二維碼電子車票在自動售檢票系統中的應用

楊政軍

(湖南省高速公路管理局,410001,長沙∥工程師)

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二維碼電子車票在自動售檢票系統中的應用

楊政軍

(湖南省高速公路管理局,410001,長沙∥工程師)

通過分析城市軌道交通自動售檢票系統車票的發展現狀,提出將二維碼電子圖片作為自動售檢票系統中的車票媒介，并給出了二維碼電子車票的使用流程。研究了基于二維碼電子車票的城市軌道交通自動售檢票系統的總體架構及建設內容。二維碼電子車票的使用將為乘客的出行帶來便利，為行業主管單位節約運營維護成本。

城市軌道交通； 自動售檢票; 二維碼電子車票

Author′s address Hunan Expressway Administration Bureau,410001,Changsha,China

自動售檢票(AFC)系統是基于計算機、通信、網絡和自動控制等技術,通過對計算機、統計、財務等專業知識的綜合運用,實現城市軌道交通售票、檢票、計費、收費、統計、清分和管理等全過程的自動化系統。AFC系統主要由聯網收費系統的中央清分系統(ACC)、線路中央計算機系統(LCC)、車站計算機系統(SC)、車站終端設備(SLE)及車票等五個層次組成[1]。車票作為乘客與軌道交通運營單位之間的媒介,記錄了乘客從購票開始,直至完成一次完整旅行所產生的費用、時間、乘車區間等信息。車票的合理選型對城市軌道交通AFC系統的建設與運營起著重要作用。

1 AFC系統車票發展現狀

根據信息記錄介質的不同,目前國內外常見的城市軌道交通車票媒介有三種:紙質、磁卡和智能IC卡[2]。由于傳統的紙質車票不適合進行機器識別,因此,AFC系統一般不考慮紙質的普通車票。

封閉式的AFC系統在20世紀70年代到80年代均以磁卡作為信息載體。磁卡車票雖然技術比較成熟,但存在磁卡信息存儲容量小、安全保密性差、車票傳輸機構復雜、造價昂貴、故障率和維修費用高等缺點,隨著近年來非接觸式IC卡的發展,磁卡車票逐漸被其取代。

非接觸式智能IC卡是由微型處理集成電路芯片經封裝制成的,具備信息存儲量大、信息安全性高、讀寫失效率低、抗干擾能力強等優點,因此,目前國內外城市軌道交通AFC系統大都采用非接觸式 IC 卡作為車票媒介。

2 二維碼技術介紹

二維碼是指在一維條形碼的基礎上擴展出另一維具有可讀性的條碼,如圖1所示。它使用黑白矩形圖案表示二進制數據符號信息,用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息,通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。

圖1 條形碼與二維碼圖

二維碼技術具有數據輸入快速、可靠,可機器識別，識別設備簡單、經濟和使用靈活等優點。但是，二維碼作為車票媒介只能在購票時記錄站名和發售時間,無法記錄進站時間和檢票機編號等計時統計信息，而國內外城市軌道交通普遍將計時制納入自身的票價結構中,這將會對AFC系統的計時制管理模式產生影響。因此,目前AFC系統沒有采用二維碼車票。

二維碼的大多數應用場景，是由商家提供二維碼讓用戶掃描，用戶掃描二維碼并觸發相關應用。這是主讀方式,此方式用戶無法避免掃描惡意二維碼帶來的風險。若由用戶主動生成二維碼，由商家來掃描,即被讀方式,則能提高用戶使用過程的安全性。AFC系統可利用基于二維碼的被讀方式,應用過程中的風險控制由系統后臺進行識別校驗。

3 二維碼電子車票的應用

隨著智能手機、平板電腦和4G移動網絡環境的普及,信息的交互和分享更加方便和及時,二維碼技術的應用不再受到時空和硬件設備的局限,可替代傳統的紙質車票及IC卡車票來作為媒介:傳統車票憑證的內容及持有者的信息通過加密并編碼后,成為一個二維碼圖形,用戶可以短信、彩信、手機APP軟件的形式下載保存至手機上;使用時,乘客持二維碼電子圖片在專用閘機的讀碼設備上進行識讀,后臺管理系統通過有線或無線4G VPN(虛擬通信專網)建立私有數據傳輸通道，減輕遠程訪問的費用負擔，并提供安全的端到端數據通信，實現相關子系統及設備間的遠距離實時交互驗證。響應時間一般不超過5 s,以保證大客流在進出站時站級系統的實時高效性。這種方式具有高實時性、唯一性和高安全性等特點,不僅解決了傳統媒介的弊端，節約了材料和物流成本，節省了乘客排隊購票的時間，提高了售檢票效率,而且非常環保和時尚,也順應了移動互聯網應用發展的潮流。

