軌道交通無障礙快速檢票系統解決方案

甘 露，張 征

(1.中國信息通信研究院，北京 100083；2.北京軌道交通路網管理有限公司，北京 100101）

1 概述

本文基于RFID 及人臉識別技術，提出一種地鐵車站乘客無障礙快速通行的檢票方案，實現地鐵乘客“無感”進/出車站乘車的服務。

乘客在進/出站乘坐地鐵時，需通行無障礙檢票通道，檢票通道通過RFID 技術快速識別出通行乘客所攜帶的車票信息，并依據相應票務規則，實現乘客的進/出站服務。同時為提高乘客的通行效率，解決乘客未攜帶車票或者未識別車票乘客的進/出站，本方案利用人臉識別技術作為乘客檢票的輔助手段，利用RFID+人臉識別技術兩種檢票方式，滿足乘客順利進/出車站的需求。

采用無障礙進站乘車方式，乘車行為的監控管理十分的重要。為規范乘客的乘車行為，本方案在檢票通道區域設置的人臉識別攝像頭不僅可以完成人臉識別進/出站功能，還可監控乘客的進/出站情況，對乘客乘車行為進行監控管理，引導乘客誠信乘車。

2 RFID技術分析

2.1 技術介紹

RFID 是一種利用無線電射頻信號耦合傳輸的特性，在讀寫器和標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸以達到目標識別和數據交換目的的技術。基本工作原理：在標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號，解讀器讀取信息并解碼后，發送至中央信息系統進行有關數據處理。

如表1 所示，從分類上看，RFID 技術根據電子標簽工作頻率的不同，通常分為低頻系統（125 kHz、134.2 kHz）、高頻系統（13.56 MHz）、超高頻（860 ～960 MHz）和微波系統（2.45 GHz、5.8 GHz）。低頻和高頻系統的特點是閱讀距離短、閱讀天線方向性不強等，其中，高頻系統的通訊速度也較慢。兩種不同頻率的系統均采用電感耦合原理實現能量傳遞和數據交換，主要用于短距離、低成本的應用。超高頻、微波系統的標簽采用電磁后向散射耦合原理進行數據交換，閱讀距離較遠（可達十幾米），適應物體高速運動，性能好；閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性，但系統標簽和讀寫器成本都比較高。

表1 RFID技術指標Tab.1 Technical indicators of RFID

根據電子標簽供電方式的不同，電子標簽又可分為無源標簽（Passive Tag）、半有源標簽（Semi-Passive Tag）和有源標簽（Active Tag）3 種。無源電子標簽不含電池，它接收到讀寫器發出的微波信號后，利用讀寫器發射的電磁波提供能量，無源標簽一般免維護，重量輕、體積小、壽命長、較便宜，但其閱讀距離受到讀寫器發射能量和標簽芯片功能等因素限制；半有源標簽內帶有電池，但電池僅為標簽內需維持數據的電路或遠距離工作時供電，電池能量消耗很少；有源標簽工作所需的能量全部由標簽內部電池供應，且它可用自身的射頻能量主動發送數據給讀寫器，閱讀距離很遠（可達30 m），但壽命有限，價格昂貴。

2.2 技術發展情況

1）政策支持

國家頒布的《2006-2020 年國家信息化發展策略》和《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》都闡述了發展RFID 產業重要性，指出推動RFID 技術發展可增強國內信息產業的國際競爭力、推動建設創新型國家；科技部發表了《中國射頻識別技術政策白皮書》，國家還設立了專項基金支持RFID 產業發展，為RFID 產業發展奠定了良好的政策、經濟環境。

2）應用現狀

RFID 技術的應用領域廣泛，從物流管理到資產跟蹤、防偽識別、公共安全管理、車輛管理到人員管理等都充滿了巨大商機。目前RFID 技術在國內交通管理、物流、食品安全、重要資產的跟蹤、防偽等領域開始應用。在交通領域，目前主要應用于車輛自動識別、車輛管理和車輛定位等方面。

2.3 技術工程應用分析

通信技術沒有優劣之分，它們各自有其優缺點并適合用在不同的生活場景當中。在地鐵車站這種空間較小、人員較密集的場所，需要天線及電子標簽天線均有較強的方向性，同時讀取距離不宜過長，因此宜采用微波頻率搭建RFID 系統。同時地鐵作為一種日常出勤方式，車票使用頻率高，需要隨身攜帶，因此車票（電子標簽）宜采用無源或者半有源卡片進行設計。

