基于二維碼支付的地鐵自動售檢票系統(tǒng)

摘 要

分析發(fā)現(xiàn)，采用二維碼刷碼過閘機(jī)，將有效地降低自動售檢票系統(tǒng)車站終端設(shè)備采購及運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，提高乘客乘車的體驗(yàn)?；诖?，本文提出基于二維碼支付的地鐵自動售檢票系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，可以使用二維碼代替實(shí)體票卡完成乘車票款的支付。該系統(tǒng)不僅有效地減少了車站終端設(shè)備的采購及運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，也提高了乘客乘車體驗(yàn)，同時還具有擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)急處置得當(dāng)、健壯性強(qiáng)和效率高四個優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞

自動售檢票系統(tǒng);二維碼支付;閘機(jī)通行算法;對賬

中圖分類號： U293.22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.001

0 引言

為實(shí)現(xiàn)對實(shí)體票卡進(jìn)行票務(wù)業(yè)務(wù)管理，地鐵需花費(fèi)大量資金采購車站終端設(shè)備，包括：發(fā)售單程票的自動售票機(jī)（TVM），更新票卡、退資、退卡、充值的票房售票機(jī)（BOM），自動檢票計費(fèi)的閘機(jī)（AGM），儲值卡充值的綜合服務(wù)終端（ISM）;另外，乘客乘車前需要花費(fèi)大量時間在TVM前排隊(duì)購買單程票或者對儲值卡進(jìn)行充值，極大地影響了乘客的乘車體驗(yàn)。因此，減少處理實(shí)體票卡票務(wù)業(yè)務(wù)的設(shè)備/模塊，提高乘客乘車體驗(yàn)，已成了軌道交通研究的一個熱點(diǎn)。

針對上述問題，目前最常見的解決方案為：通過非現(xiàn)金支付的方式代替現(xiàn)金支付的方式購買單程票[1-2]，可以減少TVM紙幣模塊采購數(shù)量，從而降低TVM的采購費(fèi)用，同時乘客使用非現(xiàn)金購買單程票，與使用現(xiàn)金購買單程票相比，購票速度更快，可有效地提高乘客購票體驗(yàn)。但是該方案仍然是使用實(shí)體票卡（單程票）作為票款支付的載體，乘客還是需要購買單程票，因此只能有限地減少乘客排隊(duì)購買單程票的時間。鑒于此，另外一些研究者提出利用手機(jī)生成電子車票（模擬實(shí)體票卡）來代替實(shí)體票卡[3-4]，然后通過手機(jī)NFC功能與閘機(jī)讀卡器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)刷電子車票進(jìn)出站。此方案使用電子車票作為票款支付的載體，乘客乘車時不用在排隊(duì)購買單程票，減少TVM的采購數(shù)量。但是目前NFC手機(jī)型號多，各個手機(jī)廠家標(biāo)準(zhǔn)化不統(tǒng)一，導(dǎo)致大量的手機(jī)NFC功能與閘機(jī)讀卡器的兼容性較差，使得乘客不能正常的使用手機(jī)進(jìn)出地鐵閘機(jī)。

由上可知，使用電子車票代替實(shí)體票卡完成票款支付，將有效地減少TVM采購及運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，同時也能提高乘客的乘車體驗(yàn);另外，隨著二維碼支付技術(shù)的快速發(fā)展及普及，二維碼作為支付載體已經(jīng)被廣大人民群眾所接受。因此，將二維碼作為電子車票接入地鐵AFC系統(tǒng)已成為一種優(yōu)選解決方案。

1 基于二維碼支付的地鐵自動售檢票系統(tǒng)

1.1 方案思路

采用二維碼作為乘客乘車費(fèi)用支付的載體，乘客乘車的過程為：

（1）乘客在閘機(jī)二維碼掃碼模塊前出示二維碼;

（2）二維碼掃碼模塊采集乘客二維碼信息并由閘機(jī)程序驗(yàn)證其有效性和合法性;

（3）閘機(jī)驗(yàn)證通過后開閘放行，并將乘客二維碼信息生成進(jìn)出站交易信息（不含扣費(fèi)金額信息）發(fā)送給后臺計費(fèi)系統(tǒng);

