京張高鐵多模態智能票務模式研究

閻志遠，汪健雄

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

北京2022 年冬奧會和冬殘奧會（簡稱：冬奧會）是3 賽區聯動、以高速鐵路為主要運輸方式的冬季奧運盛會。北京—張家口高速鐵路（簡稱：京張高鐵）是辦好2022 年冬奧會的關鍵基礎設施。為滿足多國政要、運動員、媒體、觀眾等人群在冬奧會期間的出行需求，彰顯科技冬奧會理念，研究京張高鐵智能化服務技術勢在必行。

為提供便捷、溫馨、舒適、安全的出行服務環境，融合京張文化、中國文化、高鐵元素的京張特色的北京冬奧會全方位新體驗，迫切需要解決乘客需求多元、語言體系多樣、站車服務協同、安全要素復雜、平賽資源統籌等條件下，京張高鐵智能化服務（高鐵運營）與冬奧會科學辦賽/觀賽之間的匹配適配、協同聯動、綠色可持續等關鍵問題。在票務方面，目前，鐵路客票發售與預訂系統（簡稱：客票系統）主要面向國內旅客，其國際化售票、多場景智能化服務能力有待提升。因此，需面向京張高鐵冬奧會多元運輸需求，研究適應冬奧會出行場景下的高鐵票務新模式。

1 鐵路新一代客票系統票務模式

截止2018 年，鐵路新一代客票系統經過6 次大規模迭代建設，實現了互聯網/手機App 售票和全國鐵路實名制售票，提供線上、線下兩類銷售渠道。線上以12306 互聯網售票系統（簡稱：12306）網站和12306 手機App 為主，線下提供車站窗口、自助售票機、電話訂票等渠道，實現了互聯網交易排隊、資源分區、分節點分庫分表、售取分離、讀寫分離等系統架構的技術提升[1]，提高了互聯網售票能力，實現了現金、銀行卡、中鐵銀通卡及第三方支付的乘車票款支付方式，同時，開通了中國鐵路12306 客戶服務中心。此外，還建設了客運管理系統，滿足在途列車監控、客運組織與生產作業管理、列車辦公與服務管理、安全應急、客運人員管理等業務在內的功能需求[2]。

1.1 票制電子化實踐

在票制方面，初步進行了客票電子化實踐，支持網上購買部分高鐵車次的旅客持二代身份證進/出站。自2017 年春運起，部分車站開始部署基于人臉識別的實名制核驗閘機，應用效果良好，提升了中國鐵路客運服務水平、服務質量和管理水平，推動了鐵路客運營銷從傳統方式向電子商務的轉變[3]。其服務模式如圖1 所示。

圖1 鐵路新一代客票系統時期票務模式

1.2 新一代客票系統存在的問題

高鐵車站二代身份證進/出站服務是對鐵路電子客票進行的積極嘗試，但線上售出的車票除部分高鐵車站部分車次外，其余均需換取紙質車票后才能乘車。存在以下需要解決的問題：

（1）在電子客票的生命周期方面，旅客換取紙質車票后，原電子客票的生命周期隨即失效，退簽、進出站等后續業務均無法再通過電子客票辦理；

（2）在發售渠道方面，僅支持線上渠道購買部分高鐵車票的旅客持二代身份證進出站，對于在線下渠道購買的車票和普速列車的車票，尚無法為旅客提供電子客票服務；

（3）在線上線下部分業務互通方面，線上只能為線上購買的還未換取紙質車票的電子客票辦理退簽等變更業務，而在線下購買的車票則無法在線上辦理退簽等變更業務；

（4）在旅客行程服務信息方面，12306 只是為線上購票用戶建立了鐵路唯一賬戶，用戶能隨時查看自己在線上購買的車票、預訂的餐飲及其他服務產品。客票系統沒有為鐵路旅客建立唯一的賬戶，因客票系統的集中分布架構，數據分散在中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）、鐵路局集團公司和車站多級服務器中，跨網絡、跨服務器訪問不便，導致旅客無法掌握自己的全行程及相關服務信息，鐵路無法快速掌握旅客出行的過程信息，難以提供精準服務，也無法與其他客運業務系統高效共享數據。

2 電子客票全行程出行票務模式

2018 年，國鐵集團提出“精品工程、智能京張”的建設目標，部署了多項研究任務，全力組織推進實施，瞄準世界鐵路科技發展前沿，持續加大關鍵領域技術創新力度，開啟了我國鐵路電子客票時代。鐵路電子客票以客票載體電子化為手段，簡化旅客出行流程，為旅客提供無紙化、自助化、線上線下體驗一體化的出行服務[4]，提高出行體驗，并通過全行程服務信息的分布式采集和集中式存儲，為客運大數據分析和智能化經營管理提供數據支撐。

