鐵路電子客票載體選型及應用研究

李士達

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081)

鐵路全面推行電子客票，實施信息化手段，將傳統(tǒng)紙質(zhì)車票運輸合同、乘車憑證、報銷憑證3種屬性進行有效分離[1-4]，成為全新的鐵路客票票制，對提升旅客出行體驗、提高客運生產(chǎn)作業(yè)效率起到了積極的促進作用。鐵路電子客票載體作為旅客乘車出行的一種憑證，在發(fā)售車票的過程中，可以將車票信息寫入載體，或?qū)④嚻毙畔⑴c載體信息相關聯(lián)，并在驗檢票環(huán)節(jié)從載體中直接讀取電子客票信息，或根據(jù)載體的惟一標識從中國鐵路客票發(fā)售和預訂系統(tǒng)(以下簡稱“客票系統(tǒng)”)內(nèi)查詢車票信息，實現(xiàn)電子客票的出行使用。適當?shù)蔫F路電子客票載體，除需具有惟一標識信息和安全存儲車票信息的基本特點，還需要滿足旅客多樣化的出行需求和便于車站驗檢票辦理需要，從而充分發(fā)揮電子客票便捷化出行作用。

1 鐵路電子客票載體的選型分析

從旅客實際使用的角度出發(fā)，電子客票的載體應具有較高的旅客接受程度，便于旅客攜帶和使用；從旅客便捷出行的角度出發(fā)，鐵路電子客票載體應具有機具快速識讀的能力，在驗檢票過程中載體內(nèi)信息能夠快速讀出，進而完成車票信息的檢索和核驗；從鐵路應用的角度出發(fā)，電子客票載體應具有技術成熟、性能可靠、造價合理的特點，兼容鐵路既有客運設備，以節(jié)約投資，降低實施成本。借鑒航空、國外鐵路和城市軌道交通電子客票的運用經(jīng)驗，結(jié)合我國鐵路客運服務生產(chǎn)的實際情況，選擇適合我國鐵路的電子客票載體。

1.1 實名制購票證件類載體選型

實名制購票證件類載體可按照是否支持機具讀取分為可識讀證件和不可識讀證件2類，其中可識讀證件包括中華人民共和國居民身份證(身份證)、港澳居民居住證、臺灣居民居住證、外國人永久居留證(外留證)、臺灣居民來往內(nèi)地通行證(臺胞證)、港澳居民來往內(nèi)地通行證(回鄉(xiāng)證)、護照等；不可識讀證件包括戶口本、軍官證、海員證、臨時身份證等。目前全路列車車票均已實現(xiàn)實名制售票，將身份信息與購票信息實現(xiàn)了數(shù)據(jù)關聯(lián)[5]，因而旅客的實名制購票證件是電子客票載體的首要選項。從證件的使用比例來看，目前約98.7%的旅客使用身份證作為自己的購票和乘車的證件，并且車站人工售票窗口、代售點、自動售票機和自動檢票機均支持身份證識讀功能，同時自2011年起部分互聯(lián)網(wǎng)購票旅客已實現(xiàn)在車站刷身份證檢票乘車[6]，因而身份證較適宜作為電子客票載體選型。同時，港澳居民居住證、臺灣居民居住證、外國人永久居留證等證件在技術規(guī)范和讀取方式上與身份證相類似[7]，也可作為電子客票的載體使用；臺胞證、回鄉(xiāng)證、護照等旅行證件在識讀技術上與身份證存在較大差別[8]，需要自動檢票機安裝特殊讀卡器才能識讀，只有在具備讀取條件的車站才能作為電子客票載體使用，不具備讀取條件的車站按不可識讀證件應用；其他如戶口本、軍官證、海員證、臨時身份證等證件雖可作為乘車憑證，但由于缺少讀取設備或升級改造成本較高，暫不宜作為電子客票的載體使用。

