智慧城軌自動售檢票系統的技術發展趨勢

楊承東，劉 洋

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

1 AFC 系統的目標和存在的問題

隨著移動互聯網、信息化技術的快速發展以及城市軌道交通線網規模的不斷擴大，“智慧化”已成為軌道交通技術發展的新趨勢。2020 年3 月，中國城市軌道交通協會發布了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》(以下簡稱《綱要》)，開啟了智慧城軌建設的序幕。其中，通過提升票務服務的智能化水平從而創建智慧乘客服務體系是《綱要》的重點之一。《綱要》明確了自動售檢票(automatic fare collection，AFC)系統的2025 年目標：“智能售檢票的實名制乘車、生物識別、無感支付、語音購票等普遍采用，各城市間乘車暢行無阻，智能票、檢合一的新模式普遍應用；智慧車站的自動開關站、語音問詢、信息服務、動態引導、環境調控等服務功能齊全；智能列車的信息服務溫馨實用、個性化需求多樣完善；緊急情況下智能管理、引導與應急疏散客流，乘客服務安全有序；智能線網運力服務精準匹配、安全、快捷、高效。”[1]

在智慧城市軌道交通發展的新形勢下，自動售檢票系統在系統架構、數據傳輸、支付方式、互聯互通等方面的建設相比傳統模式有著較大的差異。同時，由于國內城市軌道交通AFC 系統的建設標準不一、所處階段不同、信息化建設進程差異較大，尤其是對智慧城軌發展形勢下的AFC 系統認知程度深淺有別，導致乘客使用不便、系統改造頻繁、互聯互通性差等問題[2]，不利于軌道交通AFC 系統的可持續發展。

針對以上問題，迫切需要根據智慧城軌的AFC 系統需求，結合國內各城市AFC 系統的發展現狀，總結歸納出新形勢下的AFC 系統技術發展趨勢，以便于長遠地指導城市軌道交通線網AFC 系統的建設與運營。

2 智慧城軌對AFC 系統的需求

隨著國內城市軌道交通的快速發展，網絡化與智能化運營時期已經到來。在智慧城市軌道交通發展的新形勢下，AFC 系統需求成為智慧乘客服務系統建設的關鍵制約因素，主要包括以下方面：

1) 系統架構精簡化。精簡化并非是系統功能的缺失，而是在保障線網AFC 系統正常運營的情況下，結合本地的線網規模、線路建設、系統投資等因素，高效利用各種資源，實現AFC 系統架構的精簡，降低建設、運營、維護成本。

2) 高峰客流及突發大客流條件下的客流數據實時監測以及客流疏導。在日常高峰客流及大客流條件下，軌道交通車站的客流擁堵已成為常態，站臺乘客安全隱患亟需解決；需要通過AFC 系統終端設備實時上傳客流數據，為運營管理部門動態監測和疏導客流提供決策參考。

3) 提供基于生物識別等技術的智能化、無感化票務服務。隨著智能手機的普及以及生物識別技術的發展，車票已經逐漸演變為乘客乘坐軌道交通的憑證，用生物識別等技術實現智能化、無感化的票務服務是提高運營服務水平的關鍵。

4) 解決客流通行效率與安全防控高要求的突出矛盾。隨著軌道交通線網客流的與日俱增，以及安檢和反恐防范要求的提高，高峰小時客流通行受到人工安檢效率低的影響，存在客流擁堵情況嚴重、運輸能力未充分利用、乘客投訴頻繁等問題，亟需探索更加智能化的安檢、票檢模式。

5) 基于三網融合以及城市群、都市圈發展的互聯互通服務。隨著京津冀、長三角、珠三角、粵港澳大灣區等城市群的規劃政策逐漸明確，市域軌道交通也成為軌道交通領域的重要發展分支之一，城市群之間的互聯互通刻不容緩。在此背景下，實現城市間AFC系統的互聯互通成為了迫切需求，票務服務須由單城市向城市群、都市圈演變。

6) 實名制乘車。若要有效滿足上述需求，實名制乘車是關鍵，其中實名制是智慧乘客服務的基礎支撐條件。

3 AFC 系統的技術發展趨勢

結合新形勢下的軌道交通AFC 系統需求以及發展現狀，筆者得出AFC 系統的技術發展趨勢，主要包括以下幾個方面：精簡化系統架構、交易數據實時上傳、票卡虛擬化及支付多元化、安檢票檢一體化及乘車實名制、互聯互通。