（4）后臺計費(fèi)系統(tǒng)對乘客的進(jìn)出站信息進(jìn)行行程匹配（一次進(jìn)出閘機(jī)算一個行程），獲得乘客的行程信息;

（5）根據(jù)獲得的行程信息（含進(jìn)站和出站信息）計算乘客乘車費(fèi)用;

（6）向乘客收取乘車費(fèi)用。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在傳統(tǒng)地鐵自動售檢票系統(tǒng)（AFC）五層架構(gòu)中，增加互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺，用于向乘客移動支付APP提供生成二維碼的接口，同時完成行程匹配和計費(fèi)等功能，具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)中，系統(tǒng)由下往上依次為地鐵行業(yè)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺和移動應(yīng)用，具體如下：

地鐵行業(yè)系統(tǒng)：主要由傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)構(gòu)成，閘機(jī)掃描乘客二維碼信息并驗(yàn)證其有效性及合法性;驗(yàn)證通過后開閘放行，并根據(jù)二維碼信息生成二維碼進(jìn)出站交易數(shù)據(jù);然后閘機(jī)通過ACC系統(tǒng)準(zhǔn)實(shí)時將二維碼交易數(shù)據(jù)傳輸給互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺，同時也將交易數(shù)據(jù)依次通過SC、LCC傳輸給ACC系統(tǒng)。

互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺：由行業(yè)前置系統(tǒng)、數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)和出行服務(wù)平臺構(gòu)成，其中行業(yè)前置系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)二維碼交易數(shù)據(jù)的傳輸交換;數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)完成與閘機(jī)及現(xiàn)有地鐵行業(yè)側(cè)（ACC）業(yè)務(wù)系統(tǒng)的對接，同時實(shí)現(xiàn)二維碼計價規(guī)則、行程匹配、計費(fèi)、與ACC對賬等功能;出行服務(wù)平臺，向移動支付APP提供注冊、發(fā)碼、行程查找、行程補(bǔ)登、行程扣費(fèi)、行程撤銷等接口和向iBOM提供行程查找、行程補(bǔ)登接口，同時實(shí)現(xiàn)與移動支付APP進(jìn)行對賬。

移動應(yīng)用：主要由iBOM及移動支付APP構(gòu)成，其中iBOM負(fù)責(zé)對二維碼行程進(jìn)行補(bǔ)登及撤銷;移動支付APP向乘客提供二維碼掃碼乘車、行程查詢、行程補(bǔ)登、行程扣費(fèi)、交易管理等功能。

1.3 主要業(yè)務(wù)描述

1.3.1 進(jìn)出站閘機(jī)通行算法

進(jìn)出站閘機(jī)通行算法如圖2所示。

（1）進(jìn)站閘機(jī)通行算法

如圖2所示，進(jìn)站閘機(jī)通行算法具體如下：

S11：進(jìn)站閘機(jī)掃碼獲得乘客二維碼信息;

S12：根據(jù)二維碼信息中的有效時間判斷二維碼的有效性，并利用二維碼證書判斷二維碼合法性，當(dāng)二維碼有效且合法后，執(zhí)行步驟S13，否則執(zhí)行步驟S16;

S13：閘機(jī)將二維碼信息發(fā)送給數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行OD驗(yàn)證，驗(yàn)證不通過則執(zhí)行步驟S16，驗(yàn)證通過則執(zhí)行步驟S14;其中OD驗(yàn)證方法為：當(dāng)用戶前一筆交易為進(jìn)站或有出站單邊交易時，OD驗(yàn)證不通過;其余情況如無進(jìn)站記錄、網(wǎng)絡(luò)超時等，則認(rèn)為驗(yàn)證通過;

S14：打開扇門，讓乘客通行;

S15：閘機(jī)根據(jù)二維碼信息，生成二維碼進(jìn)站交易數(shù)據(jù)，并將該交易數(shù)據(jù)分別發(fā)送給SC和ACC;其中，發(fā)送給SC及ACC的二維碼交易數(shù)據(jù)的格式相同;

S16：結(jié)束流程。

（2）出站閘機(jī)通行算法

S21：出站閘機(jī)掃碼獲得乘客二維碼信息;

S22：根據(jù)二維碼信息中的有效時間判斷二維碼的有效性，并利用二維碼證書判斷二維碼合法性，當(dāng)二維碼有效且合法后，執(zhí)行步驟S23，否則執(zhí)行步驟S27;

