天津城市軌道交通智能支付的應(yīng)用研究*

于 航 馮進(jìn)峰

(1.天津理工大學(xué)電氣電子工程學(xué)院， 300222， 天津； 2.天津軌道交通運(yùn)營集團(tuán)有限公司， 300222， 天津∥第一作者， 講師)

天津軌道交通從2006年開始運(yùn)營以來，經(jīng)歷了不同階段的票務(wù)模式更迭，包括線網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大、AFC(自動售檢票)系統(tǒng)設(shè)備更新、運(yùn)營模式轉(zhuǎn)變、支付技術(shù)發(fā)展等方面。在運(yùn)營票卡管理和現(xiàn)金管理方面也經(jīng)歷了不同階段的發(fā)展變革。

通過分析天津軌道交通票務(wù)發(fā)展和地鐵運(yùn)營的歷程，發(fā)現(xiàn)還存在以下問題：

1) 自動售檢票系統(tǒng)建設(shè)成本高，升級更新難度大。老線AFC系統(tǒng)的多次改造，天津地鐵6條線路共有8個設(shè)備廠商參與，票務(wù)新功能增加通常需要協(xié)調(diào)多家集成商參與，難度大，投資大。

2) 傳統(tǒng)票卡支付在運(yùn)營管理和設(shè)備維護(hù)方面成本高。票卡采購和管理成本、現(xiàn)金管理引起的人員成本、傳統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)維成本居高不下。

3) 自動售檢票系統(tǒng)受設(shè)備廠商限制。廠商的更替對于地鐵運(yùn)營票務(wù)發(fā)展存在較大的限制和風(fēng)險(xiǎn)。

4) 軌道交通票務(wù)帶來的正向效益已經(jīng)到了瓶頸點(diǎn)。近些年，如同各城市一樣，天津軌道交通已將以傳統(tǒng)票卡為媒介的營銷活動發(fā)揮到了極限，傳統(tǒng)票務(wù)很難實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的突破，實(shí)現(xiàn)更高的效益。

1 天津軌道交通智能支付應(yīng)用情況

為了解決天津軌道交通票務(wù)發(fā)展和運(yùn)營過程中存在的問題，天津軌道交通智能支付，從智能支付建設(shè)模式、智能支付系統(tǒng)架構(gòu)、智能支付方式選擇、通信方式、業(yè)務(wù)規(guī)則等方面做了深入研究，在2017年底重新推出了智能支付購票功能，做新的試點(diǎn)應(yīng)用。2018年4月26日，正式推出銀行卡及手機(jī)pay支付檢票過閘應(yīng)用，2018年12月29日,上線手機(jī)二維碼掃碼過閘應(yīng)用。通過一年的技術(shù)攻關(guān)和工程實(shí)施，在售票端、檢票端均上線了智能支付應(yīng)用，覆蓋到了銀行卡閃付、手機(jī)pay閃付、手機(jī)二維碼、語音識別售檢票等多種新技術(shù)應(yīng)用。

2 天津軌道交通智能支付關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 通信聯(lián)機(jī)脫機(jī)自適應(yīng)模式

為了在保證軌道交通票款資金安全完整的前提下，盡可能地保障乘客通行體驗(yàn)，天津軌道交通首創(chuàng)采用了“通信聯(lián)機(jī)脫機(jī)自適應(yīng)模式”，終端設(shè)備在處理票卡業(yè)務(wù)時，優(yōu)先與智能支付平臺系統(tǒng)通信，獲取通行數(shù)據(jù)。如在規(guī)定時限內(nèi)無法聯(lián)機(jī)時，自動降級為脫機(jī)模式。在手機(jī)二維碼過閘應(yīng)用過程中，采用了二級脫機(jī)驗(yàn)證的模式[1]。具體驗(yàn)證邏輯如圖1～圖3所示。

圖1 聯(lián)機(jī)模式

圖2 一級脫機(jī)模式

圖3 二級脫機(jī)模式

通信聯(lián)機(jī)脫機(jī)自適應(yīng)的技術(shù)有三方面優(yōu)勢：第一是狀態(tài)驗(yàn)證后臺化，不需要多前端身份識別模塊進(jìn)行回寫，可以廣泛化地兼容前端多種身份識別技術(shù)；第二是通過實(shí)時的在線通信交互技術(shù)應(yīng)用，將乘客的進(jìn)出站動作與后臺實(shí)時對應(yīng)，檢驗(yàn)進(jìn)出閘次序，保證票務(wù)邏輯完整性以及乘客行程信息的及時性，可搭配降低的通信驗(yàn)證邏輯，同時保證乘客的前端過閘體驗(yàn)不受影響；第三是充分利用了設(shè)備多線程通信機(jī)制，在250 ms內(nèi)完成雙極通信交互和邏輯認(rèn)證，保證聯(lián)機(jī)驗(yàn)證的時效性和脫機(jī)驗(yàn)證的靈活性。