根據城市軌道交通AFC系統的技術參數要求,其車票一般包括單程票、儲值票、計次票等普通票，以及學生票、老人票等優惠票。由于優惠票的使用過程離不開人為監督,后臺系統不能僅通過對車票的校驗來判斷是否為本人使用,故優惠票存在被復制或盜刷的風險。因此,優惠票的使用需要結合其它方式如人工稽查、視頻識別等進行規范。普通票的風險控制可通過專網通信與后臺系統進行實時高效的校驗,因此,二維碼電子車票可替代傳統AFC系統中的普通票。

以二維碼電子車票充當單程票、儲值票、計次票等普通票的憑證，介紹二維碼電子車票的使用流程(見圖2)。

圖2 二維碼電子車票使用流程圖

(1) 乘客下載并注冊購票手機APP軟件,在軟件界面中選擇進、出口站,通過銀聯、支付寶或微信接口等移動支付手段完成購買單程票(或儲值票、計次票);部署在ACC的聯網售票后臺系統將保存購票記錄信息,且APP軟件將自動生成加密的二維碼電子車票。

(2) 乘客持手機中的二維碼電子車票在具備識別二維碼圖片功能的入口閘機上進行掃描讀取,部署在ACC的聯網售票后臺系統通過通信專網解密入口閘機傳來的識讀碼,并判斷電子票是否可用、入口站信息是否匹配、是否已刷過入口站信息等條件,然后將電子車票有效性判斷的結果通過通信專網、以加密方式返至入口閘機的工控機,閘機工控機通過解碼決定開閘放行或提示報警音。此時,聯網售票后臺系統修改該電子票的入口交易信息,同時向乘客的購票賬戶發送入口消費提醒。

(3) 乘客持已在入口閘機識讀過的二維碼電子車票在出口閘機上進行掃描讀取,部署在ACC的聯網售票后臺系統通過通信專網解密出口閘機傳來的識讀碼,并判斷電子票是否可用、是否已刷過入口站信息、余額(次數)是否足額等條件,然后將電子票有效性判斷的結果通過通信專網、以加密方式返至出口閘機的工控機,閘機工控機通過解碼決定開閘放行或提示報警音。此時,聯網售票后臺系統修改該電子票的出口交易信息:若電子票為單程票,則車票使用完,作廢處理;若電子票為儲值票,則扣除消費金額,保存出入口交易記錄信息;若電子票為計次票,則可用次數減1,保存出入口交易記錄信息。同時,聯網售票后臺系統向乘客的購票賬戶發送出口消費提醒。

4 系統架構

基于二維碼電子車票的城市軌道交通AFC系統可劃分為基礎設施層、數據層、支撐層和應用層,由相關標準規范及運行保障體系、信息安全保障體系支撐,并可與現有的AFC系統進行對接。其系統總體架構如圖3所示。

圖3 系統總體架構圖

(1) 基礎設施層：主要提供與用戶交互的接口服務,以及相關基礎硬件設施。

(2) 數據層：是系統的核心層,由車票信息數據庫、用戶信息數據庫、密鑰系統，以及銀聯、支付寶、微信等第三方移動支付接口組成,通過規范的接口和開發的通信協議實現與各子系統以及現有AFC系統之間的數據共享和交換。

(3) 支撐層：為AFC系統的開發和應用提供統一的支撐環境,包括數據交換平臺、安全認證、中間件、訪問控制、數據分析等支撐軟件。

(4) 應用層:應用層作為最終功能的直接體現層,以用戶的綜合應用需求為目標,既包括直接為用戶提供服務的二維碼售票APP軟件,還包括為管理部門提供支持的中心管理系統。