S23：判斷是否進(jìn)行OD驗(yàn)證，是則執(zhí)行步驟S24，否則執(zhí)行步驟S25;此步驟為車站的一種應(yīng)急處理方法，當(dāng)進(jìn)站閘機(jī)（如離線）未能及時將二維碼進(jìn)站交易數(shù)據(jù)及時傳輸給數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)時，若車站出現(xiàn)大量乘客由于無進(jìn)站記錄無法出站時，此時車站可以向閘機(jī)下發(fā)OD不驗(yàn)證指令，可盡快讓乘客出站，防止大量的乘客擁堵車站，造成安全事故;

S24：閘機(jī)將二維碼信息發(fā)送數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行OD驗(yàn)證，驗(yàn)證不通過則執(zhí)行步驟S27，驗(yàn)證通過則執(zhí)行步驟S25;其中OD驗(yàn)證方法為：當(dāng)用戶前一筆交易為出站記錄時，OD驗(yàn)證不通過;其余情況認(rèn)為驗(yàn)證通過;

S25：打開扇門，讓乘客通行;

S26：閘機(jī)根據(jù)二維碼信息，生成二維碼出站交易數(shù)據(jù)，并將該交易數(shù)據(jù)分別發(fā)送給SC和ACC，其中，發(fā)送給SC及ACC的二維碼交易數(shù)據(jù)的格式相同;

S27：結(jié)束流程。

1.3.2 ACC與數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)對賬流程

對賬流程如圖3所示。

（1）日間時

ACC：接收數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)發(fā)來的二維碼補(bǔ)登/撤銷數(shù)據(jù)，并與從LCC接收到的二維碼交易數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，合并后進(jìn)行二維碼OD準(zhǔn)實(shí)時匹配。

數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)：實(shí)時接收iBOM/APP的補(bǔ)登/撤銷數(shù)據(jù)，并將從ACC接收到的二維碼交易數(shù)據(jù)合并，合并后進(jìn)行二維碼OD實(shí)時匹配，并將匹配結(jié)果推送給移動支付APP，便于APP向乘客收取乘車費(fèi)用。

（2）日終時

①ACC將從LCC接收到的二維碼交易數(shù)據(jù)和從閘機(jī)直傳的二維碼交易數(shù)據(jù)合并，并生成差異數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)字票務(wù)系統(tǒng);

②數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)接收到二維碼差異交易數(shù)據(jù)后，進(jìn)行差異調(diào)整;

③數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)將調(diào)整后的二維碼交易數(shù)據(jù)和補(bǔ)登/撤銷的交易數(shù)據(jù)合并，生成全量文件;然后根據(jù)全量文件進(jìn)行OD匹配;最后將此全量文件和OD匹配數(shù)據(jù)發(fā)送給ACC;

④ACC接收全量二維碼交易數(shù)據(jù)和OD匹配數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的全量文件進(jìn)行OD匹配;

⑤ACC將OD匹配結(jié)果與數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)發(fā)來的OD匹配結(jié)果進(jìn)行比對，出具OD匹配的差異數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)字票務(wù)系統(tǒng);

⑥數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)接收OD差異數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)性能分析

本文提供的系統(tǒng)，是一種非現(xiàn)金支付代替實(shí)體票卡支付票款的系統(tǒng)，與實(shí)體票卡支付票款的傳統(tǒng)的AFC系統(tǒng)相比，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

2.1 減少設(shè)備采購費(fèi)及運(yùn)營維護(hù)成本

昆明地鐵在2019年3月8日上線二維碼過閘業(yè)務(wù)后，經(jīng)過三個月的上線試運(yùn)行，二維碼客流已經(jīng)占總客流的30%多，并且還在不斷地增加，另一方面，地鐵單程票的客流比例下降了20%左右，從而減少了TVM設(shè)備和AGM單程票回收模塊的使用率，同時地鐵儲值卡客流也下降了10%左右，在一定程度上也減少了ISM和BOM的充值功能使用率，達(dá)到了降低設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本的目的;另外，由于單程票客流的減少，地鐵可以減少TVM采購數(shù)量，降低TVM的采購費(fèi)用。

