基于区块链技术的空铁联运 售票模式研究

王洪业

（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）

0 引言

从当前运输行业发展来看，公路、铁路、民航、水运是我国交通出行的主要方式，随着经济与社会的发展，旅客出行方式的跨域、多方式、个性化等多样性需求日益得到鼓励，传统单一的交通出行方式受到来自旅客多层次需求的挑战。公路、铁路、民航、水运不同的交通方式运营主体对于客运市场需求的这一变化，认识到从独立竞争到合作共赢的重要性，从大交通、细分工的角度合理优化资源配置，满足客运市场需求。

铁路和民航都是综合交通运输体系的重要组成部分，具有很强的互补性。民航线路及销售网络覆盖全球，但国内城市尤其是县级以下行政单位覆盖性却不及铁路。我国铁路网络几乎可以覆盖所有行政区域，但我国幅员辽阔，地形及气候多样，部分地区由于特殊地形导致修建铁路成本很高，也无法提供大量国际线路，而这些地区往往是民航可以轻松到达的目的地。从需求侧角度看，铁路网和航空网结合增加产品供给是满足我国旅客出行需求的最佳选择。

区块链应用的关键在于加强与实体经济的深度融合[1]。多种交通方式的联运有助于发挥区块链技术多方信任、高效便捷的特点，有助于客运实现多式联运基础设施的建设。同时，多式联运的参与方主体庞大、服务链条长、环节多，区块链技术有利于精准解决业务痛点，从而发挥不同交通方式在数据、业务和治理等方面的价值，应用前景广阔。

无论从国家政策、行业发展、创新研究的任何一个方面，区块链技术在铁路行业中的应用研究都具有重要的布局意义与现实意义。京东、阿里巴巴、腾讯区块链已经落地供应链金融、医疗、数字资产、物流信息、法务存证、公益寻人等多个场景，体现了区块链技术在不可篡改、隐私保护、信任共识上的效果。在此，根据我国国情、路情以及各种交通运输方式的信息化程度和应用落地速度，主要研究基于区块链技术的铁路和航空的空铁联运。

1 航空和铁路售票系统现状

在各种交通运输方式中，民航快、铁路准的特点，造就了在我国旅客运输市场中的不同运输地位。特别是高速铁路的发展，在中长途运输市场与航空运输的竞争，为旅客提供了丰富的出行产品。近年来航空机场建设与铁路客运车站建设的空铁枢纽港，在竞争的同时方便了旅客出行，更为双方通过合作优化了资源、扩大了客运市场、提升了运输效率。但是，在票务运营上，航空和铁路各自以其主业为依托，为行业内的票务销售。多种出行方式的联运，则更多的是旅客个人行为，在不同的票务服务网站自助联程。当前应用较广泛的联运方案主要是铁路和航空各自推出的联程票方案。

1.1 航空

传统的航空公司售票渠道主体分为直销渠道和分销渠道2类，直销渠道主要是隶属于航空公司的官方渠道，如官网、呼叫中心、APP客户端等；而分销渠道主要为中国民航信息网络股份有限公司授权的票务代理机构，如传统代理商、电子商务平台、旅行社、呼叫中心平台、在线旅行网等。航空售票系统架构分为机票预订系统、席位存量系统和离港控制系统3层。其中，机票预订系统可以对航班的计划信息、票价信息、余票信息进行查询，并以接口的方式提供给全球分销系统，由外部机票代理商对机票进行销售，或将信息提供给航空公司本身的订票系统，允许旅客直接通过网站或官方APP进行购票。交易成功后的旅客购票记录会记录在航空公司的席位存量系统内，并对机票的“库存”进行更新。同时订票信息会提供给离港控制系统，对接机场柜台与登机口，完成旅客的登机核验。

航空联程票方案主要由同公司或合作公司的2个或多个航班组成，不同航班被视为独立的航段。通常联程机票比直飞机票更加便宜，但是放弃第一航段的飞行则不允许搭乘第二段航班，办理第二段航班的登机手续时需要出示第一段登机牌。而第一段发生延误时，航空公司会免费为旅客改签第二段航班。联程票方案通常由航空公司之间协议制定，联程票可以在航空公司官方渠道或第三方代理商处购买。旅客确认联程票交易后，订票信息流程则以各航段分别视为一张单独机票的方式进行记录，并同时将机票信息标记为联程票。

