基于RFID的電子客票系統設計研究

何茜

（陜西郵電職業技術學院 計算機系，陜西 咸陽712000）

基于RFID的電子客票系統設計研究

何茜

（陜西郵電職業技術學院 計算機系，陜西 咸陽712000）

目前，我國鐵路運輸采用紙質客票，其存在易造假、檢票效率低等問題難以克服。因此，亟待研究提出新的技術方案。隨著RFID技術的快速發展，其天然具有快速讀取與防偽特性，被廣泛應用于個人身份識別證件中，為解決這一問題提供了新的思路。提出了基于RFID技術的電子客票系統設計。主要對系統結構、系統設計及工作流程，以及包括檢票終端主控電路設計、RFID數據表設計、客票信息分發規則、RFID防碰撞算法、旅客丟失遺忘客票處置等系統關鍵部分設計進行了研究，從而為解決鐵路客運問題提供新的思路。

RFID；電子客票；單片機；身份認證

在我國，鐵路客運是主要的旅客運輸方式之一，每年承載了大量的旅客運輸工作，據有關資料統計，每年我國鐵路客運量超過了10億人次[1]，其中2015年1-10月，我國鐵路客運量累計為21.64億人，同比增長9.98%。我國鐵路客運仍采取傳統的紙質客票方式，這種客票存在易造假、檢票效率低等缺點，每年公安部門都會破獲多起制作和販賣假客票的案件。因此，紙質客票對旅客乘車體驗及鐵路運輸安全帶來了一定隱患。隨著RFID技術的快速發展，其天然具有快速讀取與防偽特性，被廣泛應用于個人身份識別證件中。例如，當前世界各國開展的電子護照項目，還有我國的第二代身份證等[2-6]。因此，文中提出了一種基于RFID技術的電子客票系統設計，以期解決紙質客票存在的諸多問題。

1 系統結構

該系統由4個子系統構成，分別是系統后臺、售票子系統、檢票子系統、其他服務子系統。其中購票系統主要完成電子客票的發售，檢票系統實現基于RFID的身份認證功能，其他服務系統完成旅客臨時補票、報銷票打印等功能。系統結構如圖1所示。

2 前臺服務系統設計及工作流程

基于RFID的電子客票系統包括：系統后臺和前臺服務系統，其中前臺服務系統主要包括售票子系統和檢票子系統兩個部分。

圖1 系統結構框圖

2.1 售票子系統設計

售票子系統負責售票，包括網絡售票、人工售票系統和自動售票終端等方式，其設備核心由RFID讀寫器和RFID電子標簽組成。其中，RFID電子標簽是電子車票的主要載體，由耦合元件及芯片組成。它接受讀寫器的激活操作，正確的發射和接收射頻載波信號，與讀寫器之間實現數據信息的傳輸交換功能。

2.2 檢票子系統設計

檢票子系統是電子客票系統服務旅客的主要部分，其工作是否穩定、高效，將直接影響旅客生人火車時的體驗效果。檢票子系統主要由RFID讀卡器門禁系統、視頻監控部分、上位機組成，通過檢驗RFID卡信息，驗證乘客身份，當RFID電子車票進入檢票終端RFID有效識別區時，可被自動識別。自動檢票終端內的讀寫器通過RS232接口與上位機應用軟件通信，完成檢票功能[7]。檢票子系統框圖如圖2所示。

圖2 檢票子系統框圖

2.3 系統工作流程

總體來講，系統運行包含3個部分，即售票、檢票、打印車票。在售票環節，當首次購票時，無論乘客采取哪種購票方式，均需在人工售票窗口或者自動售票終端通過身份證驗證，完成乘客身份信息及照片錄入系統后端數據庫，同時取得與之唯一對應的RFID電子車票，隨后將乘客信息及乘車信息寫入RFID電子車票內。后續購票時，如果乘客采取網上購票的方式，那么再去人工售票窗口或者自動售票終端寫入乘車信息，而是由檢票子系統完成乘車信息寫入。在檢票環節，對于首次乘車者，主要執行讀操作，即將RFID電子車票中包含的車票信息上傳至上位機軟件，并與數據庫后臺對比驗證；對于非首次乘車者，先執行讀操作，讀取RFID電子車票中的身份信息，并上傳至上位機，通過與數據庫后臺對比驗證合法后，再執行寫操作，即將車票信息寫入RFID電子車票中，從而完成檢票。其工作流程如圖3所示。

圖3 系統工作流程圖

3 檢票終端關鍵部分設計

檢票終端主控電路設計、RRFID數據格式設置、客票信息分發、RFID防碰撞算法等問題是系統正常、高效運行的關鍵部分。

3.1 檢票終端主控電路設計

考慮到檢票終端直接與上位機連接，并在上位機的驅動下操縱讀寫器，絕大多數任務由上位機完成，檢票終端其任務并不復雜，對主控芯片的性能要求并不是太高的實際，采用AT89C51單片機作為主控芯片，并輔以232電平轉換芯片MAX232、輸入電源、數據存儲單元 MF24C64、485電平轉換芯片MAX487、液晶顯示單元LM016L、揚聲器等構成。AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案[8]。在系統中，AT89C51單片機的RXD（P3.0）和TXD（P3.1）分別接至電平轉換芯片MAX487的RO和DI口、MAX232的T1IN和R1OUT口，用于單片機與讀寫器的連結。數據存儲單元MF24C64用于存儲讀取的RFID電子客票數據[9-13]。主控電路設計如圖4所示。

