鐵路自動退票機關(guān)鍵技術(shù)研究

趙 楠，梁曉慷，李 超，李士達，潘浪濤

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 ，北京 100081；2.中國鐵路總公司 客運部，北京 100038）

目前，鐵路退票的渠道相對來說還比較少，除去電子票可以在12306的網(wǎng)上系統(tǒng)退票外，持紙質(zhì)車票的旅客需要到車站專口排隊退票，尤其是退票高峰期和突發(fā)事件時，旅客需要漫長的排隊等待，退票時間較長，服務(wù)體驗較差。自動退票機提供了一種新的退票渠道，作為車站傳統(tǒng)退票方式的一種有效補充，不僅能彌補鐵路車站退票窗口少，旅客排隊時間長的退票缺陷，還可以提高退票的效率,提升旅客退票體驗。

1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

鐵路自動退票機是鐵路自動退票系統(tǒng)核心組成部分，自動退票機業(yè)務(wù)的實現(xiàn)依賴于整個自動退票系統(tǒng)。自動退票系統(tǒng)包括前臺自動退票終端機（TRM）、自動退票機應(yīng)用服務(wù)器、鐵路局接口服務(wù)器、中國鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)（簡稱：客票系統(tǒng)）等部分。系統(tǒng)采用鐵路局集中模式構(gòu)架，在鐵路局設(shè)置自動退票數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，承擔(dān)下轄所有客運站自動退票業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)處理服務(wù)，同時可根據(jù)鐵路局下轄客運站所配置的自動退票機的數(shù)量確定應(yīng)用服務(wù)器個數(shù)，并組合成應(yīng)用服務(wù)器集群，將下轄所有客運站的退票應(yīng)用處理服務(wù)全部集中管控。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖[1]，如圖1所示。

1.2　自動退票機機內(nèi)軟件設(shè)計

自動退票機采用多進程的設(shè)計模型，將自動退票機機內(nèi)應(yīng)用軟件分割成若干程序，包括主業(yè)務(wù)處理程序（MBP）、人機界面交互程序（GUI）、硬件模塊控制程序（HC）、監(jiān)控程序（Startup）、維護程序（Backer）等[2]。該系統(tǒng)設(shè)計具有較高的穩(wěn)定性和靈活性，易于擴展和自動升級，系統(tǒng)采用B/S，C/S混合結(jié)構(gòu)，滿足鐵路局和車站不同業(yè)務(wù)需求[3]。其架構(gòu)設(shè)計，如圖2所示。

圖1　自動退票系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2　自動退票機軟件架構(gòu)圖

2　關(guān)鍵技術(shù)

2.1　票面圖像識別技術(shù)

自動退票機采用了票面圖像識別技術(shù)，通過讀磁通道上安裝的攝像頭及若干傳感器，對票面進行多方位掃描、拍照處理。票面圖像識別技術(shù)采用模板匹配算法模型，以內(nèi)置的參考車票模板作為基準特征塊，與攝像頭拍下的票面照片對比。匹配原則是以兩幅圖像重疊部分的像素差的平方和（SSD，Sum Of Squared Differences）為標準來衡量此區(qū)域是否與基準特征塊相似。程序?qū)④嚻逼泵孢壿嬌戏譃槿舾蓚€區(qū)域，每個區(qū)域按照其對應(yīng)的基準特征塊進行匹配分析，計算SSD。

票面圖像識別技術(shù)通過對車票照片的掃描、比對、分析，能精準計算出車票的完整性，即解決了污損車票、有劃痕車票的退票問題，也解決了困擾現(xiàn)場已久的剪口票退票問題。

2.2　車票磁信息處理技術(shù)

自動退票機配備了磁票處理模塊，可對藍色磁票進行讀磁、寫磁操作。磁票處理模塊內(nèi)置一個讀磁磁頭，在車票滑動過程中，磁頭可讀取車票上的磁道信息，并采用PSAM卡硬解密技術(shù)對車票磁信息進行解密工作，達到識別車票信息、判別車票真?zhèn)蔚墓δ堋?/p>

磁票處理模塊具備單張磁票票面向上的雙方向插入功能，且磁票處理模塊具備單張車票暫存、消磁、熱敏打印、入口退出車票等輔助功能，磁信息處理技術(shù)的使用可使自動退票機能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用條件。

2.3　非現(xiàn)金退款處理技術(shù)

目前，自動退票機的退款方式采用與購買車票所支付方式一致的原則，除支持現(xiàn)金退款外還支持銀行卡退款、網(wǎng)銀退款、第三方支付退款等。自動退票機沒有延用人工退票窗口掛連POS機的退款式，而是創(chuàng)新性采用虛擬POS機的方式進行跨平臺跨系統(tǒng)進行退款操作。自動退票機以機內(nèi)虛擬POS為業(yè)務(wù)載體，上連鐵路總公司支付平臺，實現(xiàn)銀行卡退款、網(wǎng)銀退款、第三方退款操作，整個過程方便快捷，平均響應(yīng)時間小于2 s/筆。

具體退款業(yè)務(wù)流程如下：

（1）自動退票機打包業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并發(fā)起退款指令，調(diào)用虛擬POS進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）退款數(shù)據(jù)經(jīng)支付預(yù)處理服務(wù)器將退款數(shù)據(jù)上報至鐵路總公司支付平臺。

（3）鐵路總公司支付平臺進行對賬、退款審核后與銀行前置服務(wù)或第三方平臺對接數(shù)據(jù)，完成退款。

整個退款過程完全自動完成，期間不需要與旅客交互，減少了退款步驟及退款時間。其中網(wǎng)銀退款與第三方退款業(yè)務(wù)流程，如圖3所示。

圖3　退款業(yè)務(wù)流程圖

2.4　多線程開發(fā)技術(shù)

