軌道交通單程票虛擬換乘方式研究

摘 要：軌道交通單程票因為其單次使用、出站回收的特點，造成不能虛擬換乘、連續計費的技術瓶頸，本文提出了引入二維碼技術，起到復制信息的作用，從研究乘客的行為方式出發，通過軟硬件設備研發，研制出單程票虛擬換乘的專用通道。這項研究從技術上實現了單程票虛擬換乘的業務流程，為軌道交通全路網所有換乘站的單程票站外換乘提供了解決方案，拓展了單程票這一類型車票的功能，減少乘客投訴，降低乘客出行成本，提高了軌道交通的運營管理水平。

關鍵詞：軌道交通；單程票；虛擬換乘

虛擬換乘，又稱出站換乘，是指搭乘軌道交通的乘客在因為土建原因、無站內換乘通道的軌交換乘車站，出站以后再進站的換乘方式。虛擬換乘的核心就是連續計費。

在針對使用城市公共交通卡的乘客，很多城市軌道交通在技術儲備中已形成一套解決方案。使用交通卡的乘客在虛擬換乘之后到達目的車站，無須重新計費，直接按首次進站到目的車站的路徑的票價完成整個行程的計費。

單程票因為出站回收、容易流失等原因，在技術上存在無法換乘的難點。使用單程票的乘客只能采取在軌交路網中繞行或重新購票的辦法到達目的車站，影響了出行體驗和支付體驗，限制了軌交運營企業的服務水平。

在城市軌道交通客流組成中，使用單程票的客流不斷增長，但是單程票在所有票種中的使用比例逐年下降。因為單程票不支持虛擬換乘，影響單程票的推廣和使用。在軌道交通一些換乘樞紐站，因為不具備虛擬換乘條件，單程票和交通卡實行不同的換乘規則，運營方只能開啟臨時通道讓持單程票的乘客換乘，既需要人工干預，又違反票務規則。

實現單程票虛擬換乘方式，可以減少乘客在軌道交通路網的繞行，減少乘客出行時間，又降低了乘客的出行成本，避免二次購票，有效提高軌交線路的運能，緩解了運營壓力，改善乘客出行的舒適度。從售檢票系統專業的角度來說，城市公共交通卡、紀念票、金融IC卡等非回收性票種都實現了虛擬換乘，亟需解決單程票虛擬換乘有一定必要性。

1 應用設計

1.1 換乘方式

城市公共交通卡在虛擬換乘進站刷卡時，終端設備在卡內寫入換乘標識，不改寫首次進站信息，保證乘客抵達目的車站時按整個路徑的票價進行扣費。作為循環使用的車票，公共交通卡的這種換乘方式，不適用于單程票，這是由車票性質所決定的，單程票屬于一次性使用的回收型車票。

如果在單程票內寫入換乘標識的話，則要求乘客持單程票出站換乘，需要乘客在出站前自行判斷是否換乘，即插卡過閘還是刷卡過閘，造成過閘時間較長，不適用軌道交通大客流、高速通行的特征。而且單程票在收費區外，有可能無法回收引起車票流失。應考慮研發專用通道的方式，從設備、軟件等方面，完成單程票虛擬換乘的設計、實現。

1.2 二維碼的運用

二維碼目前在社會發展中有較為廣泛的應用，相對條形碼而言，二維碼是一種黑白相間的特定幾何圖形，按一定規律在平面二維方向上，記錄數據信息的有邏輯意義的符號圖案。

二維碼具有的特點主要有：高密度編碼，信息容量大，容納信息相當于500多個漢字。容錯能力強，具有糾錯功能，損毀面積達50%仍可恢復信息。譯碼可靠性高，誤碼率不超過千萬分之一。成本低，易制作，持久耐用。條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。二維碼憑條有加密信息，安全程度高，不易偽造復制。

二維碼通過光電掃碼設備進行圖像識別，進行信息化處理。根據二維碼圖形的以上特點，可以作為單程票虛擬換乘的憑據。

二維碼憑條上主要包括這些信息：售票站點、售票時間、售票金額、進出站狀態、首次進站站點、進站時間、憑條打印時間、打印站點、摘要信息。為防止二維碼被篡改、偽造，采用加密算法對其中部分數據進行加密，得到摘要信息。

