基于人脸识别和信用登乘的轨道交通乘车方案

王紫薇，韩 冰

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

轨道交通是公众出行的重要方式，也是城市与城市之间、城市内部的交通大动脉。随着城市轨道交通、市域/城际铁路以及高速/普速铁路的发展，轨道交通的客流量逐年递增，提升乘客出行效率是目前国内轨道交通需要解决的问题。

传统的轨道交通支付方式主要是“现金+实体票”的形式，乘客需要通过实体票或实体卡进出站或检票。由于排队充值或购票时间较长，支付效率不高，进站检票效率较低，导致乘客出行体验较差，影响轨道交通运营的服务质量[1]。随着移动互联网时代的到来，智能移动终端的覆盖率日益提高，逐渐出现了互联网电子票这类新型票种，其方便快捷的购检票服务、灵活多样的支付方式深得乘客的喜爱和欢迎[2-4]。

互联网票务的推广提升了大众出行效率，并且为信用登乘奠定了基础，但互联网票务仅仅省去了站内购票、站内充值和站内取票的时间，目前所有轨道交通出行都需要持实物如手机、身份证等过闸进站。想要实现真正的无感验票，需要与新技术进一步结合[5]。本文基于轨道交通现状，将各制式轨道交通按照有席位和无席位两类划分，对基于人脸识别和信用登乘的跨制式购票和乘车方案进行研究，进一步减少乘客检票、进站、出站、换乘的时间，提高乘客出行效率。

2 基于人脸识别和信用登乘的乘车方案

2.1 无席位轨道交通乘车方案

无席位轨道交通主要包括城市轨道交通、部分市域轨道交通等。目前无席位轨道交通进站的安检与检票是两个独立的过程，若能把这两个环节结合起来，能够进一步提高进站效率。方案流程如图1 所示。整个流程基于现阶段支持虚拟票务和信用登乘的地铁乘车APP 的功能，增加了人脸信息与身份信息关联、写入进站出站信息、信控提醒的功能模块。

图1 无席位轨道交通乘车方案流程Fig.1 Procedures of traveling by rail transit without designated seats

1）在安检处布放具备人脸识别功能的智能安检门，安检时的停留时间可用来完成人脸识别的过程。

2）系统采集到的面部信息直接与乘客身份信息关联，并在相应的身份信息中写入乘客的进站信息，包括进站时间、进站地点等。

3）在出站通道两侧布放摄像头，乘客通过出站通道时，摄像头直接采集乘客面部信息，根据面部信息定位到身份信息，从而读取到乘客的进站信息，并写入出站信息[6]。

4）后台服务器根据读取到的进、出站信息，计算乘车费用并对相应的账户扣款，若扣款失败，软件会对该账户的手机发送信控提醒信息，提醒乘客及时付费，以免耽误下次行程。

5）若乘客在下次乘车之前没有完成上次行程的付费，该乘客在下次乘客安检时面部识别认证失败，在安检处被拦截，乘客完成付费后即可进站[7]。

2.2 有席位轨道交通乘车方案

有席位的轨道交通主要包括高速/普速铁路、部分市域铁路和部分城际铁路等。目前，铁路客运大部分以纸质票+身份证的形式作为乘车凭证，部分高铁站已实现了电子客票，乘客在进站口需要通过人、证、票的核对。由于席位限制，有席位轨道交通出行前需要提前购票，获得席位资格，系统需要在进站时对未购票或不符合进站信息的乘客进行拦截。

乘客在出行前需要成功购买车票，安检时摄像头采集面部信息，采集到的面部信息直接与身份信息关联，并根据相应的身份证信息读取乘客购票信息，同时对购票信息进行核验，对未购票、不符合乘车时间、购票信息与进站地点不符的乘客进行拦截。出站通道两侧布放摄像头，采集通过出站通道的乘客面部信息，并根据相应的身份证信息读取乘客购票信息，同时对购票信息进行核验，对不符合出站信息的乘客进行记录，并发送信控提醒信息，购票信息不符的乘客需要补交乘车费用[8]，否则在下次乘车进站时会被安检拦截。流程如图2 所示。

2.3 跨制式轨道交通乘车方案

随着轨道交通的快速发展，城市轨道交通、市域/城际铁路以及高速/普速铁路在我国旅客运输中发挥越来越重要的作用。现如今，居民的一次出行经常需要多种交通方式协同完成，因此，探索轨道交通之间的高效换乘模式，使旅客能够以最短的时间和路径完成多种交通工具之间的换乘意义重大。

由于跨制式轨道交通换乘面临着制式不同、运营不同、票务系统不同等现状，现阶段各种制式轨道交通的购票、安检、验票、出站等是独立且无关联的，乘客选择多种出行方式时需要分别购票，并需要完成多次进站、检票、出站的过程，从而降低了乘客出行换乘效率。