1.2 條碼類載體選型

條碼類載體主要包括一維條碼和二維條碼。一維條碼由于數(shù)據(jù)容量較少[9]，不符合鐵路客票使用需求，現(xiàn)已全部被二維條碼取代，不宜作為電子客票載體使用。二維條碼數(shù)據(jù)容量大，社會接受程度高，具有讀取速度快，設備采購、安裝成本較低的特點，在城市軌道交通和其他行業(yè)中已有成功應用[10-11]。使用時可將車票信息以加密方式存儲于二維條碼中，通過二維條碼掃描器，配合解密設備，即可實現(xiàn)車票信息的快速獲取和查驗，但二維條碼易被轉(zhuǎn)發(fā)和分享，容易引起車票盜用和冒用等問題的發(fā)生。在對旅客出行過程和檢票業(yè)務場景的分析后發(fā)現(xiàn)，打印在紙面或保存于郵件中的靜態(tài)二維條碼，雖不宜作為電子客票載體使用，但在驗檢票環(huán)節(jié)中可以作為不可識讀證件驗檢票的一種輔助手段，工作人員通過掃描二維條碼圖片，還原車票和實名制信息后[12]，由人工比對二維條碼內(nèi)保存的乘車人信息是否與旅客提供的證件信息一致。為了方便旅客使用二維條碼驗檢票，降低身份證使用頻次，避免證件丟失，在檢票環(huán)節(jié)中可將二維條碼設計為動態(tài)形式，條碼內(nèi)容隨時間變化而自動變化，檢票過程中在檢驗條碼內(nèi)車票信息的同時，驗證條碼生成時間，與當前時間的差值超過設定閾值后判為無效，保證二維條碼不可轉(zhuǎn)發(fā)使用。

1.3 生物特征信息類載體選型

生物特征信息主要包括人臉信息、指紋信息、虹膜信息等。人臉識別技術主要是通過對人臉特征的提取與對比來進行身份識別，具有圖像自動抓取、隔空識別、準確率高、非接觸性等特點[13]，2017年已在鐵路實名制核驗進站環(huán)節(jié)中投入運用，并得到了旅客的接受和認可。在將人臉信息作為電子客票載體檢票使用時，為了提高識別效率，提升識別準確性，可在旅客辦理實名制核驗時，采集并留存旅客人臉信息，并按旅客所購車票的車次進行分組，減少檢票時人臉比對樣本數(shù)量，提高業(yè)務辦理效率。檢票時根據(jù)候檢旅客人臉信息和開檢車次在系統(tǒng)中先后完成身份確認、車票信息檢索和車票檢票等操作。列車運行過程中，旅客的人像信息需根據(jù)票面到站，通過客票網(wǎng)絡傳輸至到達站服務器內(nèi)，以便旅客在到站后仍可刷臉檢票出站，但其在應用時易受到車站光照環(huán)境、客票網(wǎng)絡帶寬、旅客適應程度等因素的影響，特別是大量的人臉數(shù)據(jù)在客票系統(tǒng)網(wǎng)絡內(nèi)傳輸，會占用大量帶寬影響其他業(yè)務的辦理，實際運用效果仍需進一步測試和驗證，目前暫不宜將人臉信息作為電子客票載體推廣使用。指紋識別和虹膜識別也是較為常見的身份識別技術，但指紋識別對旅客及使用環(huán)境的要求較高，手指的清潔度、皮膚的完整性，以及環(huán)境的濕度對識別結(jié)果均有一定的影響，此外指紋識別屬于接觸性采集，細菌、病毒可能通過指紋采集設備在旅客之間進行相互傳播；虹膜識別技術雖不需要物理接觸且可靠性高，但相關設備造價高、投入大，不利于大范圍推廣使用，因而指紋和虹膜暫不宜作為電子客票載體使用。

