數(shù)字人民幣在城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用模式研究

周世爽，梁 靖，王 歡，甄永峰

（深圳市深圳通有限公司，廣東深圳 518131）

1 研究背景

近年來，數(shù)字人民幣應(yīng)用一直在探索，其背后蘊含著深層次的貨幣體系之變。2019年底，數(shù)字人民幣在特定地區(qū)啟動試點測試，截至2021年底，試點應(yīng)用場景已超808.51萬個，覆蓋批發(fā)零售、餐飲文旅、交通出行、政務(wù)繳費等領(lǐng)域，累計開立個人錢包2.61億個，交易金額875.65億元，城軌交通領(lǐng)域成為數(shù)字人民幣典型應(yīng)用場景。

自動售檢票系統(tǒng)(automatic fare collection system，AFC)是國際化大城市軌道交通運行中普遍應(yīng)用的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)，支持售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分、管理等全過程自動化處理，已在我國城軌交通全面應(yīng)用。

為落實《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》(簡稱“發(fā)展綱要”)[1]，通過數(shù)字人民幣技術(shù)與城軌交通AFC相融合，在提升票務(wù)服務(wù)智能化水平、打造智慧乘客服務(wù)體系、建設(shè)智慧城軌、推廣和擴大數(shù)字人民幣使用等方面都具有重要的現(xiàn)實意義。

2 數(shù)字人民幣支付方式

2.1 數(shù)字人民幣

數(shù)字人民幣(electronic-China Yuan，e-CNY)，是由中國人民銀行發(fā)行的數(shù)字形式的法定貨幣，由指定運營機構(gòu)參與運營，以廣義賬戶體系為基礎(chǔ)，支持銀行賬戶松耦合功能，與實物人民幣等價，具有價值特征和法償性[2]。

2.2 數(shù)字人民幣錢包

數(shù)字人民幣錢包是銀行運營機構(gòu)為用戶開立的、具有唯一可識別編號的數(shù)字人民幣載體。按照開立主體可分為個人錢包和對公錢包。

個人錢包與對公錢包根據(jù)儲值方式與形態(tài)不同均可分為軟件錢包與硬件錢包。根據(jù)錢包的持有主體又可將主要錢包設(shè)為母錢包，并可開設(shè)若干子錢包與母錢包關(guān)聯(lián)。軟件錢包和硬件錢包都支持子母錢包關(guān)聯(lián)功能。

本文僅對數(shù)字人民幣個人錢包在城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用模式進行研究。

2.3 軟件錢包支付方式

2.3.1 直接支付

用戶可采用以下3種方式直接支付，一是通過“數(shù)字人民幣”APP展示個人軟件錢包的付款碼進行支付，二是使用NFC碰一碰功能向商家的數(shù)字人民幣收款設(shè)備進行支付，三是使用掃一掃功能掃描商家的收款碼進行支付。

2.3.2 免密支付

用戶開通數(shù)字人民幣免密支付，在商家消費后，商家應(yīng)用平臺通過應(yīng)用程序接口(API)向用戶軟件錢包發(fā)送代扣指令，無需再校驗用戶的支付密碼、短信校驗碼等信息即可完成支付。

2.3.3 收銀臺支付

商家應(yīng)用平臺通過軟件開發(fā)工具包(SDK)或應(yīng)用程序接口(API)等方式，在收銀臺中集成數(shù)字人民幣軟件錢包支付模塊，用戶購買產(chǎn)品或服務(wù)時，通過收銀臺選擇數(shù)字人民幣進行支付。

2.4 硬件錢包支付方式

2.4.1 價值支付

用戶直接使用存儲在硬件錢包中具有法定貨幣價值的加密數(shù)字串進行支付，支持在無網(wǎng)或弱網(wǎng)(如：網(wǎng)絡(luò)不好的公交或城軌站點、飛機、自然災(zāi)害等極端場景)條件下進行雙離線支付。

2.4.2 準(zhǔn)賬戶支付

對于未存儲加密數(shù)字串的硬件錢包采用準(zhǔn)賬戶方式支付，運營機構(gòu)以匿名賬戶形式記載數(shù)字人民幣的價值，硬件錢包支付時從該匿名賬戶中進行支付。

