基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的軌道交通互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)

李兆君，張 建，馬曾卓

（1.合肥城市軌道交通有限公司，安徽合肥 230000；2.南京熊貓信息產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

在隨著“互聯(lián)網(wǎng)＋”和智慧城市建設(shè)發(fā)展，國(guó)內(nèi)軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）新技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)各地鐵城市開(kāi)始推出新型支付模式，目前較多城市實(shí)現(xiàn)了將二維碼支付成功運(yùn)用于地鐵票務(wù)中，有效解決了排隊(duì)購(gòu)票、零錢(qián)難兌、票款清點(diǎn)、加幣加票等問(wèn)題，減少人力、設(shè)備、票卡、解行等成本，“刷碼過(guò)閘，先乘后付”大大方便了乘客。新技術(shù)引發(fā)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的升級(jí)換代，互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，如何構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)也提上行業(yè)主管部門(mén)和地鐵公司的管理日程[1-2]。

1 定義

所謂互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)就是采用各種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)票的虛擬化、數(shù)字化，互聯(lián)網(wǎng)票種分為多種介質(zhì)，目前主要包括4 類：二維碼；NFC，分銀聯(lián)閃付卡，手機(jī)PAY，智能穿戴式設(shè)備，如智能手環(huán)、智能手表；生物特征識(shí)別，如人臉、掌紋、聲紋、虹膜；二維碼+藍(lán)牙等。基于以上多種新型的介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的虛擬化、數(shù)字化票種統(tǒng)稱為互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)。而在互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)使用、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中提供各種管理功能的信息系統(tǒng)稱為互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)。

2 設(shè)計(jì)原則[3]

2.1 系統(tǒng)可靠性原則

系統(tǒng)架構(gòu)健壯、運(yùn)行穩(wěn)定、功能可靠。支持通過(guò)容錯(cuò)、熱備、故障恢復(fù)等，在系統(tǒng)故障時(shí)能保持正常工作，確保數(shù)據(jù)不因意外情況丟失或損壞。

2.2 系統(tǒng)安全性原則

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、調(diào)試和維護(hù)的全生命周期，體系應(yīng)符合《信息安全等級(jí)保護(hù)管理辦法》信息安全等保三級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)要求，遵循國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)關(guān)鍵信息進(jìn)行機(jī)密管理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整、防非法修改。

2.3 系統(tǒng)擴(kuò)展性原則

系統(tǒng)應(yīng)具備在用戶量、業(yè)務(wù)量增大時(shí)，具備規(guī)模擴(kuò)展性，能快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化。系統(tǒng)采用松耦合構(gòu)件方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)用功能的擴(kuò)展可采用發(fā)布新構(gòu)件方式實(shí)現(xiàn)，且新功能的部署不影響客戶的使用。

2.4 系統(tǒng)開(kāi)放性原則

系統(tǒng)的主要功能、數(shù)據(jù)應(yīng)具備開(kāi)放性，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或通用的接口向外部提供數(shù)據(jù)和功能的支持，且對(duì)接口有安全性的保護(hù)控制。可通過(guò)接入各城軌互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)乘車功能的互聯(lián)互通。

2.5 實(shí)名制及信用消費(fèi)原則

要求接入互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)的移動(dòng)應(yīng)用，需遵循互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)實(shí)名制安全要求，在申請(qǐng)開(kāi)通服務(wù)時(shí)，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)的接口要求，提供用戶的實(shí)名信息，確保互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)運(yùn)營(yíng)的安全。在實(shí)名制的前提下，采用信用消費(fèi)模式，通過(guò)后臺(tái)行程匹配及計(jì)費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)先乘車后付費(fèi)。

2.6 業(yè)務(wù)安全及獨(dú)立性原則

互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)應(yīng)是獨(dú)立的，以保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性。業(yè)務(wù)密鑰使用城軌企業(yè)ACC 私有密鑰，確保城軌企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)的主控權(quán)。應(yīng)具備獨(dú)立發(fā)碼能力，同時(shí)支持國(guó)家其他行業(yè)、交通部的發(fā)碼要求，支持轉(zhuǎn)碼方式，在保障業(yè)務(wù)安全、獨(dú)立性情況下，支持行業(yè)兼容及業(yè)務(wù)拓展。簽名密鑰算法應(yīng)選用國(guó)密算法，可采用基于非對(duì)稱SM2 算法或/和3DES 的對(duì)稱簽名，在保障密鑰安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)脫機(jī)生碼模式的支持。

