng)式讀寫卡器，該讀寫卡器符合銀行卡讀寫標(biāo)準(zhǔn)，接收銀行卡讀取其信息，確認(rèn)合法身份后，再向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)起交易連接請(qǐng)求。

（7）憑條打印單元。憑條打印單元一般采用SDK通信接口的熱敏打印機(jī)，無人值守，可以統(tǒng)計(jì)打印憑條數(shù)量，監(jiān)控打印狀況，并及時(shí)反饋信息。

（8）其他輔助設(shè)備。其他輔助設(shè)備主要有信息提示牌、電源、機(jī)柜等。

1.2 終端軟件架構(gòu)

鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端軟件架構(gòu)與自助退票機(jī)相似[4]，包括主業(yè)務(wù)處理模塊 (MBP)、硬件管理模塊 (HC)、人機(jī)交互界面模塊 (GUI)、維護(hù)模塊(Backer)、啟動(dòng)與監(jiān)控模塊 (StartUp)等，各個(gè)模塊以 MBP 為核心并各司其職。其中，主業(yè)務(wù)處理模塊是機(jī)內(nèi)的核心進(jìn)程，通過套接字 (Socket) 與其他各模塊進(jìn)行通信連接，負(fù)責(zé)管理與控制各個(gè)模塊，并與應(yīng)用服務(wù)器雙向通信；人機(jī)交互界面模塊使用html+css+javaScript 編程技術(shù)，向旅客提供可視化的綜合操作界面；硬件管理模塊采用多線程設(shè)計(jì)，控制身份證/中鐵銀通卡二合一、二維碼掃描、打印憑條等單元，并將各單元間耦合系數(shù)降到最低；啟動(dòng)與監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)應(yīng)用程序，并監(jiān)控機(jī)內(nèi)各軟件的運(yùn)行狀態(tài)和重啟僵死進(jìn)程；維護(hù)模塊包括硬件監(jiān)測(cè)、修改本地參數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等功能。鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端軟件架構(gòu)圖Fig.2 Software framework of integrated self-service terminals at railway stations

1.3 鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端功能

鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端整合多種業(yè)務(wù)于一體，功能多樣，交互界面信息明確，通過簡(jiǎn)單的操作步驟引導(dǎo)旅客自助完成業(yè)務(wù)需求。鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端功能如圖3所示。

鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端功能如下。

（1）乘意險(xiǎn)購買。旅客在綜合業(yè)務(wù)自助終端界面上點(diǎn)擊“乘意險(xiǎn)購買”按鍵，自助終端提示旅客將車票放置在二維碼掃描區(qū)，掃描單元掃描車票上的二維碼，經(jīng)過算法解碼將二維碼信息上傳至客票系統(tǒng)，查詢?cè)撥嚻毙畔⒑唾彵顟B(tài)，隨后將待購保的車票信息及購保須知、條款等顯示到自助終端界面上，旅客可以選擇支付寶或銀行卡完成乘意險(xiǎn)支付，最后終端提示旅客購保成功并打印購保憑條。

圖3 鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端功能Fig.3 Functionalities of integrated self-service terminals at railway stations

（2）中鐵銀通卡取號(hào)。旅客在綜合業(yè)務(wù)自助終端界面上點(diǎn)擊“銀通卡取號(hào)”按鍵，終端向旅客展示車次、出發(fā)時(shí)間、到站、余票等信息，旅客選擇車次和所要到達(dá)的車站，根據(jù)界面提示信息在終端指定位置刷中鐵銀通卡，終端向檢票系統(tǒng)申請(qǐng)預(yù)留席位成功后，將席位信息顯示給旅客并自動(dòng)打印席位憑條。

（3）席位變更查詢。旅客在綜合業(yè)務(wù)自助終端界面上點(diǎn)擊“席位變更查詢”按鍵，終端提示旅客刷車票或二代居民身份證：①如果選擇刷車票，二維碼掃描單元掃描車票上的二維碼，將信息上傳至客票系統(tǒng)并查詢，終端將返回的變更信息展示給旅客并打印憑條；②如果選擇刷二代居民身份證，身份證/中鐵銀通卡二合一讀卡器讀取身份證信息，將信息上傳至客票系統(tǒng)并查詢，終端將返回的變更信息展示給旅客并打印憑條。

（4）車站公告。旅客在綜合業(yè)務(wù)自助終端界面上點(diǎn)擊“車站公告”按鍵，終端調(diào)取鐵路局集團(tuán)公司服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，向旅客顯示車站動(dòng)態(tài)信息。

（5）其他功能。其他功能包括打印憑條、維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、與后臺(tái)通信、數(shù)據(jù)安全與管理、卡驗(yàn)證等。

2 鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端功能，鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端基于 NW.js 開發(fā)桌面應(yīng)用，并基于支付寶掃碼支付、動(dòng)態(tài)調(diào)配算法、快速查詢等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)業(yè)務(wù)。