1.4 手機芯片類載體選型

手機芯片類載體選型主要有NFC芯片和藍牙芯片，目前大部分手機在出廠時均配置這2種芯片，具備與自動檢票機無線通訊的能力。NFC芯片具有通訊速度快、無電條件下也可正常通訊的特點[14]，應用時可將電子客票數(shù)據(jù)通過12306手機App存儲到手機的NFC芯片中，檢票時自動檢票機與手機NFC芯片進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)車票信息的核驗，同時還可避免旅客手機無電情況下無法檢票的問題，但由于部分主流品牌手機限制第三方應用對NFC芯片的數(shù)據(jù)存儲權限，導致較多旅客無法正常使用該項服務，因而NFC芯片暫不宜作為電子客票載體使用。藍牙芯片作為電子客票載體使用時，可將電子客票數(shù)據(jù)通過藍牙芯片發(fā)送給自動檢票機，檢票機接收到數(shù)據(jù)后完成檢票操作。但在實際使用過程中，藍牙芯片需要在與自動檢票機完成配對操作后再進行數(shù)據(jù)傳輸，且目前手機藍牙芯片的傳輸距離較遠，不同檢票通道排隊旅客的藍牙配對操作可能相互影響，不利于旅客的便捷出行，因而藍牙芯片目前不宜作為電子客票載體使用。

1.5 選型比較分析

實名制購票證件、條形碼、生物特征和手機芯片4類電子客票載體選型，均符合作為電子客票載體的可存儲電子客票信息，或具備可機讀惟一標識信息的基本要求。以身份證為代表的可識讀身份證件作為旅客出行時的必備物品，具有旅客接受程度高、攜帶方便、驗檢票操作簡便、安全可靠且車站基礎設備設施齊全的特點；動態(tài)二維碼具相似的特點，既有自動檢票機雖暫不具備識讀能力，但通過簡單的硬件改造即可實現(xiàn)二維條碼信息的讀取，施工難度和改造成本相對降低，動態(tài)二維條碼內(nèi)數(shù)據(jù)加密存儲且不易被復制傳播，具備較高實用性；生物特征信息在實際應用中對光照、溫濕度等環(huán)境條件均有一定的要求，在旅客便捷出行方面存在一定問題；手機芯片類載體目前對老人或不熟悉手機操作的人群并不友好，并且受限于部分手機廠商的安全保護限制和實際的操作方式，在實際應用過程中存在不便。因此，在電子客票應用推廣初期優(yōu)先選擇可識讀身份證件和動態(tài)二維條碼作為電子客票的載體。

2 鐵路電子客票載體應用研究

以可識讀身份證件和動態(tài)二維條碼為載體的電子客票應用逐步成熟，目前已在全路2 600多個客運車站得到應用。通過采用電子客票載體替代傳統(tǒng)紙質(zhì)車票，實現(xiàn)旅客的無紙化出行，不僅免去了旅客進站前的取票環(huán)節(jié)，也為鐵路運輸企業(yè)節(jié)約了大量的票紙運用。

2.1 基于可識讀身份證件的電子客票載體應用

可識讀身份證件作為電子客票載體替代紙質(zhì)車票后，旅客在購票、實名制核驗進站、乘車、出站檢票、列車查票以及行程變更業(yè)務的辦理過程中，只需出示身份證件即可，同時旅客還可通過身份證件在車站內(nèi)新增的自助設備上打印行程信息提示，獲取準確的開車時間、檢票位置和席位信息。全部電子客票數(shù)據(jù)均集中存儲于中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)及同級客票系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)下，客運高峰期的業(yè)務辦理需要將對整個系統(tǒng)，特別是存儲電子客票數(shù)據(jù)的服務器產(chǎn)生巨大的訪問壓力，因而在電子客票載體的應用過程中，需要從電子客票的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化，以保證業(yè)務辦理的順暢程度。

為提升業(yè)務辦理效率，設計采用了全新的多維數(shù)據(jù)模型—旅客服務記錄單(Passenger Service Record，PSR)對集中存儲的電子客票數(shù)據(jù)進行存儲，該模型在存儲數(shù)據(jù)時，通過以旅客實名制身份信息為核心，以購票、候車、進站、乘車、出站等客運信息為基礎，以約車、餐飲、住宿、接送站、服務反饋等個性化服務信息為外延進行結(jié)構(gòu)設計。PSR數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 PSR數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)圖Fig.1 PSR data model structure