3.1 精簡化系統架構

隨著國內城市軌道交通的快速發展，傳統AFC 系統的建設思路和系統架構基本穩定成熟，各線路一般獨立建設，采用標準5 層系統架構(清分中心ACC、線路中心LCC、車站計算機SC、車站設備層SLE、票卡層)[3]。但是，這種建設模式增加了中心級設備采購、應用軟件開發、維護等費用，同時也需要增加大量的電力、人力、用房等資源。考慮到多線獨立建設線路中心導致運營管理的復雜程度增加，逐步衍生出多種AFC 系統架構變體，如北京采用多線共用AFC系統線路中心、南京采用區域控制中心等取代單線路中心[4-5]的方式，這在一定程度上減少了系統建設投資，節省了運營維護的工作量和人力資源，但這并未從根本上解決資源共享率低、系統擴展難度大等問題。近年來，溫州市域鐵路、廣州地鐵、鄭州地鐵、成都地鐵、洛陽地鐵等陸續將清分中心、線路中心進行整合，形成清分中心、車站、設備層、車票的4 層系統架構，不僅實現了網絡化運營管理，還達到精簡系統架構、高效利用資源的目的，取得了較好的效果。

與此同時，隨著互聯網支付以及云計算技術的快速發展，基于云平臺的“互聯網+AFC”系統架構成為了主流建設模式。全國所有在建軌道交通的城市將互聯網票務平臺納入了AFC 系統的同步建設，并實現了互聯網支付功能；同時溫州、鄭州、成都、深圳、呼和浩特、太原、洛陽、金華、哈爾濱等城市已經明確，采用城軌云平臺搭建AFC 系統[6]。

可以看出，各大城市已經不同程度地根據本地的交通狀況、線網規模、運營管理需求等，對AFC 系統架構進行了靈活的調整和優化，傳統的AFC 系統5層體系架構已逐步被基于云平臺的“互聯網+AFC”精簡化系統架構所替代。

3.2 交易數據實時上傳

在日常高峰客流以及大客流條件下，車站客流擁堵已成為常態。為保證車站(尤其是站臺)乘客的安全，采取進站限流、增開列車以及站臺客流疏導方式，已成為運營管理部門常用的客流組織手段。然而，這些客流組織手段目前大多依賴于人工，存在一定的安全隱患。另外，在新冠肺炎疫情防控期間，根據各地區防疫指揮部的要求，需要通過乘客的動態出行數據進行大數據分析，從而實現更有效的客流動態管控。為此，國內軌道交通已逐步開展依據車輛稱重傳感器、人臉識別攝像頭、售檢票設備來動態監視車站站臺的客流擁擠程度以及控制客流等方面的研究[7]。但是，由于客流數據并非實時上傳，導致設備只能起到監視效果，在客流控制方面仍然依賴于人工與傳統的管理模式，亟需通過票卡交易數據的實時上傳，輔助運營管理部門進行智能化的決策。

AFC 系統交易數據主要包括單程票、儲值票的進站、出站記錄等，通常是間隔15 min 甚至更長時間統一采集后進行上傳，而且受到傳輸層級較多(SLE-SCLCC-ACC 逐級上傳)的影響，到客流數據解析時已產生較大的延時，難以作為動態疏導客流的數據支撐[8]。為此，各大城市已經逐步開展了AFC 系統交易數據實時上傳的研究，同時結合站臺人臉識別攝像頭，以及車輛稱重傳感器的動態監測數據，實現動態的客流監測；通過提前設定的站臺乘客閾值，使閘機控制進站客流，在達到閾值時告警，并提供動態客流控制手段給運營管理部門決策參考。目前，溫州市域鐵路的AFC 系統票卡交易數據采用“SLE-SC-ACC”3 層實時數據傳輸架構；廣州地鐵新線將傳統5 層架構系統調整為票務交易數據，采用“SLE-ACC”2 層實時數據傳輸架構。

交易憑證數據的實時上傳已成為實現車站站臺客流動態監測與控制的關鍵制約因素，精簡的交易憑證數據實時傳輸結構能幫助實現交易憑證數據的實時上傳，可為動態、精準地控制車站客流提供數據支撐。同時，通信傳輸系統為AFC 系統提供大帶寬、低時延的網絡通道，這也是非常重要的基礎。

