一种二维码地铁取票机的研究与实现

杨贵松

（广州广电运通金融电子股份有限公司，广东广州 510663）

0 引言

移动互联网的迅猛发展与快速演变，催生了移动支付及二维码支付。

我国已经进入互联网3.0时代，无线网络和移动互联网终端产品在轨道交通领域得到广泛运用，互联网创新成果与交通服务融合发展形成新业态，信息化、跨界化、虚拟化、体验化不断推动我国轨道交通服务发展[1]。铁路互联网取票机就是在这种背景下产生，是对传统现金自动购票设备的一次技术革新，该方案已成功应用于广州地铁运营线路。

1 研究背景

自动售检票系统（Automatic Fare Collection System），简称AFC系统，是实现售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统，AFC系统包括清分中心(ICCS)、线路计算机(LCC)、车站控制室(SC)、车站终端设备(SLE)[2]，图1就是一个典型的车站AFC系统结构图。

传统售票机主要功能是帮助乘客实现现金和票之间的流转。对于运营方地铁来说，售票机必须装备昂贵的现金处理模块，包括纸币识别模块，硬币识别与找零模块等[3]。现金处理流程如图2所示，运营安装和维护成本较高。对于乘客方来说，使用纸币购票会造成一定的不便。

图2 自动售票机现金处理

2 关键技术实现

新型二维码取票机的方案取消了现金售票机的现金处理模块，用移动码支付作为乘客支付车票的接口，移动支付通过扫描二维码（微信或支付宝）实现；其他模块与传统售票机保持了兼容，这样对AFC设备终端厂商来说，减少了对新模块研发投入和维护成本，便于保养。

2.1 硬件设计

为保持同一项目内的自助设备关键模块的型号一致性，降低物料管理和备件采购成本，互联网取票机的模块配置在功能和性能得到充分保障的情况下，最大范围地兼容了地铁现有自动售票机的同类配置，硬件设计框图如图3。

图3 硬件设计框图

二维码取票机安装在车站非付费区内，由主控单元、乘客触摸显示屏、单程票处理模块、二维码扫描模块、无线上网模块、电源模块及机壳等部件组成，主要部件如表1所示。

表1 主要模块列表

（1）主控单元

主控单元采用32位高性能处理器，符合工业级应用标准，具有良好的抗电磁干扰性能，能保证整机全天24小时不停机地稳定运行，安装在设备主控单元内的设备控制软件可由LCC通过网络下载或便携式设备下载。主控单元配置了8GB的DOM卡存储器，能至少保存20天的交易数据和设备数据，可在SC通信中断情况下单机运行。主控单元主要性能指标如表2所示。

表2 主控单元技术指标

（2）二维码扫描模块

取票机的二维码扫描模块作为移动支付的核心设备，本方案设计的二维码扫描模块，由于采用了硬解码方式进行解码二维码，具有处理速度快、识别精准等特点，其主要性能参数如表3所示。

表3 二维码模块技术指标

（3）单程票处理模块

二维码取票机的车票处理单元采用成熟的技术，并已成功应用于广州五号线及广州二八拆分线和四号延长线，实际使用效果良好。该装置包括以下几个部分：控制板、单程票补票箱、单程票回收箱、废票箱、车票读写器（由车票读写器供货商提供）、车票传送机构、传感器、电磁阀等[4]。

出票通道的基本动作即是通过控制电磁阀将车票从一段通道送到另一段通道、车票赋值和校验。只要读写区有票，读写器就可以对区域内的车票进行读写，所以可以在车票从供票通道A/B电磁阀掉进读写区的同时开始对车票读写。而且车票读写不涉及到电磁阀动作，可以同时出票到供票通道。

在控制板的控制下，单程票处理模块自动完成供票、读写、校验及出票的处理。如校验失败，车票被送到废票箱，同时设备尝试再次发售车票。如果连续出现校验错误的次数达到设置的次数时，设备暂停服务，并显示上传相关状态信息。为了保护乘客的利益，在无法发售车票的情况下，主控单元会发提示车票购置不成功，请联系客服。

