基于電子客票的鐵路旅客智能出行研究

黃欣，張志強(qiáng)，單杏花，張濤，李士達(dá)

（1. 中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100844；2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

1 國(guó)內(nèi)外電子客票概況

電子客票[1-3]概念最初由航空領(lǐng)域提出，1993 年美國(guó)一家航空公司推出世界上第1 張電子客票。2000 年3 月28 日，中國(guó)南方航空股份有限公司推出了我國(guó)首張電子客票，提供網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上支付和電子客票服務(wù)。中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司與中國(guó)東方航空股份有限公司也分別于2003 年和2004 年推出了電子客票，至2007 年我國(guó)航空業(yè)在全球范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了全面電子客票。2017年以來，部分機(jī)場(chǎng)相繼推出了二維碼和“刷臉”自助登機(jī)服務(wù)。德國(guó)、法國(guó)和美國(guó)鐵路通過互聯(lián)網(wǎng)銷售的車票也可提供電子客票。在我國(guó)公共交通領(lǐng)域，普遍采用電子錢包或二維碼關(guān)聯(lián)電子賬戶的方式扣款，但這種非實(shí)名制、不對(duì)號(hào)、計(jì)次、計(jì)程的特點(diǎn)，本質(zhì)為一種電子支付應(yīng)用場(chǎng)景，并非真正意義上的電子客票[4-5]。

從國(guó)內(nèi)外交通行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看，電子客票在民航與鐵路領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用，大幅提升旅客出行體驗(yàn)的同時(shí)，有效節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本，目前正在基于實(shí)名電子客票向更為便捷的通行方式和精準(zhǔn)營(yíng)銷服務(wù)發(fā)展。雖然近年來我國(guó)鐵路客運(yùn)在售票和檢票方面持續(xù)優(yōu)化完善，極大方便了旅客，取得了良好的社會(huì)效益，但相對(duì)于旅客持續(xù)增長(zhǎng)的美好出行需求依然存在一定差距，旅客購票出行服務(wù)依然存在很大優(yōu)化空間。結(jié)合我國(guó)鐵路行業(yè)特點(diǎn)，全面實(shí)施電子客票應(yīng)用已經(jīng)成為更好服務(wù)旅客、推動(dòng)鐵路客運(yùn)智能化發(fā)展的重要載體，是提升人民群眾對(duì)鐵路發(fā)展獲得感和幸福感的重要舉措。

2 我國(guó)鐵路電子客票研究

2.1 內(nèi)涵

電子客票是我國(guó)鐵路旅客車票票制繼硬板票、條碼票、磁介質(zhì)票后的又一重大變革，將紙質(zhì)車票承載的旅客運(yùn)輸合同憑證、乘車憑證、報(bào)銷憑證功能分離，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸合同憑證電子化、乘車憑證無紙化、報(bào)銷憑證按需提供，是客運(yùn)生產(chǎn)組織和服務(wù)流程全面優(yōu)化和重構(gòu)的重要基礎(chǔ)。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 乘車憑證選擇

電子客票應(yīng)用的核心是通過乘車憑證在客票系統(tǒng)中找到旅客購票信息。乘車憑證可有多種選擇，但應(yīng)滿足可機(jī)器識(shí)讀、技術(shù)成熟，能快速查詢旅客購票記錄，旅客接受程度高、便于攜帶，以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用、能夠充分利用既有設(shè)備的原則。

通過對(duì)居民身份證、外國(guó)人永久居留證、港澳臺(tái)居民居住證、港澳居民來往內(nèi)地通行證、臺(tái)灣居民來往大陸通行證、中鐵銀通卡、二維碼（紙質(zhì)/電子）、手機(jī)NFC 和人臉信息的比選分析，初期優(yōu)先選擇可機(jī)讀的居民身份證、外國(guó)人永久居留證、港澳臺(tái)居民居住證、港澳居民來往內(nèi)地通行證、臺(tái)灣居民來往大陸通行證等證件作為電子客票乘車憑證。后續(xù)可根據(jù)應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展情況，逐步拓展電子身份證、手機(jī)NFC和“刷臉”等乘車憑證形式。其他證件可配合電子客票購票信息單二維碼實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)檢票、乘車。

