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城市轨道交通AFC系统新技术应用及展望
发布日期:2018-10-16 16:00:21

王国富, 王洪臣, 刘海东
( 济南轨道交通集团有限公司, 济南 250101)
 

摘    要: 目前车票媒介主要有非接触式 IC卡、二维码、电子车票( NFC) 三大类。 随着自动售检票( AFC) 系统 技术的发展,为了更好地提高服务质量,轨道交通除了保留现金购票外,全自动售票机( TVM) 扫码支付、云购 票机、云闸机、刷银联卡直接进出站等多种实现方式开始推广普及。 对于新建地铁的城市和已运营地铁的城 市,在进行 AFC系统新技术应用时,要做好总体规划设计和风险应对措施,以技术全面兼容的方式,上线互联 网购票系统。 未来可考虑引人信用支付方式和生物识别技术,将现有的资源进行整合升级,降低运营成本的 同时,给乘客提供更方便和快捷的用户体验。
关键词: 城市轨道交通; 二维码; PBOC3.0; 移动支付; 电子车票( NFC) ; 云计算
中图分类号: U231         文献标志码: A       文章编号: 1672- 6073(2017)01 -0041- 04
 

AppIicationandProspectforNew TechnoIogy ofAFC system inUrbanRaiITransit
WANG Guofu, WANG Hongchen, LIUHaidong

( Jinan Rai1TransitGroup Co., Ltd., Jinan 250101)

Abstract: Dueto frequentusageand  passengerdemand, automaticfarecollection  system hasbeen  moreand  morepopular. Currently, therearethreetypesofticketmedia, including contactlesssmartcard, quick responsecodeand nearfield communi- cation ( NFC) .With thedevelopmentofAFCsystem technology, ticketsforurban railtransitlinescan beboughtin cash orby using thecodescanning paymentofTVM, cloud ticketing, and cloud gates.They can beboughtby swiping abank card inside and outsideofthestations.Forcitiesthatareconstructing and /oroperating metro, when applying newtechnologiesto AFCsys- tem, they should considertheproblemsoftechnologicalcompatibility  and  makean  overallplanning  in  designing  theironline ticketing  system; coping measuresshould beprepared to dealwith potentialrisks.In future, creditpaymentand biometrictech- nology may beintroduced, and existing resourceswillbeupgraded and integrated, in orderto reduceoperating costsand provide passengerswith moreconvenientuserexperiences.
Keywords: urban   railtransit; quick   responsecode; PBOC 3.0; mobilepayment; nearfield   communication   ( NFC) ;cloud computing
 


       随着城市轨道交通建设里程的不断增加和运营水平的日益提高,人们搭乘轨道车辆可享受到越来越便 捷的出行服务,但同时也存在车厢拥挤、换乘路线长以 及购票充值不便等多种问题。
       作为 面 向 乘 客 的 服 务 系 统, 传 统 的 自 动 售 检 票( AFC) 系统的应用存在一些问题,已不能完全满足使 用需求。 从业主的角度,现金购票导致繁重的硬纸币 清点工作、繁琐的钱款核算流程、高昂的设备采购维护 成本,票卡编码分拣、库存调配需要消耗大量的人力物力,容易流失;从乘客的角度,现金操作涉及到零钱问 题,高峰期购票充值需要排队,不仅浪费出行时间,而 且影响出行体验。
        随着移动互联网的崛起,智能手机的普及,电子票据 的使用已经非常方便[1] ,为了给人们提供更快捷、简便的乘行服务,运用互联网 +的思维,打造智慧地铁,提高设备 使用效率,降低地铁运营成本是大势所趋。
 

1 AFC系统技术现状
       AFC系统基于计算机、通信、网络、自 动控制等技 术,实现自动售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理 等全过程的自动化, 通常均采用自上而下的 5  层 架 构[2] ,包括轨道交通清分中心( ACC) 、线路中央计算 机系统( LCC) 、车站计算机系统( SC) 、站厅终端设备( SLE) 、车票等。  由于新技术的发展和支付模式的演 化,多地 AFC系统根据实际情况进行了优化调整,表现 最突出的是,考虑对车票种类规划进行升级,发行新票 种。  按照车票媒介区分,主要包含以下 3 种。
       1)  非接触式智能 IC卡。  由微型集成电路芯片封 装而成,可分为存储卡、逻辑加密卡和 CPU卡,具有信 息存储量大、数据安全性高、读写失效率低、抗干扰能 力强等优点。  逻辑加密卡内置硬件加密逻辑电路,密 钥固定,通过校验密码( KEYA、KEYB) 方式对存储区内 的数据存取进行安全控制,有一定的安全性,但无法防 止恶意攻击。  CPU卡也叫智能卡,含微处理器芯片和 COS 操作系统,安全性很高,一卡一密,不仅具有存储 数据的空间,还有数据计算的能力,能执行命令和保护 数据。  目前单程票多采用 TYPEA制式的存储卡,储值 票采用 CPU卡。  此外,为适应小额支付和互联互通的 发展需求,遵循国家金融行业标准 PBOC3.0 [3] 的金融 IC卡和交通部一卡通[4] 也得到广泛应用。
       2)  二维码。  使用黑白矩形图案表示二进制数据 符号信息,用若干个与二进制相对应的几何形体来表 示文字数值信息,是具有可读性的条码[5] , 其安全性 与加解密算法有关,通过图像输入设备或光电扫描设 备自动识读以实现信息自动处理。  二维码技术[6] 适 合于小额充值及消费,采用图片作为虚拟凭证,具有数 据输入快速、可靠,识别操作简单、灵活等优点。  但是, 二维码作为车票媒介,读写效率与扫描设备相关,由于 不可二次写入修改,无法记录计时统计信息。
       3)  NFC。  即近距离无线通信( nearfie1d  communi- cation) ,由射频识别技术发展而来,用于非接触式无线通信,其工作频率为 13.56  MHz[7] ,能在短距离( 小于10  cm) 内与兼容设备进行识别和数据交换。