1.3 業務流程

在換乘站出站檢票機旁，增設單程票虛擬換乘專用通道，這個專用出站檢票機上裝有二維碼打印機。乘客出站時，在專用閘機上插入單程票回收，這個出站閘機會把單程票的信息打印到一張二維碼憑條上。這張二維碼就是換乘的憑證。乘客取走這張二維碼憑條，然后正常出站。

在換乘站進站檢票機旁，增設單程票虛擬換乘專用通道，這個專用進站檢票機上裝有二維碼掃描裝置。乘客進站時，用二維碼憑條在進站檢票機上進行掃碼，專用通道把二維碼憑條的信息寫入另一張單程票中，并完成出票，該單程票給乘客到達目的車站檢票用的。第二張單程票和第一張單程票的卡內信息完全相同。乘客取走這張單程票，繼續乘坐軌道交通，完成剩下的行程。這樣就實現整個一個虛擬換乘的過程。

2 系統驗證

單程票虛擬換乘專用出站通道和進站通道實現以后，應從軌道交通AFC系統業務邏輯上對換乘設備的功能完整性進行驗證。單程票虛擬換乘專用出站通道和進站通道閘機應不僅應實現對單程票虛擬換乘處理，同時應該又是一組普通的出站閘機和進站閘機，需要兼容原有票種的使用，還應該在參數、數據、換乘、命令、事件等功能方面滿足現有業務需求。

2.1 界面功能

在乘客界面功能上，虛擬換乘專用出站通道和進站通道應滿足“出站單程票打印二維碼，進站二維碼兌換單程票”的基本功能，二維碼憑條在其中起到復制信息的作用，第二張的售票信息和進站信息應與第一張單程票一致。一張單程票不能二次打印二維碼憑條，一張憑條不能重復兌換單程票。

除此之外，虛擬換乘專用出站檢票機應具備普通檢票機的功能，能判斷單程票超時超程，提示乘客到車站服務中心進行超時超程更新。換乘進站檢票機應保留單程票超時忽略標志，但不保留超程忽略標志。

專用出站檢票機能正確判斷過期票、未進站票，城市公共交通卡、公務票、紀念票刷卡時，應不予打印二維碼。

二維碼憑條只能在當前換乘站兌換單程票，不能跨換乘站兌換單程票，且只能在規定換乘時間內兌換單程票，超出換乘時間二維碼憑條視為逾期。在專用進站檢票機上，用二維碼憑條掃描后，檢票機設一個寫卡倒計時，在這個倒計時內，檢票機把二維碼憑條的信息寫入后面一張單程票內。倒計時結束，則不能寫票。

2.2 系統參數

專用通道檢票機提交交易數據時，滿足參數規定的交易數據筆數下限或交易數據時間上限。在參數規定的時間間隔上傳設備狀態、寄存器數據。運營時間內正常使用，運營結束后停止檢票，直到運營開始恢復正常。使用黑名單卡刷卡時，報警時間為參數設定的報警時間。門式專用通道或三桿式專用通道，掃描二維碼或刷卡允許通行的時間為參數所設時間。專用通道檢票機能兼容參數設定的各種票卡。在不通行情況下，檢票機能接受參數設定的最大累計刷卡數。線路、站點名稱與SC相符，時間和設備節點號所接收參數同步。具備參數設定的等價換乘車站的換乘、出站功能。支持普通城市公共交通卡的虛擬換乘、和道路公交系統的換乘優惠、軌交行業內的累計優惠等，并能判斷優先級順序。

城市公共交通卡達到參數設置的累計優惠金額后，出站扣款金額為原票價基礎上乘以參數設定的優惠百分比。超出虛擬換乘時間，城市公共交通卡不享受連續計費，按正常票價分段計費。在參數設置的節假日內，允許敬老服務卡等特殊票卡通行。在高峰時段，不能使用參數設備的拒絕車票類型。部分票卡按參數設定的節假日不同費率計費。乘客在收費區內的時間，不能大于參數設定的從進站到出站的最長時間。專用通道閘機上不能使用用參數中未指定的車票類型。參數設置某一種車票類型出站方式為“車票回收”，專用出站通道閘機對這一類型車票應正常回收。在參數規定的進站更新時間內更新，享受不同行業間換乘優惠，在這個時間之外更新，則不享受換乘優惠。專用通道閘機指示燈的使用，應根據車票參數的設定進行閃爍，特定車票類型如敬老卡、公務票通過時要求指示燈閃爍。