通过给车票读写器发送指令，能进行不同票种、不同金额的车票编码。发售的票种、金额可通过从SC下载参数设置。

2.2 软件设计

二维码取票机支付架构如图4所示，该系统除了接入原有地铁车站AFC系统外，新增加功能是乘客互联网取票机扫码支付，支付模块通过4G网络接入第三方支付服务器（微信/支付宝），第三方支付服务器通过网络将支付数据传送给地铁清分服务器系统[5]。

图4 地铁互联网购票系统架构图

取票机软件由多个功能子模块组成，如图5所示，本文重点介绍操作模式设置模块和安全管理模块。

图5 取票机软件

（1）操作模式设置模块

正常操作模式：接受网上购票现场取票，可查询车票信息；乘客按选择目的地→选票种→选数量→二维码支付的顺序购买车票。乘客选择目的车站、票种、张数以及所需的金额和已支付的金额将显示在乘客显示器上。在出票时，有声光提示。取票机具备多模式选站功能，至少能按区域、按线路、按票价三种方式选择目的车站。

受限操作模式：设备的一部分模块发生故障或达到系统设定参数时，互联网取票机自动转换为受限操作模式，排除相应模块的故障后，互联网取票机自动转换为正常操作模式。

仅可查询车票信息模式：乘客可以在互联网取票机上对“羊城通”、“佛山交通卡”及轨道交通专用车票的车票内数据进行查询。所有涉及到“羊城通”、“佛山交通卡”的查询需求应符合“羊城通”系统的要求。能对轨道交通车票内的数据进行查询，包括金额、余额、有效期、交易记录等。

（2）安全管理模块

二维码取票机的设计具备足够的安全性，保证在正常运行的情况下，站务人员在加票和结账车票的整个过程中完全不能接触到任何车票。设备在机械结构设计上保证非授权人员无法在不拆卸或破坏设备的情况下拿出任何车票，同时在软件设计上保证非授权人员不能作出任何授权范围之外的操作，如果无法避免非授权人员做出授权范围之外的操作，则设备应能够给出声响报警，并向SC传送报警信息。

在以下情况下设备出现声响报警并在车站计算机显示报警信息：

非法打开维修门；

非法移动票箱；

操作员登录3次（次数可参数设置）失败。

报警按照预定的间隔持续或至故障排除过程结束，持续间隔作为参数设置。

设备的运行安全主要包括了操作员登录管理、票卡安全两方面。

1）操作员登录管理

二维码取票机具备权限控制功能，由LCC统一设置操作员编号、密码、操作等级及权限。包括登录认证、强制退出、自动注销、非法检查等。

2）票卡安全

二维码取票机开门后不再发售正常的运营车票，并进行显示信息提醒。设备的维修门打开与关闭期间产生的废票数，将记录到系统中。废票掉入回收盒时自动清除车票的余值，且废票不能直接进闸或通过票房售票机更新处理后正常使用。

3 运营实际效果

二维码取票机在广州地铁五号线广州火车站进行了开通试运营，对开通试运营的广州火车站采集了试运营数据，图6显示了根据开通月数统计的购票张数以及购票金额，通过统计数据来看，乘客使用互联网取票机的意愿逐月增加，这说明它的便捷性得到了乘客的认可。

图6 地铁购票统计图

4 结语

本文将移动支付应用到铁路自动售票设备领域，从地铁车站AFC系统架构、自动售票机的现金流处理，引入二维码取票机设计，并重点介绍了二维码取票机硬件及软件技术实现，强调了售票机的安全性设计。此设计成功应用于现有广州地铁线路运营，并通过运营数据采集说明实际效果，验证了互联网取票机能给乘客带来安全、便捷、可靠的购票体验。