2.2 讀寫器交易透傳模式

天津軌道交通的讀寫器采用RJ45網(wǎng)口與智能支付平臺通信，在數(shù)據(jù)交互上采用雙通道并存模式，傳統(tǒng)的串口通道用來進(jìn)行設(shè)備管理和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)受理，專用網(wǎng)口用來開展智能支付業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)透過傳統(tǒng)的終端設(shè)備、SC(車站計(jì)算機(jī))、LC(線路中央計(jì)算機(jī))，直接上送智能支付平臺。

在軌道交通行業(yè)內(nèi)，天津軌道交通的讀寫器首次突破傳統(tǒng)的串口傳輸模式，兼用TCP/IP協(xié)議，讀寫器實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)和新建智能支付系統(tǒng)的雙鏈接。讀寫器交易采用透傳模式，精簡了AFC架構(gòu)體系，保證了智能支付交易上傳的及時性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了乘客行程結(jié)束后立即扣費(fèi)。乘客可及時獲取行程信息和扣費(fèi)信息，配套終端設(shè)備數(shù)據(jù)審計(jì)機(jī)制，既保證了數(shù)據(jù)的及時性也兼顧了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]。

2.3 智能支付三層架構(gòu)體系

相對于傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的五層架構(gòu)，天津智能支付通過三層架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，分別是智能支付平臺系統(tǒng)(含車站級智能支付管理系統(tǒng))、終端設(shè)備及票卡，如圖4所示。智能支付平臺系統(tǒng)是整體智能支付的大腦，車站智能支付工作站用于數(shù)據(jù)存儲、降級模式下的信息驗(yàn)證、車站報(bào)表生成等功能；智能支付終端設(shè)備為讀寫器，讀寫器將智能支付交易數(shù)據(jù)透過傳統(tǒng)SC、LC直接上傳至智能支付平臺；票卡介質(zhì)為銀行卡、手機(jī)二維碼等。

圖4 智能支付三層架構(gòu)示意圖

AFC結(jié)構(gòu)體系的提升和優(yōu)化，相較于傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的架構(gòu)有三方面的提升：第一方面是數(shù)據(jù)效率的提升，終端讀寫器的數(shù)據(jù)直接送至中央平臺系統(tǒng)，再由中央系統(tǒng)同步至各車站系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸更及時和高效；第二方面是網(wǎng)絡(luò)安全提升，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備將傳統(tǒng)的AFC設(shè)備與智能支付設(shè)備進(jìn)行隔離，避免互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對于傳統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)的沖擊；第三方面是在硬件配置上采用了硬件“云模式+傳統(tǒng)集群模式”。這種架構(gòu)可以很好地適應(yīng)智能支付應(yīng)用過程中的高并發(fā)、高效率、高擴(kuò)展性的要求，同時也兼顧了軌道交通對于數(shù)據(jù)系統(tǒng)高穩(wěn)定性的要求。網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時設(shè)置了DMZ互聯(lián)網(wǎng)訪問緩沖區(qū)，外部流量均以DMZ緩沖區(qū)為唯一的接口，保障系統(tǒng)安全。

2.4 創(chuàng)新五套雙保障技術(shù)體系

1) 雙密鑰。乘車碼規(guī)范支持傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的對稱密鑰體系和開放互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的非對稱密鑰體系，是“產(chǎn)業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)”在軌交界的一次詮釋。

2) 雙簽發(fā)。軌道交通乘車碼的兩級簽發(fā)機(jī)制將地鐵票務(wù)的產(chǎn)品與銷售進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)票務(wù)平臺和電商平臺的分級運(yùn)行，票務(wù)平臺簽發(fā)提供票務(wù)產(chǎn)品定制、票務(wù)授權(quán)與使用，電商簽發(fā)提供用戶推廣和票務(wù)銷售。兩級簽發(fā)采用各自獨(dú)立的簽名體系，可配套獨(dú)立的票務(wù)和電商的軌道交通運(yùn)營組織架構(gòu)，風(fēng)險(xiǎn)隔離，靈活有效。

3) 雙脫機(jī)。手機(jī)端的脫機(jī)生碼和檢票終端的脫機(jī)驗(yàn)簽，在高頻、高密的地鐵消費(fèi)場景中，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)可控的用戶極致體驗(yàn)。

4) 雙內(nèi)核。支持基于票務(wù)次序邏輯(聯(lián)機(jī)模式)和基于乘客行為分析(脫機(jī)模式)的雙票務(wù)融對內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)軌道交通票務(wù)智能、智慧的雙智驅(qū)動。

