互聯(lián)網(wǎng)+城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)應(yīng)用分析

■ 朱江

2010年，在電信運營商、手機廠商及渠道商的共同推動下，智能手機開始普及。到2016年，我國智能手機普及率已超過50%。2014年移動支付開啟爆發(fā)式增長，人們開始習(xí)慣使用手機二維條碼式的支付；2015年，“兩會”將互聯(lián)網(wǎng)+正式寫入政府工作報告，掀開了互聯(lián)網(wǎng)+在公共服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用的大戰(zhàn)略。而城市軌道交通擁有大量、持續(xù)增長且極其穩(wěn)定的小額消費用戶群體，任何時候都是支付領(lǐng)域急于進入的應(yīng)用場所[1-3]。

1 互聯(lián)網(wǎng)+對傳統(tǒng)地鐵AFC系統(tǒng)的影響

傳統(tǒng)城市軌道交通運營時，通常采用非接觸IC卡作為電子車票，在每個車站中由車站計算機系統(tǒng)、自動售票機、自動檢票機、半自動售票機等構(gòu)成車站AFC系統(tǒng)。乘客進站后，持儲值卡的乘客可在自動檢票機上刷卡進站乘坐城市軌道交通；沒有儲值卡的乘客可在自動售票機上采用紙幣或硬幣購買卡式或籌碼式非接觸IC卡車票。傳統(tǒng)軌道交通自動售檢票運營模式存在以下問題：

（1）車站高平峰期客流差異很大，尤其潮汐客流較大的車站，高平峰期客流的差異直接體現(xiàn)在自動售票設(shè)備上，高峰期時經(jīng)?？匆娕砰L隊購票，進而給車站疏導(dǎo)客流形成巨大壓力。

（2）如果通過增加設(shè)備解決車站高峰客流、潮汐客流問題，大量設(shè)備在平峰期使用效率又非常低，增加設(shè)備數(shù)量后也相應(yīng)增加了車站的運營維護壓力及維護成本。

（3）隨著運營線路增多，車站找零、兌零壓力逐漸增大。設(shè)備零錢不足時，不僅增加了車站兌零壓力，增加了乘客購票乘車時間，也降低了乘客乘車體驗，降低了顧客滿意度。

在城市軌道交通中引入互聯(lián)網(wǎng)及移動支付技術(shù)后，乘客可通過微信、支付寶等各種移動支付手段在網(wǎng)絡(luò)、地鐵APP、地鐵售票類設(shè)備或其他公共服務(wù)APP上購買地鐵各種電子車票（單程票、儲值票）、換票憑證（二維碼等各種方式），也可到指定網(wǎng)點發(fā)行信用卡類電子車票；乘客可憑借換票憑證到地鐵車站售票類設(shè)備換取實體車票后乘坐地鐵，也可通過各類電子車票（單程票、儲值票及信用卡類車票）在互聯(lián)網(wǎng)閘機上過閘乘坐地鐵；地鐵公司可對所有互聯(lián)網(wǎng)車票購買、過閘信息及交易進行統(tǒng)一采集及管理。

在傳統(tǒng)城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)中全面采用互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用后，將給地鐵運營帶來如下好處：

（1）對于乘客，有了更多的購票渠道，乘坐地鐵不再需要攜帶零錢；可提前購票、現(xiàn)場取票或采用手機直接過閘，節(jié)省乘坐地鐵時間；乘客有了更好的地鐵乘坐體驗，顧客滿意度得到提升。

（2）對于自動售檢票設(shè)備，現(xiàn)金使用減少帶來的好處是設(shè)備故障率降低、壽命提高；購票速度增加，設(shè)備使用率提高。

（3）對于運營維護人員，高峰期乘客排隊減少，車站客運壓力得到緩解；現(xiàn)金使用減少相應(yīng)的兌零、補幣、清幣等，運維工作量也相應(yīng)減少，同時設(shè)備故障率降低，設(shè)備故障維修壓力得到緩解。

