摘 要
分析发现，采用二维码刷码过闸机，将有效地降低自动售检票系统车站终端设备采购及运营维护费用，提高乘客乘车的体验。基于此，本文提出基于二维码支付的地铁自动售检票系统的应用和推广，可以使用二维码代替实体票卡完成乘车票款的支付。该系统不仅有效地减少了车站终端设备的采购及运营维护费用，也提高了乘客乘车体验，同时还具有扩展性强、应急处置得当、健壮性强和效率高四个优点。
关键词
自动售检票系统;二维码支付;闸机通行算法;对账
中图分类号： U293.22 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.001
0 引言
为实现对实体票卡进行票务业务管理，地铁需花费大量资金采购车站终端设备，包括：发售单程票的自动售票机（TVM），更新票卡、退资、退卡、充值的票房售票机（BOM），自动检票计费的闸机（AGM），储值卡充值的综合服务终端（ISM）;另外，乘客乘车前需要花费大量时间在TVM前排队购买单程票或者对储值卡进行充值，极大地影响了乘客的乘车体验。因此，减少处理实体票卡票务业务的设备/模块，提高乘客乘车体验，已成了轨道交通研究的一个热点。
针对上述问题，目前最常见的解决方案为：通过非现金支付的方式代替现金支付的方式购买单程票[1-2]，可以减少TVM纸币模块采购数量，从而降低TVM的采购费用，同时乘客使用非现金购买单程票，与使用现金购买单程票相比，购票速度更快，可有效地提高乘客购票体验。但是该方案仍然是使用实体票卡（单程票）作为票款支付的载体，乘客还是需要购买单程票，因此只能有限地减少乘客排队购买单程票的时间。鉴于此，另外一些研究者提出利用手机生成电子车票（模拟实体票卡）来代替实体票卡[3-4]，然后通过手机NFC功能与闸机读卡器进行通信，实现刷电子车票进出站。此方案使用电子车票作为票款支付的载体，乘客乘车时不用在排队购买单程票，减少TVM的采购数量。但是目前NFC手机型号多，各个手机厂家标准化不统一，导致大量的手机NFC功能与闸机读卡器的兼容性较差，使得乘客不能正常的使用手机进出地铁闸机。
由上可知，使用电子车票代替实体票卡完成票款支付，将有效地减少TVM采购及运营维护费用，同时也能提高乘客的乘车体验;另外，随着二维码支付技术的快速发展及普及，二维码作为支付载体已经被广大人民群众所接受。因此，将二维码作为电子车票接入地铁AFC系统已成为一种优选解决方案。
1 基于二维码支付的地铁自动售检票系统
1.1 方案思路
采用二维码作为乘客乘车费用支付的载体，乘客乘车的过程为：
（1）乘客在闸机二维码扫码模块前出示二维码;
（2）二维码扫码模块采集乘客二维码信息并由闸机程序验证其有效性和合法性;
（3）闸机验证通过后开闸放行，并将乘客二维码信息生成进出站交易信息（不含扣费金额信息）发送给后台计费系统;
（4）后台计费系统对乘客的进出站信息进行行程匹配（一次进出闸机算一个行程），获得乘客的行程信息;
（5）根据获得的行程信息（含进站和出站信息）计算乘客乘车费用;
（6）向乘客收取乘车费用。
1.2 系统实现
在传统地铁自动售检票系统（AFC）五层架构中，增加互联网票务平台，用于向乘客移动支付APP提供生成二维码的接口，同时完成行程匹配和计费等功能，具体系统架构如图1所示。
图1 系统架构
该系统架构中，系统由下往上依次为地铁行业系统，互联网票务平台和移动应用，具体如下：
地铁行业系统：主要由传统AFC系统构成，闸机扫描乘客二维码信息并验证其有效性及合法性;验证通过后开闸放行，并根据二维码信息生成二维码进出站交易数据;然后闸机通过ACC系统准实时将二维码交易数据传输给互联网票务平台，同时也将交易数据依次通过SC、LCC传输给ACC系统。
互联网票务平台：由行业前置系统、数字票务系统和出行服务平台构成，其中行业前置系统主要负责二维码交易数据的传输交换;数字票务系统完成与闸机及现有地铁行业侧（ACC）业务系统的对接，同时实现二维码计价规则、行程匹配、计费、与ACC对账等功能;出行服务平台，向移动支付APP提供注册、发码、行程查找、行程补登、行程扣费、行程撤销等接口和向iBOM提供行程查找、行程补登接口，同时实现与移动支付APP进行对账。
移动应用：主要由iBOM及移动支付APP构成，其中iBOM负责对二维码行程进行补登及撤销;移动支付APP向乘客提供二维码扫码乘车、行程查询、行程补登、行程扣费、交易管理等功能。
1.3 主要业务描述
1.3.1 进出站闸机通行算法
进出站闸机通行算法如图2所示。
（1）进站闸机通行算法
如图2所示，进站闸机通行算法具体如下：
S11：进站闸机扫码获得乘客二维码信息;
S12：根据二维码信息中的有效时间判断二维码的有效性，并利用二维码证书判断二维码合法性，当二维码有效且合法后，执行步骤S13，否则执行步骤S16;
S13：闸机将二维码信息发送给数字票务系统，进行OD驗证，验证不通过则执行步骤S16，验证通过则执行步骤S14;其中OD验证方法为：当用户前一笔交易为进站或有出站单边交易时，OD验证不通过;其余情况如无进站记录、网络超时等，则认为验证通过;
S14：打开扇门，让乘客通行;
S15：闸机根据二维码信息，生成二维码进站交易数据，并将该交易数据分别发送给SC和ACC;其中，发送给SC及ACC的二维码交易数据的格式相同;