2.1 基于 NW.js 開發(fā)桌面應(yīng)用

鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端在 Windows XP (32bit) 環(huán)境下基于 NW.js 開發(fā)了人機(jī)交互界面 (GUI)。NW.js 原名為 Node-WebKit，是 Node.js 與 Chromium技術(shù)的融合[5]，具有開源、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。NW.js 文件如圖4所示。NW.js 框架在啟動(dòng)GUI 程序時(shí)，從 package.json 中讀取信息，package.json 是 GUI 的配置文件，其包含的“main”字段指明由 NW.js 打開的初始頁面，“window”中包含有隱藏導(dǎo)航欄、無邊框全屏顯示界面、任務(wù)欄顯示圖標(biāo)等窗口屬性配置。鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端是開放的，出于安全性和發(fā)布的方便性考慮，將人機(jī)交互界面打包成獨(dú)立的桌面應(yīng)用程序。

圖4 NW.js 文件Fig.4 NW.js files

2.2 支付寶掃碼技術(shù)

大力發(fā)展鐵路電子商務(wù)，對(duì)于提高鐵路服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)營(yíng)效益具有重要意義[6-7]。支付寶作為電子支付的主要方式之一，可以簡(jiǎn)化旅客的支付手續(xù)。在此，旅客可以使用手機(jī)支付寶客戶端掃描綜合業(yè)務(wù)自助終端上訂單所生成的二維碼，完成支付操作。支付掃碼支付時(shí)序圖如圖5所示。其中終端主業(yè)務(wù)處理模塊向支付平臺(tái)申請(qǐng)掃碼支付請(qǐng)求，支付平臺(tái)通過套接字通信向終端主業(yè)務(wù)處理模塊發(fā)送含有支付信息的字符串，終端主業(yè)務(wù)處理模塊根據(jù)接收到的字符串生成二維碼圖片并定時(shí)監(jiān)測(cè)后臺(tái)支付狀態(tài)。同時(shí)，人機(jī)交互模塊通過指定的路徑獲取二維碼圖片并顯示。掃碼后，手機(jī)支付寶客戶端向支付寶后臺(tái)提交掃描二維碼鏈接，等待支付寶后臺(tái)返回需要旅客支付授權(quán)，旅客確認(rèn)需支付的訂單金額，輸入支付密碼，完成支付。

圖5 支付掃碼支付時(shí)序圖Fig.5 Sequence diagram of alipay barcode payment

2.3 動(dòng)態(tài)調(diào)配算法

通常持有中鐵銀通卡的旅客按照“先取號(hào)、再檢票、后乘車”的原則乘車。對(duì)于持中鐵銀通卡的旅客，客票系統(tǒng)需提前預(yù)留一定數(shù)量的“銀通卡”席位，再采用動(dòng)態(tài)調(diào)配算法根據(jù)實(shí)際持中鐵銀通卡的旅客人數(shù)調(diào)整“銀通卡”席位數(shù)量。動(dòng)態(tài)調(diào)配算法操作流程為：①初始階段，客票系統(tǒng)預(yù)留一定數(shù)量的“銀通卡”席位，供持卡旅客取號(hào)；②當(dāng)“銀通卡”席位數(shù)量與實(shí)際旅客取號(hào)數(shù)量的差值等于檢票系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，檢票系統(tǒng)自動(dòng)從客票系統(tǒng)申請(qǐng)固定數(shù)額的可售席位數(shù)，供持銀通卡的旅客取號(hào)；③當(dāng)客票系統(tǒng)的可售席位數(shù)小于檢票系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，檢票系統(tǒng)動(dòng)態(tài)獲取的席位數(shù)為可售的席位數(shù)；④當(dāng)客票系統(tǒng)的可售席位數(shù)等于零時(shí)，檢票系統(tǒng)動(dòng)態(tài)獲取的席位數(shù)為零。此后，檢票系統(tǒng)的席位數(shù)減少至零則禁止取號(hào)。通過動(dòng)態(tài)調(diào)配算法可以減少人工操作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)智能的銀通卡取號(hào)功能。

2.4 快速查詢技術(shù)

基于分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端實(shí)現(xiàn)了席位變更快速查詢。GemFire 是分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫之一。作為一種在內(nèi)存中直接操作的數(shù)據(jù)庫，其讀寫速度比磁盤的高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相比，GemFire 在數(shù)據(jù)緩存、并行操作方面也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，使數(shù)據(jù)處理速度更快[8]。針對(duì)鐵路客票訂單系統(tǒng)數(shù)據(jù)海量、實(shí)時(shí)變化等特點(diǎn)，基于 GemFire，可以在自助終端刷身份證或掃描車票二維碼快速查詢席位變更信息，提高查詢效率。

3 結(jié)束語

為提高鐵路客運(yùn)站運(yùn)營(yíng)效率，提升管理水平和服務(wù)質(zhì)量，將鐵路客運(yùn)站的非常態(tài)零散業(yè)務(wù)整合于一體，研制了鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端。鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端各模塊分工明確、相互協(xié)作，運(yùn)行流暢。通過自助方式不僅可以節(jié)約客運(yùn)站人力資源成本，還可以節(jié)約物力和維護(hù)成本。目前，鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端在一些客運(yùn)站已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)試點(diǎn)工作，自助終端安全穩(wěn)定、操作便捷，效果明顯。隨著硬件配置的完善，以及軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)化，鐵路客運(yùn)綜合業(yè)務(wù)自助終端的功能和效率將進(jìn)一步提升。

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