城市軌道交通云支付系統研究

文_禹鶴林（青島地鐵集團有限公司運營分公司）

城市軌道交通云支付系統研究

文_禹鶴林（青島地鐵集團有限公司運營分公司）

城市軌道交通云支付系統是指“互聯網+城市軌道交通AFC系統○1”。在技術上主要采用聯機交易的二維碼、超聲波、云閃付○2、生物識別等支付手段，以期最終實現城市軌道交通AFC系統的無現金化和地鐵票卡的電子化。

云支付系統；互聯網+；AFC系統；二維碼支付；云閃付；大數據。

隨著“智慧城市”在全球范圍內的建設開展，“云計算”、“大數據”、“互聯網+”等概念已逐漸滲透到人們日常生活的方方面面。城市建設，交通先行。城市軌道交通是經濟發展的動脈，“智慧交通”是“智慧城市”建設的重要構成部分。在大數據時代的背景下，城市軌道交通與“互聯網+”相結合，是“智慧交通”發展的必然趨勢。本文主要對智慧交通下的云支付系統進行分析研究。

云支付系統的發展優勢

與傳統的AFC系統相比，云支付系統在城市軌道交通的發展優勢主要有以下幾個方面：

從乘客角度

1. 無需現場排隊，可在網上提前購票，節省時間。

2. 無需攜帶現金，沒有找零，為出行減負。

從系統管理角度

1. 減少設備內部模塊，投資成本及后期維護成本低。

2. 減少設備現金管理環節，降低人工處理現金的工作量及管理風險。

3. 減少實體卡采購成本及與其相關的初始化等管理成本，以及實體卡使用、磨損、丟失而帶來的成本費用。

從城市軌道交通運營角度

1. 可以設置廣告播放功能，商業價值大。

2. 可以借助APP將城市軌道交通的大客流引導到周邊商戶進行消費。例如，可以與車站周邊的餐飲、娛樂行業合作，根據乘客經常活動的車站推薦優惠券，達到引導消費的目的。當由于乘客帶來非票卡的沉淀資金，軌道交通公司可參與由此帶來的收益分成。

3. 可以在電子票業務系統中設立乘客積分賬戶，乘客通過購票、充值累積積分，并使用積分兌換車票、優惠券、禮品等。

4. 可以將乘客的進出站交易數據與個人信息進行綁定，從而了解乘客日常出行的特點。可以通過大數據挖掘分析，對乘客進行精準的廣告投放、優惠推薦等。

云支付在城市軌道交通應用情況

由于云支付系統尚無行業標準，各城市軌道交通在摸索實踐過程中，也采取了不同的建設模式。

從系統建設順序區分，上海、廣州等城市軌道交通在參考傳統AFC系統建設基礎上，采取了從上至下的順序，從云清算平臺開始搭建，再向下實現現場的云購票機、云閘機等設備功能的方式。而在蘇州、鄭州、杭州、西安、南寧、南昌等城市，則采用了先實現現場的云購票功能，再持續研究實施后臺清算對賬的方式。

從系統設計區分，上海地鐵將云清算平臺、云購票機、云閘機的功能，全部集成到地鐵AFC系統中，改造后的AFC系統變為四層架構；廣州地鐵將云清算平臺的功能集成到了地鐵清分系統中，對于云購票機、云閘機等設備，則采用了與AFC系統完全獨立的設置方式；蘇州、鄭州、杭州、西安、南寧、南昌等城市地鐵，則采用了云清算平臺、云購票機、云閘機等與AFC系統完全獨立的設置方式。

下面主要介紹上海、廣州、杭州3個城市地鐵云支付系統實施情況。

上海地鐵云支付系統建設模式

上海地鐵采用“平臺搭建先行，業務逐步拓展”的總體策略，在票務清分系統大修方案中增加了云支付系統功能設計，實現傳統AFC系統與云支付系統的高度融合。從云清算平臺到云購票機、云閘機，完全融入到傳統AFC系統中，自頂向下建立一套適合聯機交易的云支付系統，最終實現對外滿足云支付模式的購票、支付、結算、充值等應用，對內滿足聯機票卡憑證的實時消費交易。

其中，云清算平臺的功能與票務清分系統、AFC線路中央系統完全融合，在整個系統設計上采用了虛擬化、集群及云計算技術。在系統設計上，將傳統AFC系統五層架構壓縮為四層，整個系統架構趨于扁平化。云清算平臺預計2018年建成投入使用。