S16：结束流程。
（2）出站闸机通行算法
S21：出站闸机扫码获得乘客二维码信息;
S22：根据二维码信息中的有效时间判断二维码的有效性，并利用二维码证书判断二维码合法性，当二维码有效且合法后，执行步骤S23，否则执行步骤S27;
S23：判断是否进行OD验证，是则执行步骤S24，否则执行步骤S25;此步骤为车站的一种应急处理方法，当进站闸机（如离线）未能及时将二维码进站交易数据及时传输给数字票务系统时，若车站出现大量乘客由于无进站记录无法出站时，此时车站可以向闸机下发OD不验证指令，可尽快让乘客出站，防止大量的乘客拥堵车站，造成安全事故;
S24：闸机将二维码信息发送数字票务系统，进行OD验证，验证不通过则执行步骤S27，验证通过则执行步骤S25;其中OD验证方法为：当用户前一笔交易为出站记录时，OD验证不通过;其余情况认为验证通过;
S25：打开扇门，让乘客通行;
S26：闸机根据二维码信息，生成二维码出站交易数据，并将该交易数据分别发送给SC和ACC，其中，发送给SC及ACC的二维码交易数据的格式相同;
S27：结束流程。
1.3.2 ACC与数字票务系统对账流程
对账流程如图3所示。
（1）日间时
ACC：接收数字票务系统发来的二维码补登/撤销数据，并与从LCC接收到的二维码交易数据进行合并，合并后进行二维码OD准实时匹配。
数字票务系统：实时接收iBOM/APP的补登/撤销数据，并将从ACC接收到的二维码交易数据合并，合并后进行二维码OD实时匹配，并将匹配结果推送给移动支付APP，便于APP向乘客收取乘车费用。
（2）日终时
①ACC将从LCC接收到的二维码交易数据和从闸机直传的二维码交易数据合并，并生成差异数据发送给数字票务系统;
②数字票务系统接收到二维码差异交易数据后，进行差异调整;
③数字票务系统将调整后的二维码交易数据和补登/撤销的交易数据合并，生成全量文件;然后根据全量文件进行OD匹配;最后将此全量文件和OD匹配数据发送给ACC;
④ACC接收全量二维码交易数据和OD匹配数据，并根据接收到的全量文件进行OD匹配;
⑤ACC将OD匹配结果与数字票务系统发来的OD匹配结果进行比对，出具OD匹配的差异数据发送给数字票务系统;
⑥数字票务系统接收OD差异数据。
2 系统性能分析
本文提供的系统，是一种非现金支付代替实体票卡支付票款的系统，与实体票卡支付票款的传统的AFC系统相比，主要具有以下优点：
2.1 减少设备采购费及运营维护成本
昆明地铁在2019年3月8日上线二维码过闸业务后，经过三个月的上线试运行，二维码客流已经占总客流的30%多，并且还在不断地增加，另一方面，地铁单程票的客流比例下降了20%左右，从而减少了TVM设备和AGM单程票回收模块的使用率，同时地铁储值卡客流也下降了10%左右，在一定程度上也减少了ISM和BOM的充值功能使用率，达到了降低设备运营维护成本的目的;另外，由于单程票客流的减少，地铁可以减少TVM采购数量，降低TVM的采购费用。
2.2 提高了乘客乘车体验
乘客使用二维码乘车后，不用再花费时间到TVM前购买单程票，另外乘客也可以通过自己的移动终端APP（如手机）进行票务业务处理，如补登进站/出站记录等，也不用再到BOM处排队处理票务业务，同时本文提供的系统采用后付费模式，乘客乘车前不用预先支付乘车费用，待乘车完成后再支付费用，有效地提高了乘客乘车的体验感。
另外，本文提供的系统在设计实施过程中也充分考虑了系统的扩展性、应急处置、健壮性和效率四方面内容，使得系统具备如下优点：
（1）扩展性强
ACC系统与互联网票务平台进行了二维码交易数据和OD匹配数据的对账，从而互联网票务平台可以独立与AFC系统运营，如互联网票务平台可由非地铁单位承建。
（2）应急处置得当
在乘客进站、闸机网络中断时，进站闸机验证了二维码有效性及合法性后，就可以让乘客进站，从而解决了由于闸机网络中断，OD无法验证，导致乘客无法进站的问题。
在乘客出站时，地铁运营人员可以自主设置出站闸机否需要进行OD验证，当车站出现大量的乘客由于无进站交易记录导致无法出站的情况时，此时运营人员可以向闸机下发OD不验证指令，可尽快让乘客出站，防止大量的乘客拥堵车站，造成安全事故。
（3）健壮性强
二维码交易数据传输时，闸机分两路将二維码交易数据传输给ACC系统：一路为直传数据，一路依次通过SC、LCC传输给ACC系统，在日终时，ACC将合并两路数据，有效地解决了交易数据在传输过程中丢失的问题。
（4）效率高
闸机分两路将二维码交易传输给ACC系统时，为了减少闸机端二维码交易数据组包的时间，两路传输通道采用了相同的二维码交易数据格式，保证了二维码识别响应速度（闸机识别二维码至闸机开门）≤280ms。
3 结束语
本文提供的系统使用二维码代替实体票卡作为票款支付的载体，不仅有效地减少TVM采购费及其运营维护成本，也提高了乘客乘车体验。但是该系统目前仅支持二维码作为票款支付的载体，随着非现金支付形式多样化及生物识别技术的快速发展，今后将继续完善该系统，实现支持人脸、掌静脉等作为票款支付的载体，提高乘客乘车的体验感。
参考文献
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