二維碼和電子支付在地鐵票務系統的應用研究

華南理工大學土木與交通學院　吳友寶　徐建閩

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二維碼和電子支付在地鐵票務系統的應用研究

華南理工大學土木與交通學院吳友寶徐建閩

【摘要】隨著軌道交通的快速發展，人們對它的出行需求比例日益增長。由于外來游客的流動性原因，多數選擇在售票機處大排長龍地購買單程票，嚴重浪費出行時間。新興的移動互聯網為現代人的出行決策起著至關重要的作用。在調研了多名智能手機用戶的前提下，此文研究了基于二維碼和電子支付技術的軌道交通應用，設計開發了一套具有出行規劃、預先購票、人性導航等三大基礎功能的出行應用軟件，能夠滿足乘客日常出行的基本需求。

【關鍵詞】智能手機；二維碼；電子支付；軌道交通

0　引言

隨著軌道交通的快速發展，人們對它的出行需求比例日益增長。每逢節假日高峰期或地處客流量較大的地鐵站點，外來游客只能選擇在售票機處大排長龍地購買單程票。這不僅浪費出行時間，而且影響出行體驗。為了緩解這一難題，地鐵公司只能通過購置更多的售票機予以解決。

此文在調研了多名智能手機用戶的前提下，研究了基于二維碼和電子支付技術的軌道交通應用，設計開發了一套具有出行規劃、預先購票、人性導航等三大基礎功能的出行應用軟件。該應用軟件的主要優勢有：（1）能夠有效減少地鐵站硬件費用支出及設備維護費用，增加乘客在站點的流動性；（2）通過支付寶、微信支付等移動支付方式能預先購買地鐵票，大大改善了乘客的出行體驗感，并且能享受儲值卡的優惠政策；（3）通過結合各種旅游地圖，滿足外來游客日常出行的基本需求?？傊?，該應用具有很大的實用價值。

1　應用軟件整體框架

在當今的地鐵票務系統中，歸根結底分為兩種類型，即單程票和儲值票。地鐵票務系統是利用高科技產品條形碼作為通行電子門票，綜合運用計算機、自動控制、無線傳輸、加密技術、統計財務等專業知識，來實現軌道交通的計算機售票、檢票、查詢、匯總、統計、報表和清分結算等全過程的自動化系統[4]。傳統的地鐵車票支付系統通過匯集乘客購買的車票資金信息至AAC（自動售檢票系統清分中心），然后下發控制子令控制閘機的開關

隨著移動互聯網的崛起，手機端購買電子票的現象已經非常普遍，但二維碼地鐵票這項技術在市場上仍未曾出現過。如果能夠推行，那必然是開了票務領域的先河。對于當地常住人口來說，無論是常用的各類儲值卡還是手機中的電子標簽，儲值票都能為乘客的出行帶來極大的便利，且其需要提前充值的特點也為地鐵公司的經濟收入帶來各種可操作性。但是，這種收費方式對于外來游客來說就沒有吸引之處了。由于地鐵站閘機上已經將機械、電子、微處理器控制及各種身份識別技術有機地融為一體，方便兼容IC卡、ID卡、條碼卡、指紋等讀卡識別設備的使用。因此，此文基于手機二維碼和電子支付技術，在傳統的地鐵車票支付系統上增加了二維碼車票資金信息流，通過后臺支付中心將資金匯集至AAC，實現共用一套控制子令下發至閘機，具體流程圖如圖1所示。

