城市軌道交通AFC系統新技術應用及展望

王國富， 王洪臣， 劉海東

(濟南軌道交通集團有限公司， 濟南 250101)

城市軌道交通AFC系統新技術應用及展望

王國富， 王洪臣， 劉海東

(濟南軌道交通集團有限公司， 濟南 250101)

目前車票媒介主要有非接觸式IC卡、二維碼、電子車票(NFC)三大類。隨著自動售檢票(AFC)系統技術的發展，為了更好地提高服務質量，軌道交通除了保留現金購票外，全自動售票機(TVM)掃碼支付、云購票機、云閘機、刷銀聯卡直接進出站等多種實現方式開始推廣普及。對于新建地鐵的城市和已運營地鐵的城市，在進行AFC系統新技術應用時，要做好總體規劃設計和風險應對措施，以技術全面兼容的方式，上線互聯網購票系統。未來可考慮引入信用支付方式和生物識別技術，將現有的資源進行整合升級，降低運營成本的同時，給乘客提供更方便和快捷的用戶體驗。

城市軌道交通； 二維碼； PBOC3.0； 移動支付； 電子車票(NFC)； 云計算

隨著城市軌道交通建設里程的不斷增加和運營水平的日益提高，人們搭乘軌道車輛可享受到越來越便捷的出行服務，但同時也存在車廂擁擠、換乘路線長以及購票充值不便等多種問題。

作為面向乘客的服務系統，傳統的自動售檢票(AFC)系統的應用存在一些問題，已不能完全滿足使用需求。從業主的角度，現金購票導致繁重的硬紙幣清點工作、繁瑣的錢款核算流程、高昂的設備采購維護成本，票卡編碼分揀、庫存調配需要消耗大量的人力物力，容易流失；從乘客的角度，現金操作涉及到零錢問題，高峰期購票充值需要排隊，不僅浪費出行時間，而且影響出行體驗。

隨著移動互聯網的崛起，智能手機的普及，電子票據的使用已經非常方便[1]，為了給人們提供更快捷、簡便的乘行服務，運用互聯網+的思維，打造智慧地鐵，提高設備使用效率，降低地鐵運營成本是大勢所趨。

1 AFC系統技術現狀

AFC系統基于計算機、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，通常均采用自上而下的5層架構[2]，包括軌道交通清分中心(ACC)、線路中央計算機系統(LCC)、車站計算機系統(SC)、站廳終端設備(SLE)、車票等。由于新技術的發展和支付模式的演化，多地AFC系統根據實際情況進行了優化調整，表現最突出的是，考慮對車票種類規劃進行升級，發行新票種。按照車票媒介區分，主要包含以下3種。

1) 非接觸式智能IC卡。由微型集成電路芯片封裝而成，可分為存儲卡、邏輯加密卡和CPU卡，具有信息存儲量大、數據安全性高、讀寫失效率低、抗干擾能力強等優點。邏輯加密卡內置硬件加密邏輯電路，密鑰固定，通過校驗密碼(KEYA、KEYB)方式對存儲區內的數據存取進行安全控制，有一定的安全性，但無法防止惡意攻擊。CPU卡也叫智能卡，含微處理器芯片和COS操作系統，安全性很高，一卡一密，不僅具有存儲數據的空間，還有數據計算的能力，能執行命令和保護數據。目前單程票多采用TYPE A制式的存儲卡，儲值票采用CPU卡。此外，為適應小額支付和互聯互通的發展需求，遵循國家金融行業標準PBOC3.0[3]的金融IC卡和交通部一卡通[4]也得到廣泛應用。

2) 二維碼。使用黑白矩形圖案表示二進制數據符號信息，用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，是具有可讀性的條碼[5]，其安全性與加解密算法有關，通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。二維碼技術[6]適合于小額充值及消費，采用圖片作為虛擬憑證，具有數據輸入快速、可靠，識別操作簡單、靈活等優點。但是，二維碼作為車票媒介，讀寫效率與掃描設備相關，由于不可二次寫入修改，無法記錄計時統計信息。

3) NFC。即近距離無線通信(near field communication)，由射頻識別技術發展而來，用于非接觸式無線通信，其工作頻率為13.56 MHz[7]，能在短距離(小于10 cm)內與兼容設備進行識別和數據交換。

2 AFC系統技術發展

鑒于新技術的更替層出不窮，移動支付尚處于初級階段，現階段是推行“云購票”這一理念，先試運行，除了保留現金購票外，乘客能夠使用電子支付預購地鐵特種票，實現先取票再進出站和無需取票直接進出站。