2.1 基于旅客服務記錄的電子客票服務

鐵路12306 對乘車人所購車票和服務信息進行整合，實現服務進度或變更信息實時更新和完整軌跡記錄，形成旅客服務記錄（PSR，Passenger Service Record）[5]。PSR 實現了以旅客身份信息為核心，以鐵路部門客運服務和第三方保險、約車、餐飲、住宿、旅游及其它定制化服務信息為外延的旅客全行程服務檔案，為后續開展精準營銷和服務奠定堅實基礎，還可與其他交通方式聯動，為實現綜合交通出行一票制奠定技術基礎，其服務模式如圖2 所示。

圖2 電子客票全行程出行服務模式

車票銷售階段，旅客在出行前從12306 網站、12306 手機App、人工窗口、代售點、自動售票機（TVM，Ticket Vendor Machine）及電話訂票等渠道購買電子客票，購票成功后，旅客將收到鐵路部門推送的電子客票通知信息。

（1）使用電話訂票的旅客，完成預訂后，在車站窗口、代售點窗口、TVM 上支付，完成電子客票購買，后續制票流程與在線下渠道購票保持一致；

（2）在車票變更環節，12306 網站及12306 手機App 向經過強化用戶身份認證的旅客，提供線上辦理本人作為乘客的線下車票變更的功能。如果旅客購票時使用電子支付，票款在扣除相關費用后，可自動退回原卡或支付賬戶；如購票時使用的是現金，退票時，鐵路部門將為旅客提供票款留存服務，并以短信、微信、郵件等形式向旅客發送退票通知單，在全國任意車站的退票窗口均可領取；

（3）在身份核驗環節，旅客在辦理12306 賬戶注冊或強化用戶身份認證等需要核驗用戶身份的業務時，可通過線下刷身份證或線上進行人臉比對的相應功能完成身份核驗；

（4）在報銷憑證服務方面，鐵路部門為旅客提供方便領取報銷憑證的渠道，原有的紙質車票不再作為乘車憑證（在過渡期間，仍作為報銷憑證）。

2.2 高并發條件下的電子客票檢票服務

高鐵發車密度大、單趟列車旅客數量多、短時客流積聚非常明顯，鐵路在實名制條件下為旅客提供了便捷順暢的進/出站服務。

（1）在實名制進站環節，旅客使用可自動識讀證件，可通過自助實名制核驗設備進站。如果旅客使用不可自動識讀證件，或有兒童隨行等情況，通過人工實名制進站核驗窗口進行人工核驗；

（2）在進站乘車環節，旅客持可自動識讀證件或12306 手機App 上的二維碼，在自助檢票機完成檢票乘車，旅客持不可識讀身份證件，可通過人工檢票口檢票乘車[6]；

（3）電子客票通知方面，旅客在進站和候車的過程中，可憑有效身份證件從車站窗口或自助設備上查詢電子客票信息、打印電子客票通知單；

（4）在進站補票環節，對于在進站時需要補票的旅客，鐵路部門為旅客提供電子客票補票服務，旅客按照鐵路相關規定完成補票后，可繼續進站。

2.3 基于站車無線交互系統的車上查驗服務

優化列車服務子系統車票查驗功能。提供列車席位可視化查驗功能，突顯鐵路常旅客、重點旅客并實現核查登記。實現了11 種證件的自動讀取及二維碼掃描車票查驗，提高了站車交互平臺[7]的能力和穩定性。實現了第1 生產中心、第2 生產中心站車交互平臺雙4G 通道；擴容中國移動網絡通道并增加接入負載、增加中心交互網絡帶寬；實現了多層次故障隔離和切換，優化無線網絡通信協議，增強地面系統處理能力。

2.4 線上線下一體化信息集成平臺

為實現線上線下一體化旅客服務，研制了涵蓋數據同步服務、數據共享服務及交易服務集成的線上線下一體化信息集成平臺，主要提供以下功能：

（1）數據同步服務，對PSR、應急等數據同步功能進行優化，確保在出現異常情況時，數據和同步狀態依然保存在源端，不會造成數據丟失；

（2）數據共享服務，實現與客運服務系統、客運管理系統、延伸服務系統、行包系統的數據共享。在數據共享接口實現對敏感身份信息、出行信息的加密處理，通過授權可以解密查看詳情；

