生物識別在AFC領域的應用展望

劉志強

摘 要：AFC系統作為城市軌道交通面向乘客的收費系統，因用戶量大，支付頻繁，安全要求高等特點，急需一種安全高效的支付和身份驗證技術，以提高乘客通行效率，提升服務質量。而生物識別以其信號媒介高度的唯一性和信號識別過程的快捷無感性，加之信號傳感器技術、信號采集器技術的成熟和成本的下降成為首選。本文以生物識別在AFC系統中的應用為研究點，對比了傳統支付方式與生物識別支付方式在技術上和管理上的優缺點，并對未來的應用前景進行了分析。

關鍵詞：生物識別;AFC系統;人臉識別

1 研究背景

隨著計算機、光學、聲學、生物傳感器等技術的發展，生物識別技術所需的硬件條件日趨成熟，且憑借其高度的唯一性、便利性、安全性和低成本優勢在我們生活中逐步普及開來。比如我們所熟知的手機的人臉解鎖、指紋解鎖、支付寶刷臉支付、指紋考勤等。這其中公共交通領域也在AFC專業開始了應用試點的研究，并且在各城市軌道交通企業逐步推廣。

目前已在試點的城市有深圳地鐵公司的“生物識別+信用支付”，其解決方案是由深圳地鐵與騰訊、廣電運通共同發布的擁有生物識別、無感支付等功能的方案。其次是北京地鐵自主研發的新型閘機，添加了人臉識別屏幕和掌靜脈掃描區，其中掌靜脈掃描用以提高辨識度，為“人臉刷卡”提供輔助，避免誤刷，同時還為閘機增加了安檢功能[1]。另外蘇州、鄭州、徐州、廣州、合肥等城市軌道交通企業也紛紛在AFC專業領域開始了人臉識別的應用試點。

2 生物識別的應用探索

那么生物識別在軌道交通的應用條件是否已經成熟，在推進的過程中還存在哪些困難，接下來我從運營管理的角度作一些探討。

首先生物識別技術是通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性（如指紋、臉相、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態等）來進行個人身份的鑒定[2]。基于生物識別的身份驗證可以確保信息系統的可用性、完整性、可驗證性、機密性和隱私性來保障信息系統的安全。在完成了身份的驗證后，就可以通過特定唯一的身份信息與信用支付綁定，形成“生物識別+信用支付”的生物支付功能，這相當于將采集到的用于綁定信用支付的人體特征定義為了支付媒介。

而且用于人體生物特征采集的生物特征傳感器技術也日趨成熟，如CCD（電荷耦合器件）或CMOS（互補金屬氧化物半導體）等技術可將采集到的生物特征轉變成圖像信號，從而輕松實現生物特征的測量，最后再將其轉化成計算機可以處理的數字信號[3]。這其中包括活體檢測技術、生物特征信號質量評價技術、生物特征信號的校準技術、生物特征的匹配技術、生物特征表達與抽取技術、生物特征數據庫檢索與分類技術等，這些技術的應用大幅的提高了生物特征采集的安全性、隱私性、唯一性和便利性，這是生物識別的第一步也是最關鍵的一步，他保證了用于支付的“媒介”安全。目前國內首個達到該領域全球化檢測合規性的公司是螞蟻金服的ZOLOZ[螞蟻佐羅]生物識別技術，不僅通過了ISO 30107-3標準認證，還通過了第三方權威機構iBeta的技術標準化測試。

3 生物識別在AFC專業的應用

在解決了支付媒介的安全性和可采性問題后，基于信用支付的應用平臺就可蓄勢而發了，那么其在城市軌道交通AFC領域的應用前景又如何呢。

目前大部分城市軌道交通AFC系統的架構基本都是采用的五層架構即ACC（清分中心）、LCC（線路中央計算機系統）、SC（車站計算機系統）、SLC（站廳終端設備）以及車票。以車票為媒介的購票方式需要乘客先在TVM（自動售票機）上使用現金購票，再通過閘機刷卡進站實現乘車扣費，這需要乘客先購票再進站，還要準備零錢，如遇大客流排隊購票和排隊進站的人員會形成對沖，一方面增加了乘客滯留車站的時間，降低通行效率，另一方面AGM要回收票卡，TVM要補票（將閘機回收的單程票換到TVM中）、補幣（用于找零的硬幣），運營結束后還要進行錢款的回收清點，工作量較大。

3.1 二維碼技術的場景應用

近些年AFC專業又推出了“二維碼乘車”技術，乘客使用軌道交通公司指定的APP購票，在通過關聯的賬號支付成功后，手機端會生成一個二維碼，以此作為支付媒介實現“刷碼”扣費進出站，這種方式優點在于省去了購票環節，節省了單程票的使用，且可以實現手機端自主充值，乘客通行速度大幅提高。弊端在于乘客必須要攜帶智能手機，且要下載APP并關聯支付賬戶。可當乘客沒有智能手機或手機沒電的情況下就無法進出站。其次二維碼支付存在重復刷卡的風險，當AGM設備網絡故障時，為優先保證乘客出站AGM會進入孤島（離線）工作模式，此時閘機不能與后臺對二維碼進行校驗，會造成二維碼重復刷卡出站。因此二維碼支付對網絡設備的穩定性、網絡帶寬要求較高，包括清分層應用軟件的可靠性都提出了較高要求，任一環節出現問題都可能導致二維碼支付異常，造成乘客無法正常進出站或者短款[4]。

