城市轨道交通云支付系统研究

文_禹鹤林（青岛地铁集团有限公司运营分公司）

城市轨道交通云支付系统研究

文_禹鹤林（青岛地铁集团有限公司运营分公司）

城市轨道交通云支付系统是指“互联网+城市轨道交通AFC系统○1”。在技术上主要采用联机交易的二维码、超声波、云闪付○2、生物识别等支付手段，以期最终实现城市轨道交通AFC系统的无现金化和地铁票卡的电子化。

云支付系统；互联网+；AFC系统；二维码支付；云闪付；大数据。

随着“智慧城市”在全球范围内的建设开展，“云计算”、“大数据”、“互联网+”等概念已逐渐渗透到人们日常生活的方方面面。城市建设，交通先行。城市轨道交通是经济发展的动脉，“智慧交通”是“智慧城市”建设的重要构成部分。在大数据时代的背景下，城市轨道交通与“互联网+”相结合，是“智慧交通”发展的必然趋势。本文主要对智慧交通下的云支付系统进行分析研究。

云支付系统的发展优势

与传统的AFC系统相比，云支付系统在城市轨道交通的发展优势主要有以下几个方面：

从乘客角度

1. 无需现场排队，可在网上提前购票，节省时间。

2. 无需携带现金，没有找零，为出行减负。

从系统管理角度

1. 减少设备内部模块，投资成本及后期维护成本低。

2. 减少设备现金管理环节，降低人工处理现金的工作量及管理风险。

3. 减少实体卡采购成本及与其相关的初始化等管理成本，以及实体卡使用、磨损、丢失而带来的成本费用。

从城市轨道交通运营角度

1. 可以设置广告播放功能，商业价值大。

2. 可以借助APP将城市轨道交通的大客流引导到周边商户进行消费。例如，可以与车站周边的餐饮、娱乐行业合作，根据乘客经常活动的车站推荐优惠券，达到引导消费的目的。当由于乘客带来非票卡的沉淀资金，轨道交通公司可参与由此带来的收益分成。

3. 可以在电子票业务系统中设立乘客积分账户，乘客通过购票、充值累积积分，并使用积分兑换车票、优惠券、礼品等。

4. 可以将乘客的进出站交易数据与个人信息进行绑定，从而了解乘客日常出行的特点。可以通过大数据挖掘分析，对乘客进行精准的广告投放、优惠推荐等。

云支付在城市轨道交通应用情况

由于云支付系统尚无行业标准，各城市轨道交通在摸索实践过程中，也采取了不同的建设模式。

从系统建设顺序区分，上海、广州等城市轨道交通在参考传统AFC系统建设基础上，采取了从上至下的顺序，从云清算平台开始搭建，再向下实现现场的云购票机、云闸机等设备功能的方式。而在苏州、郑州、杭州、西安、南宁、南昌等城市，则采用了先实现现场的云购票功能，再持续研究实施后台清算对账的方式。

从系统设计区分，上海地铁将云清算平台、云购票机、云闸机的功能，全部集成到地铁AFC系统中，改造后的AFC系统变为四层架构；广州地铁将云清算平台的功能集成到了地铁清分系统中，对于云购票机、云闸机等设备，则采用了与AFC系统完全独立的设置方式；苏州、郑州、杭州、西安、南宁、南昌等城市地铁，则采用了云清算平台、云购票机、云闸机等与AFC系统完全独立的设置方式。

下面主要介绍上海、广州、杭州3个城市地铁云支付系统实施情况。

上海地铁云支付系统建设模式

上海地铁采用“平台搭建先行，业务逐步拓展”的总体策略，在票务清分系统大修方案中增加了云支付系统功能设计，实现传统AFC系统与云支付系统的高度融合。从云清算平台到云购票机、云闸机，完全融入到传统AFC系统中，自顶向下建立一套适合联机交易的云支付系统，最终实现对外满足云支付模式的购票、支付、结算、充值等应用，对内满足联机票卡凭证的实时消费交易。

其中，云清算平台的功能与票务清分系统、AFC线路中央系统完全融合，在整个系统设计上采用了虚拟化、集群及云计算技术。在系统设计上，将传统AFC系统五层架构压缩为四层，整个系统架构趋于扁平化。云清算平台预计2018年建成投入使用。

在云购票机、云闸机的功能实现上，支持包括联机交易的二维码、声波、云闪付以及生物识别等支付方式，目前也正在开发测试阶段。

广州地铁云支付系统建设模式

广州地铁云支付系统建设模式与上海地铁类似。广州地铁清分系统三期改造时，增加了云清算平台相关功能。2015年12月份，支持二维码支付的云购票机正式上线运行，同时后台也同步实现了云清算平台的自动清分对账功能。在系统设计上，云清算平台实现了与地铁清分系统的融合，但是云购票机仍采用与地铁既有AFC系统终端设备完全独立的设置方式。