圖4 檢票終端主控電路圖

3.2 RFID數據表設計

依據鐵路客票實際需要，設計信息豐富、結構合理的RFID數據表是實現系統高效、可靠運行的重要保證。在該系統中，RFID數據表主要設計了身份證號、姓名、性別、照片信息、乘坐車次1、出發地1、到達地1、發車時間1、乘坐車次2、出發地2、到達地2、發車時間2字段。各字段數據類型如表1所示。

表1 RFID數據表

之所以設計了2個車次信息，是考慮到在特殊情況下，旅客可能會同時購買了2張車票（甚至更多張車票，在此為了節省篇幅，只設想了2張車票，在實際運用中可以設置更多車次信息），所以設計2個乘坐車次、出發地、到達地、發車時間字段。

3.3 客票信息分發規則

如果將每名旅客乘車信息同時分發到每1個車站的每1個檢票終端，將會帶來數據災難，同時影響檢票效率。因此，考慮到每名旅客乘車，只是在有限時間段的特定區間內的實際，所以設計了有限客票信息分發規則，即對任何一個車站，均由系統后臺分有限時間內的（例如2小時）該站出發車次的乘客信息到檢票終端。設計這樣的客票信息分發規則，其好處在于，可以減少系統終端到檢票終端的數據流量，提高查驗身份以及寫入客票信息效率。

3.4 RFID防碰撞算法

當讀寫器向發出查詢指令時，很可能會出現兩個或兩個以上的標簽同時響應讀寫器的查詢，由于標簽傳輸信息時選取的信道一樣，且沒有MAC控制機制，極易產生返回信息相互干擾，從而導致讀寫器不能正確識別每個標簽的信息，最終降低了讀寫器的識別效率和識讀速度，這就是多標簽碰撞問題。像檢票口這種客流十分密集的地方，標簽數量很大，發生多標簽碰撞的概率很大。因此，系統必須采用一定的策略來避免沖突現象的發生，準確地將檢票區內的多個標簽識別出來，保證旅客能夠順利地乘車。常用的多標簽防碰撞技術包括：空分多路（SDMA）、時分多路 （TDMA）、碼分多路 （CDMA）、頻分多路（FDMA）。由于時分多路（TDMA）具有應用簡單、容易實現對大量標簽數據的讀寫的特點[14-20]，所以在系統中采取時分多路多標簽防碰撞技術。

3.5 旅客丟失遺忘客票處置

乘坐火車時，發生旅客丟失或遺忘RFID卡的現象是不可避免的。為解決這一問題，系統提出設置專門的客票補票窗口或者自助出票終端，由人工或者自動完成旅客身份信息驗證后，按旅客要求打印紙質車票。

4 結束語

相比傳統紙質車票，基于RFID的電子客票系統具有以下優勢：一是實現無紙化購票，購票者只需第一次領取RFID身份認證卡，即可在以后實現無紙化乘車，極大地方便了旅客乘車。二是節省了售票、檢票等環節對人力的需要，同時也提高了其工作效率，從而節省了車站運營成本。三是可以方便準確地控制車站旅客流量，有效減輕客運高峰期車站安全壓力。四是通過人像識別技術和身份認證技術的應用，可以截斷違法犯罪人員利用火車作為交通工作流竄的途徑，最大限度地保證公共安全。因此，隨著RFID技術日益成熟，成本更加低廉，運用RFID技術的電子客票將會在鐵路客運中發揮更大更好的作用。

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Research on the design of electronic passenger ticket system based on RFID

HE Qian
（Shaanxi Post and Telecommunications College the computer department，Xianyang 712000，China）

At present，China's railway transport paper ticket.The ticket is easy to fake and low efficiency.Therefore，it is urgent to study and propose a new technical scheme.With the rapid development of RFID technology，it is widely used in personal identification documents，and it provides a new way to solve this problem.The design of electronic ticket system based on RFID technology is put forward.The system structure，system design and working process of the，and includes a ticket terminal main control circuit design，RFID data table design，ticket information distribution rules，RFID anticollision algorithm，passengers lost forgotten such as the disposal of the ticket，a key part of the system design were studied，so as to provide a new idea to solve the problem of railway passenger.

electronic passenger ticket；MCU；identity authentication

TN791

：A

：1674-6236（2017）02-0014-04

2015-12-12稿件編號：201512136

陜西省教育廳科研計劃項目資助（14JK2024）；陜西郵電職業技術學院院級課題項目資助（SPTC201402）

何 茜（1982—），女，四川內江人，碩士，講師。研究方向：數據庫技術、網絡技術。