票务多元化支付在旅游轨道交通的应用研究

2021-12-10刘畅

铁道建筑技术 2021年11期

刘畅

(中铁磁浮交通投资建设有限公司湖北武汉 430060)

1 研究背景

清远市磁浮旅游专线(以下简称项目或本线)为国内第一条以服务旅游为主要功能的中低速磁浮线路[1]。项目位于广东省清远市，连接广清城际银盏站与长隆主题公园，是提高长隆旅游度假区游客运输能力、加强广清城际旅客集散能力、服务广清一体化的绿色交通基础设施。项目一期全长8.014 km，设车站4座(含预留站1座)，线路走向如图1所示。中低速磁浮交通技术在长沙磁浮快线、北京S1线、凤凰磁浮文化旅游线等项目中得到推广应用，中国铁建已形成中低速磁浮交通系统全套技术标准体系[2－3]。

图1 清远市磁浮旅游专线线路走向和站点分布

项目由企业方与政府方共同出资，采用“股权投资＋EPC＋运营”的合作模式，由企业方负责项目的资金筹措、建设实施、运营管理、养护维修等工作，政府授予企业一定期限的特许经营权。项目的全生命周期净收益能否平衡建设和运营的资金需求并为企业创造合理收益是企业投资决策和建设运营管理过程中始终关注的重点问题。

客票收入是本项目运营期收入的重要来源，为给旅客提供便捷购检票体验，提高服务质量，项目以城市轨道交通自动售检票系统为基础，充分利用粤港澳大湾区综合交通“一卡通”、“一码通”平台建设成果，以互联网多元化支付为主要支付手段，提高了支付效率、优化了设备配置、简化了管理流程、降低了综合运营成本。

2 支付方式现状分析

自1998年广州地铁1号线建设自动售检票(AFC)系统以来[4]，AFC系统成为国内绝大多数城市轨道交通工程的必建系统，是运营管理体系的先进手段之一。

2.1 传统支付方式

AFC系统传统支付方式主要包括现金支付、储值卡支付、车票圈存、银行卡支付等方式。

(1)现金支付

现金支付是乘客在自动售票机(TVM)，半自动售票机(BOM)或综合服务终端上用硬币、纸币购买单程票、储值票，给储值票充值，并按相应工况和系统设置进行硬币和纸币找零、退款。TVM、BOM按规则出票，乘客持票按进站、出站顺序乘车。

(2)储值卡支付

储值卡是由轨道交通线路发行或由城市一卡通公司统一发行的预付费卡。乘客可使用储值卡在TVM、BOM上支付购票，也可直接刷卡过闸，并可在兼容的终端上进行小额消费。新建轨道交通项目一般情况下均接受项目所在地的市政交通一卡通在本线使用。2015年5月，交通运输部发布《城市公共交通IC卡技术规范》(JT/T 978—2015)，全国交通一卡通数据交换中心开始建设，截止2020年12月，全国303个地级市实现交通一卡通互联互通。2021年，浙江、山西、江苏等省市在第三代社保卡上加载交通一卡通功能。

(3)圈存支付和银行卡支付

圈存支付方式是具有一定权限的乘客可以购买的允许一定透支额度的专用车票支付方式。当余额不足以支付当前交易时，售检票终端先允许本次交易，不足部分由AFC后台与银行系统后台根据协议从乘客银行账号转帐存入。

银行卡支付方式则更为直接，乘客直接使用符合中国人民银行《中国金融集成电路(IC)卡规范》(PBOC 3.0)的银行卡购票或刷卡乘车。

(4)运营商主导的手机支付

为实现安全快速通行，传统AFC系统各类交易主要以脱机方式完成，由 TVM，BOM，自动检票机(AGM)等现场设备根据配置参数独立完成。交易数据在设定的时间间隔内或检测到系统负载压力不大时上传上级系统汇总。

随着手机的普及，利用手机或手机内的SIM卡模拟AFC系统票卡的技术路线于2010年前后开始迅速发展，主要分为 RF-SIM、SIMpass、NFC三类，分别得到国内三大电信运营商的支持。RF-SIM在广铁集团运营的广深铁路上也得到推广应用。这三类技术需要更换手机SIM卡或更换手机才能使用，受电信运营商、手机制造商的主导和影响较大，随着智能手机的普及，此类技术发展趋于停滞。

