新一代智慧型AFC系統互聯網單程票技術方案

呂 歡，吳 松，郭 戈，盧肖靜

（中鐵電氣化局集團有限公司，北京 100166）

早期，城市軌道交通自動售檢票（AFC ，Automatic Fare Collection）系統僅支持實體票卡，包括單程票和儲值票及其他優惠票種。為了適應互聯網應用，脫離物理介質，互聯網購票得到了廣泛應用，實現了人臉識別檢票或掃描二維碼進出站。

乘客通過使用手機App，可提前購買單程票，通過選擇票價和張數并完成網上支付，在30天內憑借二維碼或數字驗證碼，在車站的自動售票機（TVM，Ticket Vending Machine）上取票。TVM僅可取實體卡單程票。

電子票是乘客使用自動檢票機采用人臉識別方式或二維碼通過軌道交通App或其授權第三方App通過電子支付方式購買的虛擬車票。乘客刷臉或將智能手機App中的二維碼對準檢票機掃描器，直接進出站，實現先乘車、使用后付費。本地常旅客通過App平臺進行人臉識別實名制登記和審核，并通過通信網絡與線網中心的人臉識別平臺對接。乘客登記信息包括身份證號和人臉識別圖像，并綁定相關支付（銀行卡、微信、支付寶等）手段。

但手機App注冊電子票并不適合臨時旅客及外地旅客。針對臨時旅客及外地旅客使用互聯網票種的需求，進一步增加互聯網票種在AFC系統中的使用比率，本文進行了互聯網單程票技術方案的研究。

1 方案總體架構

1.1 方案實際目標

針對臨時旅客及外地旅客使用互聯網票種的需求，通過增加自動售票機發售人臉識別單程票、紙質二維碼單程票，降低IC卡單程票的使用比率，提升軌道交通AFC系統的運營服務水平，降低采購IC卡單程票和因IC卡單程票流失補充采購的費用。對于乘客，選擇互聯網單程票出行，出閘無須回收，既方便快捷，又可避免因IC卡單程票重復使用和接觸帶來的疾病傳播風險，更利于疫情防控。

1.2 系統構成方案

自動售檢票系統由清分系統、互聯網票務平臺線路中央計算機系統、車站計算機系統、車站終端設備、傳輸通道和車票構成，如圖1所示[1]。

圖1 系統構成

系統增加人臉識別單程票、紙質二維碼單程票對系統每一級架構帶來的影響和改變如下。

第1層：互聯網平臺增加支持人臉識別單程票、紙質二維碼單程票的有效性檢查、乘客形成OD匹配、扣費等功能，清分系統增加人臉識別單程票、紙質二維碼單程票線路間清分功能。

第2層：線路中央計算機系統增加存儲全線人臉識別單程票、紙質二維碼單程票的購票、檢票、補票等交易。

第3層：車站計算機系統增加存儲本站人臉識別單程票、紙質二維碼單程票購票、檢票、補票等交易。

第4層：車站自動售票機增加支持發售人臉識別單程票、紙質二維碼單程票，自動售票機需要增加采集人臉識別的攝像頭，以及打印紙質二維碼單程票的打印機。自動檢票機支持人臉識別單程票、紙質二維碼單程票過閘功能。

第5層：增加票種人臉識別單程票、紙質二維碼單程票。

2 互聯網單程票售檢票關鍵技術

2.1 對自動售檢票設備的技術改進

（1）售票類設備短期內實體單程票無法完全被電子化單程票取代，因此傳統單程票處理模塊仍然需要部分保留，和現金模塊類似，僅保留極少部分。

（2）檢票類設備高度集成化，輕量化（乘客顯示屏與人臉識別模組高度集成）。

（3）地鐵自動售票機除了支持發售IC卡單程票，增加支持發售人臉識別單程票、紙質二維碼單程票等互聯網票種。支付、取票均在地鐵車站完成，防止乘客出現線上購票、未在有效期內線下取票的問題，增加互聯網單程票過閘功能。

（4）乘客使用自動售票機購買人臉識別單程票，出站后人臉識別信息從人臉識別庫后臺中核銷。

（5）紙質二維碼單程票由地鐵自動售票機發售的專用車票，由乘客在TVM選定起止站或票價并支付后，TVM打印的紙質票卡有失效時間，且只能用于一次進站和出站。二維碼通過交通部二維碼規范生成，采用不記名方式。

2.2 改進后的人臉識別單程票售檢票關鍵技術

2.2.1 人臉識別系統

在互聯網票務平臺設置一套人臉識別系統，包括人臉識別計算節點、存儲節點、分析節點。車站設置GPU服務器，由于實現中心與車站網絡故障時實現應急人臉識別服務。

車站人臉識別終端定期將采集的人臉識別信息更新至后臺人臉識別庫，建庫抽取特征是對人像進行檢索比對的前提。

（1）計算節點：根據車站上傳的一張或多張人臉識別照片，在人臉照片庫中人像檢索，系統返回相似度最高的人臉照片倒序排列。建庫時系統會對人臉照片進行抽特征的操作，此后特征值將加載在內存中，用于檢索比對。計算節點負責對乘客注冊的照片和通行時的人臉識別抓拍照提取人臉識別特征，為人臉識別搜索服務提供必要數據[2]。人臉識別系統計算節點能夠將車站采集的人像圖片與互聯網票務平臺下發的刷臉進站白名單庫進行實時比對，白名單乘客允許進站。人臉識別算法具備多算法聚合，支持多家主流算法的接入管理，深度學習和算法訓練。人臉識別系統應用的比對算法能夠支持多種部署方式：設備本地、邊緣服務器、遠程、代理部署。支持跨渠道匹配：支持臉進碼出，碼進臉出[3]。