3.3 票卡虛擬化及支付多元化

隨著智能手機的普及以及生物識別技術的發展，車票不再是傳統意義上的實體卡片，它演變為乘客乘坐軌道交通的實體或虛擬憑證，如手機二維碼、手機藍牙、人體生物特征等。目前，軌道交通采用互聯網支付方式過閘的乘客比例正逐步提高，據不完全統計，已有17 座城市的地鐵互聯網過閘客運量占比達到30%以上。同時，各大城市正對生物識別過閘進一步深入挖掘，人臉識別技術已在北京、濟南、深圳、鄭州、天津、貴陽等城市的地鐵AFC 系統中應用，全態識別技術在南寧地鐵試點研究，虹膜識別技術已在福州地鐵中應用。

同時，隨著電子支付在軌道交通中的推廣應用，AFC 系統支付方式已由單一的刷卡支付逐步發展為多元化支付[9]，乘客可以任意選擇使用支付寶、微信、銀聯云閃付等方式實現過閘與扣費。同時，隨著生物識別技術在軌道交通AFC 系統的逐步應用，可通過關聯乘客生物及非生物特征、身份、信用支付等信息，將各類支付方式設置為不同標簽，系統根據支付標簽進行乘客配對完成扣費。目前，廣州地鐵新線擬通過關聯乘客生物及非生物特征、身份、信用支付等標簽信息，使AFC 系統按需與乘客信息庫進行數據交互，以實現精準的票務服務。

另外，隨著央行正式發行法定數字貨幣并開展相應的應用試點，軌道交通將成為使用頻率較高的場所之一。法定數字貨幣具備流通性強、安全性高、可控匿名、支付交易便捷等優點[10]，其首要取代的是AFC系統現金流通類業務。法定數字貨幣不僅能夠獲得與支付寶、微信等第三方支付平臺同樣的支付體驗，無需與商業銀行接口，而且還能實現“雙離線”交易，為AFC 系統實現去現金化、支付體驗便捷化、收益審核精準化提供了重要的支撐。綜上所述，票卡虛擬化及支付多元化從根本上克服了乘客購票、充值等帶來的不便，解決了現金交易產生的運維繁雜等問題，能夠減少現金交易，降低運維成本，提升乘客服務質量。

3.4 安檢票檢一體化及乘車實名制

隨著軌道交通線網規模的不斷擴大和安全防控要求的不斷提高，客流通行與安檢之間存在的矛盾逐漸凸顯。在傳統的建設模式下，票檢與安檢是獨立運營的兩個系統，通常采用先安檢后票檢的通行方式。由于數據信息不互通，安檢與票檢工作相對獨立，容易引發進站客流的擁堵。為加強安檢、票檢的信息互通，提高安檢、票檢的效率和服務品質，《城市軌道交通運營管理規定》[11]以及《綱要》中明確提出，鼓勵實行安檢新模式，探索票檢、安檢合一的新模式。

目前，國內一線城市已逐步開展票檢安檢一體化方案的應用研究。上海地鐵在部分站點試點“安檢、票檢快捷通道”進站措施，乘客可持METRO 大都會App 通過“安檢、票檢快捷通道”刷碼進站乘車；武漢地鐵開展試點研究，通過大數據采集將乘客按白、灰、黑名單進行分級，完成人臉采集的白名單乘客可通過“安檢、票檢快捷通道”，灰、黑名單乘客仍采用傳統的安檢方式。此外，鄭州、西安等城市已經在進行依據人臉識別的安檢票檢一體化實踐。

可以看出，安檢票檢一體化模式通過乘客身份辨識進行分流，為部分乘客提供快捷通道，能夠實現精準防控、安全高效兼顧的目標，是解決客流通行和安檢的突出矛盾的重要手段，也是未來安檢、票檢新模式的發展趨勢。

然而，安檢票檢一體化模式需要對乘客進行精準、有效的信息采集，離不開乘車實名制。同時，隨著生物識別技術在軌道交通AFC 系統的逐步應用，推行地鐵乘車實名制，從而幫助構建地鐵乘客信用體系，也是未來AFC 系統的研究重點。