2.2 提高了乘客乘車體驗(yàn)

乘客使用二維碼乘車后，不用再花費(fèi)時間到TVM前購買單程票，另外乘客也可以通過自己的移動終端APP（如手機(jī)）進(jìn)行票務(wù)業(yè)務(wù)處理，如補(bǔ)登進(jìn)站/出站記錄等，也不用再到BOM處排隊(duì)處理票務(wù)業(yè)務(wù)，同時本文提供的系統(tǒng)采用后付費(fèi)模式，乘客乘車前不用預(yù)先支付乘車費(fèi)用，待乘車完成后再支付費(fèi)用，有效地提高了乘客乘車的體驗(yàn)感。

另外，本文提供的系統(tǒng)在設(shè)計實(shí)施過程中也充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展性、應(yīng)急處置、健壯性和效率四方面內(nèi)容，使得系統(tǒng)具備如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）擴(kuò)展性強(qiáng)

ACC系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺進(jìn)行了二維碼交易數(shù)據(jù)和OD匹配數(shù)據(jù)的對賬，從而互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺可以獨(dú)立與AFC系統(tǒng)運(yùn)營，如互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺可由非地鐵單位承建。

（2）應(yīng)急處置得當(dāng)

在乘客進(jìn)站、閘機(jī)網(wǎng)絡(luò)中斷時，進(jìn)站閘機(jī)驗(yàn)證了二維碼有效性及合法性后，就可以讓乘客進(jìn)站，從而解決了由于閘機(jī)網(wǎng)絡(luò)中斷，OD無法驗(yàn)證，導(dǎo)致乘客無法進(jìn)站的問題。

在乘客出站時，地鐵運(yùn)營人員可以自主設(shè)置出站閘機(jī)否需要進(jìn)行OD驗(yàn)證，當(dāng)車站出現(xiàn)大量的乘客由于無進(jìn)站交易記錄導(dǎo)致無法出站的情況時，此時運(yùn)營人員可以向閘機(jī)下發(fā)OD不驗(yàn)證指令，可盡快讓乘客出站，防止大量的乘客擁堵車站，造成安全事故。

（3）健壯性強(qiáng)

二維碼交易數(shù)據(jù)傳輸時，閘機(jī)分兩路將二維碼交易數(shù)據(jù)傳輸給ACC系統(tǒng)：一路為直傳數(shù)據(jù)，一路依次通過SC、LCC傳輸給ACC系統(tǒng)，在日終時，ACC將合并兩路數(shù)據(jù)，有效地解決了交易數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失的問題。

（4）效率高

閘機(jī)分兩路將二維碼交易傳輸給ACC系統(tǒng)時，為了減少閘機(jī)端二維碼交易數(shù)據(jù)組包的時間，兩路傳輸通道采用了相同的二維碼交易數(shù)據(jù)格式，保證了二維碼識別響應(yīng)速度（閘機(jī)識別二維碼至閘機(jī)開門）≤280ms。

3 結(jié)束語

本文提供的系統(tǒng)使用二維碼代替實(shí)體票卡作為票款支付的載體，不僅有效地減少TVM采購費(fèi)及其運(yùn)營維護(hù)成本，也提高了乘客乘車體驗(yàn)。但是該系統(tǒng)目前僅支持二維碼作為票款支付的載體，隨著非現(xiàn)金支付形式多樣化及生物識別技術(shù)的快速發(fā)展，今后將繼續(xù)完善該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)支持人臉、掌靜脈等作為票款支付的載體，提高乘客乘車的體驗(yàn)感。

參考文獻(xiàn)

[1]許海峰，王大彬.基于小額免密免簽的城市軌道交通購票設(shè)備[J].城市軌道交通研究，2018， 1（1）：129-131.

[2]龔迥.第三方支付在軌道交通AFC系統(tǒng)的支付應(yīng)用研究[J].電子信息，2017，1（1）：34-35.

[3]張甲文.NFC移動支付技術(shù)在地鐵自動售檢票系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鐵道通信信號，2016，12（12）：77-80.

[4]顧洋，陳青云.移動支付在軌道交通自動售檢票系統(tǒng)中的設(shè)計及應(yīng)用[J].都市快軌交通，2016，12（6）：114-119.