一種二維碼地鐵取票機的研究與實現

楊貴松

（廣州廣電運通金融電子股份有限公司，廣東廣州 510663）

0 引言

移動互聯網的迅猛發展與快速演變，催生了移動支付及二維碼支付。

我國已經進入互聯網3.0時代，無線網絡和移動互聯網終端產品在軌道交通領域得到廣泛運用，互聯網創新成果與交通服務融合發展形成新業態，信息化、跨界化、虛擬化、體驗化不斷推動我國軌道交通服務發展[1]。鐵路互聯網取票機就是在這種背景下產生，是對傳統現金自動購票設備的一次技術革新，該方案已成功應用于廣州地鐵運營線路。

1 研究背景

自動售檢票系統（Automatic Fare Collection System），簡稱AFC系統，是實現售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等全過程的自動化系統，AFC系統包括清分中心(ICCS)、線路計算機(LCC)、車站控制室(SC)、車站終端設備(SLE)[2]，圖1就是一個典型的車站AFC系統結構圖。

傳統售票機主要功能是幫助乘客實現現金和票之間的流轉。對于運營方地鐵來說，售票機必須裝備昂貴的現金處理模塊，包括紙幣識別模塊，硬幣識別與找零模塊等[3]。現金處理流程如圖2所示，運營安裝和維護成本較高。對于乘客方來說，使用紙幣購票會造成一定的不便。

圖2 自動售票機現金處理

2 關鍵技術實現

新型二維碼取票機的方案取消了現金售票機的現金處理模塊，用移動碼支付作為乘客支付車票的接口，移動支付通過掃描二維碼（微信或支付寶）實現；其他模塊與傳統售票機保持了兼容，這樣對AFC設備終端廠商來說，減少了對新模塊研發投入和維護成本，便于保養。

2.1 硬件設計

為保持同一項目內的自助設備關鍵模塊的型號一致性，降低物料管理和備件采購成本，互聯網取票機的模塊配置在功能和性能得到充分保障的情況下，最大范圍地兼容了地鐵現有自動售票機的同類配置，硬件設計框圖如圖3。

圖3 硬件設計框圖

二維碼取票機安裝在車站非付費區內，由主控單元、乘客觸摸顯示屏、單程票處理模塊、二維碼掃描模塊、無線上網模塊、電源模塊及機殼等部件組成，主要部件如表1所示。

表1 主要模塊列表

（1）主控單元

主控單元采用32位高性能處理器，符合工業級應用標準，具有良好的抗電磁干擾性能，能保證整機全天24小時不停機地穩定運行，安裝在設備主控單元內的設備控制軟件可由LCC通過網絡下載或便攜式設備下載。主控單元配置了8GB的DOM卡存儲器，能至少保存20天的交易數據和設備數據，可在SC通信中斷情況下單機運行。主控單元主要性能指標如表2所示。

表2 主控單元技術指標

（2）二維碼掃描模塊

取票機的二維碼掃描模塊作為移動支付的核心設備，本方案設計的二維碼掃描模塊，由于采用了硬解碼方式進行解碼二維碼，具有處理速度快、識別精準等特點，其主要性能參數如表3所示。

表3 二維碼模塊技術指標

（3）單程票處理模塊

二維碼取票機的車票處理單元采用成熟的技術，并已成功應用于廣州五號線及廣州二八拆分線和四號延長線，實際使用效果良好。該裝置包括以下幾個部分：控制板、單程票補票箱、單程票回收箱、廢票箱、車票讀寫器（由車票讀寫器供貨商提供）、車票傳送機構、傳感器、電磁閥等[4]。

出票通道的基本動作即是通過控制電磁閥將車票從一段通道送到另一段通道、車票賦值和校驗。只要讀寫區有票，讀寫器就可以對區域內的車票進行讀寫，所以可以在車票從供票通道A/B電磁閥掉進讀寫區的同時開始對車票讀寫。而且車票讀寫不涉及到電磁閥動作，可以同時出票到供票通道。