2020 年1 月以來，全球爆發的新冠肺炎疫情防控進入關鍵階段，軌道交通運營管理部門可通過乘車實名制，達到乘客出行信息可查詢、可追溯的目的，從而確定出行者中是否已有人被新型冠狀病毒感染或是病例的密切接觸者。目前，全國多個城市實施了乘車實名制：深圳地鐵線網已全面啟用實名制乘車，通過構建“三戶模型”實現實名制、賬戶制，確保乘客信息可查詢、可追溯，實現對重點疑似人員的行程軌跡有效跟蹤；廣州地鐵宣布，實行掃碼實名乘車；青島市公共交通和出租車行業實行實名制；武漢地鐵采用“實名登記、亮碼出行”的方式。

綜上所述，安檢票檢一體化以及乘車實名制化，可以提高安檢、票檢的信息互通性，有效解決客流通行效率與安全防控之間的矛盾，能夠幫助構建地鐵乘客信用體系，還能在保障市民健康安全出行方面提供信息追溯渠道，這將成為未來AFC 系統行業內的研究重點和發展方向。

3.5 實現城市間的互聯互通

互聯互通關鍵解決的是乘客在軌道交通中實現“一票出行”[12]。目前，我國有兩個全國性的儲值票卡形式的互聯互通項目，分別為住建部和交通部主導的全國一卡通互聯互通項目。從票卡應用和支付方式看，有傳統IC 卡支付方式、銀聯閃付支付方式，都已具備城市內、城市間的互聯互通基礎，可滿足乘客市內以及城市間的出行需求，缺點是清分體系和票卡管理復雜。近年來，隨著“互聯網+AFC 系統”建設進程的加快，以二維碼為代表的移動支付技術在軌道交通行業內發展迅速，然而二維碼技術應用時缺乏統一標準，難以直接地互聯互通。與此同時，隨著生物識別技術的快速發展，人臉、虹膜、掌靜脈、指靜脈等識別技術已逐步試點應用于AFC 系統，互聯互通問題也有待解決。

實名制信用消費將是未來乘車憑證互聯互通的發展趨勢。隨著智慧地鐵的建設，乘客實時信息是智慧城軌大數據應用的主要源數據之一，各個城市的地鐵官方App 是為乘客提供精準服務的重要窗口，智能票務業務是地鐵官方App 的主要功能，連接各個城市地鐵的官方App 成為互聯互通的剛需。

隨著城市群的規劃政策逐漸明確，實現城市群之間的互聯互通工作已經刻不容緩。目前，使用“Metro大都會”App 的乘客已經可以在上海、杭州、寧波等13 個城市的軌道交通“一碼”暢行；中國城市軌道交通協會主導的城軌易行平臺已經連接了10 多個城市，旨在得到全國地鐵的認同，通過后臺換碼的技術路線，使各個城市的地鐵官方App 都能漫游到其他城市，達到乘坐地鐵可互聯互通的目的；金義東市域軌道交通要求金華、義烏及東陽3 個城市的“市民卡”以及交通運輸部一卡通、銀聯云閃付、第三方支付、江浙滬一碼通等，都可在金華市軌道交通領域內使用；廣州地鐵通過互聯互通規劃統一票務技術標準，初期實現廣佛線網內所有票種的無障礙付費區互融互通，近期實現在粵港澳大灣區內的“一票通”。

由此可以看出，加強城市間的聯系已成為迫切需求，實現城市間的互聯互通已成必然，城市軌道交通AFC 系統規范即將發布，不同城市“互聯網+AFC”系統的業務流程和數據規范將逐步標準化，百花齊放的互聯互通局面正在形成。

4 結語

隨著國內城市軌道交通建設的大力推進，以及云計算、電子支付、生物識別等技術在AFC 系統中的不斷推廣應用，AFC 系統已成為提升乘客服務質量的關鍵之一，其系統建設也越來越受到重視。精簡化系統架構、票卡交易數據實時上傳、票卡虛擬化、支付多元化、安檢票檢一體化、乘車實名制化、互聯互通的實現，能夠很好地解決投資浪費、運營管理難度大、乘客使用不便、互通性差等問題，可為智慧城軌尤其是智慧乘客服務體系的建設提供較大的研究和應用價值，有利于城市軌道交通AFC 系統的可持續性發展。此外，AFC 系統作為軌道交通的重要安全生產系統之一，其外部、內部網絡均有可能受到網絡攻擊，導致數據丟失、信息泄密甚至是系統癱瘓，信息安全也將成為智慧城軌AFC 系統的重要建設發展方向，從而保障軌道交通AFC 系統的安全運行。