另外，平臺(tái)還要具有經(jīng)濟(jì)性、通用性、前瞻性，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)適應(yīng)發(fā)展的需求。

3 平臺(tái)構(gòu)建

如何構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的特性，結(jié)合城軌AFC 系統(tǒng)的定位，以合肥軌道交通二維碼掃碼過(guò)閘建設(shè)為例來(lái)說(shuō)明。

3.1 系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)

關(guān)鍵指標(biāo)主要有兩個(gè)方面，一是可靠性指標(biāo)，如可用性≥99.9%，MTBF＞6 個(gè)月，MTTR＜0.5 h，可連續(xù)7×24 h 工作。二是二維碼事務(wù)處理性能指標(biāo)，如電子票讀寫(xiě)處理時(shí)間≤400 ms，讀寫(xiě)距離≥60 mm，過(guò)閘通過(guò)能力≥60 人/（min×通道）。信息傳輸性能：實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步誤差≤1 s；交易數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳間隔時(shí)間≤1 min，其他數(shù)據(jù)≤15 min；命令響應(yīng)時(shí)間≤2 s；狀態(tài)改變的響應(yīng)時(shí)間≤1 s[4]。

3.2 構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)

3.2.1 平臺(tái)功能及域界面

互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)票務(wù)、新型互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的業(yè)務(wù)能力支持。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，包括數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)、二維碼管理系統(tǒng)；同時(shí)對(duì)AGM、BOM 進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)票務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的乘客事務(wù)處理；新建城軌APP，提供用戶實(shí)名認(rèn)證管理、二維碼掃碼乘車、移動(dòng)支付及城軌企業(yè)特色服務(wù)等。業(yè)務(wù)功能包括用戶系統(tǒng)、結(jié)算系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)、參數(shù)系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)等，管理各個(gè)子系統(tǒng)的帳號(hào)、密碼、權(quán)限等，以及各個(gè)子系統(tǒng)計(jì)劃任務(wù)。各平臺(tái)域界面如圖1 所示。

圖1 各平臺(tái)域界面

3.2.2 軟件架構(gòu)

本次二維碼過(guò)閘業(yè)務(wù)采用APP 客戶端與支付寶簽約代扣協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)扣費(fèi)過(guò)閘，用戶只需在手機(jī)APP 上注冊(cè)生成二維碼即可在車站閘機(jī)上掃碼進(jìn)出車站。處于業(yè)務(wù)核心的支付平臺(tái)首次采用私有云zstack、redis 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、MQ 消息隊(duì)列、F5 負(fù)載均衡器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大客流、多設(shè)備的壓力處理，為合肥地鐵開(kāi)啟了新技術(shù)應(yīng)用的先河。同時(shí)在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到遠(yuǎn)期其他支付機(jī)構(gòu)接入，在設(shè)計(jì)二維碼機(jī)構(gòu)中支持多種APP 和支付結(jié)構(gòu)的接入，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持未來(lái)五條線的客流量和并發(fā)數(shù)。同時(shí)系統(tǒng)采用云技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，也為后期接入創(chuàng)造便利條件[5]。平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖

3.2.3 云平臺(tái)架構(gòu)

按照傳統(tǒng)架構(gòu)+互聯(lián)網(wǎng)私有云架構(gòu)的模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)考慮了功能模塊化布置的需求，具備堆砌式擴(kuò)展的能力，同時(shí)系統(tǒng)安全采用三級(jí)等保，分為互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、AFC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入?yún)^(qū)、云平臺(tái)服務(wù)器區(qū)和安全運(yùn)維管理區(qū)等4 個(gè)區(qū)域。

3.2.4 APP 過(guò)閘業(yè)務(wù)流程

合肥軌道交通二維碼過(guò)閘技術(shù)于2018 年12 月24 日，在1、2 線正式上線公測(cè)，可適用Android 和IOS 系統(tǒng)手機(jī)，用戶操作流程如圖3 所示。