3 城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用模式研究

3.1 軟件錢包應(yīng)用方案

3.1.1 直接支付應(yīng)用

應(yīng)用場景：乘客在自動售票機或自助終端設(shè)備購買城軌單程票、充值或票務(wù)處理時，可任意選擇使用支付寶、微信、銀聯(lián)云閃付等方式[3]付款。在此類線下場景中增加數(shù)字人民幣支付，可實現(xiàn)數(shù)字人民幣軟件錢包直接支付應(yīng)用。應(yīng)用場景示意如圖1所示。

圖1 軟件錢包直接支付應(yīng)用場景示意 Figure 1 An application scenario of direct payment of software wallet

應(yīng)用方案：AFC票務(wù)系統(tǒng)與運營銀行數(shù)字人民幣系統(tǒng)對接，接入軟件錢包支付功能，完成收費、統(tǒng)計、對賬[4]等處理。典型交互過程如下：

1) 乘客使用終端設(shè)備選擇數(shù)字人民幣支付購票充值等費用；

2) 乘客出示“數(shù)字人民幣APP”個人錢包付款碼被掃支付，或使用“數(shù)字人民幣APP”掃描設(shè)備顯示的支付二維碼，完成支付；

3) AFC系統(tǒng)向數(shù)字人民幣運營銀行發(fā)起支付請求，完成扣費。

應(yīng)用特點：該應(yīng)用模式便于用戶認(rèn)知，符合使用習(xí)慣，系統(tǒng)改造量小。

數(shù)字人民幣作為法幣應(yīng)支持在城軌直接過閘[5]使用。若要使用軟件錢包，就需要支持乘客使用數(shù)字人民幣付款碼或碰一碰功能乘車，這就要求對城軌閘機、閘機控制程序、行程匹配與計費、清分[6]結(jié)算等軟硬件系統(tǒng)進行改造，工程量巨大、應(yīng)用成本較高，且軟件錢包不具備雙離線支付能力，故采用硬件錢包實現(xiàn)更加適宜。

3.1.2 免密支付應(yīng)用

應(yīng)用場景：乘車碼過閘是“先享后付”型產(chǎn)品，乘客乘坐城軌后，從開通的第三方免密支付賬號中扣除費用，免購票免充值，通行更高效[7]，深受乘客歡迎。為“先享后付”產(chǎn)品增加數(shù)字人民幣支付方式，可實現(xiàn)軟件錢包免密支付在刷碼過閘、生物識別過閘等場景的應(yīng)用。應(yīng)用場景示意如圖2所示。

圖2 軟件錢包免密支付應(yīng)用場景示意 Figure 2 An application scenario of password free payment of software wallet

應(yīng)用方案：AFC票務(wù)系統(tǒng)接入運營銀行數(shù)字人民幣免密支付能力，完成簽約、解約、代扣、對賬等處理。典型交互過程如下：

1) 乘客開通二維碼/生物識別等過閘支付產(chǎn)品和數(shù)字人民幣免密支付功能，并完成簽約；

2) 乘客使用二維碼/生物識別等支付產(chǎn)品過閘；

3) AFC后臺接收過閘交易后，在票務(wù)系統(tǒng)中計算票款，并向數(shù)字人民幣運營銀行發(fā)起免密支付扣費請求，完成扣費。

應(yīng)用特點：該應(yīng)用模式與城軌交通互聯(lián)網(wǎng)核心支付產(chǎn)品相結(jié)合，使用頻率高、系統(tǒng)改造小、實現(xiàn)速度快，是一種適合推廣的應(yīng)用。但存在個人軟件錢包余額不足導(dǎo)致扣款失敗的風(fēng)險，運營機構(gòu)需增加銀行卡綁定功能，支持余額不足時從綁定的銀行卡中扣除。

3.1.3 收銀臺支付應(yīng)用

應(yīng)用場景：智慧城軌類APP(指地鐵官方APP，公共交通卡等能提供城軌乘車服務(wù)的APP)通常提供線上購票、充值等服務(wù)，乘客通過線上收銀臺支付費用。在線上收銀臺增加數(shù)字人民幣支付方式，即可實現(xiàn)軟件錢包的收銀臺支付應(yīng)用。

應(yīng)用方案：智慧城軌APP和AFC系統(tǒng)通過軟件開發(fā)工具包(SDK)或應(yīng)用程序接口(API)的方式與運營銀行對接，實現(xiàn)數(shù)字人民幣支付、退款等功能。典型交互過程如下：