根據當前時間所處在參數設置的高峰或非高峰時間，刷卡收取不同費率。專用通道閘機根據費率表對票卡正確扣款，出站車站按相對于進站車站的區域，按該區域所對應的費率進行扣費。對黑名單票卡的拒絕方式為參數設定的拒絕類型，并上傳黑名單卡刷卡產生的交易。在參數中設置好車票類型對應關系后，不同票卡類型刷卡后，對應寄存器值都相應累加。通過參數公鑰證書認證的金融IC卡，可刷卡通行，未經過公鑰證書認證的金融IC卡，刷卡被拒。

2.3 交易數據

在單程票虛擬換乘專用通道檢票機上各種類型的票卡刷卡交易明細、寄存器數據上傳到車站計算機，檢索車站計算機數據庫，確認各票種交易明細每個字段、寄存器對應域符合業務需求。

1） 軌道交通專用車票的交易事件碼、車票類型、車票UID，交易日期時間、交易金額、終端設備標識、終端流水號、票計數器、SAM卡卡號、交易簽名等字段與實際交易相符。

2） 城市公共交通卡的交易事件碼、卡類型、卡號、交易日期時間、余額、交易金額、終端設備標識、終端流水號、卡計數器、SAM卡卡號、交易簽名等與實際交易相符。

3） 金融IC卡的交易事件碼、卡類型、應用序列號、交易日期時間、錢包余額、透支限額、交易金額、終端設備標識、終端流水號、當月累計金額、卡有效期、發卡行代碼、卡業務類型、應用密文、不可預知數、卡計數器等字短語實際交易相符。

4）寄存器數據，使用單程票、城市公共交通卡、金融IC卡、公務票、敬老服務卡刷卡，總進站出站數、各類型車票對應的進站出站數扣款值應相應累計。使用其它軌道交通專用車票刷卡，僅在總進站出站數累計。

2.4 其它票卡虛擬換乘

主要是指城市公共交通卡在各種情況下的虛擬換乘功能。

1）在參數設定的虛擬換乘時間內換乘，部分或全部滿足軌交累計消費優惠或道路公交系統換乘優惠情況下享受連續計費。行業間換成優惠優先級大于行業內部累計消費優惠。在規定的虛擬換乘時間外出站以后再換乘，視為重新進站，應分段計費。第二次出站扣款值應為全程票價與第一段行程的差額。城市公共交通卡在無余額的情況下，也應享受虛擬換乘。出站專用通道閘機和進站專用通道閘機在時間倒掛情況下，且時間差值小于參數設定的換乘時間，持卡人也應享受虛擬換乘。

2）持城市公共交通卡在虛擬換乘進站時未刷卡，在目的車站出站前在人工售票機上作進站更新。進站更新改寫進站記錄，寫入當前時間，可選擇進站站點。因為寫入普通進站的進出站標志，所以整個行程分段計費，不存在虛擬換乘。

3）持城市公共交通卡在換乘進站時，已刷卡但未過閘通行，需要在換乘站作免費出站更新。免費出站不改寫進站信息，保留了虛擬換乘進站的進出站標識、第一次進站站點、進站時間，不改寫換乘站出站站點，把當前時間寫入出站時間。所以第二次換乘進站時，仍然視作虛擬換乘。

4）持城市公共交通卡在換乘站出站時未刷卡，在虛擬換乘進站前在人工售票機上作付費出站更新。出站更新改寫出站記錄，寫入的出站時間比當前時間早若干時間（大于換乘時間），寫入當前站點，故即使在規定換乘時間內作付費出站更新，也不能視作虛擬換乘。

5）城市公共交通卡持卡人在收費區內超過參數設定最大時間，出站換乘前應作超時更新，且超時更新標識在虛擬換乘進站后應被保留，在目的車站出站前無需再作超時更新。出站時若享受“公交-地鐵”換乘優惠，第一次出站時應置起優惠標識，虛擬換乘進站后，應保留這個優惠標識，到目的車站出站時不能重復享受“公交-地鐵”換乘優惠。

