基于电子客票的铁路旅客智能出行研究

黄欣，张志强，单杏花，张涛，李士达

（1. 中国国家铁路集团有限公司，北京 100844；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

1 国内外电子客票概况

电子客票[1-3]概念最初由航空领域提出，1993 年美国一家航空公司推出世界上第1 张电子客票。2000 年3 月28 日，中国南方航空股份有限公司推出了我国首张电子客票，提供网上订票、网上支付和电子客票服务。中国国际航空股份有限公司与中国东方航空股份有限公司也分别于2003 年和2004 年推出了电子客票，至2007 年我国航空业在全球范围内率先实现了全面电子客票。2017年以来，部分机场相继推出了二维码和“刷脸”自助登机服务。德国、法国和美国铁路通过互联网销售的车票也可提供电子客票。在我国公共交通领域，普遍采用电子钱包或二维码关联电子账户的方式扣款，但这种非实名制、不对号、计次、计程的特点，本质为一种电子支付应用场景，并非真正意义上的电子客票[4-5]。

从国内外交通行业发展趋势来看，电子客票在民航与铁路领域已经开始应用，大幅提升旅客出行体验的同时，有效节省了运营成本，目前正在基于实名电子客票向更为便捷的通行方式和精准营销服务发展。虽然近年来我国铁路客运在售票和检票方面持续优化完善，极大方便了旅客，取得了良好的社会效益，但相对于旅客持续增长的美好出行需求依然存在一定差距，旅客购票出行服务依然存在很大优化空间。结合我国铁路行业特点，全面实施电子客票应用已经成为更好服务旅客、推动铁路客运智能化发展的重要载体，是提升人民群众对铁路发展获得感和幸福感的重要举措。

2 我国铁路电子客票研究

2.1 内涵

电子客票是我国铁路旅客车票票制继硬板票、条码票、磁介质票后的又一重大变革，将纸质车票承载的旅客运输合同凭证、乘车凭证、报销凭证功能分离，实现了运输合同凭证电子化、乘车凭证无纸化、报销凭证按需提供，是客运生产组织和服务流程全面优化和重构的重要基础。

2.2 技术方案

2.2.1 乘车凭证选择

电子客票应用的核心是通过乘车凭证在客票系统中找到旅客购票信息。乘车凭证可有多种选择，但应满足可机器识读、技术成熟，能快速查询旅客购票记录，旅客接受程度高、便于携带，以及经济实用、能够充分利用既有设备的原则。

通过对居民身份证、外国人永久居留证、港澳台居民居住证、港澳居民来往内地通行证、台湾居民来往大陆通行证、中铁银通卡、二维码（纸质/电子）、手机NFC 和人脸信息的比选分析，初期优先选择可机读的居民身份证、外国人永久居留证、港澳台居民居住证、港澳居民来往内地通行证、台湾居民来往大陆通行证等证件作为电子客票乘车凭证。后续可根据应用及技术发展情况，逐步拓展电子身份证、手机NFC和“刷脸”等乘车凭证形式。其他证件可配合电子客票购票信息单二维码实现快速验检票、乘车。

2.2.2 主要业务变化

实施电子客票应用将给客运业务带来极大变化，主要体现在以下几方面：

（1）旅客出行无纸化。电子客票对原有纸质车票所承载的功能进行了优化分离，实现乘车凭证由硬板票、软纸票、磁介质票等实体到无纸化、电子化、智能化的转变。电子客票应用显著提升了旅客出行体验，有效降低了票纸使用，在积极响应绿色出行、节能减排倡议的同时，成为推动铁路智能化出行的新举措。

（2）客票业务全面自助化。电子客票的实施，在近年来互联网售票、闸机检票实现旅客购票和检票自助化的基础上，进一步提高了便利性和工作效率，同时实现了退票、改签、变更到站等业务的自助化办理，提高了我国铁路信息化水平，节省了旅客购票时间和进出站时间，符合大众快节奏、高效出行的要求。

（3）线上线下功能一体化。电子客票的实施，取消了互联网购票后换取票环节，方便旅客的同时，减轻了车站压力，同时还实现了线上和线下功能的一致性，克服了纸质车票退票改签需要到线下窗口办理的弊端，后续互联网订餐、约车等延伸服务也可随电子客票应用的推广，为旅客提供更为便捷的服务体验。