對于復(fù)雜的軟硬件交互程序而言，單線程設(shè)計無法滿足退票業(yè)務(wù)以及硬件系統(tǒng)的一致性。自動退票機采用基于多線程技術(shù)的程序設(shè)計理念，能充分利用自動退票機系統(tǒng)資源，大幅度提升系統(tǒng)處理速度以及分析速度。自動退票機運行過程中，界面需要與旅客進行交互，MBP業(yè)務(wù)程序要保持與客票系統(tǒng)通信，硬件處理程序還要及時處理硬件上報信息，單一線程模式根本滿足不了業(yè)務(wù)需求，多線程工作模式則可以并發(fā)處理上述業(yè)務(wù)，保證用戶界面可以在進行其它工作的同時一直處于活動狀態(tài)，也可以隨時中斷循環(huán)掃描、車票讀取一類的等待型任務(wù)。

2.5　基于分布式緩存 GemFire 系統(tǒng)的快速查詢技術(shù)

GemFire 是一個位于應(yīng)用集群和客票數(shù)據(jù)源之間的高性能分布式內(nèi)存對象緩存系統(tǒng)，GemFire 充分利用網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)存和磁盤資源，具有低延遲、高吞吐量等優(yōu)點[4]。訂單系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，且存儲在不同的節(jié)點、分庫中，傳統(tǒng)的查詢技術(shù)速度慢、延遲高，難以適應(yīng)自動退票機業(yè)務(wù)需求。自動退票機在訂單查詢過程中利用基于GemFire系統(tǒng)的快速查詢技術(shù)，極短時間內(nèi)即可在海量數(shù)據(jù)中查詢到需要的訂單信息，大幅度縮減自動退票機退票時間，提高退票效率。

2.6　應(yīng)用負載均衡技術(shù)

負載均衡技術(shù)是一種廉價有效的擴展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力的方法，可提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。自動退票機通過tvmis程序與客票系統(tǒng)通信，tvmis服務(wù)采用分布式部署，在多臺服務(wù)器上擴展所需的應(yīng)用程序，形成應(yīng)用服務(wù)器集群。部署的負載均衡器根據(jù)應(yīng)用服務(wù)器的負載情況，自動將業(yè)務(wù)請求分發(fā)到不同節(jié)點，不僅增強了對數(shù)據(jù)的處理能力，提高了服務(wù)器響應(yīng)速度以及資源利用率，同時避免了服務(wù)器單點故障導(dǎo)致用戶訪問失敗，業(yè)務(wù)中斷等問題[2]。

2.7　基于Flex的界面開發(fā)技術(shù)

自動退票機為開放式自動設(shè)備，旅客操作的易用性決定了設(shè)備使用的效率[5]。

Flex是一個開源的軟件開發(fā)工具包，常用于構(gòu)建和部署基于Adobe Flash的跨平臺應(yīng)用程序，可實現(xiàn)跨瀏覽器、桌面和操作系統(tǒng)。Flex內(nèi)嵌Flex player播放器，能夠直接播放自動退票機設(shè)計的視頻文件。

自動退票機人機交互界面（GUI）基于Flex技術(shù)開發(fā)，使用XML語言格式與主業(yè)務(wù)程序MBP進行通信，界面風(fēng)格采用扁平化設(shè)計理念，設(shè)計中利用Flex框架自帶的動畫效果和互動界面，幾乎不需要額外的美工，就實現(xiàn)了美觀大方的界面。Flex的語言具有一定的邏輯處理能力，能實現(xiàn)一些簡單的業(yè)務(wù)處理，程序設(shè)計中部分交互界面可直接增加業(yè)務(wù)邏輯處理代碼，減少了GUI與MBP程序的交互流程，使得GUI與旅客的交互更加高效、便捷。

2.8　互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)

目前，自動退票機可采用兩種方式連入客票系統(tǒng)，即客票專網(wǎng)模式及互聯(lián)網(wǎng)模式。自動退票機采用客票專網(wǎng)模式部署時，需要機器安裝在鐵路車站等客票專網(wǎng)能連通的地方，優(yōu)點是部署方便，缺點是局限性大；自動退票機采用互聯(lián)網(wǎng)模式部署時，機器需要加裝網(wǎng)絡(luò)安全平臺軟件、安全管控器、4G上網(wǎng)卡等，部署相對復(fù)雜，但是適用范圍廣泛，在互聯(lián)網(wǎng)能覆蓋的地方均具備安裝條件。在互聯(lián)網(wǎng)模式中，自動退票機發(fā)送的數(shù)據(jù)要先通過安全管控器經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)接入到安全平臺互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，安全平臺互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器再將接收到的數(shù)據(jù)通過安全隔離網(wǎng)閘轉(zhuǎn)發(fā)給客票系統(tǒng)服務(wù)器[6]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4　互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　結(jié)束語

自動退票機設(shè)計中以減少旅客交互、縮減退票時間為業(yè)務(wù)指導(dǎo)，采用了故障分析和預(yù)警手段，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性[7]。據(jù)統(tǒng)計，鐵路自動退票機在太原站投入使用一年多，退票量占總退票量10%，且呈不斷上升狀態(tài)。鐵路自動退票系統(tǒng)是一種全天候不間斷的服務(wù)系統(tǒng)，是鐵路人工退票窗口的有效補充，鐵路自動退票系統(tǒng)的應(yīng)用極大地方便旅客在車站自助完成退票業(yè)務(wù)辦理，降低人工退票窗口工作壓力。隨著鐵路客運的繼續(xù)發(fā)展、旅客出行頻率的不斷增加、旅客出行模式的不斷進步，自動退票機必然會迎來更為廣闊的應(yīng)用前景。

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