圖1　二維碼車票支付系統流程圖Fig.1 Two-dimensional code ticket payment system flowchart

為了讓外來游客出行更快捷，此文基于Android平臺，設計開發出一套基于二維碼和電子支付技術的軌道交通應用軟件。該應用軟件的整體框架圖如下所示：

（1）乘客進入軟件界面，選定出行起始、終點站；

（2）然后選擇支付寶、微信支付等移動支付方式完成票款支付；

（3）成功支付后，后臺系統將交易后的票務數據信息通過加密算法處理后編入二維碼，再以移動網絡的形式發送到用戶手機上；

（4）地鐵站閘機上已安裝有識別二維碼的識讀設備，乘客憑借此二維碼電子憑證進出地鐵站。

圖2　應用軟件整體框架圖Fig.2 The overall framework diagram of application software

此文利用手機二維碼作為進出地鐵站的電子憑證，效率不比持卡者通道差，而且很好地解決了乘客在售票機處排隊買票的現象，大大改善了用戶的出行體驗感。同時，此文基于百度或者Google地圖API開放接口進行二次開發，外來游客可直接搜索旅游景點，出行應用軟件便自動生成一個便捷的出行計劃，包括票價、出行時間、換乘路線、步行距離等，便于游客直達旅游景點。

2　具體實現

2.1地鐵線路圖繪制

2.1.1數據格式

數據格式采用JSON格式數據，分三種類型：文本標簽、站點、地鐵線路，總的數據結構如下所示：

{

“labels” :[ . .. ],

“stations” :[ . .. ],

“lines” :[ . .. ]

}

2.1.2文本標簽數據

文本標簽數據包含坐標和文字信息，如果文字需要旋轉，則會增加“rotate”屬性，下面是“天河客運站”文本標簽信息：

{

“text” :“天河客運站”,

“x” :483.591,

“y” :1347.327

}

2.1.3站點數據

站點數據包含坐標、旋轉角度以及編號信息，下面是“天河客運站”的信息：

{

“id” :5,

“x” :465.814,

“y” :1329.538

“rotate” :0.783

}

2.1.4地鐵線路數據

地鐵線路數據包含名稱、顏色以及經過的站點編號信息，下面是地鐵一號線的信息：

{

“name” :1,

“color” :#e52035,

“stations” :[64, 70, 67, 71, 72, 73, 66, …] }

2.1.5站點觸發函數

通過創建站點觸發函數OnClick()，乘客完成起始-終點站的選取。

2.2最短路線換乘算法

2.2.1程序框架

MetroSearch：主Activity，提供線路查詢功能；

MapDisplay：副Activity，提供地鐵圖線路瀏覽功能，此為附加功能；

PathSearch：地鐵線路查詢的核心類，包括了地鐵圖的數據結構描述、算法實現、最短路描述等功能；

ResFinalVars：資源類，包括了地鐵線路信息；

GraphEntry：鄰接表類，用于表示地鐵線路圖的數據信息；

TableEntry：用于記錄最短路徑和路徑描述。

2.2.2地鐵線路的數據結構描述

首先，采用哈希表來存儲地鐵站點名字和數字編號的映射關系，具有自動編號和搜索速度快的特點。然后采用GraphEntry鄰接表類來構建，其中圖的構建全部根據ResFinalVars資源類來自動生成圖。將資源數據與方法分開，數據具有更新方便、移植性強、可重用性高的優勢。

2.2.3最短路線換乘算法代價

軌道交通最短路線換乘算法的基本思想是將地鐵換乘線路網絡抽象成一張有向帶權圖，乘客輸入的起終點即為有向帶權圖中的起始節點s和終止節點t，然后搜索s至t的K條較優路徑。有向帶權圖中的權重依據可以為時間、換乘次數、經過邊數等任意非負代價，此文選取時間代價進行建模。每條邊有一個乘坐時間代價，表示乘坐地鐵經過該邊所需要花費的時間。

在每個站點有一個換乘時間代價矩陣，可以用稀疏矩陣表示在任意兩條邊之間換乘所需要花費的時間。兩邊之間有直接連通、換乘、不連通三種關系。其中，連通的換乘時間代價為0，換乘的換乘時間代價為換乘步行時間加上等候時間，不連通的換乘時間代價為+∞。

