基于城市軌道交通票務(wù)系統(tǒng)創(chuàng)新優(yōu)化單軌交通的研究

文：田 沃，王國霖，孫 嶸丨中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司

目前國內(nèi)單軌交通票務(wù)系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的地鐵AFC系統(tǒng)模式，存在系統(tǒng)復雜、造價高、維護難等問題。為研究適用于單軌交通的智慧化票務(wù)系統(tǒng)，對近年來城市軌道交通AFC系統(tǒng)的發(fā)展及演變趨勢進行分析，結(jié)合智慧單軌“降本增效”的建設(shè)理念，研究單程票“去卡化”、設(shè)備輕量化以及票檢安檢一體化3個優(yōu)化方法。研究表明，取消傳統(tǒng)可回收式IC卡單程票可降低成本和簡化管理，采用多功能自助售票機和新型檢票機可降低終端設(shè)備空間占用率，引入票檢安檢一體化設(shè)施可達到效率和安全的平衡。研究結(jié)果表明，采用上述優(yōu)化方法后，可達到降低運維管理成本、提升出行效率的目的。

目前，我國單軌交通信息化、智能化建設(shè)即將步入快速發(fā)展階段，單軌交通的建設(shè)模式、服務(wù)手段和經(jīng)營方式等都面臨變革。而票務(wù)系統(tǒng)作為實現(xiàn)軌道交通出行智慧化的關(guān)鍵所在，需要在實現(xiàn)進一步輕量化的同時，做到智慧化水平和服務(wù)質(zhì)量的提升。本文從輕型跨座式單軌交通“降本增效”的建設(shè)需求出發(fā)，結(jié)合城軌票務(wù)系統(tǒng)的整體發(fā)展演變情況，從單程票“去卡化”、設(shè)備輕量化以及票檢安檢一體化三個角度，對下一代智慧單軌交通票務(wù)系統(tǒng)的創(chuàng)新優(yōu)化方向進行論述。

一、城市軌道交通票務(wù)系統(tǒng)的演變分析

城市軌道交通票務(wù)系統(tǒng)大致經(jīng)歷了紙票人工售檢票、紙票半自動售檢票、一次性磁票自動售檢票、可重復使用磁票自動售檢票、接觸式IC卡自動售檢票、非接觸式IC卡自動售檢票，以及近幾年迅猛發(fā)展的新一代“互聯(lián)網(wǎng)+自動售檢票”和生物識別無感自動檢票等幾個階段。票務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展，離不開自動化、信息化的推動，近年來城市軌道交通票務(wù)系統(tǒng)從整體架構(gòu)設(shè)計到乘客末端的支付方式，主要體現(xiàn)出了以下幾個演變趨勢。

1.支付方式多元化。隨著智能手機的普及以及生物識別技術(shù)的發(fā)展，乘車憑證已經(jīng)從僅支持實體票卡演變?yōu)橹С侄喾N虛擬票卡，如二維碼車票、NFC虛擬卡、生物特征等。支付手段從現(xiàn)金支付演變?yōu)橹С侄喾N互聯(lián)網(wǎng)支付，如微信、支付寶、銀聯(lián)云閃付等。由于對乘客、運營兩方都帶來了便利，互聯(lián)網(wǎng)支付過閘的比例自出現(xiàn)以來就一直在穩(wěn)步攀升。同時生物識別“無感”過閘也在哈爾濱、濟南、深圳、鄭州、福州、太原等多個城市應(yīng)用。

2.系統(tǒng)整體架構(gòu)優(yōu)化。隨著國內(nèi)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營時期的到來，傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的五層架構(gòu)已經(jīng)在逐步進行靈活的調(diào)整和優(yōu)化演變，以適應(yīng)新的IT系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展。北京、上海、廣州、深圳、都等城市地鐵逐步采用AFC多線路中心（MLC）或集中線路中心（CLC）取代單線路中心的方式，一定程度上提高了AFC系統(tǒng)資源共享的范圍。部分城市還嘗試采用整合ACC和LC的方式進一步精簡系統(tǒng)架構(gòu)。隨著互聯(lián)網(wǎng)支付技術(shù)的廣泛應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺以及官方APP也已成為AFC系統(tǒng)新架構(gòu)的重要功能組成部分?；谠破脚_打造的涵蓋互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺、城市軌道交通APP的新型“云上互聯(lián)網(wǎng)+AFC”系統(tǒng)架構(gòu)已初見端倪。