6）路網中需要站外換乘的換乘站可以實行不同換乘時間，所以需要對參數設定的不同換乘時間的虛擬換乘進行驗證。

2.5 命令和響應

專用通道檢票機應對車站計算機的命令做出正確響應。車站計算機下發審計寄存器命令，檢票機上傳寄存器數據。下發關閉設備命令后，檢票機進入關閉狀態，對乘客顯示“停止服務”。下發設備開啟命令，檢票機恢復開啟狀態。下發設備上傳狀態命令，檢票機上傳狀態數據。對選中的檢票機軟件更新，檢票機到SNC指定路徑下載軟件更新包，并完成本機軟件更新。下發緊急模式、列車故障模式、時間免檢模式、日期免檢模式、進出站免檢模式、超程免檢模式，檢票機都能進入對應的工作模式。

檢票機只支持單進或單出模式，不具有閘機的雙向模式。下發參數版本、軟件版本查詢，應查詢到當前參數版本、軟件版本。在車站計算機上能查詢到軌道交通專用車票和城市公共交通卡的交易流水號和最新一筆流水號。可以對指定設備號、車票類型、流水號段的交易數據進行索取和補傳。檢票機的磁盤容量小于一定空間，應對乘客暫停服務。

2.6 設備事件

專用通道檢票機設備每隔固定時間（這個時間間隔與審計寄存器報告間隔相同），上傳寄存器審計類型，或者當開門、關門、開始、停止、緊急模式、取消緊急模式、票箱被取出等事件發生時，立即上傳寄存器審計類型。

3 工程實施

3.1 在技術方面的措施

1）清分系統要進行改進，對單程票虛擬換乘實現連續計費。

2）單程票虛擬換乘進站裝置，需上傳換乘進站交易的報文，包含金額、時間、站點等信息。在單程票交易報文中增加數據域，填寫前一張單程票卡號，使前后二張單程票關聯，實現反清分計算。

3）出站裝置和進站裝置能和車站計算機進行交互報文，接收清分票價表等參數和命令，上傳明細、狀態、寄存器。出站裝置和進站裝置和閘機一樣接收指令進入不同運行模式，例如運營結束停止服務等。出站裝置和進站裝置具備收益寄存器數據，支持車站計算機的報表功能。

4）需要對單程票虛擬換乘設備進行節點定義，使之接入既有的售檢票系統網絡結構，能上傳單程票虛擬換乘的操作記錄。

5）增加單程票虛擬換乘的交易類型，二維碼憑條換單程票的操作和單程票發售的交易能有效區分。

3.2 在運營方面的措施

1）與運營公司討論實施方案。包括：設備安裝位置、設備安裝數量、車站服務人員培訓，票務處理、設備維護保養等事項。

2）運管修訂票務處理規則。明確“一張單程票只能換一張二維碼”、“一張二維碼在規定站點、規定換乘時間內只能兌換一張單程票”等規則。

3）在車站中添加相應導向標識，引導乘客自助式完成單程票虛擬換乘出站和換乘進站的操作。

4）確定單程票虛擬換乘功能開通日期，向社會公告。宣傳單程票虛擬換乘設備的使用方法，為廣大乘客所熟知掌握。

4 應用意義

通過引入加密的二維碼驗證技術為基礎，所研制的單程票虛擬換乘專用出站通道和進站通道的檢票機，以及部署在這二個專用通道檢票機上的應用軟件，實現了單程票無障礙虛擬換乘的完整過程。為軌道交通路網任意一個換乘站單程票虛擬換乘提供了解決方案，克服了因土建原因單程票不能虛擬換乘的缺陷。在實際效果上，符合乘客使用習慣，對乘客界面友好，操作簡單，響應快，故障率低。

該解決方案能有效防止單程票流失，使得單程票和城市公共交通卡一樣連續計費，且具有相同費率。而且體現了不需要車站人員干預的處理效率，減少了乘客出行時間或出行成本，改善了乘客的滿意度。也使得單程票繼城市公共交通卡、金融IC卡、手機支付之后，成為又一個支持虛擬換乘的車票類型，促進了地鐵AFC系統功能的完整性。推動軌道交通對新技術融合應用的能力，提高了城市軌道交通智能化和信息化建設水平。

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作者簡介：

龔迥（1982-），男，漢族，浙江杭州人，大學學士，中級職稱，研究方向：軌道交通AFC系統支付新技術。