基于RFID的电子客票系统设计研究

何茜

（陕西邮电职业技术学院 计算机系，陕西 咸阳712000）

基于RFID的电子客票系统设计研究

何茜

（陕西邮电职业技术学院 计算机系，陕西 咸阳712000）

目前，我国铁路运输采用纸质客票，其存在易造假、检票效率低等问题难以克服。因此，亟待研究提出新的技术方案。随着RFID技术的快速发展，其天然具有快速读取与防伪特性，被广泛应用于个人身份识别证件中，为解决这一问题提供了新的思路。提出了基于RFID技术的电子客票系统设计。主要对系统结构、系统设计及工作流程，以及包括检票终端主控电路设计、RFID数据表设计、客票信息分发规则、RFID防碰撞算法、旅客丢失遗忘客票处置等系统关键部分设计进行了研究，从而为解决铁路客运问题提供新的思路。

RFID；电子客票；单片机；身份认证

在我国，铁路客运是主要的旅客运输方式之一，每年承载了大量的旅客运输工作，据有关资料统计，每年我国铁路客运量超过了10亿人次[1]，其中2015年1-10月，我国铁路客运量累计为21.64亿人，同比增长9.98%。我国铁路客运仍采取传统的纸质客票方式，这种客票存在易造假、检票效率低等缺点，每年公安部门都会破获多起制作和贩卖假客票的案件。因此，纸质客票对旅客乘车体验及铁路运输安全带来了一定隐患。随着RFID技术的快速发展，其天然具有快速读取与防伪特性，被广泛应用于个人身份识别证件中。例如，当前世界各国开展的电子护照项目，还有我国的第二代身份证等[2-6]。因此，文中提出了一种基于RFID技术的电子客票系统设计，以期解决纸质客票存在的诸多问题。

1 系统结构

该系统由4个子系统构成，分别是系统后台、售票子系统、检票子系统、其他服务子系统。其中购票系统主要完成电子客票的发售，检票系统实现基于RFID的身份认证功能，其他服务系统完成旅客临时补票、报销票打印等功能。系统结构如图1所示。

2 前台服务系统设计及工作流程

基于RFID的电子客票系统包括：系统后台和前台服务系统，其中前台服务系统主要包括售票子系统和检票子系统两个部分。

图1 系统结构框图

2.1 售票子系统设计

售票子系统负责售票，包括网络售票、人工售票系统和自动售票终端等方式，其设备核心由RFID读写器和RFID电子标签组成。其中，RFID电子标签是电子车票的主要载体，由耦合元件及芯片组成。它接受读写器的激活操作，正确的发射和接收射频载波信号，与读写器之间实现数据信息的传输交换功能。

2.2 检票子系统设计

检票子系统是电子客票系统服务旅客的主要部分，其工作是否稳定、高效，将直接影响旅客生人火车时的体验效果。检票子系统主要由RFID读卡器门禁系统、视频监控部分、上位机组成，通过检验RFID卡信息，验证乘客身份，当RFID电子车票进入检票终端RFID有效识别区时，可被自动识别。自动检票终端内的读写器通过RS232接口与上位机应用软件通信，完成检票功能[7]。检票子系统框图如图2所示。

图2 检票子系统框图

2.3 系统工作流程

总体来讲，系统运行包含3个部分，即售票、检票、打印车票。在售票环节，当首次购票时，无论乘客采取哪种购票方式，均需在人工售票窗口或者自动售票终端通过身份证验证，完成乘客身份信息及照片录入系统后端数据库，同时取得与之唯一对应的RFID电子车票，随后将乘客信息及乘车信息写入RFID电子车票内。后续购票时，如果乘客采取网上购票的方式，那么再去人工售票窗口或者自动售票终端写入乘车信息，而是由检票子系统完成乘车信息写入。在检票环节，对于首次乘车者，主要执行读操作，即将RFID电子车票中包含的车票信息上传至上位机软件，并与数据库后台对比验证；对于非首次乘车者，先执行读操作，读取RFID电子车票中的身份信息，并上传至上位机，通过与数据库后台对比验证合法后，再执行写操作，即将车票信息写入RFID电子车票中，从而完成检票。其工作流程如图3所示。

图3 系统工作流程图

3 检票终端关键部分设计

检票终端主控电路设计、RRFID数据格式设置、客票信息分发、RFID防碰撞算法等问题是系统正常、高效运行的关键部分。

3.1 检票终端主控电路设计

考虑到检票终端直接与上位机连接，并在上位机的驱动下操纵读写器，绝大多数任务由上位机完成，检票终端其任务并不复杂，对主控芯片的性能要求并不是太高的实际，采用AT89C51单片机作为主控芯片，并辅以232电平转换芯片MAX232、输入电源、数据存储单元 MF24C64、485电平转换芯片MAX487、液晶显示单元LM016L、扬声器等构成。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[8]。在系统中，AT89C51单片机的RXD（P3.0）和TXD（P3.1）分别接至电平转换芯片MAX487的RO和DI口、MAX232的T1IN和R1OUT口，用于单片机与读写器的连结。数据存储单元MF24C64用于存储读取的RFID电子客票数据[9-13]。主控电路设计如图4所示。