但是，航空联程票的出现为业务监管带来了较大的挑战。由于分销渠道众多，联程票的出现为分销渠道提供了售票漏洞，为监管带来了困难[2]。航空售票系统架构图如图1所示。

图1 航空售票系统架构图Fig.1 Architecture of airline ticketing system

1.2 铁路

铁路12306系统售票架构如图2所示。旅客登陆12306网站进行购票时，12306系统通过部署在内网的用户管理功能对12306用户进行验证，通过车票查询功能模块读取当前的余票信息。旅客提交购票信息后，交易信息通过交易中间件存储在铁路局集团公司的席位中心与客票系统的各数据库当中。

铁路联程票方案由两段车票组成，通常两段车票的票价与各段的普通票价相同。旅客在12306网站上下单购买系统推荐的联程票时，系统会以一笔订单2张车票的方式进行处理，并进行联程票标记。铁路联程票的退改签规则要更加宽松，2张联程票均可以根据需求按正常车票退改签规定分别进行改签或退票。

1.3 空铁通

目前国内的空铁联运业务率先由中国东方航空集团有限公司与中国铁路上海局集团有限公司联合推出的“空铁通”产品进行初步尝试，实现了中国铁路上海局集团有限公司管辖内安徽省、江苏省、浙江省及上海市主要城市之间的高速铁路、动车组列车与中国东方航空航班的双向联运。

图2 铁路12306售票系统架构图Fig.2 Architecture of 12306 ticketing system of China Railway

由于航空与铁路预售期时长不同，空铁通产品分铁路预售期内、铁路预售期外2种情况考虑产品设计。铁路预售期内铁路与航空公司开发围绕联运枢纽的产品，铁路联运车次以高速铁路及城际铁路列车为主，联运产品票额实时与12306网站可售票额进行组合。对于空铁通冠名产品，若12306网站可售票额不足，则测算用户需求，按照航空公司申请、铁路始发局审批的流程为符合条件的车次预留票额。铁路预售期外产品设计初期仅限于国际航班，后续根据销售情况扩大范围。

旅客选择“空铁通”产品出行时，需要提前于中国东方航空官网及其指定的销售渠道进行购票并确认，虚拟航段(即高速铁路运输段)需提前60 min前往各始发车站指定窗口、柜台领取车票搭乘列车。目前“空铁通”项目的乘客信息共享流程是由旅客在中国东方航空集团有限公司提交购票信息，东方航空将购票信息进行登记确认后提交至铁路局集团公司，铁路局集团公司再将指定列车中预留的席位与乘客信息进行对应。当前空铁联运信息交换方案的信任基础是基于双方的合同互信，由铁路方在指定列车上预留席位并由航空方对旅客信息进行登记。因此“空铁通”服务具有较高的退改签要求，包括各航段不能单独退票、不能签转至其他承运人等。除旅客服务水平未达到最优外，当联运的需求量较低时，容易造成铁路席位资源的浪费。同时由于铁路部分票额被航空使用，需要有效的监管措施，防止席位被滥用。因此，如果空铁联运需要更进一步提升旅客出行舒适度，更好地服务旅客出行需求，双方彻底达成交易互信，那么航空与铁路的信息交互系统应进行有效升级，区块链技术或可成为有效的解决手段。

2 基于区块链技术的空铁联运应用模式

2.1 区块链

区块链技术源于2008 年一篇名为《比特币：一种点对点式的电子现金系统》[3]的文章。文中详细描述了一种去中心化的电子交易体系的实现。首次通过技术手段实现了交易主体间的共识机制的建立，实现交易主体间信任。区块链是构成这种电子交易体系的基础技术。2009年1月3日比特币正式上线，区块链的第一个区块诞生。目前区块链技术发展路径，区块链技术经历了以比特币为典型的区块链1.0模式，以太坊的智能合约应用的区块链2.0模式，以及可编程社会为主要特征的区块链3.0模式。

由于区块链1.0的比特币系统设计具有非图灵完备性缺陷，因此其无法有效处理更为复杂的业务逻辑。2015年更新上线的区块链技术2.0以太坊对区块链技术进行了升级，使其能够在平台上部署智能合约，允许开发者业务逻辑进行个性化部署。智能合约使得通过代码设定好的业务逻辑能够自动按照触发条件执行而无需人为干预，并且合约部署在区块链上公开透明。

比特币和以太坊的低准入，导致一些应用受限。一方面，公有链颠覆已有商业模式和固有利益；另一方面，现有区块链的处理性能、隐私保护、合规性等都不能满足业务需求。随之联盟链应运而生。目前最活跃的应用于联盟链的典型开源区块链代码项目是Fabric。

区块链的应用主要在于在网络中通过信息技术建立点对点之间信任，使得价值传递过程去除中介干扰，既公开信息又保护隐私，既共同决策又保护个体权益，这种机制提高了价值交互的效率从而降低了成本。