（3）交易服務集成，包括PSR 集群、人臉比對集群及電子客票識別碼集群，用于查詢、更新、存儲旅客全行程信息；在線人臉照片特征值抽取、比對、搜索及人臉信息存儲；在線電子客票識別碼生成、解密。

2.5 客運產品設計和售票組織智能化

2.5.1 票額智能預分

以客流分析和預測為基礎，在預售期外對席位進行合理配置，在預售過程中根據銷售進展和客流情況進行動態調整，實現席位資源和客流需求的最佳匹配。票額智能預分核心功能包括列車站間客流預測和票額自動分配[8-9]。在數據方面，采用預售數據結合歷史數據，建立海量數據樣本訓練模型，增強預測實時性；在技術方面，利用大數據技術分析旅客信息和售票數據，融合線下的沙盤演練數據區與線上的預測算法區，構建客流預測系統，通過建立時間序列、線性回歸、指數平滑等適合不同場景的預測模型，實現列車客流OD 預測、車站客流OD預測、票額智能預分，為全國鐵路的發送量提供科學預測[10]。

2.5.2 開行方案動態優化

在客流預測基礎上，結合運力資源配置情況，對旅客列車的運行區段、運行徑路、列車種類、開行對數、編組內容、停站和動車組運用方案進行動態優化調整。京張高鐵開行方案動態優化方案，基于多模態的鐵路客票大數據，融合實時流計算、多源異構、混合數據倉庫等技術，運用群體智能理論與方法，攻克了大尺度空間、細顆粒度、復雜場景下的客流預測技術難題，創建了點線面聯動的評價指標體系，運用自主研發的客流預測、列車效益評估、開行方案評價、旅客選擇行為分析等運營動態監測及分析技術，持續開展客運產品迭代優化設計，大幅縮短了運力配置和調整的周期。

以可識讀身份證件和動態二維條碼為載體的電子客票應用逐步成熟，目前，已在全國鐵路得到全面應用。通過采用電子客票載體替代傳統紙質車票，實現旅客的無紙化出行，不僅免去了旅客進站前的取票環節，也為鐵路運輸企業節約了大量的票紙成本[4]。但冬奧會期間票務需求呈現多元化、國際化特征，因此，客票系統需進一步進行智能化提升。

3 京張高鐵冬奧會多元票務需求分析

冬奧會期間，京張高鐵客流主要為注冊利益相關方和觀眾。其中，注冊利益相關方主要包括奧林匹克大家庭成員、運動員及隨隊官員、國際冬季單項體育聯合會成員、轉播商、新聞媒體等5 類；在高鐵運營方面，涉及中國鐵路北京局集團公司票務管理及12306 國際化后臺服務能力等諸多需求。

3.1 辦賽觀賽方

3.1.1 注冊利益相關方

依據冬奧會和冬殘奧會賽程[11-12]，冬奧會期間，交通保障部門將為各注冊利益相關方提供從冬奧會開幕式前14 天（2022 年1 月21 日）開始至冬殘奧會閉幕式結束后3 天（2022 年3 月16 日）共計55天的交通服務。在開/閉幕式期間（2 月4 日—20 日，3 月4 日—13 日），將使用京張高鐵作為跨賽區運輸工具，此外，京張高鐵日常將為媒體運行部預測轉播商及新聞媒體提供數千次轉運服務。

3.1.2 持票觀眾

參照往屆奧運會慣例，可能存在持門票觀眾享受免費乘坐一個指定區間往返乘車的服務。鐵路票務系統可根據冬奧會門票對應的賽事信息，關聯旅客身份信息和往返乘車日期，并由旅客選擇相應的出發站、到達站等信息，持票觀眾持身份證件（身份證或護照）通過閘機檢票乘車。

3.1.3 普通旅客

京張高鐵是北京至我國西北地區快速通道和京津冀地區城際鐵路網的重要組成部分，既是支撐成功舉辦北京2022 年冬奧會的交通保障線，也是促進京津冀一體化發展的服務線；既是傳承京張鐵路百年歷史的文化線，也是全面展示中國高鐵建設成果的示范線。同時，2022 年冬奧會期間正逢我國春運客流高峰期，此線路同樣需要承擔輸送大批春運客流的重任，因此，需兼顧普通旅客的出行需求。

