天津城市軌道交通智能支付的應用研究*

于 航 馮進峰

(1.天津理工大學電氣電子工程學院， 300222， 天津； 2.天津軌道交通運營集團有限公司， 300222， 天津∥第一作者， 講師)

天津軌道交通從2006年開始運營以來，經歷了不同階段的票務模式更迭，包括線網規(guī)模擴大、AFC(自動售檢票)系統(tǒng)設備更新、運營模式轉變、支付技術發(fā)展等方面。在運營票卡管理和現(xiàn)金管理方面也經歷了不同階段的發(fā)展變革。

通過分析天津軌道交通票務發(fā)展和地鐵運營的歷程，發(fā)現(xiàn)還存在以下問題：

1) 自動售檢票系統(tǒng)建設成本高，升級更新難度大。老線AFC系統(tǒng)的多次改造，天津地鐵6條線路共有8個設備廠商參與，票務新功能增加通常需要協(xié)調多家集成商參與，難度大，投資大。

2) 傳統(tǒng)票卡支付在運營管理和設備維護方面成本高。票卡采購和管理成本、現(xiàn)金管理引起的人員成本、傳統(tǒng)設備的運維成本居高不下。

3) 自動售檢票系統(tǒng)受設備廠商限制。廠商的更替對于地鐵運營票務發(fā)展存在較大的限制和風險。

4) 軌道交通票務帶來的正向效益已經到了瓶頸點。近些年，如同各城市一樣，天津軌道交通已將以傳統(tǒng)票卡為媒介的營銷活動發(fā)揮到了極限，傳統(tǒng)票務很難實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領域的突破，實現(xiàn)更高的效益。

1 天津軌道交通智能支付應用情況

為了解決天津軌道交通票務發(fā)展和運營過程中存在的問題，天津軌道交通智能支付，從智能支付建設模式、智能支付系統(tǒng)架構、智能支付方式選擇、通信方式、業(yè)務規(guī)則等方面做了深入研究，在2017年底重新推出了智能支付購票功能，做新的試點應用。2018年4月26日，正式推出銀行卡及手機pay支付檢票過閘應用，2018年12月29日,上線手機二維碼掃碼過閘應用。通過一年的技術攻關和工程實施，在售票端、檢票端均上線了智能支付應用，覆蓋到了銀行卡閃付、手機pay閃付、手機二維碼、語音識別售檢票等多種新技術應用。

2 天津軌道交通智能支付關鍵技術應用分析

2.1 通信聯(lián)機脫機自適應模式

為了在保證軌道交通票款資金安全完整的前提下，盡可能地保障乘客通行體驗，天津軌道交通首創(chuàng)采用了“通信聯(lián)機脫機自適應模式”，終端設備在處理票卡業(yè)務時，優(yōu)先與智能支付平臺系統(tǒng)通信，獲取通行數(shù)據(jù)。如在規(guī)定時限內無法聯(lián)機時，自動降級為脫機模式。在手機二維碼過閘應用過程中，采用了二級脫機驗證的模式[1]。具體驗證邏輯如圖1～圖3所示。

圖1 聯(lián)機模式

圖2 一級脫機模式

圖3 二級脫機模式

通信聯(lián)機脫機自適應的技術有三方面優(yōu)勢：第一是狀態(tài)驗證后臺化，不需要多前端身份識別模塊進行回寫，可以廣泛化地兼容前端多種身份識別技術；第二是通過實時的在線通信交互技術應用，將乘客的進出站動作與后臺實時對應，檢驗進出閘次序，保證票務邏輯完整性以及乘客行程信息的及時性，可搭配降低的通信驗證邏輯，同時保證乘客的前端過閘體驗不受影響；第三是充分利用了設備多線程通信機制，在250 ms內完成雙極通信交互和邏輯認證，保證聯(lián)機驗證的時效性和脫機驗證的靈活性。