在云購票機、云閘機的功能實現上，支持包括聯機交易的二維碼、聲波、云閃付以及生物識別等支付方式，目前也正在開發測試階段。

廣州地鐵云支付系統建設模式

廣州地鐵云支付系統建設模式與上海地鐵類似。廣州地鐵清分系統三期改造時，增加了云清算平臺相關功能。2015年12月份，支持二維碼支付的云購票機正式上線運行，同時后臺也同步實現了云清算平臺的自動清分對賬功能。在系統設計上，云清算平臺實現了與地鐵清分系統的融合，但是云購票機仍采用與地鐵既有AFC系統終端設備完全獨立的設置方式。

2016年8月，廣州地鐵APM線云閘機上線運行，支持聯機交易的二維碼支付和云閃付等支付方式。由于APM線云閘機采用進站刷卡扣費、出站不刷卡的形式，與傳統地鐵閘機采用的進出站均需刷卡的復合消費方式不同，所以廣州地鐵實質上并未完全解決云閃付付費過閘的問題。同時，APM線云閘機也采用了與地鐵既有AFC系統終端設備完全獨立的設置方式。

杭州地鐵云支付系統建設模式

杭州地鐵云支付系統云清算平臺采用的是后期另開發后再接入既有清分系統的形式。云支付系統執行既有清分系統票務規則，接收清分系統下發的參數、密鑰等，實時上傳交易文件，并由既有清分系統統一進行清分結算。

杭州地鐵云購票機于2016年8月正式上線運行，同時支持聯機交易的二維碼支付和云閃付等支付方式。云購票機同樣采用了與地鐵既有AFC系統終端設備完全獨立的設置方式。

云支付系統建設模式探討

從以上城市軌道交通云支付系統建設實施情況分析，可以得出以下兩個建設理念：

一是軌道交通云支付系統主要由云清算平臺、云購票機、云閘機以及相關網絡設備等構成。

二是“互聯網+AFC系統”是用互聯網的概念和技術，重新定義和構造城市軌道交通AFC系統。而并非指簡單地將原來AFC系統五層架構的內容搬到互聯網上，或者云支付系統和傳統AFC系統相互獨立運行，手動進行數據導入導出、人工對賬等。

云支付系統建設實施步驟

在上述兩個建設理念的基礎上，城市軌道交通云支付系統建設時可參考如下實施步驟：

第一步，在既有清分系統、線路中央系統基礎上，采用虛擬化、集群及云計算技術，構建云清分系統,形成資源池，實現資源共享。云清分系統不再以線路為單元，而是共同承擔任何特定的處理任務。數據存儲分布存儲在任意一臺磁盤陣列中。

第二步，通過虛擬化技術的可復制、可移植、可靈活擴容等特性，在云清分系統中虛擬出ACC、多個LC及多個SC系統，從而解決多線路、多廠家系統不兼容的弊端。利用虛擬化技術，使得設備能力集中化，任務處理分布化，大大提高了系統的處理能力。

在網絡架構上，云支付系統主干網絡不再是以線路為單元孤立的網絡，而是將所有線路的主干網絡連接起來，從而為云計算所需要的通信高可靠性提供支持。

云清分系統技術實現方式

云清分系統與傳統票務清分系統相比，核心改變是在傳統票務清分業務功能基礎上，增加一個適合聯機交易的云清算子系統；同時將傳統線路中央級計算機系統功能，全部集成到云清分系統中，減少系統架構層級。

1. 云清算子系統架構：云清算子系統采用多層網絡架構，包括：前端應用服務、后臺應用服務、后臺賬務管理、信息安全交換，以及各網段之間的訪問控制、互聯網的入侵檢測、前端應用負載均衡等層次。

2. 云清算子系統服務器選型：云清算子系統前臺及后臺服務器可采用LINUX操作系統、機架式PC服務器，前端應用可配置PC服務器，每臺劃分虛擬機分別對應不同的業務，由應用負載均衡按策略提交服務請求。

所有服務器均采用兩路CPU架構、冗余電源、冗余硬盤，確保系統可用性的前提下，可選擇入門級機型。

3 信息安全交換：在云清算子系統和傳統票務清分系統之間，增加一層信息安全交換，一方面預防云支付交易對后臺核心清算系統的安全性沖擊，另一方面減輕云支付交易對后臺清算系統應用的計算壓力。

綜合考慮該系統的安全性、可靠性及異構性，信息安全交換服務器可采用HPUX服務器。一方面HPUX系統自身安全性高度可控，另一方面與傳統清分系統的AIX系統、Linux系統等形成異構，進一步降低云支付業務的安全風險。