（4）有效解决了既有纸质票丢失、伪造和倒卖等问题。由于购票信息以电子数据形式保存，车票丢失、伪造和倒卖实体车票的问题将得到有效解决，避免了旅客因车票丢失产生诸多不必要的麻烦，极大降低了旅客出行的经济成本。

（5）建立旅客全行程信息档案。以旅客购票电子记录为基础，构建旅客实名验证、进站检票、乘车、出站检票及订餐、约车等出行过程中完整的消费和服务档案，为铁路开展精准信息推送和差异化服务奠定坚实基础。

2.2.3 系统架构

电子客票采用基于“双中心双活”的系统架构（见图1），提高了电子客票处理能力、系统可靠性及业务处理的连续性；引入云计算、大数据处理、人工智能等技术，实现高并发条件下的海量数据处理、基于消费习惯的旅客用户画像、复杂环境下的人脸智能识别等关键应用，通过广泛吸收多种开源技术，结合实际应用不断自主创新，丰富系统功能、调整系统架构，持续保持技术的先进性和自主性。

为方便向旅客提供购票、变更、乘车等服务，构建了线下电子客票集群，存放线下渠道发售电子客票的存根和订单等数据；建立旅客服务记录（Passenger Service Record，PSR）集群，整合旅客出行全流程的服务信息，形成旅客出行服务信息档案；建立二维码集群，推出扫码进出站乘车服务，保证电子客票相关业务使用二维码的通用性和安全性；搭建人脸比对集群，用于持续进行人脸识别算法的训练，定期将优化后的算法自动下发至实名制验证闸机等应用终端，以提高比对效率及准确性。为保证系统稳定可靠，搭建铁路局集团公司应急中心，当铁路局集团公司客票系统发生异常时，可顺利接管其相关业务，实现应急售票和验检票业务。

2.2.4 关键技术

（1）大并发条件下的电子客票快速验检票技术。提出PSR 概念并构建PSR 集群（技术架构见图2）。PSR 以乘车人为主要线索，将其购买的车票和服务的信息完整记录和整合，根据服务进度或旅客变更实时进行信息更新，并记录下更新轨迹，形成一个完整的行程数据描述。电子客票在发售成功后通过数据同步技术实时更新至由分布式部署的Redis 数据库构成的PSR 集群中，集群通过SpringCloud 微服务框架对外提供海量数据下的快速查询服务，满足在大客流高并发条件下电子客票数据的验检票查询要求。

图1 电子客票系统架构

图2 PSR 技术架构

（2）分布式环境下的异构数据实时同步技术（见图3）。针对分布环境下的数据实时同步需求，研发了分布式环境下的异构数据实时同步技术，可根据业务需求，采用基于数据日志文件解析的无侵入式实时同步、基于触发器的实时同步和基于数据统计式的定时批量同步等方式，实现源端数据变化监听和捕获，并通过分布式传输中间件进行可靠数据传输，实现目标端数据库适配读取传输中间件内数据并载入目标数据库，分布式数据库同步技术可实现包括关系型数据库、非关系型数据库集群及其他类型数据库之间的异构数据同步功能，并可根据业务发展变化，动态增加同步节点，以及扩展支持的数据库类型，具有较高的可定制性。

图3 异构数据实时同步技术架构

（3）动态二维码检票技术。我国铁路首次提出为购买电子客票的旅客提供手机动态二维码[6-7]检票服务，结合对称加密与非对称加密算法，在服务端对电子客票数据进行对称加密，并将加密数据下发到客户端进行缓存，客户端对请求时间与加密数据进行数字签名，2 次加密的结果构成二维码。二维码具有有效期的属性，超过设定时间手机客户端将自动更新，动态二维码具有防篡改、防伪造、防抵赖的特点，而且可以离线生成、离线验证，提高了进站检票的效率（动态二维码检票架构见图4）。

图4 动态二维码检票架构

（4）全渠道一体化的人脸识别技术。构建了覆盖“国铁集团—铁路局集团公司—车站”三级网络、铁路客票线上线下渠道和各应用场景的铁路客票人脸比对与算法训练统一平台（见图5），基于复杂场景、动态适配的人脸识别[8-9]算法，首次实现基于人像识别的自助核验应用模式，实现了融合图像识别智能化技术的旅客线上线下自助身份核验服务，极大提升了我国铁路旅客服务的智能化水平。