区块链的技术特点使得其为特定场景的实现提供了可能性。区块链技术的主要特征为空铁客票交易提供了安全的环境。交易去中心化，无第三方介入，实现点对点交易和互动，提高了交易效率；非对称加密，交易数据加密上链、匿名交易，保障隐私数据安全；交易透明，交易账本由区块链全部(部分)成员共同维护、集体监管，数据快速同步，从根本上解决信任问题，减少欺诈风险；区块链信息不可篡改，数据信息一旦写入区块中就不能被篡改或撤销，切实保障数据的安全；数据可追溯，区块链上任意一条数据可以通过链式结构追溯本源，历史交易追溯方便。

2.2 空铁联运售票技术难点

空铁联运发展模式是未来客运业务发展的一个方向。一方面，空铁联运可以有效实现强强联合，航空的国际运输接驳铁路国内运输，让中国铁路网更有效地融入全球运输市场，让全球旅客更快捷地到达中国的各级城市，发挥点面运输结合的优势；另一方面，空铁联运有效地实现长途运输接驳中短途运输、快速运输接驳准点运输，将有限的运输资源进行更适合市场的合理供给配置，从供给侧和需求侧提供更多的产品体系服务旅客多样化出行需求。

空铁联运跨领域运输协同在实际应用中存在着许多困难和痛点。目前，我国空铁联运技术方案仍存在着票务信息交流不畅、信息系统不完善、行李托运服务无法衔接、铁路部门与航空公司交流不足、接续方案不完善、地面交通枢纽距离较远等一系列实际问题[4]，采用传统的技术难以有效支撑。一方面各航空公司与铁路系统存在着竞争关系，如何建立有效的信任机制使得多方进行高效、共赢合作是一个传统难题；另一方面联运涉及大量多方交易，高并发实时交易处理能力，主体间数据信息的安全传输与共享均需要技术的有力支撑。

区块链联盟IC3的主要研究参与方苏黎世联邦理工学院[5]提出的区块链应用决策树模型，可以协助判断空铁联运应用区块链技术的必要性与可行性。首先，空铁联运涉及多方共同维护、存证交易状态，技术上需要保证交易状态的真实性及维护的可靠性；其次，所有的空铁联程票交易存证数据来源涉及航空公司和铁路双方或多方，因此每笔交易真实性需要得到各方承认，需要保证交易存证的防篡改、抗攻击等特性；再次，航空与铁路存在对旅客的竞争关系，因此售票交易系统需要实现多方互信；最后，各方交易前涉及到余票信息共享、交易后涉及到交易信息流转，因此交易系统需要保证数据传输的效率及安全性，并且由于数据的流转范围为航空公司及铁路系统之间，因而借助联盟链可以有效解决空铁联运中的技术难点。

空铁联运区块链应用决策树图如图3所示。

广义来讲，区块链技术利用区块为单位来存储与验证交易数据，利用哈希算法来计算及生成数据，利用密码学算法对交易数据进行加密，并利用自动化智能合约来约束业务条件和操作数据的一种多种技术集合产生的全新的分布式基础架构与计算范式[6]。区块链技术的出现为空铁联运模式提供一种可行的技术支撑，可以有效提升多方信息交互效率，实现多方互信，促进空铁联运业务模式创新。

2.3 空铁联运售票应用模式研究

基于区块链技术构建空铁联运信息系统，能够确保铁路、航空交易真实可信、核心信息高效交互，并保障旅客隐私数据安全，切实解决空铁联运中的痛点问题，让电子数据的生成、存储、传播和使用更加安全、高效[7-8]。区块链作为构建信任生态的技术可以协助建立开放、共生、互信的客运生态。空铁联运更为适合的区块链构建方式为航空公司和铁路各自建立私有链、共同搭建联盟链。区块链各公司信息系统中的舱位/席位信息入区块链，用于保障票务交易有效。交易凭证入链、交易细况业务系统保存，保证区块链高速有效。

2.3.1 节点设置

图3 空铁联运区块链应用决策树图Fig.3 Decision tree for blockchain application of air-rail inter-modal transport

空铁联运区块链系统设计架构图如图4所示，即在民航和铁路各方原有售票系统的基础上搭建多方联盟链。联运区块链信息系统主要节点分为3类，一类是铁路系统、各大型航空公司等主要联盟发起人，将以全节点的方式接入区块链，共同维护区块链交易账本，拥有账本的读取和写入权限，也拥有全部历史交易信息的查询权限；所有旅客以轻节点(电子钱包)的方式接入，可以与各公司进行交易，也可以在本地查询本账户的历史订单信息，但是不参与区块链账本的记账；最后一类节点是区块链服务节点，以轻节点的方式接入区块链，为区块链稳定运行提供各类运维服务，并对区块链上数据进行监控和审计。