1) 乘客使用智慧城軌APP等互聯(lián)網(wǎng)入口為公共交通卡充值；

2) 乘客選擇或輸入充值金額，并選擇“數(shù)字人民幣”進行支付；

3) 智慧城軌APP通過接口喚起數(shù)字人民幣支付界面，乘客輸入支付密碼完成支付，隨即完成充值。

應(yīng)用特點：該應(yīng)用模式在城軌交通的線上場景中增加數(shù)字人民幣支付方式，符合用戶使用習(xí)慣，系統(tǒng)改造量小。

3.2 硬件錢包應(yīng)用方案

3.2.1 價值支付(雙離線)應(yīng)用

應(yīng)用場景：公共交通卡在城軌行業(yè)的應(yīng)用，除乘車支付外，還具備進出閘機控制、交易核準(zhǔn)、行程計費、補貼發(fā)放等功能。數(shù)字人民幣硬件錢包結(jié)合公共交通卡行業(yè)特性，可實現(xiàn)硬件錢包價值支付在城軌站點/閘機無網(wǎng)弱網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)異?；驑O端情況下刷卡過閘雙離線支付[8]場景的應(yīng)用。

應(yīng)用方案：將數(shù)字人民幣硬件錢包價值支付應(yīng)用技術(shù)與AFC系統(tǒng)相結(jié)合，在城軌閘機集成對公硬件錢包作為收款錢箱，采用一卡雙應(yīng)用(數(shù)字人民幣價值支付模式硬件錢包+公共交通卡)的用戶卡作為付款錢包，乘客刷用戶卡過閘，AFC系統(tǒng)完成檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分等處理。應(yīng)用方案如圖3所示。

圖3 數(shù)字人民幣雙離線支付應(yīng)用方案 Figure 3 Application scheme of the e-CNY dual offline payment

主要交互過程如下：

1) 乘客通過NFC刷用戶卡進站，卡片上的公共交通卡應(yīng)用與城軌閘機交互，完成行業(yè)安全認(rèn)證與識卡通行處理，并在公共交通卡區(qū)域記錄進站信息；

由于大型渠道混凝土襯砌施工作業(yè)多在1∶2或更陡的坡面上進行切縫施工，且自動行走，能使其平穩(wěn)地行駛在坡面上，配重調(diào)整過重過輕、配重的位置都是影響實際應(yīng)用的主要因素，所以機具的配重尤為重要。

2) 出站時，乘客再次NFC刷卡，公共交通卡應(yīng)用與城軌閘機再次交互，根據(jù)進出站點完成交易計費處理；

3) 根據(jù)公共交通卡應(yīng)用記錄的計費信息，在用戶卡扣費，完成數(shù)字人民幣從用戶卡硬件錢包到閘機收款錢箱的價值轉(zhuǎn)移，并開閘放行；

4) 閘機將收款錢箱的數(shù)字人民幣價值上傳到AFC系統(tǒng)后臺，由AFC系統(tǒng)后臺調(diào)用運營銀行接口，完成資金歸集與資金結(jié)算處理。

應(yīng)用特點：該應(yīng)用模式具有對網(wǎng)絡(luò)依賴度低、收益損失風(fēng)險小、可靠性高等優(yōu)點。同時缺點也較明顯，一是城軌交易過程復(fù)雜，交易時間較難滿足450 ms的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；二是存儲容量不足，難以滿足大量交易數(shù)據(jù)存儲。因此，需優(yōu)化交易流程和硬件錢包應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，增強城軌閘機的存儲配置，提升軟件系統(tǒng)的應(yīng)用功能，系統(tǒng)改造量較大，推廣應(yīng)用成本較高。

3.2.2 準(zhǔn)賬戶支付應(yīng)用

應(yīng)用場景：因城軌閘機數(shù)量巨大，對每個閘機進行硬件改造實現(xiàn)硬件錢包應(yīng)用需要的改造成本高、實施周期長。硬件錢包準(zhǔn)賬戶支付應(yīng)用模式支持不改造閘機硬件即可實現(xiàn)刷硬件錢包過閘的場景。

應(yīng)用方案：將硬件錢包準(zhǔn)賬戶支付應(yīng)用技術(shù)與AFC系統(tǒng)相結(jié)合，在城軌服務(wù)方開設(shè)的數(shù)字人民幣對公軟件錢包為收款賬號，以一卡雙應(yīng)用(數(shù)字人民幣準(zhǔn)賬戶支付模式硬件錢包+公共交通卡)的用戶卡為付款錢包，乘客刷用戶卡過閘，AFC系統(tǒng)完成檢票、計費、扣費、清分等處理。應(yīng)用方案如圖4所示。