1) 保留現金購票，增加TVM掃碼支付。自動售票機除了滿足紙幣、硬幣購票功能之外，還可以實現直接在TVM上掃碼支付購票，通過手機掃碼完成電子支付。該功能上線后，用戶購買單程票通過手機掃碼完成支付，減少用戶的投幣和找零時間，同時減少TVM設備硬幣和紙幣模塊的使用，可降低模塊的保養頻率和運維成本。車票是普通的單程票，僅發售當天有效，而且只能使用一次，在乘客出站時被閘機的票卡模塊回收。

2) 云購票機。這是通過APP、公眾號等完成支付，然后掃二維碼的換票方式。將現有TVM購票過程中最消耗時間的選站和支付環節引導至線上實現，盡可能地簡化操作步驟，通過手機即可完成購票和支付，并利用生成的二維碼到兌票機上掃碼取票，從而最大限度地減少排隊時間，優化用戶體驗。兌票機設備小、占地少、布放靈活，非常環保和時尚，未來可作為一種獨立的增值業務，由專門的團隊負責運營和維護。

3) 儲值票/計次票自助發售、充值、退還。儲值票/計次票可在有效期內重復使用，每次出站時扣除票款或乘坐次數，而且票務政策的制定和實施比較靈活，在符合規定條件下乘坐公共交通，可享受聯乘優惠[8]。

4) NFC手機。乘客可以在閘機上直接刷NFC手機進出站，徹底擺脫了票卡錢幣的束縛，實現與原AFC票卡處理系統的無縫結合。由于需要手機支持NFC功能，目前普及率低。

5) 刷銀聯卡。乘客直接刷銀聯卡進站和出站，通過后臺完成相應的驗證和扣費操作。由于擴展了小額支付應用功能，乘客還可在地鐵周邊的商戶進行購物消費。由于開通手續繁雜，實際用卡量偏低。

6) 云閘機。二維碼作為一種時下流行的信息傳播媒介，存儲信息量較大，掃描識讀技術較成熟，大部分人已經熟悉使用。選擇二維碼作為進出站驗票方式，將給乘客帶來便捷時尚的體驗，也可為業主節省運營維護成本。同時，也存在聯機交易無法保證時間，脫機交易無法避免逃票等問題。

隨著移動支付技術的發展，車票媒介種類更加豐富，也為乘客提供了更多的購票選擇，方便了軌道交通出行。每種方案各有優劣，各城市應結合自身的實際情況，綜合比較選擇。

3 AFC系統實施建議

地鐵云購票作為一個新生事物，運用“互聯網+”思維，借助日益普及的智能手機資源，向多種支付方式發展，具有方便、快捷、高效、經濟的優勢，在節省時間的同時，能避免現金購票的不便。

對新建地鐵城市，在初期要做好線網AFC系統功能定位，將二維碼兌票、手機NFC刷卡等多種方式整體考慮，統籌規劃。結合其他地鐵的建設經驗，做好方案設計，從技術上保證系統運行的穩定可靠。在實施階段要加強招標需求、設計聯絡、運營調試等細部管理，確保工程與設計的一致性。

對已運營地鐵城市，在后續線路推出更加多元化的購票方式，存在改造風險。可考慮保持原有AFC系統不變，根據實際需求，疊加二維碼兌票系統和NFC手機刷卡系統，分開獨立建設。

為了保證系統運行的穩定可靠，同時兼顧新技術的應用需要，現提出如下3種網絡接入方式。

1) 獨立運行方式。云購票機直接連到互聯網中，與現有AFC網絡物理隔離，這種方式能很好地保障現有AFC網絡的安全性，但施工安裝較麻煩，需要較高的費用，每日還需要發送報表與ACC清分對接日交易情況。

2) 接入ACC的方式。云購票機不利用現有SC和LC網絡，而是通過安全網關直接連到清分中心，這種方式有利于交易數據的上報和運行參數的下發，但每個車站云購票機都要新建與ACC的網絡連接。

3) 接入SC/LC的方式。云購票機利用現有的SC/LC網絡直接連到AFC內網，通過LC層新增的安全網關連接到云服務器，此種方式有利于交易數據的上報和運行參數的下發，同時可節省云購票機的入網建設費用。

在項目建設初期，做好總體規劃(見圖1)，充分考慮系統的可擴展性、硬件的伸縮性、軟件的開放性和技術的標準化，以適應未來的變化，減少后期改造工作，降低實施風險。

圖1 AFC系統整體方案架構Fig.1 AFC systems overall framework

移動支付技術的引入在一定程度上解決了現有AFC系統存在的問題，但同時也存在一些不足和潛在風險。在系統實施前應進行風險評估，并做好風險控制。從硬件、軟件、制度三方面構建安全管理體系，做好安全認證、訪問控制，采用入侵檢測設備等安全技術產品，保障系統物理安全、網絡安全、系統安全和應用安全。前期應重點關注以下問題，并做好應對措施。