2.2 讀寫器交易透傳模式

天津軌道交通的讀寫器采用RJ45網口與智能支付平臺通信，在數(shù)據(jù)交互上采用雙通道并存模式，傳統(tǒng)的串口通道用來進行設備管理和傳統(tǒng)業(yè)務受理，專用網口用來開展智能支付業(yè)務，數(shù)據(jù)透過傳統(tǒng)的終端設備、SC(車站計算機)、LC(線路中央計算機)，直接上送智能支付平臺。

在軌道交通行業(yè)內，天津軌道交通的讀寫器首次突破傳統(tǒng)的串口傳輸模式，兼用TCP/IP協(xié)議，讀寫器實現(xiàn)對傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)和新建智能支付系統(tǒng)的雙鏈接。讀寫器交易采用透傳模式，精簡了AFC架構體系，保證了智能支付交易上傳的及時性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了乘客行程結束后立即扣費。乘客可及時獲取行程信息和扣費信息，配套終端設備數(shù)據(jù)審計機制，既保證了數(shù)據(jù)的及時性也兼顧了數(shù)據(jù)的準確性[2]。

2.3 智能支付三層架構體系

相對于傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的五層架構，天津智能支付通過三層架構來實現(xiàn)，分別是智能支付平臺系統(tǒng)(含車站級智能支付管理系統(tǒng))、終端設備及票卡，如圖4所示。智能支付平臺系統(tǒng)是整體智能支付的大腦，車站智能支付工作站用于數(shù)據(jù)存儲、降級模式下的信息驗證、車站報表生成等功能；智能支付終端設備為讀寫器，讀寫器將智能支付交易數(shù)據(jù)透過傳統(tǒng)SC、LC直接上傳至智能支付平臺；票卡介質為銀行卡、手機二維碼等。

圖4 智能支付三層架構示意圖

AFC結構體系的提升和優(yōu)化，相較于傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)的架構有三方面的提升：第一方面是數(shù)據(jù)效率的提升，終端讀寫器的數(shù)據(jù)直接送至中央平臺系統(tǒng)，再由中央系統(tǒng)同步至各車站系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸更及時和高效；第二方面是網絡安全提升，設置網絡安全設備將傳統(tǒng)的AFC設備與智能支付設備進行隔離，避免互聯(lián)網業(yè)務對于傳統(tǒng)設備系統(tǒng)的沖擊；第三方面是在硬件配置上采用了硬件“云模式+傳統(tǒng)集群模式”。這種架構可以很好地適應智能支付應用過程中的高并發(fā)、高效率、高擴展性的要求，同時也兼顧了軌道交通對于數(shù)據(jù)系統(tǒng)高穩(wěn)定性的要求。網絡機構在設計時設置了DMZ互聯(lián)網訪問緩沖區(qū)，外部流量均以DMZ緩沖區(qū)為唯一的接口，保障系統(tǒng)安全。

2.4 創(chuàng)新五套雙保障技術體系

1) 雙密鑰。乘車碼規(guī)范支持傳統(tǒng)工業(yè)應用環(huán)境的對稱密鑰體系和開放互聯(lián)網環(huán)境的非對稱密鑰體系，是“產業(yè)+互聯(lián)網”在軌交界的一次詮釋。

2) 雙簽發(fā)。軌道交通乘車碼的兩級簽發(fā)機制將地鐵票務的產品與銷售進行分離，實現(xiàn)票務平臺和電商平臺的分級運行，票務平臺簽發(fā)提供票務產品定制、票務授權與使用，電商簽發(fā)提供用戶推廣和票務銷售。兩級簽發(fā)采用各自獨立的簽名體系，可配套獨立的票務和電商的軌道交通運營組織架構，風險隔離，靈活有效。