圖4 數(shù)字人民幣準(zhǔn)賬戶支付應(yīng)用方案 Figure 4 Application scheme of the e-CNY quasi-account payment

1) 乘客通過NFC刷用戶卡進站，卡片上的公共交通卡應(yīng)用與城軌閘機交互，完成行業(yè)安全認(rèn)證與識卡通行處理，并在公共交通卡區(qū)域記錄進站信息；

2) 出站時，乘客再次NFC刷卡，公共交通卡應(yīng)用與城軌閘機再次交互，根據(jù)進出站點信息完成交易計費處理；

3) 閘機根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，采用異步或同步方式將交易信息上傳至AFC后臺系統(tǒng)，AFC后臺系統(tǒng)根據(jù)卡片綁定的數(shù)字人民幣個人軟件錢包賬號，向運營銀行發(fā)起免密支付請求，完成扣費處理并開閘放行。

應(yīng)用特點：在該應(yīng)用模式下，城軌閘機與用戶卡硬件錢包無需對加密數(shù)字串進行復(fù)雜交互處理，只需進行簡單的身份認(rèn)證即可通行，交易處理過程比雙離線應(yīng)用模式簡單，交易時間能達到城軌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。又因城軌閘機無需集成多個數(shù)字人民幣對公硬件錢包，系統(tǒng)改造量較小，應(yīng)用推廣成本較低。

該應(yīng)用模式與雙離線應(yīng)用模式相比優(yōu)勢明顯，但也存在一個問題：即用戶刷卡過閘后，費用從用戶卡綁定的軟件錢包中通過免密支付方式扣除，存在錢包余額不足導(dǎo)致扣款失敗的風(fēng)險。運營機構(gòu)需升級數(shù)字人民幣免密支付功能，盡可能降低資產(chǎn)損失風(fēng)險。

3.3 軟件錢包與硬件錢包應(yīng)用模式分析

軟件錢包應(yīng)用模式與硬件錢包應(yīng)用模式相比較，前者只需將數(shù)字人民幣作為一種新增的支付渠道與現(xiàn)有城軌交通業(yè)務(wù)相結(jié)合，無需對城軌閘機進行改造，應(yīng)用模式簡單易行、公眾參與度高，是目前用戶與城軌服務(wù)方都較易選擇和接受的應(yīng)用模式。

硬件錢包應(yīng)用模式因數(shù)字人民幣應(yīng)用規(guī)范不斷升級、牽涉的系統(tǒng)改造量大、工程費用高等原因，較軟件錢包應(yīng)用難度大、推廣速度慢。

4 城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

深圳作為我國首批進行數(shù)字人民幣試點的城市，截至2021年底，城軌交通運營里程達419 km，客運量超16.5億人次，均位居全國前列。2020年，深圳地鐵集團制定了推廣數(shù)字人民幣應(yīng)用方案，并大力推動和城軌交通業(yè)務(wù)融合，實現(xiàn)了數(shù)字人民幣在城軌交通領(lǐng)域的試點應(yīng)用，在提升票務(wù)智能化水平、推進數(shù)字人民幣應(yīng)用、助力大灣區(qū)互聯(lián)互通等方面發(fā)揮積極示范作用。

在軟件錢包應(yīng)用方面，深圳市率先實現(xiàn)了刷碼過閘場景的免密支付模式應(yīng)用，以及線上購卡、充值等場景的收銀臺支付模式應(yīng)用，其中刷碼過閘應(yīng)用場景是國內(nèi)首次實現(xiàn)軟件錢包免密支付的場景。2021年，交易總量超30萬次，總金額超100萬元。

在硬件錢包應(yīng)用方面，深圳市攻克“數(shù)字人民幣+公共交通卡”雙應(yīng)用結(jié)合技術(shù)難關(guān)，在城軌交通領(lǐng)域首創(chuàng)實現(xiàn)數(shù)字人民幣硬件錢包應(yīng)用，并在2021年北京國際城市軌道交通展覽會亮相，受到普遍好評和關(guān)注。

截至目前，北京、上海、成都、蘇州、長沙、青島[9-11]等城市也在城軌交通領(lǐng)域試點數(shù)字人民幣支付應(yīng)用，均以軟件錢包支付應(yīng)用模式為主，應(yīng)用場景覆蓋刷碼過閘、線上購票卡/充值、線下購票卡/補票/充值等城軌交通支付全場景，應(yīng)用比例最高的是免密支付應(yīng)用方式。除深圳地鐵對硬件錢包支付應(yīng)用模式進行探索并取得一定進展外，尚未見到行業(yè)內(nèi)其他城市在硬件錢包應(yīng)用方面的成果。