图4 空铁联运区块链系统设计架构图Fig.4 Architecture of blockchain system design of air-rail inter-modal transport

区块链系统主要由区块链用户、区块链管理与运维方以及区块链服务支持提供方3部分构成。区块链用户即主要接入区块链节点的所有主体或自然人，区块链管理与运维方主要为区块链用户在使用区块链服务时运行稳定，同时保证区块链服务与已有业务系统之间运行良好。区块链服务支持提供方主要保证区块链服务功能正确，并管理安全风险等。区块链管理与运维方、区块链服务提供方可由区块链主要用户中的一方或多方共同承担。

2.3.2 业务流程

空铁联运售票流程示意图如图5所示。当旅客需要购买空铁联程票时，旅客首先在系统中提交出行日期、始发城市、终到城市信息进行查询，系统根据旅客需求读取各公司运输计划信息，计算出有效的联程出行方案，并对所有方案进行罗列，供旅客进行选择。行程信息的排列与筛选主要参考指标包括：服务提供方、行程总价、行程总时长、换乘次数等。旅客根据自身出行需要选择合适出行方案后，在APP上提交订单并进行支付后，涉及的交易主体对交易进行验证与确认，当其中任意公司验证失败后，交易取消、记录日志并返回消息通知旅客选择其他出行方案；当所有公司确认成功后，交易生效并生成哈希值对交易进行广播和验证。验证成功由记账节点对交易进行打包并上链。上链成功后航空节点、铁路节点各自对交易进行存证并预留席位。

基于区块链技术构建的空铁客票交易系统较目前的“空铁通”系统具有一定的优势。首先区块链技术打通了双方的交易平台，使得一张联程票双方同时进行交易成为可能，提高了双方信息交互效率，可以使旅客的退改签政策更加宽松。其次，基于区块链技术进行的交易记录公开可追溯，从根本上解决了双方互信的问题。并且由于交易信息在联盟节点之间公开，铁路可以更早地观测到实际需求信息，及时对联运票额进行调整，对席位资源的利用更加高效。空铁联运区块链技术方案还具有以下优势。

（1）增强互信、促进合作。通过建立技术架构，借助区块链公开、透明、可追溯及难以篡改的特点，使得每笔交易有根据，能够大大提升铁路及航空公司系统的公信力和社会形象，区块链的信任机制，也为各主体间开展合作提供了良好的基础，带动客运产业整体发展[9]。

图5 空铁联运售票流程示意图Fig.5 Schematic diagram of ticketing process of air-rail inter-modal transport

（2）提升服务质量。基于区块链技术的空铁联运合作模式能够为旅客的多元化需求提供种类更加丰富的产品。通过不断完善客运服务的质量，满足更多旅客出行需求，提供更周到的出行服务，可以全面提高旅客乘车体验、增强旅客粘度。

（3）提升产业链条整体信息化水平。通过交易账本共享，可以有效增强产业链内所有上链企业信息交流能力，破除信息壁垒，提升全链条信息化水平。

（4）提升客运系统形象。客运业务属于垄断行业，在传统的集中式架构下，由于信息不对称，客运系统公信力及企业形象极易受到旅客的质疑，容易引发“信任危机”。而区块链技术架构通过透明公开化交易记录，以及可追溯、不可篡改的特点，可以从源头杜绝暗箱操作，规避信任风险，完善客运系统形象。

（5）为未来业务拓展提供可能性。区块链技术是相对比较前沿的新技术，未来可能有更大的业务场景应用空间，因此采用区块链技术结构为未来的业务拓展提供了可能。

3 结束语

区块链在各行业的应用落地加快，技术普及度不断提升。业界对区块链的价值和场景适用度随着认识的深入不断提升。研究从聚焦在少量场景深化应用研究，到积极地构建区块链生态，为行业的成功应用发展奠定初步基础。空铁联运模式是未来旅客出行的重点发展方向之一，基于区块链技术的空铁联运方案可以有效保障各主体间信息协同性、交易高效性、数据安全性、业务灵活性以及稳定扩展性。因此，采用区块链技术可以与空铁联运业务良好契合，为铁路系统和航空公司提供良好的信任基础和信息交互保障。实现铁路与航空协作的信任基础，解决客运业务在跨域发展时合作中痛点，促进客行业务模式创新，具有示范意义。