（4）對于地鐵運營公司，除可從減少地鐵運維人員成本及設(shè)備維護費用中獲利外，地鐵移動支付APP的應(yīng)用也可把住地鐵核心客戶群的增值服務(wù)入口，繼而引申到打造“地鐵生態(tài)圈”等。

2 引入互聯(lián)網(wǎng)+的建設(shè)及運營模式分析

正是看到引入互聯(lián)網(wǎng)+后對地鐵運營帶來的諸多益處，各地城市軌道交通在2015年底開始了“互聯(lián)網(wǎng)+城市軌道交通”的嘗試。截至目前，全國已經(jīng)在北京、上海、廣州、深圳、南寧等10多個城市的軌道交通自動售檢票系統(tǒng)上進行了互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用改造，更多城市地鐵公司都在做著在軌道新線上線基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的自動售檢票系統(tǒng)的準備工作。目前各地地鐵AFC系統(tǒng)引入互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用的建設(shè)及運營模式主要有2種：第三方投資建設(shè)運營模式、地鐵公司投資建設(shè)模式。

2.1 第三方投資建設(shè)運營模式

第三方投資建設(shè)運營模式由第三方完全出資或作為主要出資方在地鐵自動售檢票系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)建成后第三方公司會和地鐵運營公司商定采用一定年限或一定比例的運營票務(wù)收入支付系統(tǒng)建設(shè)成本的模式。這是互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)進入城市軌道交通的最初模式，與地鐵工程建設(shè)BOT模式類似。這是具有戰(zhàn)略眼光的第三方機構(gòu)在看到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對地鐵票務(wù)運營可以帶來好處的同時，看好軌道交通運營投資收益，希望獲取地鐵公司龐大的、忠誠的及穩(wěn)定的客戶群，因此希望通過這種方式加入地鐵運營的產(chǎn)物。

在這種建設(shè)運營模式下，由第三方投資公司在地鐵自動售檢票系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè)專用的互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用系統(tǒng)平臺、負責(zé)與互聯(lián)網(wǎng)支付公司開發(fā)支付接口、在地鐵車站增加具備互聯(lián)網(wǎng)支付及應(yīng)用功能的互聯(lián)網(wǎng)購票設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)檢票設(shè)備，并搭建用于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的專用通信網(wǎng)絡(luò)。

第三方投資建設(shè)運營模式具有如下優(yōu)點：（1）地鐵公司不用投入太多建設(shè)資源；

（2）項目前期也不需太多設(shè)計準備及技術(shù)論證；（3）可快速完成軌道交通互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用建設(shè)。

但這種模式也存在缺陷，本質(zhì)上是第三方機構(gòu)向地鐵公司租用場地、獨立運營、收益與地鐵公司分享。從技術(shù)上講，互聯(lián)網(wǎng)和地鐵AFC系統(tǒng)互不約束、相互補充，互聯(lián)網(wǎng)與地鐵AFC系統(tǒng)是隔離的；互聯(lián)網(wǎng)購票及檢票設(shè)備只向互聯(lián)網(wǎng)后臺應(yīng)用傳輸在線數(shù)據(jù)，地鐵AFC系統(tǒng)內(nèi)部沒有記錄；地鐵AFC系統(tǒng)不掌握互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的交易數(shù)據(jù)，所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)算數(shù)據(jù)均來自互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云后臺，不具備和互聯(lián)網(wǎng)平臺的對賬條件；在這種情況下，互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是專用通道，不需改造原有設(shè)備，乘客需要在使用時適應(yīng)新的設(shè)備和操作，對降低AFC設(shè)備維護工作和備件采購量實際并沒有貢獻。

2.2 地鐵公司投資建設(shè)模式

地鐵公司自行投資立項建設(shè)，找專業(yè)軌道交通設(shè)計單位對地鐵AFC系統(tǒng)增加互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用需求進行詳細分析和設(shè)計，形成成熟的技術(shù)規(guī)格要求后招標承包商實施。

