地铁AFC系统“互联网+”技术应用研究与实践

展宗思

摘 要：地铁自动售检票（AFC）系统是基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，实现售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程自动化的系统。随着手机二维码、互联网电子支付的全面普及和云计算技术的蓬勃发展，AFC 系统业务模式朝着更加信息化、智能化的方向发展。文章以西安地铁为例，介绍其将地铁AFC 系统与“互联网 +”技术相结合，以手机二维码为载体，建立扫码过闸和多元化电子支付新业务模式的项目实践，并对该项目的技术实现手段、优势及实施成果进行分析，以期为“互联网 +”技术在地铁行业中的应用及“智慧地铁”的建设提供借鉴和参考。

关键词：地铁;AFC系统;互联网+;手机二维码;第三方电子支付;云计算平台

中图分类号：U29-39

近年来，随着互联网技术的高速发展，以手机二维码为载体的支付宝、微信等第三方电子支付方式在各个领域得到推广应用[1]。在地铁运营中，将“互联网+”技术与地铁AFC系统相结合，建立使用手机虚拟凭证直接进出站和电子支付的新业务模式，已成为控制运营成本、提升服务质量、建设“智慧地铁”研究的新方向[2-5]。本文以西安市轨道交通集团有限公司（以下简称“西安地铁”）为例，介绍其围绕建设“智慧地铁”目标，引入手机二维码、第三方电子支付（支付宝、微信、银联等）等“互联网+”技术对既有线路AFC系统进行功能改造的项目实践。实践证明，该项目在较短周期内实现了以手机二维码扫码过闸和多元化电子支付为特征的新业务模式，从根本上解决了车站购票/充值排队时间长、实体钱票使用成本高等一系列问题，提升了乘客的出行体验。

1 项目简介

2017年9月，西安地铁响应西安市政府建设“智慧城市”的号召，正式启动了AFC系统“互联网+”技术应用项目。

西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目遵循“整体布局，分步推进”的原则，分为2期实施。一期阶段，项目人员从西安地铁运营现状及乘客使用需求出发，对硬件平台架构、终端性能和业务规则等方面进行了整体设计;在实验室环境进行了大量实验和测试，验证了技术方案和现场实施方案的可行性;对既有线路AFC系统部分自动检票机（以下简称“闸机”）进行了轻量化改造，搭建了多元化支付平台，采取一系列行之有效的技术手段，实现了手机二维码扫码过闸功能，并解决了系统兼容性、网络安全性等问题。二期阶段，项目人员在一期成果的基础上进行了迭代优化和延伸，将手机二维码扫码过闸业务与AFC系统深度融合，实行集中化的数据处理、统计、清分和结算;建设自主发码平台，新增票务中心电子支付业务，升级多元化支付平台的软、硬件，使得系统功能和性能均达到了全面推广应用的要求。

经过2个阶段的实施工作，西安地铁全线网车站内的所有闸机和票务中心均完成了功能改造，兼具了手机二维码扫码过闸和多元化电子支付的功能，西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用得以落地，西安地铁“智慧化”建设由此迈出了关键一步。

2 技术实现手段

作为西安地铁在“互联网+”技术应用领域的一项重大探索，地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目涉及以下6项具有代表性的技术手段。

2.1 自主发码+多种第三方电子支付方式

西安地铁参考《交通一卡通二维码支付技术规范》（JT/T 1179-2018）定义的组织结构，设计了独立的手机二维码数据结构，如表1所示;并建设了自主发码平台，既可保证发码权利掌握在西安地铁手中，也可解决跨渠道交易数据匹配的问题。此外，自发码数据结构中预留了个性化定义字段，对第三方电子支付渠道更加开放、友好[6-7]。

在支付方式和入口方面，西安地铁提供了西安地铁官方应用程序（APP）、支付宝APP、微信小程序、银联云闪付APP 4个入口，并分别支持支付宝、微信和银联支付方式。尤其在西安地铁官方APP中，兼容了上述3 种支付方式，乘客可按自身需求选择开通和自由切换。

2.2 闸机扫描+票务中心终端辅助

西安地铁对闸机进行了外部和内部改造，在闸机外部端盖上加装二维码扫描器，并改造闸机内部的主控板，在主控板中安装运行二维码处理程序，以实现数据读取、密钥验签、扇门控制、交易数据本机存储及上传的功能。

西安地铁对票务中心终端进行了软、硬件改造，为其加装了手机二维码手持式扫枪，用于读取手机二维码（或手动输入电话号码），以查询乘客交易信息，对异常交易进行补登处理，并支持实体票卡补票、单程票售票、一卡通充值电子化支付等功能。