3.乘車實名化。隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，客運量與日俱增，如何增強公共交通搭乘安全指數(shù)，保障市民通勤健康安全成為新的關(guān)注點。自2020年新冠肺炎疫情以來，深圳、廣州、長春、青島等地通過多種形式，嘗試實名制乘車，以確保地鐵乘客信息可查詢可追溯，實現(xiàn)對重點疑似人員行程軌跡有效跟蹤，保障出行安全。

4.車站票務(wù)服務(wù)智能化。隨著票務(wù)系統(tǒng)的多元化發(fā)展，一方面，乘客的票務(wù)異常處理在由人工處理向線上APP自助處理轉(zhuǎn)變，乘客可在具備NFC功能的手機上利用專用APP自助處理乘車二維碼、一卡通車票事務(wù)（如充值、行程查詢、異常申訴等）；另一方面，車站的票務(wù)服務(wù)向智能化轉(zhuǎn)變。如通過智能語音、乘客信息的可視化、人工智能等手段，可為乘客提供非現(xiàn)金票務(wù)、咨詢、查詢、導航、投訴實現(xiàn)信息咨詢和引導等服務(wù)。

5.互聯(lián)互通需求。除上述幾個主要演變以外，隨著國內(nèi)粵港澳大灣區(qū)、長三角、京津冀和成渝等城市群軌道交通的快速發(fā)展，還出現(xiàn)了跨區(qū)域的城市之間互聯(lián)互通的現(xiàn)實需求。上海、廣州、成都等地在不同交通制式間的互聯(lián)互通進行了嘗試 。然而，由于高鐵、城際、市域鐵路與城軌之間的建設(shè)及服務(wù)標準、運輸組織、管理體系等方面存在差異，在跨制式之間實現(xiàn)互聯(lián)互通和協(xié)同運輸還存在較多問題。未來不同制式間票務(wù)系統(tǒng)如何實現(xiàn)互聯(lián)互通將成為一個重要研究方向。

二、單程票“去卡化”應(yīng)用方案

（一）單程票應(yīng)用現(xiàn)狀

城軌交通中單程票一般采用卡式或者TOKEN式封裝的小容量非接觸式簡易型集成電路（IC）卡，一次有效，進站驗票，出站回收。為實現(xiàn)單程票的循環(huán)使用，AFC終端設(shè)備配備了大量的單程票儲票、發(fā)卡、回收機構(gòu)，中心級還設(shè)置了票卡清洗設(shè)備、編碼分揀等設(shè)備（見表1）。單程票卡的流通管理和相關(guān)硬件模塊的維護，給軌道交通的日常運營帶來大量工作。如果取消傳統(tǒng)單程票，相應(yīng)的硬件設(shè)備、占用的用房及設(shè)備空間均可減少，對于簡化運營流程，減輕運營負擔也具有積極意義。

表1 傳統(tǒng)單程票處理機構(gòu)/設(shè)備

（二）單程票“去卡化”

1.二維碼虛擬車票

隨著我國移動支付技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)主要城市軌道交通均進行不同程度的AFC系統(tǒng)改造。通過對自動售票機升級、建設(shè)城市軌道交通APP、與第三方移動支付服務(wù)商合作，實現(xiàn)移動支付購票；通過對自動檢票機改造，加設(shè)二維碼識別攝像頭、人臉識別攝像頭等設(shè)備，實現(xiàn)二維碼識別和生物識別，進而形成以二維碼支付為主、多種新型支付方式為輔的無卡支付方式。目前已開通軌道交通的39個城市均實現(xiàn)了掃碼過閘，包括官方APP、云閃付乘車碼、支付寶乘車碼、微信乘車碼等。在部分城市，二維碼大有取代傳統(tǒng)單程票的趨勢，例如深圳市傳統(tǒng)單程票的使用比例已經(jīng)降低至1%以下。

二維碼過閘在安全性、便捷性、離線場景可用性等方面已較為完善。因此，單軌交通票務(wù)系統(tǒng)采用以二維碼虛擬車票為主的單程票不存在技術(shù)問題。但是紙幣和硬幣作為法定貨幣，軌道交通運營單位不得拒收。因此，除基于互聯(lián)網(wǎng)支付技術(shù)二維碼以外，還需要考慮現(xiàn)金購票場景的需求。

2.人臉單程票

2017年，人臉識別開始引入鐵路系統(tǒng)，并逐漸成為信息化時代大眾出行不可或缺的工具。目前，國內(nèi)已有多個城市軌道交通在AFC系統(tǒng)中對人臉識別技術(shù)進行不同程度的應(yīng)用（均采用1：N人臉識別技術(shù)），流程大致為人臉數(shù)據(jù)建檔并生成特征庫-現(xiàn)場人臉圖像攝取-與建檔特征庫對比3個步驟。然而，在人臉圖像攝取過程中，存在環(huán)境不確定性（如光照）、人臉模式的多樣性（如胡須、眼鏡、發(fā)型變化等）、人臉塑性變形的不確定性（如表情變化、整容等）因素，同時人臉庫N的擴大會造成準確率下降。因此，現(xiàn)階段對人臉識別技術(shù)的全面推廣還存在一定困難。

