二维码和电子支付在地铁票务系统的应用研究

华南理工大学土木与交通学院　吴友宝　徐建闽



二维码和电子支付在地铁票务系统的应用研究

华南理工大学土木与交通学院吴友宝徐建闽

【摘要】随着轨道交通的快速发展，人们对它的出行需求比例日益增长。由于外来游客的流动性原因，多数选择在售票机处大排长龙地购买单程票，严重浪费出行时间。新兴的移动互联网为现代人的出行决策起着至关重要的作用。在调研了多名智能手机用户的前提下，此文研究了基于二维码和电子支付技术的轨道交通应用，设计开发了一套具有出行规划、预先购票、人性导航等三大基础功能的出行应用软件，能够满足乘客日常出行的基本需求。

【关键词】智能手机；二维码；电子支付；轨道交通

0　引言

随着轨道交通的快速发展，人们对它的出行需求比例日益增长。每逢节假日高峰期或地处客流量较大的地铁站点，外来游客只能选择在售票机处大排长龙地购买单程票。这不仅浪费出行时间，而且影响出行体验。为了缓解这一难题，地铁公司只能通过购置更多的售票机予以解决。

此文在调研了多名智能手机用户的前提下，研究了基于二维码和电子支付技术的轨道交通应用，设计开发了一套具有出行规划、预先购票、人性导航等三大基础功能的出行应用软件。该应用软件的主要优势有：（1）能够有效减少地铁站硬件费用支出及设备维护费用，增加乘客在站点的流动性；（2）通过支付宝、微信支付等移动支付方式能预先购买地铁票，大大改善了乘客的出行体验感，并且能享受储值卡的优惠政策；（3）通过结合各种旅游地图，满足外来游客日常出行的基本需求。总之，该应用具有很大的实用价值。

1　应用软件整体框架

在当今的地铁票务系统中，归根结底分为两种类型，即单程票和储值票。地铁票务系统是利用高科技产品条形码作为通行电子门票，综合运用计算机、自动控制、无线传输、加密技术、统计财务等专业知识，来实现轨道交通的计算机售票、检票、查询、汇总、统计、报表和清分结算等全过程的自动化系统[4]。传统的地铁车票支付系统通过汇集乘客购买的车票资金信息至AAC（自动售检票系统清分中心），然后下发控制子令控制闸机的开关

随着移动互联网的崛起，手机端购买电子票的现象已经非常普遍，但二维码地铁票这项技术在市场上仍未曾出现过。如果能够推行，那必然是开了票务领域的先河。对于当地常住人口来说，无论是常用的各类储值卡还是手机中的电子标签，储值票都能为乘客的出行带来极大的便利，且其需要提前充值的特点也为地铁公司的经济收入带来各种可操作性。但是，这种收费方式对于外来游客来说就没有吸引之处了。由于地铁站闸机上已经将机械、电子、微处理器控制及各种身份识别技术有机地融为一体，方便兼容IC卡、ID卡、条码卡、指纹等读卡识别设备的使用。因此，此文基于手机二维码和电子支付技术，在传统的地铁车票支付系统上增加了二维码车票资金信息流，通过后台支付中心将资金汇集至AAC，实现共用一套控制子令下发至闸机，具体流程图如图1所示。

图1　二维码车票支付系统流程图Fig.1 Two-dimensional code ticket payment system flowchart

为了让外来游客出行更快捷，此文基于Android平台，设计开发出一套基于二维码和电子支付技术的轨道交通应用软件。该应用软件的整体框架图如下所示：

（1）乘客进入软件界面，选定出行起始、终点站；

（2）然后选择支付宝、微信支付等移动支付方式完成票款支付；

（3）成功支付后，后台系统将交易后的票务数据信息通过加密算法处理后编入二维码，再以移动网络的形式发送到用户手机上；

（4）地铁站闸机上已安装有识别二维码的识读设备，乘客凭借此二维码电子凭证进出地铁站。

图2　应用软件整体框架图Fig.2 The overall framework diagram of application software

此文利用手机二维码作为进出地铁站的电子凭证，效率不比持卡者通道差，而且很好地解决了乘客在售票机处排队买票的现象，大大改善了用户的出行体验感。同时，此文基于百度或者Google地图API开放接口进行二次开发，外来游客可直接搜索旅游景点，出行应用软件便自动生成一个便捷的出行计划，包括票价、出行时间、换乘路线、步行距离等，便于游客直达旅游景点。

2　具体实现

2.1地铁线路图绘制

2.1.1数据格式

数据格式采用JSON格式数据，分三种类型：文本标签、站点、地铁线路，总的数据结构如下所示：

{

“labels” :[ . .. ],

“stations” :[ . .. ],

“lines” :[ . .. ]

}

2.1.2文本标签数据

文本标签数据包含坐标和文字信息，如果文字需要旋转，则会增加“rotate”属性，下面是“天河客运站”文本标签信息：

{

“text” :“天河客运站”,

“x” :483.591,

“y” :1347.327

}

2.1.3站点数据

站点数据包含坐标、旋转角度以及编号信息，下面是“天河客运站”的信息：

{

“id” :5,

“x” :465.814,

“y” :1329.538

“rotate” :0.783

}

2.1.4地铁线路数据

地铁线路数据包含名称、颜色以及经过的站点编号信息，下面是地铁一号线的信息：

{

“name” :1,

“color” :#e52035,

“stations” :[64, 70, 67, 71, 72, 73, 66, …] }

2.1.5站点触发函数

通过创建站点触发函数OnClick()，乘客完成起始-终点站的选取。

2.2最短路线换乘算法

2.2.1程序框架

MetroSearch：主Activity，提供线路查询功能；

MapDisplay：副Activity，提供地铁图线路浏览功能，此为附加功能；

PathSearch：地铁线路查询的核心类，包括了地铁图的数据结构描述、算法实现、最短路描述等功能；

ResFinalVars：资源类，包括了地铁线路信息；

GraphEntry：邻接表类，用于表示地铁线路图的数据信息；

TableEntry：用于记录最短路径和路径描述。

2.2.2地铁线路的数据结构描述

首先，采用哈希表来存储地铁站点名字和数字编号的映射关系，具有自动编号和搜索速度快的特点。然后采用GraphEntry邻接表类来构建，其中图的构建全部根据ResFinalVars资源类来自动生成图。将资源数据与方法分开，数据具有更新方便、移植性强、可重用性高的优势。