客票系統(tǒng)將以訂單信息為核心的客票數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿塑嚶每蛯嵜菩畔楹诵牡腜SR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提升以證件內(nèi)身份信息為條件的檢索效率。旅客的全部出行過程均圍繞PSR數(shù)據(jù)開展，每張電子客票均會生成一條PSR記錄，旅客每次進站、檢票、出站、列車查驗均依賴PSR數(shù)據(jù)，并在PSR數(shù)據(jù)內(nèi)記錄辦理結(jié)果。電子客票業(yè)務流示意圖如圖2所示。

圖2 電子客票業(yè)務流示意圖Fig.2 Business flow of electronic ticket service

由于PSR集群需要為全路車站的驗檢票等業(yè)務提供數(shù)據(jù)服務，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用了分節(jié)點的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫集群方式，通過哈希算法以身份證號碼為關鍵值將PSR數(shù)據(jù)分散存儲在不同的服務節(jié)點中，外部采用應用導航和負載均衡器均勻分散服務集群的壓力，降低單一節(jié)點訪問熱度，保障系統(tǒng)的高性能服務能力。通過以可識讀身份證件為載體的檢票應用和PSR數(shù)據(jù)服務，車站自動檢票機的平均檢票時間由3.8 s/人降至1.3 s/人[15]，作業(yè)效率得到大幅提高。同時可識讀身份證件作為電子客票載體替代了紙質(zhì)車票，非接觸式的電子讀取方式替代接觸式的機電讀取方式，使自動檢票機的機械故障率得以大幅降低，旅客整體出行更為順暢，車站客運組織效率也得到進一步的提升。

2.2 基于動態(tài)二維條碼的電子客票載體應用

旅客在使用動態(tài)二維條碼作為電子客票載體出行時，購票和實名制核驗進站流程中均需提供有效身份證件。但在檢票乘車和出站過程中，可通過動態(tài)二維條碼完成檢票操作，減少身份證件的使用頻次，避免證件丟失帶來的不便。旅客在排隊等候檢票的過程中，可通過12306手機APP申請“檢票碼”，檢票碼為動態(tài)形式，按系統(tǒng)設定間隔自動刷新，檢票時檢票機同時解密還原該二維條碼內(nèi)的車票信息和生成時間，判斷檢票碼生成時間是否符合業(yè)務設定，在生成時間與車票信息全部符合檢票規(guī)則的前提下，自動檢票機為旅客開閘放行。

為實現(xiàn)動態(tài)二維條碼的檢票業(yè)務，車站內(nèi)的自動檢票機增配了二維條碼讀卡器，用于讀取旅客手機內(nèi)的二維條碼，同時國鐵集團內(nèi)增設了電子客票二維碼服務器集群，為全路車站和12306用戶提供統(tǒng)一的二維條碼生碼和解密服務。旅客通過APP申請二維條碼時，服務集群根據(jù)旅客提交的電子客票信息，采用自研算法和專用加密設備對數(shù)據(jù)進行加密處理，并按特定數(shù)據(jù)格式對加密數(shù)據(jù)進行重新組合后返還移動終端，再由移動終端內(nèi)的APP生成二維條碼圖片，實現(xiàn)動態(tài)二維條碼檢票。動態(tài)二維條碼檢票業(yè)務流示意圖如圖3所示。

圖3 動態(tài)二維條碼檢票業(yè)務流示意圖Fig.3 Ticket check operation flow with Dynamic QR-code

3 結(jié)束語

電子客票作為鐵路票制的一次重大變革，其應用對于提升人民群眾出行獲得感、幸福感，推動客運服務提質(zhì)增效有著重要的意義，其載體選擇的合理性關系到旅客出行的服務體驗和車站客運生產(chǎn)的作業(yè)效率。以可識讀身份證件和動態(tài)二維條碼作為鐵路電子客票的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)旅客“無紙化”的綠色出行，滿足客運生產(chǎn)作業(yè)效率提升和經(jīng)營成本降低的需要，為鐵路智能客運服務奠定基礎。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，可進一步研發(fā)其他鐵路電子客票載體，不斷提升鐵路服務品質(zhì)和現(xiàn)代化水平，滿足人民群眾對美好出行的追求。