3.2 高鐵運營方

作為高鐵運營方，需提供全時區國際化售票、票務運營保障和出行數據隱私保護能力。

3.2.1 全時區國際化售票服務需求

當前，鐵路客票系統主要面向國內旅客，在國際化售票服務方面有待拓展，因此，加快推進客票系統的國際化建設、滿足冬奧會期間京張高鐵國際旅客購票需求迫在眉睫。12306 網站和12306 手機App 需解決國內外旅客全時區服務需求，實現全時區運營服務下的綜合業務監控、預警和故障態勢感知；提供國際化售票服務通知能力，實現冬奧會賽時京張高鐵售票需求與服務能力的匹配。

3.2.2 票務運營保障需求

京張高鐵冬奧會期間將實行與賽時運輸相匹配的列車開行方案，需解決跨區域冬奧會辦賽模式下高鐵運輸資源配給與多元運輸需求間的協調匹配問題；列車席位管理和票額分配需滿足多種人群的多元化服務需求；針對冬季冰雪比賽容易出現的延時、變更等異常情況，在京張高鐵復興號列車超員控制要求極高的場景下，需提供預警和應急售票服務能力，實現京張高鐵列車票務運營保障智能化提升。

3.2.3 出行服務數據隱私保護需求

為滿足國際、國內網絡安全法和個人隱私保護條例的要求，客票系統在運營過程中使用到的旅客信息必須經過嚴格保護，系統必須提供敏感數據在采集、使用、傳輸、存儲、歸檔、銷毀的全生命周期的保護能力。

綜上所述，冬奧會期間京張高鐵面臨著多種人群的多元化出行需求，因此需通過進一步提升客票系統服務能力，構建新型票務模式。

4 京張高鐵多模態智能票務模式

“多模態”概念源于上世紀末的社會符號學，強調多重符號化方式在社會互動中的交織和符號物態、符號運用者感官經驗在意義生成中的重要性[13]。人類使用所有的感官，結合由其生成的神經信號來感知周圍物理世界并與之交互，因此感知和交互過程呈現多模態特征。不同形式的輸入方式（例如：語音，手勢，觸摸，凝視等）可稱為多模態交互模式，其目標是提供人機交互的多種選擇方式，以實現更為自然、流暢的用戶服務。而票務系統發展至今，在用戶交互層面，急需為用戶提供全方位、多模態的感知和交互能力，提升用戶體驗；在運營保障方面，急需通過對多層次和多維度的復雜信息快速、有效融合，改變旅客出行信息和運輸信息資源的不對稱現狀；在系統后臺方面，急需提供與國際化、智能化相匹配的智能化算力和數據保護能力。因此，京張高鐵票務在冬奧會期間面臨的核心難題，是解決跨區域大型體育賽事期間，各種人群的多元化出行需求和高鐵多模態票務協同問題。

本文立足于人工智能時代“多模態”的價值內涵，圍繞京張高鐵冬奧會多元用戶需求，從多模態信息融合、多模態感知交互和多模態智能計算3 個方面構建京張高鐵多模態智能票務模式，提供奧運特色車票樣式設計及其票制協同方案、中英文雙語自動售票機、多語言售票應用軟件，提升國際化售票交互體驗；開展一系列支撐國際化售票服務技術的優化研究，包括多模態人像識別、雙語客服等智能技術應用，增強國際化售票服務能力、冬奧會運營保障能力和數據隱私保障能力，解決跨區域賽事人群多元出行需求與高鐵多模態票務協同問題，其票務模式如圖3 所示。

圖3 京張高鐵多模態智能票務模式

4.1 多模態信息融合

本文提出的多模態信息融合，主要是綜合跨區域冬奧會舉辦模式帶來的特定影響因素，將語言、文化等人文類信息，賽事、天氣等時空演化信息，鐵路電子客票全行程服務信息、多種人群（如觀賽、媒體、隨隊官員、游客等）的多元需求信息進行多層次和多維度信息處理，提供票制票樣、列車票務運營保障等的有效服務保障資源。

4.1.1 面向冬奧會全行程出行鏈的多元票制

對冬奧會賽時出行人群結合時空演化條件進行多元需求分析，綜合跨區域冬奧會舉辦模式等帶來的特定影響因素，構建高鐵全行程出行鏈，提出適應冬奧會場景的單日票、計次票、儲值票等多元票制；基于鐵路電子客票PSR 構建冬奧會旅客出行服務數據模型，支持冬奧會多元票制驗/檢票服務，為冬奧會不同旅客群便捷購票出行提供保障。