5) 雙優(yōu)惠。支持平臺端(P端)優(yōu)惠和商戶端(B端)優(yōu)惠：P端由軌道交通運(yùn)營商面向乘客，提供立減、折扣、累積、聯(lián)程等優(yōu)惠，是平臺直接讓利給乘客，提高乘車碼產(chǎn)品的用戶黏度；B端優(yōu)惠是面向合作商戶，由合作伙伴(app入口或支付渠道)提供計(jì)價(jià)后再返現(xiàn)，提高商戶活躍度。兩類優(yōu)惠可疊加，乘客享雙重福利。

2.5 建立了智能支付雙脫機(jī)模式下的業(yè)務(wù)規(guī)則體系

智能支付業(yè)務(wù)是先乘車、后付費(fèi)的新模式，因此，雖然面向乘客的業(yè)務(wù)規(guī)則與傳統(tǒng)票卡相兼容，但是實(shí)際票務(wù)處理邏輯有較大的創(chuàng)新。為了適應(yīng)這種創(chuàng)新，重新制定了智能支付更新業(yè)務(wù)規(guī)則及交易匹配規(guī)則，完成現(xiàn)場補(bǔ)票和配對扣費(fèi)業(yè)務(wù)。智能支付雙脫機(jī)模式下的業(yè)務(wù)規(guī)則的創(chuàng)新點(diǎn)有兩方面：一方面是既兼容延續(xù)傳統(tǒng)票卡的票務(wù)規(guī)則，又引入電子客票獨(dú)有的業(yè)務(wù)邏輯，重構(gòu)了電子客票聯(lián)機(jī)、脫機(jī)交易并存時的異常票務(wù)邏輯規(guī)則；第二方面是構(gòu)建了脫機(jī)聯(lián)機(jī)交易配對機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)采集、多時序傳輸下的精準(zhǔn)行程匹配。

智能支付交易數(shù)據(jù)以三層架構(gòu)為基礎(chǔ)，由讀寫器直接實(shí)時上送至平臺系統(tǒng)及車站級平臺系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)的及時性。同時，建立讀寫器設(shè)備交易審計(jì)機(jī)制，保障交易數(shù)據(jù)的完整性。與傳統(tǒng)的AFC標(biāo)準(zhǔn)交易由AFC終端設(shè)備進(jìn)行隔離，不再上傳至ACC(線網(wǎng)清分清算中心)系統(tǒng)，所有智能支付的對賬工作以新交易、新平臺為準(zhǔn)。

3 天津軌道交通智能支付應(yīng)用后續(xù)工作

1) 在二維碼掃碼過閘功能基礎(chǔ)上，售票端和半自動補(bǔ)票端引入二維碼支付，統(tǒng)一由智能支付平臺與外部支付方對接。

2) 打造智能支付應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)模式，研究人臉識別等新的生物識別支付技術(shù)。通過天津智能支付平臺和統(tǒng)一讀寫器終端組成的票務(wù)業(yè)務(wù)受理體系，實(shí)現(xiàn)軌道交通AFC系統(tǒng)面向“識別技術(shù)”的接口標(biāo)準(zhǔn)化，后續(xù)“識別技術(shù)”發(fā)展或更新時，對于軌道交通而言僅是接口的增加。

3) 新線推行三層架構(gòu)體系，并將智能支付應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化。近期新線縮減傳統(tǒng)自動售票機(jī)的數(shù)量，由互聯(lián)網(wǎng)售票機(jī)代替。遠(yuǎn)期新線在設(shè)計(jì)階段要將互聯(lián)網(wǎng)檢票機(jī)納入設(shè)計(jì)范圍，以減少傳統(tǒng)閘機(jī)的數(shù)量。

4) 逐步推行自助補(bǔ)票功能。隨著智能支付的普及，現(xiàn)金使用率越來越低，智能支付補(bǔ)票功能可以逐漸由自助設(shè)備完成，通過友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)、完善的補(bǔ)票規(guī)則設(shè)置，提升乘客通行效率，減少車站客服業(yè)務(wù)壓力，逐步向無人客服邁進(jìn)。

4 結(jié)語

智能支付技術(shù)在不斷發(fā)展，城市軌道交通需要緊跟技術(shù)發(fā)展，為乘客創(chuàng)造便捷的出行體驗(yàn)。天津的智能支付應(yīng)用模式結(jié)合了天津軌道交通的運(yùn)營現(xiàn)狀、設(shè)備系統(tǒng)情況以及合作環(huán)境情況，后續(xù)關(guān)于智能支付的推進(jìn)還需要進(jìn)一步加大技術(shù)創(chuàng)新，做好標(biāo)準(zhǔn)化接口推行，盡早實(shí)現(xiàn)智能支付的規(guī)劃愿景。