5 城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用建議與展望

5.1 城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用建議

根據(jù)深圳及其他城市的應(yīng)用情況，在刷碼過閘、線上購買票/卡、線上充值等場景應(yīng)用數(shù)字人民幣軟件錢包支付最快捷，建議優(yōu)先選擇。通過改造智慧城軌APP等互聯(lián)網(wǎng)入口的現(xiàn)有產(chǎn)品或服務(wù)，增加軟件錢包免密支付和收銀臺支付方式，改造AFC后臺系統(tǒng)，調(diào)用運營銀行支付接口，即可實現(xiàn)數(shù)字人民幣支付，系統(tǒng)改造費用低。軟件錢包子錢包推送屬于免密支付應(yīng)用模式，完成與一家運營銀行對接即可實現(xiàn)所有運營銀行軟件錢包免密支付應(yīng)用，具有跨運營機構(gòu)支付能力，可提高應(yīng)用效率。

在線下購買票/卡、補票、充值等場景的應(yīng)用屬于軟件錢包直接支付應(yīng)用，相對較簡單，建議作為次選。在實現(xiàn)線上場景應(yīng)用前提下，通過改造線下服務(wù)終端，增加數(shù)字人民幣支付方式，即可實現(xiàn)設(shè)備主掃和被掃支付，費用主要集中在線下服務(wù)終端的改造上，建議通過商務(wù)協(xié)商解決。

硬件錢包應(yīng)用模式，因方案復(fù)雜，建議先探索研究。需進行“數(shù)字人民幣+公共交通卡”雙應(yīng)用卡片的研發(fā)，閘機軟件或硬件改造，AFC后臺系統(tǒng)改造，改造工作量和費用都很高，建議先做探索研究，得到政策和資源支持再推廣。

在系統(tǒng)架構(gòu)上，建議在AFC系統(tǒng)中增加數(shù)字人民幣服務(wù)子系統(tǒng)，作為與運營銀行、AFC系統(tǒng)以及其他城軌后臺系統(tǒng)對接的橋梁。應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 數(shù)字人民幣應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu) Figure 5 Architecture of e-CNY application system

5.2 城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用展望

根據(jù)“發(fā)展綱要”關(guān)于應(yīng)用新興信息技術(shù)與城軌交通深度融合的要求，數(shù)字人民幣在城軌領(lǐng)域的應(yīng)用將成為近年AFC系統(tǒng)的重點建設(shè)內(nèi)容與智能化關(guān)鍵應(yīng)用[12]之一。

研究軟件錢包3種應(yīng)用模式的特點，免密支付應(yīng)用模式具有使用頻率高、系統(tǒng)改造小、實施速度快等特點，在城軌行業(yè)先行先試效果良好，該應(yīng)用模式將成為數(shù)字人民幣軟件錢包在城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用的主要模式。

數(shù)字人民幣作為法定貨幣，勢必要在城軌乘車的場景下推廣使用。根據(jù)數(shù)字人民幣的特點以及城軌交通領(lǐng)域的特性，該場景宜采用硬件錢包應(yīng)用模式。準(zhǔn)賬戶支付應(yīng)用模式因系統(tǒng)改造小、用戶體驗好、交易時間符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點，降低扣款失敗的資產(chǎn)損失風(fēng)險后，可成為數(shù)字人民幣硬件錢包在城軌交通行業(yè)的主要應(yīng)用模式。當(dāng)然，若政策支持硬件錢包應(yīng)用向雙離線支付方向傾斜，則雙離線支付應(yīng)用模式也會成為可能。數(shù)字人民幣具有支付即結(jié)算且無手續(xù)費的特點，在城軌領(lǐng)域應(yīng)用可減少向第三方支付高額手續(xù)費，降低企業(yè)成本，具有良好的經(jīng)濟效益。

數(shù)字人民幣作為法定貨幣具有無限法償性，在城軌交通領(lǐng)域的應(yīng)用，拓展了民生服務(wù)應(yīng)用場景，助力數(shù)字人民幣健康發(fā)展。

數(shù)字人民幣在城軌交通領(lǐng)域的成功實踐和持續(xù)擴大應(yīng)用，可促進城軌交通行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新，豐富乘客出行多元化支付模式，提升票務(wù)智能化水平，促進乘客服務(wù)智慧化發(fā)展。