在這種建設(shè)運營模式下，會在現(xiàn)有清分中心系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加互聯(lián)網(wǎng)運營平臺模塊或打造全新的具有互聯(lián)網(wǎng)支付功能的清分中心系統(tǒng)；所有地鐵自動售票設(shè)備都會逐步進行互聯(lián)網(wǎng)支付功能的改造，地鐵檢票設(shè)備選取成熟技術(shù)進行移動支付通行功能的改造?；ヂ?lián)網(wǎng)支付及移動支付通行數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)自動售檢票數(shù)據(jù)一起采用統(tǒng)一的軌道交通專用網(wǎng)絡(luò)傳輸，并在清分系統(tǒng)進行統(tǒng)一清分清算。

地鐵公司獨立建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用時，互聯(lián)網(wǎng)+是地鐵AFC系統(tǒng)業(yè)務(wù)的補充和拓展，其與地鐵AFC系統(tǒng)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)充分結(jié)合，既考慮系統(tǒng)整體架構(gòu)及未來新線建設(shè)的接入，也考慮既有系統(tǒng)的改造和融合；同時地鐵自行開發(fā)APP，也可集中所有乘客用戶入口，可從后期APP增值服務(wù)的運營中獲得收益。

3 引入互聯(lián)網(wǎng)+的關(guān)鍵技術(shù)

目前，集成商在對地鐵AFC系統(tǒng)進行互聯(lián)網(wǎng)及移動支付改造時主要采用以下技術(shù)方案：

（1）建立線網(wǎng)統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)云平臺，可和清分中心系統(tǒng)進行融合，統(tǒng)一管理所有互聯(lián)網(wǎng)售票設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)檢票設(shè)備；

（2）統(tǒng)一乘客互聯(lián)網(wǎng)購票入口，統(tǒng)一乘客互聯(lián)網(wǎng)購票和微信、支付寶等第三方支付的統(tǒng)一接口；

（3）地鐵APP可支持采用微信、支付寶等第三方支付方式購買電子車票及實體票換票憑證；

（4）地鐵自動售票類設(shè)備可支持互聯(lián)網(wǎng)憑證取實體票，也可在設(shè)備上通過微信、支付寶等第三方支付方式購買實體票；

（5）乘客可在互聯(lián)網(wǎng)閘機憑電子車票過閘，過閘的電子車票介質(zhì)可缺省采用NFC、二維碼，也可采用低功耗藍牙；

（6）以非對稱密鑰體系保障安全，采用電子簽名實現(xiàn)脫機檢票。

各地地鐵公司對采用云技術(shù)搭建互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，通過手機APP，采用微信、支付寶等第三方支付購買車票等地鐵互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)方案都已經(jīng)獲得共識；但在購買電子車票后如何憑票進站檢票上，各城市還存在分歧。目前，業(yè)界應(yīng)用較多的主要有3種移動近場支付技術(shù)：基于NFC技術(shù)的支付、基于二維碼技術(shù)的支付、基于藍牙技術(shù)的支付。

3.1 基于NFC技術(shù)的支付

實現(xiàn)NFC支付需有兩大硬件的支持：（1）NFC控制器和天線；（2）安全模塊（SE）。NFC控制器和天線通常被植入手機，以實現(xiàn)無線通信功能；安全模塊的作用是存儲NFC card的重要敏感機密數(shù)據(jù)、提供對卡片的加密認證功能、類似在智能卡（smart card）中保存信用卡數(shù)據(jù)。