2.2 互联网多元化支付方式

互联网技术的发展、4G/5G移动通信网络覆盖率的提升以及智能手机的普及促使“互联网＋”的理念融入传统AFC系统，支付方式更加便利和多元化，AFC系统的车票从实体卡片逐渐演变成乘坐轨道交通的虚拟凭证[5]。从人体生物识别技术(人脸识别、虹膜识别、掌静脉识别等)的角度看，乘客身体本身也成为了车票介质。目前在轨道交通AFC系统常用的多元化支付方式可以分为三类:基于图像识别技术的支付、基于NFC技术的支付[6]、线上购票现场取票的支付。

(1)基于图像识别技术的支付

此类支付方式主要以二维码为载体，目前广泛采用的是快速响应矩阵(Quick Response Code，QRCode)标准(ISO/IEC 18004:2015)。条形码和二维码差异如图2所示。

图2 条形码与二维码外观比较

二维码乘车主要有3种模式:

①用户主动扫码。BOM、TVM购票界面生成聚合支付二维码，乘客使用支付宝、微信、云闪付或其他APP扫码支付成功后，换取单程票或家庭票乘车。

②用户被动扫码。乘客在手机APP上选择选择起点站和终点站，生成订单及对应的二维码，由BOM、TVM配置的扫码模块对手机APP上生成二维码扫码扣款后售出车票。

③扫码过闸。旅客在进闸、出闸均需用手机APP生成的二维码刷码过闸。此种模式技术复杂度较高，一般有脱机生码联机验码、联机生码脱机验码、脱机生码脱机验码等方案[7]，各轨道公司、厂家支持的方案各有不同，行业内已逐步开展统一标准和互联互通工作。2020年底，长三角“三省一市”实现二维码乘车互联互通全覆盖。

(2)基于近场通信技术(NFC)的支付

基于NFC技术的手机移动支付发展为主机卡模拟(HCE)方案和全终端方案。这两种技术与前文提到的运营商主导的NFC手机支付相比，最大的区别在于安全单元(SE)为手机软件模拟或手机自带SE芯片。HCE方案和全终端方案为目前的主流方案，银联云闪付采用前者，Apple Pay、Huawei Pay等手机厂商多采用后者。

(3)线上购票现场取票

此种方式是在网站或手机APP上购票后，通过短信、手机号、二维码等支付凭证到车站BOM或TVM换取车票后乘车或扫码过闸。此种方式在铁路12306系统中使用广泛，城市轨道交通领域有应用但普及率不高。

3 系统建设原则

AFC系统支付方式和车票制式的选择影响系统整体架构、设备选型、建设时序、外部接口、运营管理规程等各个方面，最终影响工程造价、管理成本、运营收益，选择合适的支付方案是建设AFC系统的基础。

经预测，本线开通初期旺季节假日日均客运量2.23万人次，80%以上是外地游客。客流集散量最大的车站为银盏站，此站为广清城际与本线的换乘站。广清城际拟采用CRH6A型动车组，单列最大载客量约1 480人。按传统以单程票或储值类票为主要支付手段的模式测算，一列满载的广清城际列车到银盏站后，若80%的旅客选择乘坐磁浮列车且其中60%的旅客购买单程票，按银盏站配置10台TVM，TVM以3～4人/(min·台)的速度售票，最快需22.2 min完成售票。考虑到大部分旅客为初次乘坐本线，实际售票时间将会超过30 min，超过本线10 min发车间隔，易造成旅客拥塞滞留。

传统购票方式的特征是乘客必须在TVM或BOM等实体终端设备查询目的地、确认目的地、确认票数、确认费用、支付、找零、取票。AFC系统在单位时间可售出票的总量基本取决于设备数量，而设备数量直接影响工程造价，并间接影响其他相关系统(例如建筑、结构、电力、暖通等)。沿用常规轨道交通AFC系统的设计原则无法适应本线客流特征和运营需求，需采用“互联网多元化支付为主，储值票为辅，现金支付补充”的建设原则。

4 实施技术要点

4.1 精简系统架构

标准AFC系统采用5层系统架构:清分中心(ACC)—线路中心(LCC)—车站计算机(SC)—车站终端设备(SLE)—车票[8]。随着各城市轨道交通线网规模的扩大，为降低研发、采购和维护费用，减少电力、人力、用房等资源的占用，线路中心逐渐演变为多线路中心(MLC)[9]或区域中心(ZLC)[10]。近年来，成都、郑州、温州、洛阳等城市陆续将ACC和LCC两层整合，形成4层系统架构。一些城市则更进一步将互联网支付功能与AFC系统同步建设，并部署在“城轨云”上[11]。