图5 人脸比对及算法训练平台技术架构

3 基于电子客票的旅客智能出行

3.1 线上线下一体化购票服务

电子客票打通了线上与线下售票渠道的服务链条，打破了既有客运服务中大部分旅客乘车需要提前取票、线下购票只能线下变更的固有流程，全面支持跨渠道办理车票变更业务，消除线上线下业务办理差异，创建线上与线下一体化的新业务规则。丰富了线下渠道的功能服务，使车站的经营模式由目前售检票业务为主，逐渐向提供个性化、定制化、全流程化服务的方向转变，实现客运服务主要内容的全面升级和重新构建。

3.2 基于多维度身份识别技术的验检服务

实施电子客票应用的车站验检票融合了NFC[10-11]、人脸识别、生物特征识别、大数据分析等多项前沿技术，为旅客进出站提供了多种方式的验检票选择。购票旅客可利用有效身份证件、手机动态二维码、人脸识别直接通过闸机自助完成验检票进站乘车，无需换取纸质车票，为旅客出行省去换票环节，缩短出行时间。出站检票除利用身份证件、手机动态二维码、人脸识别方式外，还将利用多种生物特征识别技术，多方位数据采集、进行大数据的智能分析定位，为旅客提供无感知的出站体验。

3.3 面向旅客出行的全过程提供综合智能信息服务

我国铁路积极开展人工智能、大数据、生物识别、知识图谱等技术研究，通过智能行程提醒、智能在线客服、智能语音客服、智能问询机器人等科技手段实现旅客出行全过程综合智能信息服务，精准高效地响应旅客需求，使旅客出行更加便捷高效。

铁路智能行程提醒是以富媒体短信主动推送消息为载体，通过图文、音频、视频等丰富形式及时向旅客提供行程安排、业务变更、列车延误、目的地指南、发到站天气变化等精准化信息，提升旅客铁路出行体验；智能在线客服实现信息共享、自学习统计、智能客服及知识库构建，对服务全流程进行记录和反馈分析，自动调整优化服务逻辑，有效降低人工客服工作量，提升客服服务质量；智能语音客服、智能问询机器人实现语音识别与优化、语音合成功能，提供基于语音、人脸、用户行为分析、语音情感识别等全方位感知能力，并利用客票系统海量数据及大数据分析技术，刻画用户画像，提供不间断、场景化、人性化的铁路客服体验和一致、高效的旅客咨询服务，提升铁路服务旅客的质量及效率。

3.4 电子发票

我国铁路电子客票的全面实施，为推广使用铁路客运车票电子发票提供了良好的应用场景。通过对现有技术及税控设备的整合，搭建我国铁路客运服务增值税电子发票平台，为旅客提供多渠道（线上与线下）、全周期（购票完成到出行结束后）的电子发票获取方式，方便旅客办理发票查询、核验、下载、打印、报销等手续，有助于铁路企业紧密围绕市场需求，开发增值服务，规范税务发票管理。

4 电子客票应用推广情况

经过深入研究、反复论证、充分准备，目前已在海南环岛铁路、沪宁城际、成渝高铁、昆大丽城际、广珠城际、京雄城际北京西—大兴机场段、青荣城际、南宁—北海城际、哈牡城际等10 余条线路实施电子客票应用，同时伴随着新线投产逐步覆盖我国高铁动车组及普速线路停靠站。截至2019 年10 月7 日，实施电子客票的线路累计发售电子客票达7 500 余万张，其中12306 网站发售6 300 余万张、人工售票窗口（含代售点）发售863 余余万张、自动售票机发售337 余万张，已全部实现旅客持购票证件进出站；打印报销凭证3 000 余万张，平均制票率降低了38.1%。实现了旅客持可识读证件快速自助进站、检票，通过闸机检票的平均用时已由3.8 s/人下降至1.3 s/人。

实施电子客票应用，简化了旅客购票流程，降低了纸质车票消耗，节约了旅客出行时间，提升了车站业务办理效率和质量，为我国建设绿色、智能交通贡献了铁路方案。

5 结束语

电子客票是我国铁路票制的一次重大变革，是铁路客运提质计划的一项重大服务举措。铁路客票电子化不仅是减少一张纸质车票，而是建立更先进的铁路信息系统、更完备的客运服务设施设备、更完善的客运组织流程的支撑和保障，更是带来了资源节约、出行便利、服务升级，为提升旅客美好出行体验增加了无限可能。未来对铁路旅客智能化出行的研究将继续深化，结合新技术、新理念，将使旅客出行更加便捷。