2016年8月，广州地铁APM线云闸机上线运行，支持联机交易的二维码支付和云闪付等支付方式。由于APM线云闸机采用进站刷卡扣费、出站不刷卡的形式，与传统地铁闸机采用的进出站均需刷卡的复合消费方式不同，所以广州地铁实质上并未完全解决云闪付付费过闸的问题。同时，APM线云闸机也采用了与地铁既有AFC系统终端设备完全独立的设置方式。

杭州地铁云支付系统建设模式

杭州地铁云支付系统云清算平台采用的是后期另开发后再接入既有清分系统的形式。云支付系统执行既有清分系统票务规则，接收清分系统下发的参数、密钥等，实时上传交易文件，并由既有清分系统统一进行清分结算。

杭州地铁云购票机于2016年8月正式上线运行，同时支持联机交易的二维码支付和云闪付等支付方式。云购票机同样采用了与地铁既有AFC系统终端设备完全独立的设置方式。

云支付系统建设模式探讨

从以上城市轨道交通云支付系统建设实施情况分析，可以得出以下两个建设理念：

一是轨道交通云支付系统主要由云清算平台、云购票机、云闸机以及相关网络设备等构成。

二是“互联网+AFC系统”是用互联网的概念和技术，重新定义和构造城市轨道交通AFC系统。而并非指简单地将原来AFC系统五层架构的内容搬到互联网上，或者云支付系统和传统AFC系统相互独立运行，手动进行数据导入导出、人工对账等。

云支付系统建设实施步骤

在上述两个建设理念的基础上，城市轨道交通云支付系统建设时可参考如下实施步骤：

第一步，在既有清分系统、线路中央系统基础上，采用虚拟化、集群及云计算技术，构建云清分系统,形成资源池，实现资源共享。云清分系统不再以线路为单元，而是共同承担任何特定的处理任务。数据存储分布存储在任意一台磁盘阵列中。

第二步，通过虚拟化技术的可复制、可移植、可灵活扩容等特性，在云清分系统中虚拟出ACC、多个LC及多个SC系统，从而解决多线路、多厂家系统不兼容的弊端。利用虚拟化技术，使得设备能力集中化，任务处理分布化，大大提高了系统的处理能力。

在网络架构上，云支付系统主干网络不再是以线路为单元孤立的网络，而是将所有线路的主干网络连接起来，从而为云计算所需要的通信高可靠性提供支持。

云清分系统技术实现方式

云清分系统与传统票务清分系统相比，核心改变是在传统票务清分业务功能基础上，增加一个适合联机交易的云清算子系统；同时将传统线路中央级计算机系统功能，全部集成到云清分系统中，减少系统架构层级。

1. 云清算子系统架构：云清算子系统采用多层网络架构，包括：前端应用服务、后台应用服务、后台账务管理、信息安全交换，以及各网段之间的访问控制、互联网的入侵检测、前端应用负载均衡等层次。

2. 云清算子系统服务器选型：云清算子系统前台及后台服务器可采用LINUX操作系统、机架式PC服务器，前端应用可配置PC服务器，每台划分虚拟机分别对应不同的业务，由应用负载均衡按策略提交服务请求。

所有服务器均采用两路CPU架构、冗余电源、冗余硬盘，确保系统可用性的前提下，可选择入门级机型。

3 信息安全交换：在云清算子系统和传统票务清分系统之间，增加一层信息安全交换，一方面预防云支付交易对后台核心清算系统的安全性冲击，另一方面减轻云支付交易对后台清算系统应用的计算压力。

综合考虑该系统的安全性、可靠性及异构性，信息安全交换服务器可采用HPUX服务器。一方面HPUX系统自身安全性高度可控，另一方面与传统清分系统的AIX系统、Linux系统等形成异构，进一步降低云支付业务的安全风险。