 

2    AFC系统技术发展
       鉴于新技术的更替层出不穷,移动支付尚处于初 级阶段,现阶段是推行“ 云购票” 这一理念,先试运行, 除了保留现金购票外,乘客能够使用电子支付预购地 铁特种票, 实现先取票再进出站和无需取票直接 进 出站。
       1) 保留现金购票,增加 TVM扫码支付。  自动售票 机除了满足纸币、硬币购票功能之外,还可以实现直接 在 TVM 上扫码支付购票, 通过手机扫码完成电子支 付。  该功能上线后,用户购买单程票通过手机扫码完 成支付,减少用户的投币和找零时间, 同时减少 TVM 设备硬币和纸币模块的使用,可降低模块的保养频率和 运维成本。  车票是普通的单程票,仅发售当天有效,而且 只能使用一次,在乘客出站时被闸机的票卡模块回收。
       2) 云购票机。  这是通过 APP、公众号等完成支付, 然后扫二维码的换票方式。  将现有 TVM 购票过程中 最消超时间的选站和支付环节引导至线上实现,尽可 能地简化操作步骤,通过手机即可完成购票和支付,并 利用生成的二维码到兑票机上扫码取票,从而最大限 度地减少排队时间,优化用户体验。  兑票机设备小、占 地少、布放灵活,非常环保和时尚,未来可作为一种独 立的增值业务,由专门的团队负责运营和维护。
       3)  储值票 I计次票自助发售、充值、退还。  储值票 I计次票可在有效期内重复使用,每次出站时扣除票款 或乘坐次数,而且票务政策的制定和实施比较灵活,在 符合规定条件下乘坐公共交通,可享受联乘优惠[8] 。
       4)  NFC手机。  乘客可以在闸机上直接刷 NFC手 机进出站,彻底摆脱了票卡钱币的束缚,实现与原 AFC 票卡处理系统的无缝结合。  由于需要手机支持 NFC功 能,目前普及率低。
       5)  刷银联卡。  乘客直接刷银联卡进站和出站,通 过后台完成相应的验证和扣费操作。  由于扩展了小额 支付应用功能,乘客还可在地铁周边的商户进行购物 消费。  由于开通手续繁杂,实际用卡量偏低。
       6)  云闸机。  二维码作为一种时下流行的信息传 播媒介,存储信息量较大,扫描识读技术较成熟,大部 分人已经熟悉使用。  选择二维码作为进出站验票方 式,将给乘客带来便捷时尚的体验,也可为业主节省 运 营维护成本。  同时,也存在联机交易无法保证时间,脱 机交易无法避免逃票等问题。
       随着移动支付技术的发展,车票媒介种类更加丰富,也为乘客提供了更多的购票选择,方便了轨道交通 出行。  每种方案各有优劣,各城市应结合自身的实际 情况,综合比较选择。


3 AFC系统实施建议
       地铁云购票作为一个新生事物,运用“ 互联网 +” 思维,借助日益普及的智能子机资源,向多种支付方式 发展,具有方便、快捷、高效、经济的优势,在节省时间 的同时,能避免现金购票的不便。
       对新建地铁城市,在初期要做好线网 AFC系统功 能定位,将二维码兑票、子机 NFC刷卡等多种方式整体 考虑,统筹规划。  结合其他地铁的建设经验,做好方案 设计,从技术上保证系统运行的稳定可靠。  在实施阶 段要加强招标需求、设计联络、运营调试等细部管理, 确保工程与设计的一致性。
       对己运营地铁城市,在后续线路推出更加多元化 的购票方式,存在改造风险。  可考虑保持原有 AFC系 统不变,根据实际需求,叠加二维码兑票系统和 NFC子 机刷卡系统,分开独立建设。
       为了保证系统运行的稳定可靠,同时兼顾新技术 的应用需要,现提出如下 3 种网络接人方式。
       1)  独立运行方式。  云购票机直接连到互联网中,与 现有 AFC网络物理隔离,这种方式能很好地保障现有 AFC网络的安全性,但施工安装较麻烦,需要较高的费用, 每日还需要发送报表与 ACC清分对接日交易情况。
       2)  接人 ACC的方式。  云购票机不利用现有 SC和 LC网络,而是通过安全网关直接 连到清分中心,这种 方式有利于交易数据的上报和运行参数的下发,但每 个车站云购票机都要新建与 ACC的网络连接。
       3)  接人 SCILC的方式。  云购票机利用现有的 SCI LC网络直接连到 AFC内网,通过 LC层新增的安全网关 连接到云服务器,此种方式有利于交易数据的上报和运行 参数的下发,同时可节省云购票机的人网建设费用。
       在项目建设初期,做好总体规划( 见图 1 ),充分考 虑系统的可扩展性、硬件的伸缩性、软件的开放性和技 术的标准化,以适应未来的变化,减少后期改造工作, 降低实施风险。