單軌交通具有中低運量的特性，較低的客流總量及客流密度對于人臉識別系統(tǒng)有著比地鐵更好的適應(yīng)性，除了面向注冊常乘客的1：N人臉識別無感過閘應(yīng)用以外（人臉賬戶票），還可推行面向普通乘客的人臉單程票應(yīng)用。

人臉單程票以乘客臉部特征作為單次乘車憑證，乘客在自動售票機或者APP進行人臉圖像錄入并支付成功后，可實現(xiàn)單次刷臉乘車的虛擬單程票，具有一次購買、一次使用的特點，可支持現(xiàn)金支付及互聯(lián)網(wǎng)支付，解決了二維碼單程票無法采用現(xiàn)金支付的弊端。

3.可識讀證件單程票

可識讀證件單程票是指將身份證作為單程票的信息載體，通過網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場設(shè)備購票，將身份信息與購票信息綁定，使乘客可以刷可識讀證件過閘乘車。

我國鐵路部門于2011年6月份開始在京津城際、京滬高鐵采用身份證進出站功能，最終于2020年4月29日實現(xiàn)內(nèi)地高鐵和城際鐵路電子客票全覆蓋。目前，國內(nèi)所有高鐵和城際鐵路均已取消檢票機的紙質(zhì)票檢票機構(gòu)，身份證等可識讀證件乘車是唯一的乘車方式。

綜上所述，可識讀證件乘車技術(shù)亦已成熟，且在相關(guān)領(lǐng)域有所應(yīng)用，部分人群已經(jīng)具有使用經(jīng)驗，因此單軌交通中只需進行合理引導，即可使乘客接受這一乘車方式。

4.二維碼紙質(zhì)單程票

二維碼紙質(zhì)單程票是指在自動售票機內(nèi)加設(shè)紙質(zhì)二維碼車票打印機，使乘客可以通過人工或自動售票機購買紙質(zhì)二維碼車票，其購票流程與傳統(tǒng)方案完全一致，區(qū)別僅是乘客拿到的單程票由IC卡變成了紙質(zhì)二維碼。二維碼紙票的檢票方式與電子二維碼車票一致，均為掃碼過閘，無需回收，僅是支付方式不同。

5.數(shù)字貨幣單程票

國內(nèi)央行發(fā)行的數(shù)字貨幣 DCEP已開始在深圳、雄安、成都、蘇州4個試點進行測試。數(shù)字貨幣具有與人民幣紙幣相同的法律效應(yīng)，且支持雙離線交易（在介質(zhì)和受理終端都離線的情況下完成交易），并可通過交易完成之后的延期請款來完成閉環(huán)交易。因此，數(shù)字貨幣是一種可實現(xiàn)快速的身份核實和支付業(yè)務(wù)的技術(shù)方案，適用于軌道交通乘車付費檢票的場景。未來城市軌道交通AFC系統(tǒng)有望成為央行數(shù)字貨幣落地應(yīng)用的平臺。

（三）可行性分析

當前以二維碼取代相關(guān)票據(jù)的模式在其它城市軌道交通得到了大量的應(yīng)用。因此，推薦將二維碼虛擬車票做為單軌交通主要單程票。

人臉單程票、可識讀證件單程票、二維碼紙質(zhì)單程票以及數(shù)字貨幣單程票則可作為二維碼虛擬車票的補充，解決現(xiàn)金購票等場景的需求。其中，可識讀證件單程票，適用于不同意個人生物識別信息被采集、使用，同時又無其他乘車手段的乘客；二維碼紙質(zhì)單程票方案則更適合用于處理補票、設(shè)備異常等場景下的票務(wù)管理需求。

目前，人臉單程票僅在貴陽、太原等小部分城市地鐵進行試用，遠不及人臉賬戶票的應(yīng)用普及程度；紙質(zhì)單程票則主要在小運量的有軌電車及旅游軌道交通中應(yīng)用，僅在太原地鐵應(yīng)用，并沒有完全替代傳統(tǒng)卡式單程票，僅是在一定程度上減少了對卡式單程票的依賴。據(jù)調(diào)查，至2021年6月，太原地鐵2號線傳統(tǒng)卡式單程票使用率為30%；紙質(zhì)二維碼單程票使用率為4.6%，人臉單程票使用比例為1.4%，二者使用率占所有單程票的1/6。不難看出，兩種車票的使用便捷性與傳統(tǒng)單程票并無太大差異，能否進一步擴大應(yīng)用比例主要受限于推廣力度以及培養(yǎng)乘客使用習慣。