同時RFID 技術應考慮地鐵系統的建設情況，乘客進站通過的RFID 設備可與地鐵安檢設備一體化設計，實現AFC 與安檢系統的融合。人臉識別攝像機可由地鐵視頻監控系統提供。

3 無檢票機進/出站方案設計

為滿足乘客無感進/出車站，本方案在車站站廳層不再設置傳統的檢票機形式引導乘客進/出車站，而是依托于RFID 技術設置無障礙檢票通道，輔助人臉識別技術，完成乘客的進/出站動作。同時對乘客進/出站乘車行為進行監控管理。

無障礙檢票通道主要由發射天線、讀卡器、人臉識別攝像頭和聲光電提示設備等構成，如圖1 所示。

圖1 無障礙通道示意Fig.1 Schematic diagram of barrier-free access

3.1 發射天線

發射天線發射電磁波，為無源票卡提供能量，為實現讀寫票卡信息提供基礎條件。同時在乘客進/出站方向形成一個立體檢票區域。在這個區域之內，乘客進/出站過程中，系統快速識別出乘客攜帶的車票信息，并對相應車票進行讀寫操作，記錄乘客的進/出站信息。將車站的進/出站信息上傳至車站控制中心系統進行相應操作。

感應區的大小與天線面積大小及電磁波發射功率有關；一般來說，天線發射面積越大，功率越高，則感應區域越大，讀寫距離越遠。

在保證電磁波輻射對人體無害的前提下，根據天線覆蓋面積需求，確定天線的尺寸及額定功率。

3.2 讀卡器

讀卡器的主要功能是對乘客攜帶的車票信息進行讀寫操作。

乘客在進站通過感應區時，讀寫器會對乘客攜帶的車票信息進行讀取，當乘客所攜帶的車票滿足乘車條件時，讀寫器會對該車票進行進站記錄，并將進站信息上傳至車站控制中心系統。如乘客未攜帶車票或車票信息無法讀取，則生成相應指令啟動人臉識別進/出站服務。

乘客在出站通過感應區時，讀寫器會對于乘客所攜帶的車票進行進站信息讀取，如果車票具備進站信息，則將該車票進/出站信息上傳至車站控制中心，車站控制中心進行乘車結算，并將相應信息上傳至線路控制中心。如果車票沒有進站信息，則將該車票視為無效車票，生成相應指令啟動人臉識別進/出站服務。

3.3 人臉識別攝像機

人臉識別攝像頭主要完成進/出站服務和乘車行為監控兩部分工作。當乘客正常進/出車站時，系統通過RFID 技術識別乘客的車票信息，并依據票務規則進行進/出站服務。此時人臉識別攝像機主要完成乘車行為監控工作。但當乘客未攜帶車票或車票未識別，人臉識別技術將作為輔助進/出站乘車手段，完成進/出站服務。

1）乘車行為監控功能

考慮到乘客是無障礙進站乘車，乘客乘坐地鐵時，可能存在未攜帶車票直接進站乘車的情況。因此本方案推薦采用人臉識別技術作為乘客逃票監控管理措施。

乘客在進站時，如無攜帶車票，首先讀寫器會將無效車票信息上傳至線路控制中心，無障礙通道聲光電設備通知運營人員。同時該乘客在通行時，無障礙通道的人臉識別攝像機將對該乘客的面部信息進行拍攝，同時將該乘客的面部信息上傳至系統的逃票乘客信息庫。為保證逃票乘客的面部信息可以拍攝完成，在無障礙通道上設置多個攝像頭、多角度地拍攝乘客面部信息，以保證獲取逃票乘客面部信息。

2）進/出站服務功能

為實現人臉識別進/出站服務，系統應先采集乘客的人臉信息，建立人臉信息庫。并在線路控制中心和車站控制中心服務器內存儲人臉信息庫。

人臉信息采集方式可采用車站現場指定設備（如人臉信息采集器）采取或者通過地鐵官方APP，乘客自主上傳方式。

當乘客未攜帶車票或者車票未被識別情況下，無障礙檢票通道的讀寫器未讀取到車票信息，將生成相應指令，系統將啟動人臉識別進/出站服務。通過多個、多角度人臉識別攝像頭的拍攝，提取當前乘客的面部信息數據，將乘客的面部信息數據與車站控制中心的人臉信息庫進行比對。如該乘客在人臉信息庫已經注冊，滿足乘車條件，則提示該乘客可進行進/出站。反之，提示該乘客不可進/出站，等待工作人員處理。