2.2.3最短路线换乘算法代价

轨道交通最短路线换乘算法的基本思想是将地铁换乘线路网络抽象成一张有向带权图，乘客输入的起终点即为有向带权图中的起始节点s和终止节点t，然后搜索s至t的K条较优路径。有向带权图中的权重依据可以为时间、换乘次数、经过边数等任意非负代价，此文选取时间代价进行建模。每条边有一个乘坐时间代价，表示乘坐地铁经过该边所需要花费的时间。

在每个站点有一个换乘时间代价矩阵，可以用稀疏矩阵表示在任意两条边之间换乘所需要花费的时间。两边之间有直接连通、换乘、不连通三种关系。其中，连通的换乘时间代价为0，换乘的换乘时间代价为换乘步行时间加上等候时间，不连通的换乘时间代价为+∞。

2.3电子支付技术

电子支付技术通过货币价值转移来解决金融交易行为，由于具有方便、快捷、高效、经济的优势，目前广泛应用于基于移动互联网的电子票务领域[8]。

此文选择支付宝移动开放平台进行二次开发，其通用规则一般由接入部分和通知返回部分组成。其中，接入部分是将传递参数等信息组合成超级链接来进行跳转；通知返回部分则是支付宝服务器处理完该笔订单后，将详细信息通知与返回到商户服务器，待商户服务器接收到后进行数据处理。支付宝移动开放平台具体实现流程图如下所示：

图3　支付宝移动开放平台具体实现流程图Fig.3 Alipay mobile open platform specific flow chart

2.4手机二维码

二维码（two-dimensional code）是按一定规则在平面（二维方向）用黑色和白色像素进行编码的，其中黑色代表二进制的“1”，白色代表“0”，这取决于编码规则代表的各种信息。它具有高信息含量、高可靠性、低成本的优势，且可表示各种不同的信息（数字，文字，声音，图像等）[9]。因此，二维码在现代信息社会中起到了重要的作用。

此文利用手机二维码成本低、信息含量高、可靠性高等优点，携带包括起始-终点站、票价、购票时间、系统随机生成序列等字段的票务数据信息，如{ from tianhestation to wushan, 5 yuan, 20150530 08:30:00, 109364 }。

为了避免因识别准确度和速度低而造成闸机口拥堵的情况，此文采用较易识别码制，减少二维码信息冗余和提高识别终端的识别效率等手段来降低风险。后台系统将乘客通过支付宝/微信支付等移动支付平台交易后的票务数据信息通过加密算法处理后编入二维码，再以移动网络的形式发送到用户手机上，作为进出地铁站闸机的电子凭证。

2.5地图二次开发

Google地图API是一种通过JavaScript将Google地图嵌入到开发者搭建的网页的API。该API提供了大量实用工具用于处理地图，并通过各种服务向地图添加内容，从而使开发者能够在网站上创建功能全面的地图应用程序。同样，百度地图API也提供了二次开发的接口，具体实现技术细节可参考Google地图API，在此不做介绍。

此文选择精确性更高的Google地图API，为乘客的出行软件提供基本地图、本地搜索旅游景点、路线导航等服务[10]。

3　结语

如何解决乘客快速、便捷地购买单程票是轨道交通部门亟需解决的问题。文中在调研了多名智能手机用户的前提下，研究了基于二维码和电子支付技术的轨道交通应用，设计开发了一套具有出行规划、预先购票、人性导航等三大基础功能的出行应用软件，解决了乘客在售票机处大排长龙地购票的现象，能够满足乘客日常出行的基本需求，为出行需求的进一步应用提供了新方向。

参考文献

[1]袁东,王健,张宁等.IC卡读写器在票卡安全处理中的应用[J].交通信息与安全,2010,28(3):116-119.

[2]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,23(12):1-7.

[3]王宇伟,张辉.基于手机的NFC应用研究[J].中国无线电,2007(6):3-8.

[4]裴顺鑫,张宁.地铁自动售检票系统的互联标准[J].都市快轨交通,2007,20(5):38-41.

[5]马新强,孙兆,袁哲等.Web标准与HTML5的核心技术研究[J].重庆文理学院学报(自然科学版),2010,29(6):61-64,74.

[6]邹亮,徐建闽.基于遗传算法的动态网络中最短路径问题算法[J].计算机应用,2005,25(4):742-744.

[7]郝春梅.一种改进的Dijkstra算法的分析及程序实现[J].计算机与现代化,2011(1):36-38.

[8]谢琳,卢建军.电子商务中第三方电子支付平台分析[J].计算机应用研究,2003,20(12):149-151.

[9]舒贤华.基于Android平台的手机Web地图服务设计[D].大连海事大学,2009.

吴友宝（1990—），男，广东丰顺人，华南理工大学土木与交通学院硕士研究生。

作者简介：

基金项目：国家自然科学基金项目（批准号：61174184）资助“基于群体动力学的交叉口群协调控制理论与方法研究”。