2.3電子支付技術

電子支付技術通過貨幣價值轉移來解決金融交易行為，由于具有方便、快捷、高效、經濟的優勢，目前廣泛應用于基于移動互聯網的電子票務領域[8]。

此文選擇支付寶移動開放平臺進行二次開發，其通用規則一般由接入部分和通知返回部分組成。其中，接入部分是將傳遞參數等信息組合成超級鏈接來進行跳轉；通知返回部分則是支付寶服務器處理完該筆訂單后，將詳細信息通知與返回到商戶服務器，待商戶服務器接收到后進行數據處理。支付寶移動開放平臺具體實現流程圖如下所示：

圖3　支付寶移動開放平臺具體實現流程圖Fig.3 Alipay mobile open platform specific flow chart

2.4手機二維碼

二維碼（two-dimensional code）是按一定規則在平面（二維方向）用黑色和白色像素進行編碼的，其中黑色代表二進制的“1”，白色代表“0”，這取決于編碼規則代表的各種信息。它具有高信息含量、高可靠性、低成本的優勢，且可表示各種不同的信息（數字，文字，聲音，圖像等）[9]。因此，二維碼在現代信息社會中起到了重要的作用。

此文利用手機二維碼成本低、信息含量高、可靠性高等優點，攜帶包括起始-終點站、票價、購票時間、系統隨機生成序列等字段的票務數據信息，如{ from tianhestation to wushan, 5 yuan, 20150530 08:30:00, 109364 }。

為了避免因識別準確度和速度低而造成閘機口擁堵的情況，此文采用較易識別碼制，減少二維碼信息冗余和提高識別終端的識別效率等手段來降低風險。后臺系統將乘客通過支付寶/微信支付等移動支付平臺交易后的票務數據信息通過加密算法處理后編入二維碼，再以移動網絡的形式發送到用戶手機上，作為進出地鐵站閘機的電子憑證。

2.5地圖二次開發

Google地圖API是一種通過JavaScript將Google地圖嵌入到開發者搭建的網頁的API。該API提供了大量實用工具用于處理地圖，并通過各種服務向地圖添加內容，從而使開發者能夠在網站上創建功能全面的地圖應用程序。同樣，百度地圖API也提供了二次開發的接口，具體實現技術細節可參考Google地圖API，在此不做介紹。

此文選擇精確性更高的Google地圖API，為乘客的出行軟件提供基本地圖、本地搜索旅游景點、路線導航等服務[10]。

3　結語

如何解決乘客快速、便捷地購買單程票是軌道交通部門亟需解決的問題。文中在調研了多名智能手機用戶的前提下，研究了基于二維碼和電子支付技術的軌道交通應用，設計開發了一套具有出行規劃、預先購票、人性導航等三大基礎功能的出行應用軟件，解決了乘客在售票機處大排長龍地購票的現象，能夠滿足乘客日常出行的基本需求，為出行需求的進一步應用提供了新方向。

參考文獻

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[2]王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報,2009,23(12):1-7.

[3]王宇偉,張輝.基于手機的NFC應用研究[J].中國無線電,2007(6):3-8.

[4]裴順鑫,張寧.地鐵自動售檢票系統的互聯標準[J].都市快軌交通,2007,20(5):38-41.

[5]馬新強,孫兆,袁哲等.Web標準與HTML5的核心技術研究[J].重慶文理學院學報(自然科學版),2010,29(6):61-64,74.

[6]鄒亮,徐建閩.基于遺傳算法的動態網絡中最短路徑問題算法[J].計算機應用,2005,25(4):742-744.

[7]郝春梅.一種改進的Dijkstra算法的分析及程序實現[J].計算機與現代化,2011(1):36-38.

[8]謝琳,盧建軍.電子商務中第三方電子支付平臺分析[J].計算機應用研究,2003,20(12):149-151.

[9]舒賢華.基于Android平臺的手機Web地圖服務設計[D].大連海事大學,2009.

吳友寶（1990—），男，廣東豐順人，華南理工大學土木與交通學院碩士研究生。

作者簡介：

基金項目：國家自然科學基金項目（批準號：61174184）資助“基于群體動力學的交叉口群協調控制理論與方法研究”。