2.2.2 主要業(yè)務(wù)變化

實(shí)施電子客票應(yīng)用將給客運(yùn)業(yè)務(wù)帶來極大變化，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）旅客出行無紙化。電子客票對(duì)原有紙質(zhì)車票所承載的功能進(jìn)行了優(yōu)化分離，實(shí)現(xiàn)乘車憑證由硬板票、軟紙票、磁介質(zhì)票等實(shí)體到無紙化、電子化、智能化的轉(zhuǎn)變。電子客票應(yīng)用顯著提升了旅客出行體驗(yàn)，有效降低了票紙使用，在積極響應(yīng)綠色出行、節(jié)能減排倡議的同時(shí)，成為推動(dòng)鐵路智能化出行的新舉措。

（2）客票業(yè)務(wù)全面自助化。電子客票的實(shí)施，在近年來互聯(lián)網(wǎng)售票、閘機(jī)檢票實(shí)現(xiàn)旅客購票和檢票自助化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了便利性和工作效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了退票、改簽、變更到站等業(yè)務(wù)的自助化辦理，提高了我國(guó)鐵路信息化水平，節(jié)省了旅客購票時(shí)間和進(jìn)出站時(shí)間，符合大眾快節(jié)奏、高效出行的要求。

（3）線上線下功能一體化。電子客票的實(shí)施，取消了互聯(lián)網(wǎng)購票后換取票環(huán)節(jié)，方便旅客的同時(shí)，減輕了車站壓力，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了線上和線下功能的一致性，克服了紙質(zhì)車票退票改簽需要到線下窗口辦理的弊端，后續(xù)互聯(lián)網(wǎng)訂餐、約車等延伸服務(wù)也可隨電子客票應(yīng)用的推廣，為旅客提供更為便捷的服務(wù)體驗(yàn)。

（4）有效解決了既有紙質(zhì)票丟失、偽造和倒賣等問題。由于購票信息以電子數(shù)據(jù)形式保存，車票丟失、偽造和倒賣實(shí)體車票的問題將得到有效解決，避免了旅客因車票丟失產(chǎn)生諸多不必要的麻煩，極大降低了旅客出行的經(jīng)濟(jì)成本。

（5）建立旅客全行程信息檔案。以旅客購票電子記錄為基礎(chǔ)，構(gòu)建旅客實(shí)名驗(yàn)證、進(jìn)站檢票、乘車、出站檢票及訂餐、約車等出行過程中完整的消費(fèi)和服務(wù)檔案，為鐵路開展精準(zhǔn)信息推送和差異化服務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

電子客票采用基于“雙中心雙活”的系統(tǒng)架構(gòu)（見圖1），提高了電子客票處理能力、系統(tǒng)可靠性及業(yè)務(wù)處理的連續(xù)性；引入云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高并發(fā)條件下的海量數(shù)據(jù)處理、基于消費(fèi)習(xí)慣的旅客用戶畫像、復(fù)雜環(huán)境下的人臉智能識(shí)別等關(guān)鍵應(yīng)用，通過廣泛吸收多種開源技術(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用不斷自主創(chuàng)新，豐富系統(tǒng)功能、調(diào)整系統(tǒng)架構(gòu)，持續(xù)保持技術(shù)的先進(jìn)性和自主性。