4.1.2 多模態信息融合的車票樣式

將歷屆冬奧會票制和京張高鐵文化、北京冬奧會文化元素進行多模態融合，研發具有冬奧會特色的車票樣式，為旅客營造富含冬奧會氛圍的票制體驗和文化意蘊，體現以人為本的奧運精神。

4.1.3 京張高鐵冬奧會票務運營保障

針對跨區域冬奧會辦賽模式，基于京張高鐵冬奧會期間列車開行方案，針對多種人群需求，構建列車席位管理和票額分配模型，實現高鐵運輸資源配給與多元運輸需求間的協調匹配；針對典型交通異常情況，融合賽程、天氣、客流等信息，提供京張高鐵超員預警和京張高鐵應急售票服務方案，實現京張高鐵列車票務運營保障智能化提升。

4.2 多模態感知交互

基于多模態信息融合，擴展既有的12306 前/后臺感知和交互手段，利用人機工程學、語言學、服務態勢感知、計算資源調度綜合等技術，提供前端交互優化和后臺能力支撐的智能化、國際化服務能力資源。

4.2.1 國際化購票交互優化

針對冬奧會京張高鐵國際化票務服務需求，提供票務領域的雙語柔性匹配翻譯能力，達到專業詞條翻譯的“信、達、雅”；依據語種對自動售票機交互界面進行自適應控制，提供近端和遠程兩種雙語自助購票服務模式，優化人機交互流程，提升自助售票應用體驗；在12306 國際版售票系統中，提供中、英、法3 種語言版本，利用心理學、傳播學、社會學等相關理論提高信息交互效率和用戶視覺傳達效能，降低國際用戶學習成本。

4.2.2 國際化售票能力支撐

為解決國內外旅客時差問題，提供12306 全時區票務服務，構建基于業務基線的服務態勢感知模型，實現時區運營服務下全鏈路業務預警；對于12306 售票業務存在高低峰場景切換的現狀，提供兩種場景下不同的運行機制，并結合服務態勢感知對售票服務資源進行智能調度；針對國外旅客常用聯系方式與國內不同的現狀，提供郵件、短信、微信等多渠道融合的服務通知，增強票務服務交互手段，支撐國際化售票服務。

4.3 多模態智能計算

基于深度學習、知識圖譜、客戶畫像等技術，提供多模態融合的人像識別計算、面向鐵路領域的雙語智能客服和隱私保護計算能力，為多模態感知和交互提供算力和算法支撐。

4.3.1 多模態人像識別計算能力

提供多模態人像識別計算能力支撐。通過對深度圖、彩色圖分別進行基礎特征提取，進行多模態特征融合、高層特征提取、全連接，得到多模態融合特征值；基于冬奧會旅客結構比例構建數據集，進行多膚色人像識別；基于深度學習，對旅客在面部有遮擋物或光照不足、集中行進等條件下的圖像質量進行分析擇優，實現多模態、多膚色、多模型融合的旅客人像識別，為旅客進/出站、驗/檢票應用提供支撐。

4.3.2 多模態智能客服計算能力

構建雙語鐵路客服語料庫，進行鐵路專用詞條優化，提供鐵路票務客服中英雙語語音識別和語義理解的計算能力?；谥R圖譜構建客服知識庫，開發相應的檢索技術，提升檢索效率和精度；基于冬奧會旅客出行服務數據模型，研發個性化客服方案生成技術，強化雙語智能客服能力。

4.3.3 旅客隱私保護能力

針對冬奧會旅客出行服務數據，構建敏感數據發現與審計模型，研究敏感信息識別、分類和提取等關鍵技術；定義敏感應用數據控制規則，構建敏感數據自適應采集處理模型；分析敏感數據在網絡傳輸中的保密性和完整性，構建敏感數據全鏈路安全傳輸模型；識別標識數據的脫敏特征，構建動態脫敏存儲模型，增強客票系統旅客隱私保護能力。

5 結束語

京張高鐵多模態智能票務模式是基于鐵路電子客票，從冬奧會京張高鐵多元用戶需求出發，研究多模態票務服務應用架構，綜合應用跨區域冬奧會場景下的京張高鐵多模態票務服務關鍵技術，形成售票、驗票、檢票及客服全行程國際化票務服務閉環，通過自動售票機英文版購票、12306 網站及12306 手機App 英文版購票應用軟件、構建京張高鐵國際化售票服務，進一步提升京張高鐵票務智能化水平。本研究有利于后奧運會時代京張高鐵的運營質量提升和沿線綠色發展，也為以高鐵為主要運輸通道的跨區域大型賽事提供了有意義的票務解決方案。