图4 检票终端主控电路图

3.2 RFID数据表设计

依据铁路客票实际需要，设计信息丰富、结构合理的RFID数据表是实现系统高效、可靠运行的重要保证。在该系统中，RFID数据表主要设计了身份证号、姓名、性别、照片信息、乘坐车次1、出发地1、到达地1、发车时间1、乘坐车次2、出发地2、到达地2、发车时间2字段。各字段数据类型如表1所示。

表1 RFID数据表

之所以设计了2个车次信息，是考虑到在特殊情况下，旅客可能会同时购买了2张车票（甚至更多张车票，在此为了节省篇幅，只设想了2张车票，在实际运用中可以设置更多车次信息），所以设计2个乘坐车次、出发地、到达地、发车时间字段。

3.3 客票信息分发规则

如果将每名旅客乘车信息同时分发到每1个车站的每1个检票终端，将会带来数据灾难，同时影响检票效率。因此，考虑到每名旅客乘车，只是在有限时间段的特定区间内的实际，所以设计了有限客票信息分发规则，即对任何一个车站，均由系统后台分有限时间内的（例如2小时）该站出发车次的乘客信息到检票终端。设计这样的客票信息分发规则，其好处在于，可以减少系统终端到检票终端的数据流量，提高查验身份以及写入客票信息效率。

3.4 RFID防碰撞算法

当读写器向发出查询指令时，很可能会出现两个或两个以上的标签同时响应读写器的查询，由于标签传输信息时选取的信道一样，且没有MAC控制机制，极易产生返回信息相互干扰，从而导致读写器不能正确识别每个标签的信息，最终降低了读写器的识别效率和识读速度，这就是多标签碰撞问题。像检票口这种客流十分密集的地方，标签数量很大，发生多标签碰撞的概率很大。因此，系统必须采用一定的策略来避免冲突现象的发生，准确地将检票区内的多个标签识别出来，保证旅客能够顺利地乘车。常用的多标签防碰撞技术包括：空分多路（SDMA）、时分多路 （TDMA）、码分多路 （CDMA）、频分多路（FDMA）。由于时分多路（TDMA）具有应用简单、容易实现对大量标签数据的读写的特点[14-20]，所以在系统中采取时分多路多标签防碰撞技术。

3.5 旅客丢失遗忘客票处置

乘坐火车时，发生旅客丢失或遗忘RFID卡的现象是不可避免的。为解决这一问题，系统提出设置专门的客票补票窗口或者自助出票终端，由人工或者自动完成旅客身份信息验证后，按旅客要求打印纸质车票。

4 结束语

相比传统纸质车票，基于RFID的电子客票系统具有以下优势：一是实现无纸化购票，购票者只需第一次领取RFID身份认证卡，即可在以后实现无纸化乘车，极大地方便了旅客乘车。二是节省了售票、检票等环节对人力的需要，同时也提高了其工作效率，从而节省了车站运营成本。三是可以方便准确地控制车站旅客流量，有效减轻客运高峰期车站安全压力。四是通过人像识别技术和身份认证技术的应用，可以截断违法犯罪人员利用火车作为交通工作流窜的途径，最大限度地保证公共安全。因此，随着RFID技术日益成熟，成本更加低廉，运用RFID技术的电子客票将会在铁路客运中发挥更大更好的作用。

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Research on the design of electronic passenger ticket system based on RFID

HE Qian
（Shaanxi Post and Telecommunications College the computer department，Xianyang 712000，China）

At present，China's railway transport paper ticket.The ticket is easy to fake and low efficiency.Therefore，it is urgent to study and propose a new technical scheme.With the rapid development of RFID technology，it is widely used in personal identification documents，and it provides a new way to solve this problem.The design of electronic ticket system based on RFID technology is put forward.The system structure，system design and working process of the，and includes a ticket terminal main control circuit design，RFID data table design，ticket information distribution rules，RFID anticollision algorithm，passengers lost forgotten such as the disposal of the ticket，a key part of the system design were studied，so as to provide a new idea to solve the problem of railway passenger.

electronic passenger ticket；MCU；identity authentication

TN791

：A

：1674-6236（2017）02-0014-04

2015-12-12稿件编号：201512136

陕西省教育厅科研计划项目资助（14JK2024）；陕西邮电职业技术学院院级课题项目资助（SPTC201402）

何 茜（1982—），女，四川内江人，硕士，讲师。研究方向：数据库技术、网络技术。