為方便向旅客提供購票、變更、乘車等服務(wù)，構(gòu)建了線下電子客票集群，存放線下渠道發(fā)售電子客票的存根和訂單等數(shù)據(jù)；建立旅客服務(wù)記錄（Passenger Service Record，PSR）集群，整合旅客出行全流程的服務(wù)信息，形成旅客出行服務(wù)信息檔案；建立二維碼集群，推出掃碼進(jìn)出站乘車服務(wù)，保證電子客票相關(guān)業(yè)務(wù)使用二維碼的通用性和安全性；搭建人臉比對(duì)集群，用于持續(xù)進(jìn)行人臉識(shí)別算法的訓(xùn)練，定期將優(yōu)化后的算法自動(dòng)下發(fā)至實(shí)名制驗(yàn)證閘機(jī)等應(yīng)用終端，以提高比對(duì)效率及準(zhǔn)確性。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，搭建鐵路局集團(tuán)公司應(yīng)急中心，當(dāng)鐵路局集團(tuán)公司客票系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，可順利接管其相關(guān)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急售票和驗(yàn)檢票業(yè)務(wù)。

2.2.4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）大并發(fā)條件下的電子客票快速驗(yàn)檢票技術(shù)。提出PSR 概念并構(gòu)建PSR 集群（技術(shù)架構(gòu)見圖2）。PSR 以乘車人為主要線索，將其購買的車票和服務(wù)的信息完整記錄和整合，根據(jù)服務(wù)進(jìn)度或旅客變更實(shí)時(shí)進(jìn)行信息更新，并記錄下更新軌跡，形成一個(gè)完整的行程數(shù)據(jù)描述。電子客票在發(fā)售成功后通過數(shù)據(jù)同步技術(shù)實(shí)時(shí)更新至由分布式部署的Redis 數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的PSR 集群中，集群通過SpringCloud 微服務(wù)框架對(duì)外提供海量數(shù)據(jù)下的快速查詢服務(wù)，滿足在大客流高并發(fā)條件下電子客票數(shù)據(jù)的驗(yàn)檢票查詢要求。

圖1 電子客票系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 PSR 技術(shù)架構(gòu)

（2）分布式環(huán)境下的異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)（見圖3）。針對(duì)分布環(huán)境下的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步需求，研發(fā)了分布式環(huán)境下的異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，采用基于數(shù)據(jù)日志文件解析的無侵入式實(shí)時(shí)同步、基于觸發(fā)器的實(shí)時(shí)同步和基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)式的定時(shí)批量同步等方式，實(shí)現(xiàn)源端數(shù)據(jù)變化監(jiān)聽和捕獲，并通過分布式傳輸中間件進(jìn)行可靠數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫適配讀取傳輸中間件內(nèi)數(shù)據(jù)并載入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，分布式數(shù)據(jù)庫同步技術(shù)可實(shí)現(xiàn)包括關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫集群及其他類型數(shù)據(jù)庫之間的異構(gòu)數(shù)據(jù)同步功能，并可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展變化，動(dòng)態(tài)增加同步節(jié)點(diǎn)，以及擴(kuò)展支持的數(shù)據(jù)庫類型，具有較高的可定制性。

圖3 異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步技術(shù)架構(gòu)

（3）動(dòng)態(tài)二維碼檢票技術(shù)。我國(guó)鐵路首次提出為購買電子客票的旅客提供手機(jī)動(dòng)態(tài)二維碼[6-7]檢票服務(wù)，結(jié)合對(duì)稱加密與非對(duì)稱加密算法，在服務(wù)端對(duì)電子客票數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)稱加密，并將加密數(shù)據(jù)下發(fā)到客戶端進(jìn)行緩存，客戶端對(duì)請(qǐng)求時(shí)間與加密數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，2 次加密的結(jié)果構(gòu)成二維碼。二維碼具有有效期的屬性，超過設(shè)定時(shí)間手機(jī)客戶端將自動(dòng)更新，動(dòng)態(tài)二維碼具有防篡改、防偽造、防抵賴的特點(diǎn)，而且可以離線生成、離線驗(yàn)證，提高了進(jìn)站檢票的效率（動(dòng)態(tài)二維碼檢票架構(gòu)見圖4）。