       移动支付技术的引人在一定程度上解决了现有 AFC系统存在的问题,但同时也存在一些不足和潜在 风险。  在系统实施前应进行风险评估,并做好风险控 制。  从硬件、软件、制度二方面构建安全管理体系,做 好安全认证、访问控制,采用人侵检测设备等安全技术 产品,保障系统物理安全、网络安全、系统安全和应用安全。  前期应重点关注以下问题,并做好应对措施。
       1)  保障实时通信的专网。  实时系统是未来的发 展方向,为保证大客流在进出站时的高效性,建立专用 数据传输通道,完成信息的实时交互验证。
       2)  读写器的兼容性。  考虑到系统的适应性,在软硬件设计上,读写器要最大限度地实现标准化、独立化 和通用化。  在业务和功能实现方面,读写器既要兼容 TYPEA和 TYPEB型卡,又要识别金融 IC卡和 NFC子 机支付应用,处理完成相应的票卡业务处理。
       3)  标准规范制定。  目前部分城市己实施云购票, 但仍处于试验阶段,在运营中预见的问题需逐渐摸索。 建议在工程实施阶段采用“ 标准先行一方案制定一应 用测试一试点运行一投产实施” 的组合方法,同时,不 断完善运营管理部门各项票务处理规则等内容。
       4)  把握国产化新机遇, 开发拥有自主产权的设 备。  密切关注 AFC系统技术发展,丰富发卡介质表现 形式,为乘客提供更方便的选择,进一步拓展“ 互联网
+” 增值服务,不断扩大票卡的应用范围,从而有效提 升城市交通智能化,取得较好的经济效益和社会效益。
       5)  与银行、移动运营商、第二方支付机构对接,引 人新的支付模式,为乘客提供多种购票选择。  移动支 付的应用,作为一个新事物,在前期的推广中仍面临不 少困难,本着商务先行的原则,可考虑合作推广模式, 与通信运营商及银行等单位,就发卡方、股份占比、子 续费等问题进行商务谈判。  同时,考虑费用打折、增值 服务等一些优惠措施,为 AFC系统的未来发展提供一种新的思路,实现移动支付大规模普及。
 

4     AFC系统技术展望
       虚拟票务技术在移动金融领域的应用是未来的发展方向,AFC系统移动支付将吸引更多的乘客,功能体验会 越来越好,将得到更广泛的应用与普及。  未来可考虑建立 账户信用评估体系,推广新的信用支付(后付费) 方式,摆 脱实体的钱包束缚。  同时,依托互联网做进一步技术创 新,构建基于云计算技术的 AFC系统,将现有的资源进行 整合升级,以少量的投资拥有分布式云计算[9] 带来的灵 活和高效。  通过部署和使用私有云,开发先进的云购票系 统,为乘客提供更方便和快捷的用户体验。
       随着硬件设备的快速升级和算法技术的不断发 展,声音、虹膜、人脸识别等[10 12] 生物识别技术的潜在 价值被不断发掘提升,建设成本不断降低,识别精度不 断提高,逐步从学术研究走向日常应用,既可满足 AFC 系统基本需求,又可用于人机交互、跟踪监控、身份识 别,在保障服务安全、提升客户体验、整合与挖掘数据 资源等方面具备广泛的应用前景。

 

5    结语
       移动支付在 AFC系统的技术创新和应用,顺应了 互联网发展的潮流,不仅拥有云计算带来的灵活和高 效,而且解决了传统车票媒介存在的弊端,符合目前倡 导的低碳经济、绿色经济理念。  本阶段应在充分借鉴 其他地铁建设经验的基础上,做好兑票机、云闸机、私 有云等新技术的需求分析,完善 AFC系统的规划设计, 并将智慧地铁的理念落实到项目执行过程中。  以技术 全面兼容的方式,上线互联网购票系统,培养用户使用 习惯,降低运营成本,提高服务质量。
 

收稿日期: 2016 06 28 修回日期: 2016 11 28
第一作者: 王国富,男,博士,教授级高级工程师,从事岩土工程、结 构工程相关理论与技术的研究,metrojinan@126 com
通信作者: 王洪臣,男,硕士,工程师,从事交通信息工程及控制的相 关理论与技术的研究,audocomo@163 com
基金项目: 住房城乡建设部科学技术项目(2016 S3 008、2016YK025};
山东省住房城乡建设科技项目(2016 SG001

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