目前NFC的應(yīng)用技術(shù)主要包括：

（1）SWP-SIM：基于SWP-SIM卡的翼支付、和包、沃支付，控制權(quán)在三大運營商；

（2）全終端方案：蘋果pay、三星pay、華為支付、小米pay等，手機廠家主導(dǎo)；

（3）Micro SD：Micro SD接口的安全模塊（NFCSD卡）等。

各方角力的結(jié)果導(dǎo)致NFC無法形成統(tǒng)一標準，目前也只有部分主流手機支持NFC的控制器和天線。NFC未能在小額支付領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢，因此也未能順利進入軌道交通領(lǐng)域。近年來，一種新的技術(shù)——主機仿真卡（HCE）在手機應(yīng)用中出現(xiàn)。HCE技術(shù)實現(xiàn)原理：用軟件APP（或云端服務(wù)）模擬一個SE，讓NFC控制器覺得存在SE。這是一種能夠讓NFC手機沒有SE也能實現(xiàn)非接觸卡仿真的技術(shù)，通過HCE技術(shù)可讓卡的應(yīng)用在手機操作系統(tǒng)中運行。目前，我國很多商業(yè)銀行已經(jīng)推出基于NFC-HCE技術(shù)的移動支付產(chǎn)品，銀聯(lián)也在力推這種技術(shù)，品牌名為“云閃付”，可實現(xiàn)對銀行卡的替代。在現(xiàn)場支付領(lǐng)域，NFC-HCE更為便捷。收銀員輸入POS信息—點亮手機（不用打開手機）—刷手機—輸入銀行卡密碼—完成，整個過程不用打開手機（可實現(xiàn)小額免密）。

基于HCE技術(shù)，在軌道交通中采用NFC支付實現(xiàn)電子票具有了可行性：

（1）有了NFC和SE（安卓系統(tǒng)中是模擬的）后，就可在其軌道交通手機應(yīng)用APP中模擬一張“虛擬卡”（與實體卡功能一樣，具有卡號和密碼）；

（2）刷手機時，閘機（驗票）與NFC天線實現(xiàn)交互，NFC天線將信號傳至APP，實現(xiàn)對“虛擬卡”的讀寫；

（3）軌道交通以小額支付為主的特點，可在保證相對安全的情況下，獲取極大的便捷性；

（4）擺脫了SIM卡（SE整合在SIM卡中）的束縛，不用換SIM卡，也不需另購NFC-SD卡，同時也擺脫了對電信運營商的依賴，使軌道交通服務(wù)商有更大自主權(quán)，簡化了產(chǎn)業(yè)鏈，不必與三大運營商發(fā)生利益糾纏；

（5）軌道交通服務(wù)商可自行引進各種加密技術(shù)（如Tokenization技術(shù)），彌補采納HCE技術(shù)帶來的安全性問題。

3.2 基于二維碼技術(shù)的支付

二維碼支付主要采用2種方式：

（1）付款人主動掃描收款人二維碼。二維碼包含“收款人賬戶”信息，也可能包含“金額”信息（若不包含，則人工在APP里輸入金額），付款人手機里的APP則包含“本人賬戶”信息，掃描完后再輸入密碼（或小額時免密）。實現(xiàn)資金劃轉(zhuǎn)。

（2）付款人被動掃。收款人掃描代表付款人賬戶的付款二維碼。收款人掃碼器背后包含“收款人賬戶”“金額信息”。付款人在APP上輸入密碼（或小額時免密）。

二維碼掃碼支付除有賴于第三方支付運營商推廣外，其在移動支付領(lǐng)域能夠獲得成功的關(guān)鍵也得益于以下技術(shù)特性：

（1）二維碼依賴的硬件只有攝像頭（已成手機標配）；

（2）二維碼的使用不用更改手機SIM卡，不用在手機里裝芯片，下載支付公司APP便能使用，十分方便；

（3）電信運營商無法介入支付環(huán)節(jié)，虛擬賬戶交易也用不到銀聯(lián)，支付公司自己主導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)鏈短、形成閉環(huán)，支付公司具有很大動機去推廣；

