互联网+城市轨道交通自动售检票系统应用分析

■ 朱江

2010年，在电信运营商、手机厂商及渠道商的共同推动下，智能手机开始普及。到2016年，我国智能手机普及率已超过50%。2014年移动支付开启爆发式增长，人们开始习惯使用手机二维条码式的支付；2015年，“两会”将互联网+正式写入政府工作报告，掀开了互联网+在公共服务领域应用的大战略。而城市轨道交通拥有大量、持续增长且极其稳定的小额消费用户群体，任何时候都是支付领域急于进入的应用场所[1-3]。

1 互联网+对传统地铁AFC系统的影响

传统城市轨道交通运营时，通常采用非接触IC卡作为电子车票，在每个车站中由车站计算机系统、自动售票机、自动检票机、半自动售票机等构成车站AFC系统。乘客进站后，持储值卡的乘客可在自动检票机上刷卡进站乘坐城市轨道交通；没有储值卡的乘客可在自动售票机上采用纸币或硬币购买卡式或筹码式非接触IC卡车票。传统轨道交通自动售检票运营模式存在以下问题：

（1）车站高平峰期客流差异很大，尤其潮汐客流较大的车站，高平峰期客流的差异直接体现在自动售票设备上，高峰期时经常看见排长队购票，进而给车站疏导客流形成巨大压力。

（2）如果通过增加设备解决车站高峰客流、潮汐客流问题，大量设备在平峰期使用效率又非常低，增加设备数量后也相应增加了车站的运营维护压力及维护成本。

（3）随着运营线路增多，车站找零、兑零压力逐渐增大。设备零钱不足时，不仅增加了车站兑零压力，增加了乘客购票乘车时间，也降低了乘客乘车体验，降低了顾客满意度。

在城市轨道交通中引入互联网及移动支付技术后，乘客可通过微信、支付宝等各种移动支付手段在网络、地铁APP、地铁售票类设备或其他公共服务APP上购买地铁各种电子车票（单程票、储值票）、换票凭证（二维码等各种方式），也可到指定网点发行信用卡类电子车票；乘客可凭借换票凭证到地铁车站售票类设备换取实体车票后乘坐地铁，也可通过各类电子车票（单程票、储值票及信用卡类车票）在互联网闸机上过闸乘坐地铁；地铁公司可对所有互联网车票购买、过闸信息及交易进行统一采集及管理。

在传统城市轨道交通自动售检票系统中全面采用互联网+应用后，将给地铁运营带来如下好处：

（1）对于乘客，有了更多的购票渠道，乘坐地铁不再需要携带零钱；可提前购票、现场取票或采用手机直接过闸，节省乘坐地铁时间；乘客有了更好的地铁乘坐体验，顾客满意度得到提升。

（2）对于自动售检票设备，现金使用减少带来的好处是设备故障率降低、寿命提高；购票速度增加，设备使用率提高。

（3）对于运营维护人员，高峰期乘客排队减少，车站客运压力得到缓解；现金使用减少相应的兑零、补币、清币等，运维工作量也相应减少，同时设备故障率降低，设备故障维修压力得到缓解。

（4）对于地铁运营公司，除可从减少地铁运维人员成本及设备维护费用中获利外，地铁移动支付APP的应用也可把住地铁核心客户群的增值服务入口，继而引申到打造“地铁生态圈”等。

2 引入互联网+的建设及运营模式分析

正是看到引入互联网+后对地铁运营带来的诸多益处，各地城市轨道交通在2015年底开始了“互联网+城市轨道交通”的尝试。截至目前，全国已经在北京、上海、广州、深圳、南宁等10多个城市的轨道交通自动售检票系统上进行了互联网+的应用改造，更多城市地铁公司都在做着在轨道新线上线基于互联网应用的自动售检票系统的准备工作。目前各地地铁AFC系统引入互联网+应用的建设及运营模式主要有2种：第三方投资建设运营模式、地铁公司投资建设模式。

2.1 第三方投资建设运营模式

第三方投资建设运营模式由第三方完全出资或作为主要出资方在地铁自动售检票系统基础上建设互联网应用系统，系统建成后第三方公司会和地铁运营公司商定采用一定年限或一定比例的运营票务收入支付系统建设成本的模式。这是互联网+技术进入城市轨道交通的最初模式，与地铁工程建设BOT模式类似。这是具有战略眼光的第三方机构在看到互联网技术对地铁票务运营可以带来好处的同时，看好轨道交通运营投资收益，希望获取地铁公司庞大的、忠诚的及稳定的客户群，因此希望通过这种方式加入地铁运营的产物。

在这种建设运营模式下，由第三方投资公司在地铁自动售检票系统基础上建设专用的互联网+应用系统平台、负责与互联网支付公司开发支付接口、在地铁车站增加具备互联网支付及应用功能的互联网购票设备及互联网检票设备，并搭建用于互联网设备的专用通信网络。