4. 云清算子系统与传统票务清分系统的接口信息

基础票务信息：同步传输票种、票价基础信息等。

云购票机售票信息：乘客通过二维码、超声波、云闪付以及生物识别等技术购票，交易上送云清分系统参与结算。

云闸机检票信息：乘客通过二维码、超声波、云闪付以及生物识别等技术检票进出站，交易上送云清分系统参与清分结算。

票卡调配信息：云终端设备动态上送票卡存量信息，云清分系统合理调整配送方案，票卡调配管理。

云支付系统终端设备技术实现方式

云支付系统终端设备主要包括云购票机、云闸机。

1. 云购票机技术实现方式：云购票机技术实现方式主要包括联机在线的二维码识别、超声波验证、银联云闪付以及生物识别（虹膜、掌纹等）等技术。在传统自动售票机上进行改造时，需要兼容原有配置中选型的硬件模块，同时新增云支付涉及的二维码识别、超声波验证、银联云闪付以及生物识别（虹膜、掌纹等）等新功能模块。对于网络、电源、软件功能设计等也有新要求。

2. 云闸机技术实现方式：云闸机技术实现方式主要包括联机在线的二维码识别、超声波验证、银联云闪付以及生物识别（虹膜、掌纹等）等技术。在传统自动检票机上进行改造时，需要兼容原有配置中选型的硬件模块，同时新增云支付涉及的二维码识别、超声波验证、银联云闪付以及生物识别（虹膜、掌纹等）等新功能模块。对于网络、电源、软件功能设计等也有新要求。

由于城市轨道交通进出站均需刷卡，因此在业务模式设计上需要实现符合消费操作。其中，针对二维码识别和银联云闪付，可以考虑如下实现方式：

二维码识别：通过二维码识别，实时与云清分系统交互，保证有效性。此种方式需要动态变更二维码验证信息，并在云清分系统获取出站信息后确定票款金额。可在进站实时验证时锁定虚拟帐户部分金额。

银联云闪付：通过银联云闪付，由预付费向“预付费+信用支付”融合发展。可针对实名乘客推出“信用支付”，利用第三方机构的征信系统，结合资信评估体系和信贷体系，为乘客提供一定的交通消费额度，乘客在信用业务体系中可以享受先消费后还款的便利。

云支付系统大数据管理

在大数据时代，轨道交通支付系统的多样化方式，不但丰富了乘客支付体验，更丰富了轨道交通云端数据。通过多种途径的支付方式，可以获得更多的乘客信息，使轨道交通乘客消费数据具备大数据分析的基础。

将云支付系统所获得的数据，与其他各类数据源信息进行整合分析、数据挖掘，建设跨系统的智慧地铁云数据中心，搭建全面信息化的架构。通过数据分析模型，总结归纳出各种社会群体的出行规律，提供准确的、可预测的、有价值的结论，可以指导轨道交通更为安全、有序的运营，同时也可以提供准确消费预测，提升轨道交通周边消费能力，为轨道交通企业带来直接和间接的收益，有助于带动轨道交通周边商业可持续发展。

在大数据时代，数据是新的生产要素，是基础性资源，也是战略性资源。城市轨道交通云支付系统的建立，势必会将传统AFC系统从单一的售检票服务，向大数据管理全面发展。

注○1：“AFC系统”是自动售检票系统（automatic fare collection system）的简称。它基于计算机、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系统。轨道交通AFC系统共分为五个层级，从上至下依次为清分系统、线路中央计算机系统、车站计算机系统、车站终端设备、车票。

注○2：“云闪付”是中国银联联合各商业银行推出的一项产品，它采用了HCE与TOKEN技术,同时具备实体商店POS机“闪付”能力、移动互联网远程支付能力的创新移动支付产品，持卡人可享受便捷、安全、快速的银行卡服务。

银联云闪付旗下囊括了与银行、国内外手机厂商、通讯运营商等合作方联合开发的各类移动支付产品，适用于多种手机品牌和型号，包括iPhone以及华为、小米、中兴、联想、三星等安卓手机，可以在线下商户及手机APP中进行支付。

【1】居理，陈凤敏，桑义，等.GB50381-2010城市轨道交通自动售检票系统工程质量验收规范[S].北京：中国计划出版社出版，2010年.

【2】杨政军.二维码电子车票在自动售检票系统中的应用[J].上海：城市轨道交通研究杂志社，2016年.

【3】胡宇舟,范滨,顾学道,缪力.基于Storm的云计算在自动清分系统中的实时数据处理应用[J].成都：计算机应用杂志社，2014年.

【4】曾凯，颜金传.云计算及其在智能交通上的应用[J]. 北京：现代电信科技杂志社，2011年.

【5】钱哨，张云鹏，黄少波.智能交通云：基于云计算的智能交通系统[J]. 南昌：计算机与现代化杂志社，2010年.

本文首先对云支付系统在城市轨道交通的发展优势进行了简单论述，并在对比分析国内部分城市轨道交通云支付系统应用的基础上，对城市轨道交通云支付系统的建设模式进行了研究探讨。