3) 雙脫機。手機端的脫機生碼和檢票終端的脫機驗簽，在高頻、高密的地鐵消費場景中，實現(xiàn)風險可控的用戶極致體驗。

4) 雙內核。支持基于票務次序邏輯(聯(lián)機模式)和基于乘客行為分析(脫機模式)的雙票務融對內核，實現(xiàn)軌道交通票務智能、智慧的雙智驅動。

5) 雙優(yōu)惠。支持平臺端(P端)優(yōu)惠和商戶端(B端)優(yōu)惠：P端由軌道交通運營商面向乘客，提供立減、折扣、累積、聯(lián)程等優(yōu)惠，是平臺直接讓利給乘客，提高乘車碼產品的用戶黏度；B端優(yōu)惠是面向合作商戶，由合作伙伴(app入口或支付渠道)提供計價后再返現(xiàn)，提高商戶活躍度。兩類優(yōu)惠可疊加，乘客享雙重福利。

2.5 建立了智能支付雙脫機模式下的業(yè)務規(guī)則體系

智能支付業(yè)務是先乘車、后付費的新模式，因此，雖然面向乘客的業(yè)務規(guī)則與傳統(tǒng)票卡相兼容，但是實際票務處理邏輯有較大的創(chuàng)新。為了適應這種創(chuàng)新，重新制定了智能支付更新業(yè)務規(guī)則及交易匹配規(guī)則，完成現(xiàn)場補票和配對扣費業(yè)務。智能支付雙脫機模式下的業(yè)務規(guī)則的創(chuàng)新點有兩方面：一方面是既兼容延續(xù)傳統(tǒng)票卡的票務規(guī)則，又引入電子客票獨有的業(yè)務邏輯，重構了電子客票聯(lián)機、脫機交易并存時的異常票務邏輯規(guī)則；第二方面是構建了脫機聯(lián)機交易配對機制，實現(xiàn)多點采集、多時序傳輸下的精準行程匹配。

智能支付交易數(shù)據(jù)以三層架構為基礎，由讀寫器直接實時上送至平臺系統(tǒng)及車站級平臺系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)的及時性。同時，建立讀寫器設備交易審計機制，保障交易數(shù)據(jù)的完整性。與傳統(tǒng)的AFC標準交易由AFC終端設備進行隔離，不再上傳至ACC(線網清分清算中心)系統(tǒng)，所有智能支付的對賬工作以新交易、新平臺為準。

3 天津軌道交通智能支付應用后續(xù)工作

1) 在二維碼掃碼過閘功能基礎上，售票端和半自動補票端引入二維碼支付，統(tǒng)一由智能支付平臺與外部支付方對接。

2) 打造智能支付應用標準架構模式，研究人臉識別等新的生物識別支付技術。通過天津智能支付平臺和統(tǒng)一讀寫器終端組成的票務業(yè)務受理體系，實現(xiàn)軌道交通AFC系統(tǒng)面向“識別技術”的接口標準化，后續(xù)“識別技術”發(fā)展或更新時，對于軌道交通而言僅是接口的增加。

3) 新線推行三層架構體系，并將智能支付應用標準化。近期新線縮減傳統(tǒng)自動售票機的數(shù)量，由互聯(lián)網售票機代替。遠期新線在設計階段要將互聯(lián)網檢票機納入設計范圍，以減少傳統(tǒng)閘機的數(shù)量。

4) 逐步推行自助補票功能。隨著智能支付的普及，現(xiàn)金使用率越來越低，智能支付補票功能可以逐漸由自助設備完成，通過友好的人機界面設計、完善的補票規(guī)則設置，提升乘客通行效率，減少車站客服業(yè)務壓力，逐步向無人客服邁進。

4 結語

智能支付技術在不斷發(fā)展，城市軌道交通需要緊跟技術發(fā)展，為乘客創(chuàng)造便捷的出行體驗。天津的智能支付應用模式結合了天津軌道交通的運營現(xiàn)狀、設備系統(tǒng)情況以及合作環(huán)境情況，后續(xù)關于智能支付的推進還需要進一步加大技術創(chuàng)新，做好標準化接口推行，盡早實現(xiàn)智能支付的規(guī)劃愿景。