（2）存儲節點：用于存儲人臉識別庫數據、存儲抓拍人臉識別照片及進出站信息，支持人臉識別特征數據實時更新。同時用于進出站時的人臉識別特征數據比較，以及人臉識別票異常處理時的人臉識別特征數據查詢、更新等服務，以便應對審計及客訴處理需求，人臉識別處理能力要求達到百萬級[4]。

（3）分析節點：配置人臉識別算法服務器及搜索服務器，統計和存儲注冊的人臉識別數據信息并處理前端請求，將注冊信息上傳至設在清分中心系統的中央數據服務器，前端與后臺比對信息，負責對各站點計算節點及存儲節點統一管理，數據同步；將各站點傳回數據信息與系統平臺對接，實時接收系統平臺更新的目標白名單庫，下發新任務至各車站的計算節點。

（4）人臉識別系統支持線網中心人臉識別系統與線路車站系統之間的人臉識別數據同步，車站可同步設置人臉識別比對輕量化數據庫，僅包括人臉識別注冊常乘客及當日購買人臉識別單程票的乘客人臉識別信息[5]。

（5）線網中心或線路車站離線時通過車站GPU服務器完成常乘客的進出站；其他乘客可通過相同實名賬戶的二維碼出站。人臉識別單程票購票完成后同時將人臉識別信息推送至進出兩站的GPU服務器中。

2.2.2 TVM發售人臉識別單程票移動支付方案

由乘客在TVM操作選擇人臉識別單程票購買，需要選擇到達站點。TVM采集乘客的人臉識別信息，調用線網中心人臉識別系統人臉識別接口進行人臉識別采集和登記。人臉識別單程票僅當日一次使用有效，乘客出站后，其人臉識別信息從人臉識別庫后臺中核銷。TVM發售人臉識別單程票移動支付方案，如圖2所示。

圖2 TVM發售人臉識別單程票移動支付方案

TVM人臉識別單程票購買成功后支持同時打印購票憑證，乘客可憑購票憑證在半自動售票機進行人臉識別票的異常情況處理[6]。

2.2.3 人臉識別單程票檢票方案

人臉識別單程票檢票方案，如圖3所示。

圖3 人臉識別單程票檢票方案

（1）人臉識別核驗身份

乘客走到終端設備前，由閘機人臉識別攝像頭檢測并采集人臉信息。自動檢票機集成人臉識別終端，具備人臉識別采集、活體檢測、特征值存儲等功能，能夠提供乘客使用APP人臉識別電子票、人臉識別單程票過閘功能。采用多模態攝像頭：二維人臉識別、三維人臉識別結合高清眼部特征采集，通過細節特征比對，實現對雙胞胎，相似人臉識別的精準識別，能夠抵御照片、手機視頻進行偽造人臉識別攻擊的場景；調用中心人臉識別服務器識別接口（1∶N），返回核驗結果[7]。

（2）人臉識別比對

核驗成功生成用戶ID，若識別失敗，則提醒用戶人臉識別信息未注冊；若識別成功，則自動檢票機調用ITP中心檢票接口，進行行程檢查判斷。閘機上位機將刷臉交易數據上傳至軟件開發工具包（SDK，Software Development Kit），SDK負責查重，黑名單攔截，合法性驗證開閘。SDK向互聯網票務平臺發送人臉識別過閘交易請求，互聯網票務平臺負責賬戶、票務業務、行程、訂單等進行管理。互聯網票務平臺下發人臉識別進出站通知給刷臉模塊；刷臉模塊將人臉識別進出站圖片上傳給互聯網票務平臺[8]。

3 改進后技術效果

本文引入新一代智慧型AFC系統理念后，通過增加了互聯網單程購票票種，提出了對現有售檢票設備軟件的改進流程。除了支持發售實體票（傳統的IC卡票），增加支持人臉識別單程票、紙質二維碼單程票等互聯網票種，可滿足不同人群不同的購票需求，更加人性化、智慧化。乘客既可以選擇現金支付、實體票和人工售補票服務，也可選擇移動支付、互聯網票和自助售補票服務，方便快捷、舒適度高。系統軟件對紙質二維碼單程票、人臉識別單程票的應用支持既了臨時旅客使用的單程票種類，減少了因傳統IC卡單程票反復使用導致的疾病接觸式傳播的風險。

紙質二維碼單程票作為應急票種，每次只允許乘客購買一張，出站后不回收。自動檢票機掃碼生成AFC進出站交易，交易數據格式能夠與讀寫實體票卡產生的交易數據保持一致，能夠正常實現SC及MLC、ACC入庫并上傳至ITP系統，保障整個系統交易數據的完整性、客流數據的準確性。

自動檢票機高度集成乘客顯示器、人臉識別攝像機，具備活體檢測、抓拍功能，可實現乘客無感通行。人臉識別技術更加精準，乘客即使戴著口罩，系統也可精準比對人臉識別特征，實現乘客順利通行。

自動檢票機支持二維碼票與人臉識別票的混刷。無論采用何種票種，閘機具有40人/min的通行能力。

4 結束語

人臉識別單程票作為一種無介質單程票，紙質二維碼單程票作為一種應急票種，可滿足臨時出行乘客、外地乘客對互聯網票種的需求，并減少實體卡單程票及其相關設備的投資和運維成本，能夠提高臨時乘客、外地乘客的出行體驗和運營服務水平，同時能夠提高地鐵AFC系統的防疫能力。