（4）交易流程在APP里完成，可方便添加其他增值服務(wù)，如直接返現(xiàn)（給紅包）或商戶優(yōu)惠券（最常用的推廣手段），都可在交易時同步自動完成，非常方便（如滴滴打車推廣期間，付款時自動返現(xiàn)、減免金額等）。

但二維碼在城市軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用也有局限性。電子交易可分為身份認證、傳遞交易數(shù)據(jù)兩大過程。為完成身份互認，至少要有一次往復(fù)的數(shù)據(jù)傳遞。由于二維碼技術(shù)存在數(shù)據(jù)量小、易被復(fù)制等原因，為保證安全性，需在線交易。因此，在軌道交通特定場景下，二維碼技術(shù)有以下局限性：

（1）掃描操作人工操作過多，影響通行速度；

（2）單向數(shù)據(jù)流，為保證安全，必須雙方同時在線聯(lián)網(wǎng)，交易時間長；

（3）交易過程接口繁多，交易可靠性差。

隨著其他支付技術(shù)的普及和成熟，二維碼支付技術(shù)仍會存在，但應(yīng)用范圍會有所縮小。

3.3 基于藍牙技術(shù)的支付

低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy，BLE）技術(shù)可作為一種近場支付實現(xiàn)技術(shù)，一粒普通紐扣電池即可維持BLE工作1～2年。早在2009年底，BLE技術(shù)規(guī)范就已提出，隨后納入藍牙4．0規(guī)范中。作為一種近距離通信技術(shù)，BLE比NFC具有更普遍的支持，市場上絕大多數(shù)手機都支持BLE。目前，蘋果iphone 4S及以上版本都支持BLE；Android 4．3版本中添加了對藍牙4．0的支持，隨著Android的持續(xù)推進和眾多Android手機廠商的支持，主流Android設(shè)備都支持藍牙4．0（BLE）。

BLE技術(shù)幾乎可實現(xiàn)HCE技術(shù)同樣的效果：

（1）可在其軌道交通APP中模擬出同樣一張“虛擬卡”（與實體卡功能一樣，具有卡號和密碼）；

（2）刷手機時，閘機（驗票）機與手機通過BLE技術(shù)實現(xiàn)交互，實現(xiàn)對這張“虛擬卡”的讀寫。

目前，各種技術(shù)存在各自優(yōu)缺點，因此各城市都在進行各種嘗試，有的城市直接采用二維碼過閘、有些城市采用藍牙技術(shù)過閘、有些城市支持NFC手機的各種應(yīng)用。不管采用哪種方案，都是有限度地在車站中開放少數(shù)閘口，小心謹慎的往前邁進；而更多城市還在觀望，只能支持互聯(lián)網(wǎng)購票后到地鐵自動設(shè)備換票的功能。

4 結(jié)論

通過對3種可行的移動近場支付技術(shù)進行分析，得出如下結(jié)論：

（1）二維碼支付技術(shù)目前使用最廣泛，代表了移動近場支付技術(shù)的“今天”；

（2）隨著藍牙（BLE）支付技術(shù)的成熟和普及，其有可能成為移動近場支付的“明天”；

（3）HCE為代表的NFC技術(shù)更加先進、合理，很可能會成為移動近場支付的“后天”；

（4）至于蘋果pay、華為支付、小米pay、銀閃付等支付手段在地鐵的應(yīng)用，可看作地鐵之外的發(fā)卡方（如城市通卡）在地鐵的應(yīng)用。

[1] 王都，李雪飛，李剛．“互聯(lián)網(wǎng)+運輸”模式構(gòu)建研究[J]．中國鐵路，2016(11)：28-31．

[2] 王寧波．值機付費條件下的軌道交通AFC系統(tǒng)研究[J]．中國鐵路，2014(9)：99-102．

[3] 李昱見，管宏．新建軌道交通第二條線路AFC系統(tǒng)并網(wǎng)的關(guān)鍵問題[J]．中國鐵路，2013(8)：76-80．