圖3 用戶操作流程

二維碼過(guò)閘門(mén)業(yè)務(wù)流程，用戶打開(kāi)合肥地鐵APP，展現(xiàn)乘車碼→用戶在閘機(jī)上的二維碼讀頭上實(shí)現(xiàn)拍碼支付，閘機(jī)對(duì)二維碼驗(yàn)證，有效后放行→閘機(jī)將本次交易信息實(shí)時(shí)推送給移動(dòng)支付平臺(tái)→移動(dòng)支付平臺(tái)將交易信息轉(zhuǎn)發(fā)給第三方開(kāi)放平臺(tái)→第三方平臺(tái)將乘車信息推送給合肥地鐵APP→移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行行程匹配并向第三方平臺(tái)發(fā)起支付。流程簡(jiǎn)圖如圖4 所示。

圖4 二維碼過(guò)閘進(jìn)出站流程

4 接口要求

4.1 平臺(tái)與ACC 接口

城軌互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)與ACC 接口主要包括二維碼交易對(duì)賬、同步實(shí)名認(rèn)證用戶信息接口，包括接口協(xié)議、交易對(duì)賬流程。

4.1.1 接口協(xié)議

接口協(xié)議包括文件傳輸及存取方式、文件列表、文件格式。平臺(tái)與ACC 對(duì)賬數(shù)據(jù)接口采用文件格式，采用HTP 傳輸方式，傳輸中文件以.tmp 作為后綴，傳輸完成后刪除后綴。文件格式可分為二維碼行程文件、日終行程調(diào)整交易文件、單邊交易文件、差異交易及調(diào)整文件、以及用戶實(shí)名認(rèn)證信息文件等。

4.1.2 交易對(duì)賬

主要是平臺(tái)與ACC 對(duì)賬，平臺(tái)接收終端實(shí)時(shí)上傳過(guò)閘數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)營(yíng)日間和日終處理，與ACC 各類交易數(shù)據(jù)對(duì)賬，進(jìn)行差異調(diào)整處理。

4.2 平臺(tái)與AGM 接口

平臺(tái)與AGM 的接口主要由指令接口定義、交易接口協(xié)議兩部分組成。

4.2.1 指令接口定義

指令接口定義包括指令碼定義、客戶端注冊(cè)、心跳檢測(cè)、終端交易控制參數(shù)下載、掃碼數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、掃碼聯(lián)機(jī)驗(yàn)證、發(fā)碼機(jī)構(gòu)公鑰證書(shū)下載等。

指令碼定義是對(duì)各種指令代碼功能進(jìn)行定義，如A1H 表示心跳檢測(cè)。客戶端注冊(cè)、心跳檢測(cè)、終端交易控制參數(shù)下載、掃碼數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、掃碼聯(lián)機(jī)驗(yàn)證、發(fā)碼機(jī)構(gòu)公鑰證書(shū)下載是對(duì)本類指令定義、確定請(qǐng)求和返回?cái)?shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)定。同時(shí)處理原則和異常情況處理進(jìn)行規(guī)定。

4.2.2 交易接口協(xié)議

交易接口協(xié)議包括通信協(xié)議格式、報(bào)文格式、報(bào)文數(shù)據(jù)元說(shuō)明、指令錯(cuò)誤返回碼定義以及安全要求等。

通信協(xié)議格式約定基于TCP/IP 協(xié)議，交互采用長(zhǎng)、短連接方式，報(bào)文（包括請(qǐng)求及應(yīng)答）數(shù)據(jù)元采用key=value 的形式組織，并以&作為連接符拼接成字符串進(jìn)行編碼，在數(shù)據(jù)包最后使用 進(jìn)行標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)集合（ARRAY）類型的數(shù)據(jù)元名稱采用英文大括號(hào){}進(jìn)行包括，各個(gè)數(shù)據(jù)子集之間采用# 進(jìn)行分隔。接口服務(wù)方、發(fā)起方在建立通信連接后，通過(guò)指定端口與服務(wù)程序進(jìn)行連接。交互采用申請(qǐng)?應(yīng)答交互方式進(jìn)行，應(yīng)答報(bào)文將以同步響應(yīng)的方式返回給請(qǐng)求方，每次交互設(shè)置交易時(shí)限，超時(shí)失敗。