(5) 保障體系:包括標準規范及運行保障體系和信息安全保障體系。標準規范及運行保障體系包括系統建設中應遵守的國家、行業、地方標準和規章制度,是拓展AFC系統建設的指引,為實現兼容傳統AFC系統的基礎保障。信息安全保障體系采用安全技術產品,依據安全管理制度和技術規范,保障系統物理安全、網絡安全、系統安全和應用安全。

5 系統建設

根據系統的總體架構,可將系統劃分為后臺子系統模塊、售票子系統模塊和檢票子系統模塊,其功能框架圖如圖4所示。為實現本系統與傳統AFC系統的無縫對接,需建設如下模塊內容:

(1) 建設后臺管理系統、數據庫系統及相關接口。本系統的聯網售檢票后臺系統部署在現有AFC系統的ACC級,通過標準的接口與ACC進行對接,且各站級閘機工控系統與聯網售檢票后臺系統直接進行數據交互通信,實現用戶管理、數據查詢、資金結算清分、消費短信提醒、設備狀態監控、二維碼密鑰管理、移動支付接口管理、與現有AFC系統對接數據資源等功能。此外,包含用戶信息、車票信息、流水信息的數據庫也部署在ACC級,直接與聯網售檢票后臺系統對接。

(2) 實現手機APP售票軟件。為實現二維碼電子車票的售票過程,需開發相應的手機APP應用軟件。用戶在下載并注冊軟件后,通過界面的選擇條件,以銀聯、支付寶或微信接口等移動支付手段購買車票,軟件自動生成對應的二維碼電子圖片和購票記錄,用戶即可持符合要求的二維碼電子圖片作為車票憑證乘坐地鐵。

圖4 系統功能框架圖

(3) 研發具備二維碼識別功能的自動檢票機。為實現對二維碼電子車票進行檢票的功能,需在傳統自動檢票機的閘機投票口處增加二維碼掃描槍模塊,達到識別及驗證二維碼車票的目的。自動檢票機系統以工控機為中心,通過串口協議連接二維碼掃描槍、IC卡讀寫器、單程票回收裝置、三桿、乘客信息顯示器;通過I/O(輸入/輸出)總線控制頂燈、側燈、蜂鳴器等輔助設備及緊急狀態控制部件;通過通信專網與聯網售檢票后臺系統進行數據交互通信。自動檢票機系統結構如圖5所示。

(4) 應急機制。① 提供手持式二維碼檢票機。當設備故障或網絡通信失敗等異常情況導致自動檢票機(閘機)不能正常檢二維碼電子車票時,采用站級管理人員人工干預的方式,如使用手持式二維碼檢票機進行臨時檢票。手持式二維碼檢票機內包含無線通信模塊，能夠與后臺系統進行在線實時數據通信,若無線通信模塊也發生故障時,則采用脫機模式,對預先下載至手持式二維碼檢票機中的參數數據信息進行比較及判斷。② 閘機過道配置監控攝像頭。為稽查用戶使用二維碼電子車票使用情況,防止乘客惡意刷票,可通過視頻監控進行稽查。③ 設置客服專崗。當用戶的賬戶或車票被盜,可直接電話聯系客服,由客服通知后臺管理員鎖定賬戶。

圖5 自動檢票機系統結構

6 結語

二維碼電子車票與目前使用最廣的IC卡車票的相關特性比較如表1所示。

隨著移動互聯網的快速發展,二維碼作為一種快捷、簡便的支付媒介逐漸得到廣泛應用,采用二維碼電子圖片作為城市軌道交通AFC系統中的車票媒介，將給乘客帶來便捷時尚的體驗,也可為行業主管單位節省運營維護成本。

表1 二維碼電子車票與IC卡車票的特性比較表

[1] 趙時旻.軌道交通自動售檢票系統[M].上海：同濟大學出版社,2007.

[2] 梁苗.城市軌道交通自動售檢票系統車票選型探討[J].機電工程技術,2013(4):88.

Application of the Two-dimensional Code Electronic Ticket in AFC System

YANG Zhengjun

Through analyzing the current development of rail transit AFC system, the two-dimensional code electronic picture is proposes as the ticket media, the use process of two-dimensional code electronic ticket is introduced. Then, the overall structure and the development contents of this system are studied, which will bring the convenience for passengers in traveling and save the cost in operation and maintenance for the transit business companies.

urban rail transit; AFC (automatic fare collection); two-dimensional code electronic ticket

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.04.018

2015-04-21)