綜上，在支持傳統(tǒng)儲值類車票的基礎(chǔ)上，單軌交通AFC系統(tǒng)采用上述方案對單程票進行“去卡化”優(yōu)化設(shè)計，可在提供完善功能的同時，達到降低建設(shè)維護成本的目的。

三、售檢票設(shè)備輕量化方案

在車站空間受限的情況下，車站終端設(shè)備的輕量、精巧化設(shè)計，可在一定程度上節(jié)省車站空間，進一步提高站廳空間利用率，也給建筑帶來更多方案優(yōu)化的空間。

1.自動售票設(shè)備

在互聯(lián)網(wǎng)+支付普及的推動下，城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)的設(shè)計理念曾從“大而全”轉(zhuǎn)為“移動化”和“輕量化”。隨著支付及過閘方式的多樣化，傳統(tǒng)單程票卡以及現(xiàn)金支付的使用率越來越低，自動售票類設(shè)備的使用需求不斷降低，大部分中低運量單軌車站往往僅部署少量多功能自動售票機即可滿足使用需求。伴隨互聯(lián)網(wǎng)支付應(yīng)運而生，僅支持互聯(lián)網(wǎng)支付功能具備“輕量化”特點的互聯(lián)網(wǎng)售/取票機的存在意義已經(jīng)不大。目前北京、深圳等地已經(jīng)出現(xiàn)新建線路建設(shè)不再采購新的售票機，而是選擇將既有線存量售票機搬遷利用。因此，對于未來的中低運量單軌交通而言，自動售票類設(shè)備需求有限，宜采用類型單一，功能完善的設(shè)備。另外，結(jié)合智慧乘客服務(wù)的建設(shè)需求，除對自動售票設(shè)備的單程票卡模塊進行優(yōu)化以外，還應(yīng)進一步擴展其功能，如開發(fā)智能客服、智能查詢等功能，實現(xiàn)一機多用，從而進一步提高空間利用率。

2.自動檢票設(shè)備

第一代閘機采用三桿式通道門，無通行邏輯控制功能，乘客體驗差，通過能力低，不便攜帶大件行李，目前已經(jīng)很少采用。

第二代閘機采用剪式門或拍打門，采用對射傳感器陣列和內(nèi)部智能識別系統(tǒng)對乘客的通行行為進行識別，可以防止夾人、防止尾隨逃票等現(xiàn)象發(fā)生。然而，第二代閘機對射傳感器需要分布在閘門前后一定范圍內(nèi)，造成閘機體積較大。

隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，閘機通行邏輯控制技術(shù)也迎來了新一輪技術(shù)變革。新一代閘機基于計算機視覺技術(shù)，依靠頂置的雙目視覺傳感器，可無遮擋的檢測到視野范圍內(nèi)的所有物體并計算出該物體的位置和形狀輪廓，可監(jiān)測多個有效目標的運動，進而控制通行邏輯。由于擺脫了傳統(tǒng)陣列傳感器的束縛，同時采用拍打門，設(shè)備長度可大幅減少，寬度也可進一步降低。同時得益于深度圖像傳感器的應(yīng)用，雙目視覺閘機能精確識別并追蹤通道內(nèi)的行人和行李，可有效提高通行效率和反欺詐能力，提升乘客的通行體驗。

目前，最新一代閘機已經(jīng)在北京、重慶等部分地鐵車站進行了應(yīng)用。北京5號線東單站設(shè)置40通道采用雙目視覺傳感器的閘機，重慶國博站設(shè)置了38通道。設(shè)備長度不超過1.2米，對乘客連續(xù)追蹤的最小隊列間距小于10厘米，實測最快情況下閘機通過速度達到60人/分鐘，設(shè)備運營可用性達99.8%，其可靠性指標符合行業(yè)要求。

綜上所述，單軌交通應(yīng)積極采用新型閘機，可有效降低設(shè)備空間占用率，有助于土建方案的進一步優(yōu)化。

四、票檢安檢一體化應(yīng)用

安檢實名認證技術(shù)已在鐵路車站安檢中試點使用，根據(jù)2012年上海虹橋站測試結(jié)果，安檢視頻人臉識別采集率達到95%以上；正識率達到82%以上，漏識率控制在20%以內(nèi)。隨著技術(shù)的發(fā)展，無論在判別速度還是準確度上，安檢人臉識別系統(tǒng)都能夠為安檢驗證員提供極大的參考和幫助。