圖4 動(dòng)態(tài)二維碼檢票架構(gòu)

（4）全渠道一體化的人臉識(shí)別技術(shù)。構(gòu)建了覆蓋“國(guó)鐵集團(tuán)—鐵路局集團(tuán)公司—車站”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)、鐵路客票線上線下渠道和各應(yīng)用場(chǎng)景的鐵路客票人臉比對(duì)與算法訓(xùn)練統(tǒng)一平臺(tái)（見圖5），基于復(fù)雜場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)適配的人臉識(shí)別[8-9]算法，首次實(shí)現(xiàn)基于人像識(shí)別的自助核驗(yàn)應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)了融合圖像識(shí)別智能化技術(shù)的旅客線上線下自助身份核驗(yàn)服務(wù)，極大提升了我國(guó)鐵路旅客服務(wù)的智能化水平。

圖5 人臉比對(duì)及算法訓(xùn)練平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

3 基于電子客票的旅客智能出行

3.1 線上線下一體化購票服務(wù)

電子客票打通了線上與線下售票渠道的服務(wù)鏈條，打破了既有客運(yùn)服務(wù)中大部分旅客乘車需要提前取票、線下購票只能線下變更的固有流程，全面支持跨渠道辦理車票變更業(yè)務(wù)，消除線上線下業(yè)務(wù)辦理差異，創(chuàng)建線上與線下一體化的新業(yè)務(wù)規(guī)則。豐富了線下渠道的功能服務(wù)，使車站的經(jīng)營(yíng)模式由目前售檢票業(yè)務(wù)為主，逐漸向提供個(gè)性化、定制化、全流程化服務(wù)的方向轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)客運(yùn)服務(wù)主要內(nèi)容的全面升級(jí)和重新構(gòu)建。

3.2 基于多維度身份識(shí)別技術(shù)的驗(yàn)檢服務(wù)

實(shí)施電子客票應(yīng)用的車站驗(yàn)檢票融合了NFC[10-11]、人臉識(shí)別、生物特征識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)前沿技術(shù)，為旅客進(jìn)出站提供了多種方式的驗(yàn)檢票選擇。購票旅客可利用有效身份證件、手機(jī)動(dòng)態(tài)二維碼、人臉識(shí)別直接通過閘機(jī)自助完成驗(yàn)檢票進(jìn)站乘車，無需換取紙質(zhì)車票，為旅客出行省去換票環(huán)節(jié)，縮短出行時(shí)間。出站檢票除利用身份證件、手機(jī)動(dòng)態(tài)二維碼、人臉識(shí)別方式外，還將利用多種生物特征識(shí)別技術(shù)，多方位數(shù)據(jù)采集、進(jìn)行大數(shù)據(jù)的智能分析定位，為旅客提供無感知的出站體驗(yàn)。

3.3 面向旅客出行的全過程提供綜合智能信息服務(wù)

我國(guó)鐵路積極開展人工智能、大數(shù)據(jù)、生物識(shí)別、知識(shí)圖譜等技術(shù)研究，通過智能行程提醒、智能在線客服、智能語音客服、智能問詢機(jī)器人等科技手段實(shí)現(xiàn)旅客出行全過程綜合智能信息服務(wù)，精準(zhǔn)高效地響應(yīng)旅客需求，使旅客出行更加便捷高效。

