铁路自动退票机关键技术研究

赵 楠，梁晓慷，李 超，李士达，潘浪涛

（1.中国铁道科学研究院 ，北京 100081；2.中国铁路总公司 客运部，北京 100038）

目前，铁路退票的渠道相对来说还比较少，除去电子票可以在12306的网上系统退票外，持纸质车票的旅客需要到车站专口排队退票，尤其是退票高峰期和突发事件时，旅客需要漫长的排队等待，退票时间较长，服务体验较差。自动退票机提供了一种新的退票渠道，作为车站传统退票方式的一种有效补充，不仅能弥补铁路车站退票窗口少，旅客排队时间长的退票缺陷，还可以提高退票的效率,提升旅客退票体验。

1　系统总体结构

1.1　系统架构设计

铁路自动退票机是铁路自动退票系统核心组成部分，自动退票机业务的实现依赖于整个自动退票系统。自动退票系统包括前台自动退票终端机（TRM）、自动退票机应用服务器、铁路局接口服务器、中国铁路客票发售和预订系统（简称：客票系统）等部分。系统采用铁路局集中模式构架，在铁路局设置自动退票数据库服务器，承担下辖所有客运站自动退票业务的数据存储及数据处理服务，同时可根据铁路局下辖客运站所配置的自动退票机的数量确定应用服务器个数，并组合成应用服务器集群，将下辖所有客运站的退票应用处理服务全部集中管控。系统总体结构图[1]，如图1所示。

1.2　自动退票机机内软件设计

自动退票机采用多进程的设计模型，将自动退票机机内应用软件分割成若干程序，包括主业务处理程序（MBP）、人机界面交互程序（GUI）、硬件模块控制程序（HC）、监控程序（Startup）、维护程序（Backer）等[2]。该系统设计具有较高的稳定性和灵活性，易于扩展和自动升级，系统采用B/S，C/S混合结构，满足铁路局和车站不同业务需求[3]。其架构设计，如图2所示。

图1　自动退票系统总体结构图

图2　自动退票机软件架构图

2　关键技术

2.1　票面图像识别技术

自动退票机采用了票面图像识别技术，通过读磁通道上安装的摄像头及若干传感器，对票面进行多方位扫描、拍照处理。票面图像识别技术采用模板匹配算法模型，以内置的参考车票模板作为基准特征块，与摄像头拍下的票面照片对比。匹配原则是以两幅图像重叠部分的像素差的平方和（SSD，Sum Of Squared Differences）为标准来衡量此区域是否与基准特征块相似。程序将车票票面逻辑上分为若干个区域，每个区域按照其对应的基准特征块进行匹配分析，计算SSD。

票面图像识别技术通过对车票照片的扫描、比对、分析，能精准计算出车票的完整性，即解决了污损车票、有划痕车票的退票问题，也解决了困扰现场已久的剪口票退票问题。

2.2　车票磁信息处理技术

自动退票机配备了磁票处理模块，可对蓝色磁票进行读磁、写磁操作。磁票处理模块内置一个读磁磁头，在车票滑动过程中，磁头可读取车票上的磁道信息，并采用PSAM卡硬解密技术对车票磁信息进行解密工作，达到识别车票信息、判别车票真伪的功能。

磁票处理模块具备单张磁票票面向上的双方向插入功能，且磁票处理模块具备单张车票暂存、消磁、热敏打印、入口退出车票等辅助功能，磁信息处理技术的使用可使自动退票机能够更好地适应现场应用条件。

2.3　非现金退款处理技术

目前，自动退票机的退款方式采用与购买车票所支付方式一致的原则，除支持现金退款外还支持银行卡退款、网银退款、第三方支付退款等。自动退票机没有延用人工退票窗口挂连POS机的退款式，而是创新性采用虚拟POS机的方式进行跨平台跨系统进行退款操作。自动退票机以机内虚拟POS为业务载体，上连铁路总公司支付平台，实现银行卡退款、网银退款、第三方退款操作，整个过程方便快捷，平均响应时间小于2 s/笔。

具体退款业务流程如下：

（1）自动退票机打包业务数据并发起退款指令，调用虚拟POS进行数据转发。

（2）退款数据经支付预处理服务器将退款数据上报至铁路总公司支付平台。

（3）铁路总公司支付平台进行对账、退款审核后与银行前置服务或第三方平台对接数据，完成退款。

整个退款过程完全自动完成，期间不需要与旅客交互，减少了退款步骤及退款时间。其中网银退款与第三方退款业务流程，如图3所示。

图3　退款业务流程图

2.4　多线程开发技术

对于复杂的软硬件交互程序而言，单线程设计无法满足退票业务以及硬件系统的一致性。自动退票机采用基于多线程技术的程序设计理念，能充分利用自动退票机系统资源，大幅度提升系统处理速度以及分析速度。自动退票机运行过程中，界面需要与旅客进行交互，MBP业务程序要保持与客票系统通信，硬件处理程序还要及时处理硬件上报信息，单一线程模式根本满足不了业务需求，多线程工作模式则可以并发处理上述业务，保证用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态，也可以随时中断循环扫描、车票读取一类的等待型任务。