對于單軌交通而言，在AFC系統(tǒng)中應(yīng)用的人臉識別技術(shù)，以及 “可識讀證件單程票”均是實現(xiàn)實名軌道交通常規(guī)安檢主要包括物檢、人檢兩部分，并采取“逢包必檢、逢人必查”的常態(tài)化安檢形式。其中物檢以通道式X光行李檢查機為主，液體/固體爆炸物探測器為輔，人檢主要通過式金屬探測門及手持式金屬探測器對乘客進行檢查。由于通道式X光行李檢查機通行率較低，安檢點通常成為乘客進站的瓶頸而被詬病。實際上，軌道交通日常通勤乘客出行率占比最高，且這些乘客安全性相對較高，對此類常乘客每次乘車都進行常規(guī)的物檢是一種資源浪費。因此，如何對常乘客適當簡化安檢快速進站，提升人民群眾出行效率及體驗，是亟待解決的問題。

安檢實名認證是有效手段之一。利用該技術(shù)，對符合標準的乘客進行身份識別，實現(xiàn)乘客無感快速票檢（AFC+安檢）的一體化方案將是最佳的解決途徑。因此，在單軌交通車站可設(shè)置“安檢票檢”合一的快速通道，同時針對身份真實、安全系數(shù)高、且出行頻繁的乘客構(gòu)建一個“常乘客數(shù)據(jù)池”。在車站利用AFC系統(tǒng)的人臉識別、身份證等可識讀證件閘機，對乘客身份進行識別，如驗證乘客身份信息屬于“常乘客”，則采用簡化安檢程序的手段。需要注意的是，簡化安檢程序，并不意味著沒有安檢。建議對這類“常乘客”至少采取“人檢”的方式，近年來出現(xiàn)的一種新型安檢票務(wù)融合設(shè)備可實現(xiàn)這一目標。

上述安檢方式釋放了“常乘客”所消耗的安檢資源，將有限的人力物力應(yīng)用于黑/灰名單乘客重點檢查，即可保證乘車、軌道交通運行的安全，又可解決安檢速度慢的問題，達到了效率和安全的平衡。但是對于小型單軌車站而言，安檢票檢一體化需要單獨劃出獨立的快速安檢通道，還需要占用額外的空間，給公共區(qū)的設(shè)備布置帶來了困難。針對此，可采用具備遠程集中AI輔助判圖功能的智能安檢設(shè)備，將判圖工作站及判圖安檢員轉(zhuǎn)移至線路集中判圖區(qū)域，在現(xiàn)場設(shè)置報警設(shè)備，并保留少量安檢員。集中判圖發(fā)現(xiàn)違禁物品時可通過報警設(shè)備提示現(xiàn)場安檢員進行檢查。

目前，上海、廣州、北京等很多城市的地鐵都已開展快速安檢新模式的相關(guān)嘗試。上海地鐵在全國首創(chuàng)了依托“大都會”APP的快速安檢模式，在試點車站受邀乘客可以無需安檢，直接走快捷通道掃碼檢票進站。廣州地鐵試點實施了精準識別的分級安檢，通過大數(shù)據(jù)分析手段對乘客進行精準分類，對具有良好出行信用的乘客提供快速安檢服務(wù)。并基于人臉識別技術(shù)，嘗試了人臉識別安檢門以及票務(wù)安檢一體機兩種快速安檢模式。北京地鐵今年計劃在部分地鐵站試點基于實名乘客信用體系的“信用+地鐵智慧安檢”的安檢新模式，實現(xiàn)乘客快速進站。此外，廣州地鐵還對安檢集中智能輔助判圖進行了試點應(yīng)用，得益于AI輔助，判圖速度達到平均2.9秒/任務(wù)，節(jié)約人力約40%，X光機速度可由0.2米/秒提升至0.3米/秒，提高了安檢通過速率。

在單軌交通中，將具備實名驗證功能的檢票設(shè)備與安檢進行一體化應(yīng)用，是實現(xiàn)快速安檢的有效途徑，若與安檢集中智能輔助判圖技術(shù)結(jié)合，還可進一步減少對車站的空間占用，并節(jié)省人力資源。

城軌交通票務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)基本完成了從單一化向多元化、從自動化向信息化的演進，下一步還將向智能化的方向發(fā)展，票務(wù)系統(tǒng)是城市軌道交通新技術(shù)應(yīng)用的前沿陣地，對于輕量化單軌交通來說，票務(wù)系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)融合的同時，還要設(shè)法從輕量化、集成化、便捷化角度出發(fā)，去解決實際面臨的各項需求。