图2 有席位轨道交通乘车方案流程Fig.2 Procedures of traveling by rail transit with designated seats

2.3.1 跨制式轨道交通一站式购票

跨制式轨道交通一站式购票的系统架构如图3所示，数据交换平台用来收集并处理各制式轨道交通的票务信息和乘客的购票信息等，乘客购票时只需通过统一的数据交换平台。此外，数据交换平台连接第三方接口平台，通过第三方接口平台可以获取用户的信用数据及12306 的余票信息等。

假设现有乘客要从A 地的A1 站出发去往B 地的B1 站，需要先从A1 站乘坐地铁到A2 站，然后从A2 站乘坐高铁到B2 站，最后从B2 站乘坐有轨电车到B1 站。全程需要采用3 种轨道交通方式完成，购买3 张车票，进站2 次，出站2 次。通过一站式购票方案，乘客只需通过一个购票平台选择购买从A1 站到B1 站的车票。数据交换平台根据从第三方接口平台获取到的12306 余票信息和从其他制式轨道交通中获取的余票信息来为用户分配合适的出行方式和出行线路，乘客可以直接购买一张从A1站到B1 站的虚拟车票，如图4 所示，乘客持该张虚拟车票可直接通过人脸识别的方式进出途径各站。

图3 跨制式轨道交通购票系统架构Fig.3 Architecture of the ticket purchase system of cross-mode rail transit

图4 跨制式乘车虚拟票Fig.4 Virtual ticket of cross-mode rail transit

2.3.2 跨制式轨道交通换乘

基于无席位和有席位的轨道交通乘车方案，跨制式轨道交通的换乘效率将会大大提升。换乘方案流程如图5 所示，乘客从城市A 到城市B，分别经过无席位、有席位、无席位这3 种制式的乘车方式，其中出站都是基于人脸识别的无感出站。此外，乘客在第一次乘坐轨道交通出行时已经通过了安检，在不出站的情况下无需再次安检，因此在换乘过程中，可以基于安检互信机制设置专用换乘通道，即乘客换乘时可以免去途中的安检环节，直接通过专用换乘通道进站。但有席位轨道交通不能免去进站拦截过程，因此从无席位轨道交通向有席位轨道交通换乘时，依然要通过闸机。

图5 跨制式轨道交通换乘方案流程Fig.5 Flowchart of transferring in cross-mode rail transit

2.4 方案的特点和问题

该跨制式乘车方案与现阶段的乘车方案相比具有如下特点。

1）进站无独立的检票环节，身份验证与安检同时进行。

2）全程无需乘客使用实体票、身份证或二维码等乘车凭证，能够实现无感验票。

3）出站不被拦截，无需布放闸机，乘客可以快速且无感出站。

4）有信控提醒功能，对需要补交费用的乘客进行短信或其他方式的提醒，能够让乘客尽快付费，减少乘客进站被拦截的概率，从而避免安检时造成拥堵。

5）乘客出行换乘更加流畅。换乘中增加了专用换乘通道，免去了部分冗余环节，大大提升了换乘效率。

6）进站安检处布放1～2 个闸机，以便对人脸识别系统发生故障或部分乘客人脸无法识别成功等问题能够做出应急处理，使无法顺利完成人脸识别的乘客亦可通过闸机进站。

此外，该方案在提升乘客出行效率的同时，也有一些需要解决的问题。

1）对人脸识别技术的高要求，人脸识别需满足能够大范围、长距离识别的特点，对识别速度和精准度要求较高，并且要求其对不同光照、姿态等条件都有较强的鲁棒性。

2）摄像头的布放、闸机的拆除和安装带来的成本问题。

3）乘客隐私问题，需要增加更多的安全防护机制和管理机制，保证乘客隐私不受侵害。

3 未来可研究的内容

3.1 人脸识别与步态识别融合

该方案中所采集的视频图像中人脸位置未知且多变，因此，需要从图像中快速且准确地获取到人脸信息并将其从背景中分离开来，此外，由于不同角度的人脸特征不同，还需要进行多角度人脸识别。基于以上问题，为了能够实现个人信息的精准确认，人脸识别与步态识别技术融合有一定的必要性。

3.2 黑白名单库的建立

可将乘客按照旅客订单支付情况以及旅客信用情况划分为3 类，按照白名单乘客免检、普通乘客正常检、黑名单乘客报警并重点检的原则对乘客身份进行认证，既可减少安检通过时间，亦可减少对黑名单乘客拦截不及时的情况发生。

4 总结

基于轨道交通现状，提出的基于人脸识别和信用登乘的跨制式乘车方案、换乘方案和一站式购票方案能够实现无感进出站，进一步减少了乘客检票、进站、出站、换乘的时间，能够提高乘客的出行效率。此外，本文对该方案可能引发的一些问题做出了分析，并提出了未来可研究的问题点。