1) 保障實時通信的專網。實時系統是未來的發展方向，為保證大客流在進出站時的高效性，建立專用數據傳輸通道，完成信息的實時交互驗證。

2) 讀寫器的兼容性。考慮到系統的適應性，在軟硬件設計上，讀寫器要最大限度地實現標準化、獨立化和通用化。在業務和功能實現方面，讀寫器既要兼容TYPE A和TYPE B型卡，又要識別金融IC卡和NFC手機支付應用，處理完成相應的票卡業務處理。

3) 標準規范制定。目前部分城市已實施云購票，但仍處于試驗階段，在運營中預見的問題需逐漸摸索。建議在工程實施階段采用“標準先行—方案制定—應用測試—試點運行—投產實施”的組合方法，同時，不斷完善運營管理部門各項票務處理規則等內容。

4) 把握國產化新機遇，開發擁有自主產權的設備。密切關注AFC系統技術發展，豐富發卡介質表現形式，為乘客提供更方便的選擇，進一步拓展“互聯網+”增值服務，不斷擴大票卡的應用范圍，從而有效提升城市交通智能化，取得較好的經濟效益和社會效益。

5) 與銀行、移動運營商、第三方支付機構對接，引入新的支付模式，為乘客提供多種購票選擇。移動支付的應用，作為一個新事物，在前期的推廣中仍面臨不少困難，本著商務先行的原則，可考慮合作推廣模式，與通信運營商及銀行等單位，就發卡方、股份占比、手續費等問題進行商務談判。同時，考慮費用打折、增值服務等一些優惠措施，為AFC系統的未來發展提供一種新的思路，實現移動支付大規模普及。

4 AFC系統技術展望

虛擬票務技術在移動金融領域的應用是未來的發展方向，AFC系統移動支付將吸引更多的乘客，功能體驗會越來越好，將得到更廣泛的應用與普及。未來可考慮建立賬戶信用評估體系，推廣新的信用支付(后付費)方式，擺脫實體的錢包束縛。同時，依托互聯網做進一步技術創新，構建基于云計算技術的AFC系統，將現有的資源進行整合升級，以少量的投資擁有分布式云計算[9]帶來的靈活和高效。通過部署和使用私有云，開發先進的云購票系統，為乘客提供更方便和快捷的用戶體驗。

隨著硬件設備的快速升級和算法技術的不斷發展，聲音、虹膜、人臉識別等[10-12]生物識別技術的潛在價值被不斷發掘提升，建設成本不斷降低，識別精度不斷提高，逐步從學術研究走向日常應用，既可滿足AFC系統基本需求，又可用于人機交互、跟蹤監控、身份識別，在保障服務安全、提升客戶體驗、整合與挖掘數據資源等方面具備廣泛的應用前景。

5 結語

移動支付在AFC系統的技術創新和應用，順應了互聯網發展的潮流，不僅擁有云計算帶來的靈活和高效，而且解決了傳統車票媒介存在的弊端，符合目前倡導的低碳經濟、綠色經濟理念。本階段應在充分借鑒其他地鐵建設經驗的基礎上，做好兌票機、云閘機、私有云等新技術的需求分析，完善AFC系統的規劃設計，并將智慧地鐵的理念落實到項目執行過程中。以技術全面兼容的方式，上線互聯網購票系統，培養用戶使用習慣，降低運營成本，提高服務質量。

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(編輯：郝京紅)

Application and Prospect for New Technology of AFC system in Urban Rail Transit

WANG Guofu, WANG Hongchen, LIU Haidong

(Jinan Rail Transit Group Co., Ltd., Jinan 250101)

Due to frequent usage and passenger demand, automatic fare collection system has been more and more popular. Currently, there are three types of ticket media, including contactless smart card, quick response code and near field communication (NFC). With the development of AFC system technology, tickets for urban rail transit lines can be bought in cash or by using the code scanning payment of TVM, cloud ticketing, and cloud gates. They can be bought by swiping a bank card inside and outside of the stations. For cities that are constructing and/or operating metro, when applying new technologies to AFC system, they should consider the problems of technological compatibility and make an overall planning in designing their online ticketing system; coping measures should be prepared to deal with potential risks. In future, credit payment and biometric technology may be introduced, and existing resources will be upgraded and integrated, in order to reduce operating costs and provide passengers with more convenient user experiences.

urban rail transit; quick response code; PBOC 3.0; mobile payment; near field communication (NFC); cloud computing

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.009

2016-06-28

2016-11-28

王國富，男，博士，教授級高級工程師，從事巖土工程、結構工程相關理論與技術的研究，metro jinan@126.com

王洪臣，男，碩士，工程師，從事交通信息工程及控制的相關理論與技術的研究，audocomo@163.com

住房城鄉建設部科學技術項目(2016-S3-008、2016YK025)；山東省住房城鄉建設科技項目(2016-SG001)

U231

A

1672-6073(2017)01-0041-04