3.2 生物識別的場景應用

相比之下生物識別+信用支付是以人體生物特征為媒介的支付方式，避免了依賴移動終端的特定場景，只需要將個人的生物特征（人臉或指掌紋等）與支付賬號綁定，并且完成與AFC系統的認證即可實現。優點在于支付媒介的不可遺忘性、不可復制性，對于不會使用智能手機的老年人、特殊人群（享受免費乘車的殘疾人）、車站工作人員更加便利，省去了車站人為辨別各類證件真偽的環節。其次是通行過程可以實現無感支付，省去了乘客找卡、刷新二維碼和刷卡的過程，通行效率更優。且人臉數據與共個人支付賬號綁定后，即便出現漏刷問題下次乘車時仍可進行補款。

以應用最為廣泛的人臉支付為例，其系統通常采用三層架構，自下而上分別是第一層終端設備層、第二層算法比對層和第三層監控管理層。

第一層終端設備層，設備主要集中在進出站閘機上，主要作用是通過閘機上的攝像頭對乘客人臉圖像進行捕捉，同時將圖像信息上傳至車站的人臉算法比對服務器，與數據庫中的人臉數據進行比對，再通過服務器反饋的比對結果執行開門或拒絕操作。

第二層是算法比對層，設備主要集中在車站服務器，主要作用一是存儲人臉特征庫，對閘機上傳的人臉圖像檢索并與數據庫中的數據進行匹配，通過匹配結果得出放行還是拒絕指令，再將指令反饋給閘機執行。二是進行對比建模，對閘機上傳的人臉圖像進行建模，同時要將圖像信息與黑名單數據庫進行比對。另外人臉數據庫還可以實現對重點人群的檢索比對。

第三層是監控管理層，主要作用是系統管理人員對車站人臉庫進行維護升級，也可以根據運營管理的要求出具相關業務統計報表。

從目前各城市軌道交通AFC設備的現狀看，對人臉識別技術的引入可在現有設備的基礎上進行改造，首先是增加人臉注冊設備，可通過增設人臉注冊機，也可以通過已經上線的二維碼支付平臺實現對乘客人臉數據的采集，然后對所采集的信息進行審核，對審核通過的人員注冊其ID與Face到核準人員人臉信息數據庫中，通過人臉信息數據庫推送到每個車站的算法識別服務器上，以確保每個車站都具備授權的人臉信息。這其中最重要的有兩點，一是對人臉信息采集的可靠性，要保證所采集到的人臉圖像具有高檢測率和高可靠性，這將直接影響刷臉支付的數據處理效率，從而影響乘客的通過時效。第二是對于乘客人臉數據的安全防護措施。一方面人臉信息涉及乘客隱私，另一方面大數據時代人臉信息所綁定的賬戶信息越來越多，乘客人臉信息的泄漏會造成不可預估的巨大損失，所以對于人臉數據庫的安全性保密性管理也是人臉識別技術中須重點考慮的問題。

其次在算法比對層的建設過程中要建設存儲服務器，以存儲導入后的常住人口人臉特征庫，同時要考慮重點關注人群灰名單、黑名單、特殊人群名單的導入和對外接口，要充分考慮到未來運營所需的數據庫冗余及備份需求。比對服務器要實現對人臉抓拍設備傳送過來的人臉圖像進行建模，同時要實現實時與黑名單數據庫的人員信息進行比對。

接口服務器主要用于與終端設備交互、人臉比對、數據流交互以及對人臉庫在線進行維護。可根據票務管理要求設定必要數據的后臺導出給監控管理層，用于客流數據的分析。

監控管理層主要實現對注冊人員的人臉信息進行后臺維護以及對所有算法比對服務器的狀態進行監控，同時也可以根據管理要求出具相關數據報表。

人臉識別主要解決方案如下圖所示：

4 結束語

綜上所述，隨著生物識別技術的進步和5G網絡的加持，移動支付、生物支付技術的應用范圍會越來越廣，終將成為未來的主流支付方式。而AFC設備向生物識別支付方式的技術改造方案也會越來越多，這不僅大幅提高了乘客通過閘機的效率，提升了乘客無感支付的體驗，同時還減少了運營管理人員的工作量，所以無論是運營商還是乘客都更樂于接受這種新的支付方式，未來將生物識別會是一種新潮流。

參考文獻：

[1]李道全.城市軌道交通AFC系統支付方式現狀及發展[J].都市快軌交通，2016（1）：59-62.

[2]景應娟，董育寧.生物特征識別技術綜述[J].桂林電子工業學院學報，2005，25（2）：27-32.

[3]宋丹.生物識別技術及其在金融支付安全領域的應用[J].信息安全研究，2016（1）：27-32.

[4]楊政軍.二維碼電子車票在自動售檢票系統中的應用[J].城市軌道交通研究，2016（4）：78-82.