在控制板的控制下，單程票處理模塊自動完成供票、讀寫、校驗及出票的處理。如校驗失敗，車票被送到廢票箱，同時設備嘗試再次發售車票。如果連續出現校驗錯誤的次數達到設置的次數時，設備暫停服務，并顯示上傳相關狀態信息。為了保護乘客的利益，在無法發售車票的情況下，主控單元會發提示車票購置不成功，請聯系客服。

通過給車票讀寫器發送指令，能進行不同票種、不同金額的車票編碼。發售的票種、金額可通過從SC下載參數設置。

2.2 軟件設計

二維碼取票機支付架構如圖4所示，該系統除了接入原有地鐵車站AFC系統外，新增加功能是乘客互聯網取票機掃碼支付，支付模塊通過4G網絡接入第三方支付服務器（微信/支付寶），第三方支付服務器通過網絡將支付數據傳送給地鐵清分服務器系統[5]。

圖4 地鐵互聯網購票系統架構圖

取票機軟件由多個功能子模塊組成，如圖5所示，本文重點介紹操作模式設置模塊和安全管理模塊。

圖5 取票機軟件

（1）操作模式設置模塊

正常操作模式：接受網上購票現場取票，可查詢車票信息；乘客按選擇目的地→選票種→選數量→二維碼支付的順序購買車票。乘客選擇目的車站、票種、張數以及所需的金額和已支付的金額將顯示在乘客顯示器上。在出票時，有聲光提示。取票機具備多模式選站功能，至少能按區域、按線路、按票價三種方式選擇目的車站。

受限操作模式：設備的一部分模塊發生故障或達到系統設定參數時，互聯網取票機自動轉換為受限操作模式，排除相應模塊的故障后，互聯網取票機自動轉換為正常操作模式。

僅可查詢車票信息模式：乘客可以在互聯網取票機上對“羊城通”、“佛山交通卡”及軌道交通專用車票的車票內數據進行查詢。所有涉及到“羊城通”、“佛山交通卡”的查詢需求應符合“羊城通”系統的要求。能對軌道交通車票內的數據進行查詢，包括金額、余額、有效期、交易記錄等。

（2）安全管理模塊

二維碼取票機的設計具備足夠的安全性，保證在正常運行的情況下，站務人員在加票和結賬車票的整個過程中完全不能接觸到任何車票。設備在機械結構設計上保證非授權人員無法在不拆卸或破壞設備的情況下拿出任何車票，同時在軟件設計上保證非授權人員不能作出任何授權范圍之外的操作，如果無法避免非授權人員做出授權范圍之外的操作，則設備應能夠給出聲響報警，并向SC傳送報警信息。

在以下情況下設備出現聲響報警并在車站計算機顯示報警信息：

非法打開維修門；

非法移動票箱；

操作員登錄3次（次數可參數設置）失敗。

報警按照預定的間隔持續或至故障排除過程結束，持續間隔作為參數設置。

設備的運行安全主要包括了操作員登錄管理、票卡安全兩方面。

1）操作員登錄管理

二維碼取票機具備權限控制功能，由LCC統一設置操作員編號、密碼、操作等級及權限。包括登錄認證、強制退出、自動注銷、非法檢查等。

2）票卡安全

二維碼取票機開門后不再發售正常的運營車票，并進行顯示信息提醒。設備的維修門打開與關閉期間產生的廢票數，將記錄到系統中。廢票掉入回收盒時自動清除車票的余值，且廢票不能直接進閘或通過票房售票機更新處理后正常使用。

3 運營實際效果

二維碼取票機在廣州地鐵五號線廣州火車站進行了開通試運營，對開通試運營的廣州火車站采集了試運營數據，圖6顯示了根據開通月數統計的購票張數以及購票金額，通過統計數據來看，乘客使用互聯網取票機的意愿逐月增加，這說明它的便捷性得到了乘客的認可。

圖6 地鐵購票統計圖

4 結語

本文將移動支付應用到鐵路自動售票設備領域，從地鐵車站AFC系統架構、自動售票機的現金流處理，引入二維碼取票機設計，并重點介紹了二維碼取票機硬件及軟件技術實現，強調了售票機的安全性設計。此設計成功應用于現有廣州地鐵線路運營，并通過運營數據采集說明實際效果，驗證了互聯網取票機能給乘客帶來安全、便捷、可靠的購票體驗。