3.4 聲光電提示設備

聲光電提示設備主要由燈光帶和蜂鳴器組成。

讀卡器針對類型匹配的有效票卡，讀取票卡行為，形成讀取信號，并讓燈光帶根據不同信號在燈光帶上進行顯示，如通過顯示持續綠色、未通過顯示持續紅色、可以通過顯示藍色跳閃動態箭頭、禁止通過顯示跳閃紅色等。在乘客非法通過無障礙通道時，蜂鳴器會播出相應信息。

4 業務流程設計

4.1 進站流程設計

1）進站開始判斷條件：（乘客走向安檢門，途中經過至少2 ～3 個感應器，感應器發生信號的時間連貫性用于判斷乘客行走方向，方向判別成功則進站流程開始）在乘客進入安檢門進行安檢時，同時踏入識別卡感應天線掃描范圍。

2）在安檢門頂部適當位置，放置識別卡感應天線：在乘客接受安檢（一般耗時2 ～3 s）的同時，掃描乘客身上的識別卡，并把相應信息傳遞到指示板；提前緩存該卡信息并進行各種判斷處理，在乘客進入通道后增加新的進站記錄；進站流程結束。

3）如果沒有感應到正確的識別卡，或者金額不足，無障礙通道讀寫器生成相應指令啟動人臉識別進/出站服務，如在人臉信息庫中查詢到該乘客信息且該乘客滿足乘車條件，則提示乘客進站乘車。反之，則應有告警顯示乘客需等待工作人員進行處理。

在乘客進站讀取識別卡的當前卡號、余額等信息時，讀取該卡最后一條消費記錄，判斷是否為地鐵出站記錄，用于判斷該卡的上次交易是否完整；上次交易記錄完整情況下，才能增加一條新的地鐵進站記錄；否則要進行異常處理，具體措施需按照運營組織規定執行。

4.2 出站流程設計

出站開始判斷條件：無（即無障礙通道內側的識別卡感應天線隨時準備讀卡，流程始終處于自動開始狀態）。

乘客通過出站無障礙通道時，由無障礙通道頂部的識別卡感應天線，掃描乘客身上攜帶的識別卡，并在乘客走出無障礙通道之前，讀進站記錄、讀票價表、讀折扣率、計算消費額、扣除余額、寫新出站記錄，出站記錄寫完后提示正常通行；未寫完則有告警顯示，無障礙通道讀寫器生成相應指令啟動人臉識別進/出站服務，如在人臉信息庫中查詢到該乘客信息且該乘客滿足乘車條件，則提示乘客可出站。反之則應有告警顯示乘客需等待工作人員進行處理，如乘客繼續出站，系統會將乘客的面部信息上傳至逃票乘客信息庫；流程自動結束。

在乘客出站讀取識別卡的當前卡號、余額等信息時，讀取該卡最后一條消費記錄，判斷是否為當天地鐵進站記錄；如果是當天地鐵進站記錄，才能進行計算、扣款、寫新出站記錄等；否則要進行異常處理，具體措施需按照運營組織規定執行。

5 工作模式

工作模式是指檢票系統可以在不同任務需求情況下進行檢票的邏輯方法。在具體設計時，需要同時考慮車站一級、設備一級的工作模式是否符合車站的運輸組織需要。在不同的運輸組織需要情況下，車站可以采用不同的工作模式進行檢票。

工作模式可以區分為站級、設備級：一般包括正常工作模式、緊急模式、故障模式、降級模式、暫停運營模式和其他模式6 種。具體工作模式可根據地鐵運營實際需求確定。

6 結束語

隨著乘客對于美好出行的愿望越來越強烈，快速、便捷、智慧化的乘客服務是未來地鐵運營企業的追求目標。本文提出的RFID + 人臉識別的技術方案，最大限度實現了乘客無感進/ 出站的服務，為未來自動售檢票系統的建設提供了一種解決方案。