2.5　基于分布式缓存 GemFire 系统的快速查询技术

GemFire 是一个位于应用集群和客票数据源之间的高性能分布式内存对象缓存系统，GemFire 充分利用网络中的内存和磁盘资源，具有低延迟、高吞吐量等优点[4]。订单系统数据量大，且存储在不同的节点、分库中，传统的查询技术速度慢、延迟高，难以适应自动退票机业务需求。自动退票机在订单查询过程中利用基于GemFire系统的快速查询技术，极短时间内即可在海量数据中查询到需要的订单信息，大幅度缩减自动退票机退票时间，提高退票效率。

2.6　应用负载均衡技术

负载均衡技术是一种廉价有效的扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力的方法，可提高网络的灵活性和可用性。自动退票机通过tvmis程序与客票系统通信，tvmis服务采用分布式部署，在多台服务器上扩展所需的应用程序，形成应用服务器集群。部署的负载均衡器根据应用服务器的负载情况，自动将业务请求分发到不同节点，不仅增强了对数据的处理能力，提高了服务器响应速度以及资源利用率，同时避免了服务器单点故障导致用户访问失败，业务中断等问题[2]。

2.7　基于Flex的界面开发技术

自动退票机为开放式自动设备，旅客操作的易用性决定了设备使用的效率[5]。

Flex是一个开源的软件开发工具包，常用于构建和部署基于Adobe Flash的跨平台应用程序，可实现跨浏览器、桌面和操作系统。Flex内嵌Flex player播放器，能够直接播放自动退票机设计的视频文件。

自动退票机人机交互界面（GUI）基于Flex技术开发，使用XML语言格式与主业务程序MBP进行通信，界面风格采用扁平化设计理念，设计中利用Flex框架自带的动画效果和互动界面，几乎不需要额外的美工，就实现了美观大方的界面。Flex的语言具有一定的逻辑处理能力，能实现一些简单的业务处理，程序设计中部分交互界面可直接增加业务逻辑处理代码，减少了GUI与MBP程序的交互流程，使得GUI与旅客的交互更加高效、便捷。

2.8　互联网接入技术

目前，自动退票机可采用两种方式连入客票系统，即客票专网模式及互联网模式。自动退票机采用客票专网模式部署时，需要机器安装在铁路车站等客票专网能连通的地方，优点是部署方便，缺点是局限性大；自动退票机采用互联网模式部署时，机器需要加装网络安全平台软件、安全管控器、4G上网卡等，部署相对复杂，但是适用范围广泛，在互联网能覆盖的地方均具备安装条件。在互联网模式中，自动退票机发送的数据要先通过安全管控器经互联网接入到安全平台互联网服务器，安全平台互联网服务器再将接收到的数据通过安全隔离网闸转发给客票系统服务器[6]。其系统结构，如图4所示。

图4　互联网接入系统结构图

3　结束语

自动退票机设计中以减少旅客交互、缩减退票时间为业务指导，采用了故障分析和预警手段，提高系统稳定性[7]。据统计，铁路自动退票机在太原站投入使用一年多，退票量占总退票量10%，且呈不断上升状态。铁路自动退票系统是一种全天候不间断的服务系统，是铁路人工退票窗口的有效补充，铁路自动退票系统的应用极大地方便旅客在车站自助完成退票业务办理，降低人工退票窗口工作压力。随着铁路客运的继续发展、旅客出行频率的不断增加、旅客出行模式的不断进步，自动退票机必然会迎来更为广阔的应用前景。

参考文献：

[1]刘子宽，姜 利，邓胜江，等.铁路自动退票系统方案研究[J].铁路计算机应用，2014，23（7）：28-30.

[2]张军峰，刘士津.铁路客运营销辅助决策系统关键技术研究[J].铁路计算机应用，2015，24（11）：27-29.

[3]常曾硕,张志强,刘文韬.电子站台票管理信息系统关键技术研究[J]铁路计算机应用， 2016，25（12）：27-30.

[4]王 成，张家峰，蒋秋华.铁路自动售票监控系统研究与实现[J].中国铁路，2013 （6）：51-55.

[5]李 超. 铁路自动售票机多进程系统模型的研究与实现[M].北京：电子工业出版社，2009

[6]王明哲，张振利，徐 彦，等.铁路互联网售票系统的研究与实现[J].铁路计算机应用，2012，21 （4）：23-29.

[7]王国光，史天运. 自动检票系统设计及其实现[J].中国铁道科学，2005 （9）：112-118.

[8]单杏花，刘相坤，朱建生. 内存数据库技术在客票系统中的应用研究[C]//全国智能交通系统协调指导小 组、全国清洁汽车行动协调领导小组、中国智能交通协会、深圳市人民政府.第五届中国智能交通年会暨第 六届国际节能与新能源汽车创新发展论坛优秀论文集（上册）——智能交通，2009.