第三方投资建设运营模式具有如下优点：（1）地铁公司不用投入太多建设资源；

（2）项目前期也不需太多设计准备及技术论证；（3）可快速完成轨道交通互联网+应用建设。

但这种模式也存在缺陷，本质上是第三方机构向地铁公司租用场地、独立运营、收益与地铁公司分享。从技术上讲，互联网和地铁AFC系统互不约束、相互补充，互联网与地铁AFC系统是隔离的；互联网购票及检票设备只向互联网后台应用传输在线数据，地铁AFC系统内部没有记录；地铁AFC系统不掌握互联网应用的交易数据，所有基础数据和结算数据均来自互联网应用云后台，不具备和互联网平台的对账条件；在这种情况下，互联网设备是专用通道，不需改造原有设备，乘客需要在使用时适应新的设备和操作，对降低AFC设备维护工作和备件采购量实际并没有贡献。

2.2 地铁公司投资建设模式

地铁公司自行投资立项建设，找专业轨道交通设计单位对地铁AFC系统增加互联网技术及应用需求进行详细分析和设计，形成成熟的技术规格要求后招标承包商实施。

在这种建设运营模式下，会在现有清分中心系统基础上增加互联网运营平台模块或打造全新的具有互联网支付功能的清分中心系统；所有地铁自动售票设备都会逐步进行互联网支付功能的改造，地铁检票设备选取成熟技术进行移动支付通行功能的改造。互联网支付及移动支付通行数据与传统自动售检票数据一起采用统一的轨道交通专用网络传输，并在清分系统进行统一清分清算。

地铁公司独立建设互联网+应用时，互联网+是地铁AFC系统业务的补充和拓展，其与地铁AFC系统传统业务充分结合，既考虑系统整体架构及未来新线建设的接入，也考虑既有系统的改造和融合；同时地铁自行开发APP，也可集中所有乘客用户入口，可从后期APP增值服务的运营中获得收益。

3 引入互联网+的关键技术

目前，集成商在对地铁AFC系统进行互联网及移动支付改造时主要采用以下技术方案：

（1）建立线网统一的互联网云平台，可和清分中心系统进行融合，统一管理所有互联网售票设备及互联网检票设备；

（2）统一乘客互联网购票入口，统一乘客互联网购票和微信、支付宝等第三方支付的统一接口；

（3）地铁APP可支持采用微信、支付宝等第三方支付方式购买电子车票及实体票换票凭证；

（4）地铁自动售票类设备可支持互联网凭证取实体票，也可在设备上通过微信、支付宝等第三方支付方式购买实体票；

（5）乘客可在互联网闸机凭电子车票过闸，过闸的电子车票介质可缺省采用NFC、二维码，也可采用低功耗蓝牙；

（6）以非对称密钥体系保障安全，采用电子签名实现脱机检票。

各地地铁公司对采用云技术搭建互联网应用平台，通过手机APP，采用微信、支付宝等第三方支付购买车票等地铁互联网+应用的关键技术方案都已经获得共识；但在购买电子车票后如何凭票进站检票上，各城市还存在分歧。目前，业界应用较多的主要有3种移动近场支付技术：基于NFC技术的支付、基于二维码技术的支付、基于蓝牙技术的支付。

3.1 基于NFC技术的支付

实现NFC支付需有两大硬件的支持：（1）NFC控制器和天线；（2）安全模块（SE）。NFC控制器和天线通常被植入手机，以实现无线通信功能；安全模块的作用是存储NFC card的重要敏感机密数据、提供对卡片的加密认证功能、类似在智能卡（smart card）中保存信用卡数据。

目前NFC的应用技术主要包括：

（1）SWP-SIM：基于SWP-SIM卡的翼支付、和包、沃支付，控制权在三大运营商；

（2）全终端方案：苹果pay、三星pay、华为支付、小米pay等，手机厂家主导；

（3）Micro SD：Micro SD接口的安全模块（NFCSD卡）等。

各方角力的结果导致NFC无法形成统一标准，目前也只有部分主流手机支持NFC的控制器和天线。NFC未能在小额支付领域占据绝对优势，因此也未能顺利进入轨道交通领域。近年来，一种新的技术——主机仿真卡（HCE）在手机应用中出现。HCE技术实现原理：用软件APP（或云端服务）模拟一个SE，让NFC控制器觉得存在SE。这是一种能够让NFC手机没有SE也能实现非接触卡仿真的技术，通过HCE技术可让卡的应用在手机操作系统中运行。目前，我国很多商业银行已经推出基于NFC-HCE技术的移动支付产品，银联也在力推这种技术，品牌名为“云闪付”，可实现对银行卡的替代。在现场支付领域，NFC-HCE更为便捷。收银员输入POS信息—点亮手机（不用打开手机）—刷手机—输入银行卡密码—完成，整个过程不用打开手机（可实现小额免密）。