2.3 闸机离线运行 + 手机离线发码机制

西安地铁闸机和手机发码均支持离线降级运行机制，以保证现场网络异常时不影响正常业务功能。

（1）网络正常时，闸机保持在线运行。网络异常时，闸机离线机制可自动切换到本地密钥进行合法性验证，保证手机二维码扫码过闸业务不受影响，并能正常生成离线交易数据，存储在本机中;待闸机网络恢复后，再将交易数据补传至本地前置平台。

（2）手机在线发码机制对现场网络条件的依赖性过高，常出现由于乘客手机信号不稳定而无法生成二维码的情况，大大影响乘客的通过效率和使用体验。而手机离线发码机制能够支持手机在离线条件下生成离线二维码（默认20次，可设置）。这样既解决了乘客使用手机二维码过闸时受外界网络环境影响的问题，也通过设定离线码次数的方式有效控制了由于大量離线数据导致票款流失过多的风险[8-9]。

2.4 本地前置平台+多元化支付云平台

西安地铁采用本地前置平台和多元化支付云平台相结合的布署方案，既承载实时性要求较高的本地业务，又兼顾互联网支付和APP等云业务[10-11]。

本地前置平台部署在西安地铁控制中心，用于实现AFC系统与互联网之间的安全访问。本地前置平台通过互联网与云平台连通，除具备本地业务功能（如防复用、行程控制、交易数据暂存等）外，还负责接收、转发和应答终端设备的电子支付请求。

多元化支付云平台部署于阿里云上，用于收集来自本地前置平台的进、出站交易数据，对进、出站交易进行行程匹配，计算乘车费用，生成交易订单，并将订单提交第三方支付机构，发起扣费申请，并在扣费成功后通过APP向乘客推送扣费结果。

2.5 防复用+行程控制

西安地铁采用防复用和行程控制双重验证机制，规避乘客在乘车行程中的手机二维码复用、误用和进出站次序判断困难等问题。防复用和行程控制流程如图1所示。

乘客使用手机二维码过闸时，闸机扫码读取数据并将其上传给工控机程序。工控机程序对数据进行合法性验证（如数据格式、密钥等）后，向本地前置平台发起线网防复用验证。

防复用验证规则如下。

（1）本地前置平台查询交易数据库中是否存在该乘客二维码的同类行程（进站或出站）交易记录，若不存在，则向闸机返回验证通过信息，闸机开闸;否则，向闸机返回验证不通过信息，闸机不开闸。

（2）正常情况下，闸机在100 ms内可收到本地前置平台返回的防复用验证结果。若闸机在100 ms内未收到验证结果，则视为请求超时，自动降级为闸机防复用。闸机防复用时，闸机查询本机交易数据库中是否存在该乘客二维码的交易记录，若不存在，则开闸;否则，不开闸。

防复用验证保证了手机二维码的唯一性要求，行程控制保证了交易数据成对的原则，两者结合便可以实现票务规则所要求的“一人一码刷一次，一进一出成一对”的目标。

2.6 交易融对 + 补登措施

西安地鐵采用对进、出站交易进行后台匹配融对和计费的方式，并支持票务中心和APP的补登处理措施。

乘客使用手机二维码进、出闸机时，闸机所产生的进站交易会优先于出站交易上传至本地前置平台。本地前置平台将收到的进站交易数据入库暂存，待出站交易完成后统一上传至多元化支付云平台，多元化支付云平台收到出站交易后将其与进站交易进行匹配融对。若融对成功，则向APP后台提起扣费请求;否则，在当日运营结束后对该交易进行集中融对处理。交易匹配融对规则示例如表2所示。

若出现因交易数据上传异常而导致“多进”或“多出”的情况，则采取就“远”原则（“远”是指离出站时间最远的进站）进行匹配融对。

若乘客通过APP查询信息发现因进、出站缺失导致扣费异常的情况，可通过票务中心人工干预或APP自助的方式补登交易，待补登交易生成并上传后，后台则完成正常的匹配融对和扣费。

3 技术优势

与国内其他城市地铁相比，西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目采用的多项关键技术具有明显优势，具体体现在以下几方面[12-15]。

（1）与其他城市地铁所采用的第三方二维码、组合二维码相比，西安地铁自发码技术的标准更规范，抗外界因素干扰能力更强，可实现跨支付渠道交易匹配。

（2）部分城市地铁采用手机二维码读取+蓝牙回写数据的方式判断手机二维码复用和进出站次序，而西安地铁采用的防复用和行程控制机制无需乘客提前打开手机蓝牙，因此乘客的过闸体验更好，且乘客手机内无需数据写入，通过效率更高。