鐵路智能行程提醒是以富媒體短信主動(dòng)推送消息為載體，通過圖文、音頻、視頻等豐富形式及時(shí)向旅客提供行程安排、業(yè)務(wù)變更、列車延誤、目的地指南、發(fā)到站天氣變化等精準(zhǔn)化信息，提升旅客鐵路出行體驗(yàn)；智能在線客服實(shí)現(xiàn)信息共享、自學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)、智能客服及知識(shí)庫構(gòu)建，對(duì)服務(wù)全流程進(jìn)行記錄和反饋分析，自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化服務(wù)邏輯，有效降低人工客服工作量，提升客服服務(wù)質(zhì)量；智能語音客服、智能問詢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別與優(yōu)化、語音合成功能，提供基于語音、人臉、用戶行為分析、語音情感識(shí)別等全方位感知能力，并利用客票系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，刻畫用戶畫像，提供不間斷、場(chǎng)景化、人性化的鐵路客服體驗(yàn)和一致、高效的旅客咨詢服務(wù)，提升鐵路服務(wù)旅客的質(zhì)量及效率。

3.4 電子發(fā)票

我國(guó)鐵路電子客票的全面實(shí)施，為推廣使用鐵路客運(yùn)車票電子發(fā)票提供了良好的應(yīng)用場(chǎng)景。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及稅控設(shè)備的整合，搭建我國(guó)鐵路客運(yùn)服務(wù)增值稅電子發(fā)票平臺(tái)，為旅客提供多渠道（線上與線下）、全周期（購票完成到出行結(jié)束后）的電子發(fā)票獲取方式，方便旅客辦理發(fā)票查詢、核驗(yàn)、下載、打印、報(bào)銷等手續(xù)，有助于鐵路企業(yè)緊密圍繞市場(chǎng)需求，開發(fā)增值服務(wù)，規(guī)范稅務(wù)發(fā)票管理。

4 電子客票應(yīng)用推廣情況

經(jīng)過深入研究、反復(fù)論證、充分準(zhǔn)備，目前已在海南環(huán)島鐵路、滬寧城際、成渝高鐵、昆大麗城際、廣珠城際、京雄城際北京西—大興機(jī)場(chǎng)段、青榮城際、南寧—北海城際、哈牡城際等10 余條線路實(shí)施電子客票應(yīng)用，同時(shí)伴隨著新線投產(chǎn)逐步覆蓋我國(guó)高鐵動(dòng)車組及普速線路?？空尽＝刂?019 年10 月7 日，實(shí)施電子客票的線路累計(jì)發(fā)售電子客票達(dá)7 500 余萬張，其中12306 網(wǎng)站發(fā)售6 300 余萬張、人工售票窗口（含代售點(diǎn)）發(fā)售863 余余萬張、自動(dòng)售票機(jī)發(fā)售337 余萬張，已全部實(shí)現(xiàn)旅客持購票證件進(jìn)出站；打印報(bào)銷憑證3 000 余萬張，平均制票率降低了38.1%。實(shí)現(xiàn)了旅客持可識(shí)讀證件快速自助進(jìn)站、檢票，通過閘機(jī)檢票的平均用時(shí)已由3.8 s/人下降至1.3 s/人。

實(shí)施電子客票應(yīng)用，簡(jiǎn)化了旅客購票流程，降低了紙質(zhì)車票消耗，節(jié)約了旅客出行時(shí)間，提升了車站業(yè)務(wù)辦理效率和質(zhì)量，為我國(guó)建設(shè)綠色、智能交通貢獻(xiàn)了鐵路方案。

5 結(jié)束語

電子客票是我國(guó)鐵路票制的一次重大變革，是鐵路客運(yùn)提質(zhì)計(jì)劃的一項(xiàng)重大服務(wù)舉措。鐵路客票電子化不僅是減少一張紙質(zhì)車票，而是建立更先進(jìn)的鐵路信息系統(tǒng)、更完備的客運(yùn)服務(wù)設(shè)施設(shè)備、更完善的客運(yùn)組織流程的支撐和保障，更是帶來了資源節(jié)約、出行便利、服務(wù)升級(jí)，為提升旅客美好出行體驗(yàn)增加了無限可能。未來對(duì)鐵路旅客智能化出行的研究將繼續(xù)深化，結(jié)合新技術(shù)、新理念，將使旅客出行更加便捷。