基于HCE技术，在轨道交通中采用NFC支付实现电子票具有了可行性：

（1）有了NFC和SE（安卓系统中是模拟的）后，就可在其轨道交通手机应用APP中模拟一张“虚拟卡”（与实体卡功能一样，具有卡号和密码）；

（2）刷手机时，闸机（验票）与NFC天线实现交互，NFC天线将信号传至APP，实现对“虚拟卡”的读写；

（3）轨道交通以小额支付为主的特点，可在保证相对安全的情况下，获取极大的便捷性；

（4）摆脱了SIM卡（SE整合在SIM卡中）的束缚，不用换SIM卡，也不需另购NFC-SD卡，同时也摆脱了对电信运营商的依赖，使轨道交通服务商有更大自主权，简化了产业链，不必与三大运营商发生利益纠缠；

（5）轨道交通服务商可自行引进各种加密技术（如Tokenization技术），弥补采纳HCE技术带来的安全性问题。

3.2 基于二维码技术的支付

二维码支付主要采用2种方式：

（1）付款人主动扫描收款人二维码。二维码包含“收款人账户”信息，也可能包含“金额”信息（若不包含，则人工在APP里输入金额），付款人手机里的APP则包含“本人账户”信息，扫描完后再输入密码（或小额时免密）。实现资金划转。

（2）付款人被动扫。收款人扫描代表付款人账户的付款二维码。收款人扫码器背后包含“收款人账户”“金额信息”。付款人在APP上输入密码（或小额时免密）。

二维码扫码支付除有赖于第三方支付运营商推广外，其在移动支付领域能够获得成功的关键也得益于以下技术特性：

（1）二维码依赖的硬件只有摄像头（已成手机标配）；

（2）二维码的使用不用更改手机SIM卡，不用在手机里装芯片，下载支付公司APP便能使用，十分方便；

（3）电信运营商无法介入支付环节，虚拟账户交易也用不到银联，支付公司自己主导，产业链短、形成闭环，支付公司具有很大动机去推广；

（4）交易流程在APP里完成，可方便添加其他增值服务，如直接返现（给红包）或商户优惠券（最常用的推广手段），都可在交易时同步自动完成，非常方便（如滴滴打车推广期间，付款时自动返现、减免金额等）。

但二维码在城市轨道交通领域应用也有局限性。电子交易可分为身份认证、传递交易数据两大过程。为完成身份互认，至少要有一次往复的数据传递。由于二维码技术存在数据量小、易被复制等原因，为保证安全性，需在线交易。因此，在轨道交通特定场景下，二维码技术有以下局限性：

（1）扫描操作人工操作过多，影响通行速度；

（2）单向数据流，为保证安全，必须双方同时在线联网，交易时间长；

（3）交易过程接口繁多，交易可靠性差。

随着其他支付技术的普及和成熟，二维码支付技术仍会存在，但应用范围会有所缩小。

3.3 基于蓝牙技术的支付

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）技术可作为一种近场支付实现技术，一粒普通纽扣电池即可维持BLE工作1～2年。早在2009年底，BLE技术规范就已提出，随后纳入蓝牙4．0规范中。作为一种近距离通信技术，BLE比NFC具有更普遍的支持，市场上绝大多数手机都支持BLE。目前，苹果iphone 4S及以上版本都支持BLE；Android 4．3版本中添加了对蓝牙4．0的支持，随着Android的持续推进和众多Android手机厂商的支持，主流Android设备都支持蓝牙4．0（BLE）。

BLE技术几乎可实现HCE技术同样的效果：

（1）可在其轨道交通APP中模拟出同样一张“虚拟卡”（与实体卡功能一样，具有卡号和密码）；

（2）刷手机时，闸机（验票）机与手机通过BLE技术实现交互，实现对这张“虚拟卡”的读写。

目前，各种技术存在各自优缺点，因此各城市都在进行各种尝试，有的城市直接采用二维码过闸、有些城市采用蓝牙技术过闸、有些城市支持NFC手机的各种应用。不管采用哪种方案，都是有限度地在车站中开放少数闸口，小心谨慎的往前迈进；而更多城市还在观望，只能支持互联网购票后到地铁自动设备换票的功能。

4 结论

通过对3种可行的移动近场支付技术进行分析，得出如下结论：

（1）二维码支付技术目前使用最广泛，代表了移动近场支付技术的“今天”；

（2）随着蓝牙（BLE）支付技术的成熟和普及，其有可能成为移动近场支付的“明天”；

（3）HCE为代表的NFC技术更加先进、合理，很可能会成为移动近场支付的“后天”；

（4）至于苹果pay、华为支付、小米pay、银闪付等支付手段在地铁的应用，可看作地铁之外的发卡方（如城市通卡）在地铁的应用。

[1] 王都，李雪飞，李刚．“互联网+运输”模式构建研究[J]．中国铁路，2016(11)：28-31．

[2] 王宁波．值机付费条件下的轨道交通AFC系统研究[J]．中国铁路，2014(9)：99-102．

[3] 李昱见，管宏．新建轨道交通第二条线路AFC系统并网的关键问题[J]．中国铁路，2013(8)：76-80．