（3）闸机运行、手机发码双离线机制保证了系统业务的可用性更高，乘客过闸时对网络条件的要求更低。

（4）APP自助补登措施在一定程度上可减轻票务中心人工窗口的工作压力，节约乘客排队等候的时间。

西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目在国内同行业中处于领先地位。2018年1月1日，一期全线网试点功能上线，上线时间先于北京、上海、广州、深圳等一线城市; 2018年12月1日，二期全线网所有设备完成改造，上线运行;截止2019年12月，采用手机二维码过闸的乘客数量日均达到103万人次，在所有票种中的占比为60%，此比例在行业内首屈一指。

4 实施成果

西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目实施以来，使用手机二维码过闸的乘客数量持续攀升，在很大程度上解决了车站排队拥堵、现金处理繁杂等运营难题，缓解了设备运维压力，为地铁商业配套资源开发提供了有利平台。

4.1 系统运行及数据统计

自2018年1月项目试点功能上线以来，西安地铁使用手机二维码过闸的客流量持续攀升，如图2所示。截至2019年12月底，手机二维码过闸系统的注册用户卡超过2 600万张，累计交易数量超过5.3亿笔，累计交易金额近19亿元。

4.2 票种分布结构的变化

随着乘客无卡化乘车习惯的形成，各票种的分布情况出现了结构性变化。以2019年12月为例，实体单程票的使用率从2017年12月的23%下降至8%，降幅15%;西安城市一卡通（即长安通）从73%下降至32%，降幅41%。这2种车票使用率降低对应的是手机二维码使用率的提高，由此可知手机二维码过闸非常受乘客欢迎。

4.3 运营管理水平的提升

项目实施在一定程度上缓解了现金处理和排队的压力，减轻了终端设备票卡和现金处理模块的工作量，同时也积累了部分线上数据资源。

4.3.1 减少零钱兑换及现金清点

西安地铁各线路自动售票机购票时只接受1元硬币及5元、10元面值的纸币;充值时只接受10元整数倍面值的纸币。从零钱兑换（以下简称“兑零”）数据对比看，2017年（二维码闸机上线前）西安地铁月均兑零436万元，且节假日波动较大;而2019年（二维码闸机上线后）月均兑零288万元，较2017年下降约34%，且兑零量相对平稳。

在现金清点方面，2017年12月，西安地铁单程票日均销售（包括自动售票机和票务中心）现金收入为103.2万元;而2019年12月，该项收入为64.3万元，日均减少了近40万元，大幅降低了车站自动售票机现金加币、补币的压力。现金收入减少也减轻了车站票务中心兑零、现金清点和解款的负担。此外，对比传统的收益管理模式，数字化票款管理具有严谨、准确、及时等不可替代的优点。

4.3.2 缓解排队购票、充值的压力

乘客可直接扫手机二维码过闸，无须购买单程票，解决了在自动售票机前排队购票的问题。同时，由于部分乘客选择手机二维码扫码过闸的方式，因此乘客在票务中心排队办理城市一卡通充值、单程票购票、票卡异常处理和补票业务的情况也得以缓解。项目实施前后车站现场对比如图3所示。

4.4 AFC 系统终端设备故障率下降

车票电子化有效缓解了自动售票机的售票充值压力及闸机的单程票回收压力，减少了对其核心模块的使用和维护。项目实施以来，自动售票机的纸币、硬币、车票处理模块及闸机的单程票回收模块故障次数逐步减少，使用寿命得以延长，也在一定程度上减轻了维修人员的工作量。

4.5 APP 资源的积累和挖掘

利用第三方电子支付平台覆盖面广、用户黏性高、活跃度高等优势，可吸引线上用户资源、分流线下实体票客流。西安地铁官方APP除提供信息查询、失物招领、爱心预约、地铁咨询等运营服务核心功能之外，还引入了地铁阅读、地铁故事、最西安等特色板块，在乘客与企业间建立了初步的信赖，搭建了良好的沟通渠道。

在未來，西安地铁还将丰富官方APP的功能，除为乘客提供智慧乘车、交通信息、便民服务等基础服务外，还致力于满足市民在生活、娱乐、购物等多方面的需求，着力将西安地铁官方APP打造为市民轻生活平台。西安地铁还希望凭借其技术实力及专业营销管理平台，实现驱动地铁经济发展、挖掘增值产业等目标。

5 总结与展望

西安地铁AFC系统“互联网+”技术应用项目上线后，使用人数持续增长，受到乘客信任和好评。自项目实施起至今，系统运行安全稳定，乘客过闸效率显著提高，第三方电子支付渠道也趋于多样化。作为西安地铁“互联网+”技术应用的首项成果，该项目为西安的 “智慧地铁”建设积累了实践经验，培养了技术人才，也为其他城市地铁“互联网+”技术的应用提供了借鉴和参考。

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收稿日期 2020-04-21

责任编辑 苏靖棋