為了防止通信過(guò)程中報(bào)文信息被惡意篡改，除特殊要求外，雙方通信報(bào)文要簽名，交易請(qǐng)求方實(shí)現(xiàn)對(duì)請(qǐng)求報(bào)文簽名，交易服務(wù)端對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證，簽名不合法的請(qǐng)求將會(huì)被拒絕。以保證通信交易的安全性。

4.3 平臺(tái)與BOM 的接口

平臺(tái)與BOM 的接口主要由實(shí)時(shí)交易接口定義、交易接口協(xié)議兩部分組成。

4.3.1 實(shí)時(shí)交易接口定義

實(shí)時(shí)交易接口定義主要由用戶信息查詢、用戶行程查詢、客服行程補(bǔ)登、客服行程撤銷、代申請(qǐng)出站憑證等組成。每部分又分別由接口功能描述、請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文定義組成。

4.3.2 交易接口協(xié)議

交易接口協(xié)議由接口協(xié)議格式、交易報(bào)文結(jié)構(gòu)、公共報(bào)文信息、報(bào)文數(shù)據(jù)元說(shuō)明，以及安全要求組成。平臺(tái)與BOM的交易接口實(shí)現(xiàn)采用HTTP 作為傳輸協(xié)議，json 作為傳送信息的編碼格式，接口服務(wù)提供方實(shí)現(xiàn)接口服務(wù)程序。交易報(bào)文結(jié)構(gòu)，雙方交換的消息報(bào)文以json 格式。公共報(bào)文信息由HTTP 請(qǐng)求頭與應(yīng)答頭，請(qǐng)求公共參數(shù)與應(yīng)答公共參數(shù)組成。同樣為了防止通信過(guò)程中報(bào)文信息被惡意篡改，通信報(bào)文要簽名機(jī)制，交易雙方分別報(bào)文簽名和驗(yàn)簽，以保證通信交易的安全性。

4.4 城市間互聯(lián)互通

各城市軌道交通互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)要預(yù)留互聯(lián)互通接口，以方便實(shí)現(xiàn)城市間互通，為跨區(qū)域出行人員提供便利。可以采用SDK 調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)行對(duì)賬和清算。

5 管理要求

5.1 對(duì)賬業(yè)務(wù)管理

互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)交易數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)云平臺(tái)、ACC 以及第三方支付平臺(tái)間進(jìn)行對(duì)帳，以ACC 數(shù)據(jù)為主；平臺(tái)提供清結(jié)算報(bào)表，數(shù)字票務(wù)系統(tǒng)對(duì)行程匹配、計(jì)費(fèi)；平臺(tái)通過(guò)終端補(bǔ)登、撤銷時(shí)，數(shù)據(jù)同步上傳ACC，ACC 對(duì)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核；數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程要對(duì)敏感信息加密，MAC 驗(yàn)證、TAC 驗(yàn)證，采用專線傳輸時(shí)可以不加密。

5.2 運(yùn)營(yíng)服務(wù)管理

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)用戶統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)乘客信息、行程查詢及處理；為客戶提供服務(wù)支持，如咨詢、注冊(cè)、注銷、扣費(fèi)等；支持雙脫機(jī)模式。

5.3 應(yīng)急處置管理

制訂系統(tǒng)故障和大面積終端故障時(shí)的應(yīng)急處置預(yù)案，明確崗責(zé)、明確流程；人員引導(dǎo)、標(biāo)識(shí)引導(dǎo)、廣播告知、官網(wǎng)通知；啟動(dòng)傳統(tǒng)售檢票模式；如果傳統(tǒng)設(shè)備也大積故障，必要時(shí)啟動(dòng)紙票，以限流、分流為宜，引導(dǎo)快速通行離站為主。

6 結(jié)束語(yǔ)

引入“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通理念，以智慧出行服務(wù)為宗旨，顛覆了傳統(tǒng)地鐵票務(wù)模式，減輕了地鐵建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本、現(xiàn)金管理、設(shè)備維護(hù)等壓力，同時(shí)為乘客提供了更加便捷的乘車體驗(yàn)，在智慧城市建設(shè)過(guò)程中，提升了城市品質(zhì)和管理服務(wù)水平。