4. 云清算子系統與傳統票務清分系統的接口信息

基礎票務信息：同步傳輸票種、票價基礎信息等。

云購票機售票信息：乘客通過二維碼、超聲波、云閃付以及生物識別等技術購票，交易上送云清分系統參與結算。

云閘機檢票信息：乘客通過二維碼、超聲波、云閃付以及生物識別等技術檢票進出站，交易上送云清分系統參與清分結算。

票卡調配信息：云終端設備動態上送票卡存量信息，云清分系統合理調整配送方案，票卡調配管理。

云支付系統終端設備技術實現方式

云支付系統終端設備主要包括云購票機、云閘機。

1. 云購票機技術實現方式：云購票機技術實現方式主要包括聯機在線的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等技術。在傳統自動售票機上進行改造時，需要兼容原有配置中選型的硬件模塊，同時新增云支付涉及的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等新功能模塊。對于網絡、電源、軟件功能設計等也有新要求。

2. 云閘機技術實現方式：云閘機技術實現方式主要包括聯機在線的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等技術。在傳統自動檢票機上進行改造時，需要兼容原有配置中選型的硬件模塊，同時新增云支付涉及的二維碼識別、超聲波驗證、銀聯云閃付以及生物識別（虹膜、掌紋等）等新功能模塊。對于網絡、電源、軟件功能設計等也有新要求。

由于城市軌道交通進出站均需刷卡，因此在業務模式設計上需要實現符合消費操作。其中，針對二維碼識別和銀聯云閃付，可以考慮如下實現方式：

二維碼識別：通過二維碼識別，實時與云清分系統交互，保證有效性。此種方式需要動態變更二維碼驗證信息，并在云清分系統獲取出站信息后確定票款金額。可在進站實時驗證時鎖定虛擬帳戶部分金額。

銀聯云閃付：通過銀聯云閃付，由預付費向“預付費+信用支付”融合發展。可針對實名乘客推出“信用支付”，利用第三方機構的征信系統，結合資信評估體系和信貸體系，為乘客提供一定的交通消費額度，乘客在信用業務體系中可以享受先消費后還款的便利。

云支付系統大數據管理

在大數據時代，軌道交通支付系統的多樣化方式，不但豐富了乘客支付體驗，更豐富了軌道交通云端數據。通過多種途徑的支付方式，可以獲得更多的乘客信息，使軌道交通乘客消費數據具備大數據分析的基礎。

將云支付系統所獲得的數據，與其他各類數據源信息進行整合分析、數據挖掘，建設跨系統的智慧地鐵云數據中心，搭建全面信息化的架構。通過數據分析模型，總結歸納出各種社會群體的出行規律，提供準確的、可預測的、有價值的結論，可以指導軌道交通更為安全、有序的運營，同時也可以提供準確消費預測，提升軌道交通周邊消費能力，為軌道交通企業帶來直接和間接的收益，有助于帶動軌道交通周邊商業可持續發展。

在大數據時代，數據是新的生產要素，是基礎性資源，也是戰略性資源。城市軌道交通云支付系統的建立，勢必會將傳統AFC系統從單一的售檢票服務，向大數據管理全面發展。

注○1：“AFC系統”是自動售檢票系統（automatic fare collection system）的簡稱。它基于計算機、通信、網絡、自動控制等技術，實現自動售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等全過程的自動化系統。軌道交通AFC系統共分為五個層級，從上至下依次為清分系統、線路中央計算機系統、車站計算機系統、車站終端設備、車票。

注○2：“云閃付”是中國銀聯聯合各商業銀行推出的一項產品，它采用了HCE與TOKEN技術,同時具備實體商店POS機“閃付”能力、移動互聯網遠程支付能力的創新移動支付產品，持卡人可享受便捷、安全、快速的銀行卡服務。

銀聯云閃付旗下囊括了與銀行、國內外手機廠商、通訊運營商等合作方聯合開發的各類移動支付產品，適用于多種手機品牌和型號，包括iPhone以及華為、小米、中興、聯想、三星等安卓手機，可以在線下商戶及手機APP中進行支付。

【1】居理，陳鳳敏，桑義，等.GB50381-2010城市軌道交通自動售檢票系統工程質量驗收規范[S].北京：中國計劃出版社出版，2010年.

【2】楊政軍.二維碼電子車票在自動售檢票系統中的應用[J].上海：城市軌道交通研究雜志社，2016年.

【3】胡宇舟,范濱,顧學道,繆力.基于Storm的云計算在自動清分系統中的實時數據處理應用[J].成都：計算機應用雜志社，2014年.

【4】曾凱，顏金傳.云計算及其在智能交通上的應用[J]. 北京：現代電信科技雜志社，2011年.

【5】錢哨，張云鵬，黃少波.智能交通云：基于云計算的智能交通系統[J]. 南昌：計算機與現代化雜志社，2010年.

本文首先對云支付系統在城市軌道交通的發展優勢進行了簡單論述，并在對比分析國內部分城市軌道交通云支付系統應用的基礎上，對城市軌道交通云支付系統的建設模式進行了研究探討。