清远市本地发行的市民卡系统仅应用于公交、旅游景点、小额支付等领域，不支持轨道交通分段计程票制及各种优惠计费方式，因此本线独立建设ACC，以满足清远磁浮AFC系统的使用要求并与第三方、银行、卡公司等单位清分清算。根据项目一期、二期工程整体规模，结合近远期客流预测以及沿线市政基础设施建设情况，AFC系统采用ACC—SC—SLE—车票4层架构建设。ACC融合互联网多元支付子系统，整体设计建设。一期工程由ACC作为全系统统一的互联网出口，系统整体拓扑结构如图3所示。待二期工程启动建设时，将进一步研究在银盏站或长隆主题公园站建立第2条互联网通道，实现不同物理径路双链路冗余。

图3 AFC系统整体拓扑结构

4.2 SLE功能模块配置

SLE设备(BOM、TVM、AGM等)直接与乘客交互，需根据支付方式的偏好进行功能模块调整。合理有效的功能模块配置能有效引导乘客的使用习惯[12]，及时集疏人流。

为处理硬币和纸币，传统TVM需配置纸币模块、纸币找零模块、硬币处理模块、钱箱，如果接受银行卡购票，还需配置银行卡读写模块，以上功能模块根据技术要求和采购情况，约占TVM成本的47%～65%。本线将现金支付交易定位为补充手段后，计划各站保留2台TVM按全功能运营，其余TVM仅提供互联网支付功能，AFC系统整体工程费用可降低约10.2%，TVM设备故障率降低，使用率提高。

各站2台全功能TVM可由ACC或SC远程设置成交替提供现金支付服务的模式，正常情况下其中1台TVM提供现金支付服务，另1台仅提供无现金服务，发生机械故障、钱箱饱和或找零纸币不足等情况时，前1台TVM降级为非现金模式，后1台自动启动现金服务模式，减少站务员现金回收、补币、故障排查的工作量和反应时间，进一步控制运营成本。

AGM设置3种类型:进站检票机、出站检票机和双向宽通道检票机，均配置扫码模块。出站检票机与进站检票机相比增加了单程票回收模块和回收箱，占出站检票机成本的8%～10%，对AFC系统的建设成本影响不大，而外地旅客持单程票乘车仍占总业务量一定比例，因此各站除2台双向宽通道检票机设置为纯互联网检票机并加装人脸识别模块(见图4)外，其余出站检票机按常规配置单程票回收模块和回收箱。

图4 配置人脸识别模块的自动检票机

本线各车站配置有便携式验票机(PCA)，在超高峰运营时段或特殊情况下，站务员可持PCA开放临时检票通道。

4.3 统一标准和互联互通

广东省，尤其是珠三角地区，受益于改革开放和经济高速发展，交通运输发展水平和智能化程度始终处在全国前列。广州、深圳、佛山、中山等地在2010年前即规划建设了公交一卡通系统。2011年，按照《全省公交一卡通实施方案》，广东省发行了“岭南通”卡，可在全省公交、地铁、轻轨、有轨电车、APM、BRT等各种公共交通工具使用。岭南通卡符合交通运输部一卡通技术规范，可在全国范围内刷卡乘坐加入“交通联合”的交通工具。2015年2月，岭南通实现在广东省全部21个地级市全覆盖。据统计，高峰时期广州地铁有80%以上客流使用“岭南通·羊城通”乘车。借助智能手机和Apple Pay、Huawei Pay、HCE云卡技术，岭南通实现了从实体卡向虚拟卡的延伸，适用领域进一步扩大。本线AFC系统票卡标准兼容岭南通标准，SLE加装符合岭南通标准的SAM卡，大湾区乘客及清远市民可持所在城市的一卡通无障碍乘坐本线。

本线二维码业务的软硬件配置按全兼容模式考虑，随着商务合作协议的进展，逐步开通各项功能。一期工程暂不考虑自行发码和自建手机APP，接受支付宝乘车码、微信乘车码和符合《交通一卡通二维码支付技术规范》(JT/T 1179—2018)标准的二维码在本线扫码过闸。

4.4 人脸识别过闸

人脸识别技术在城市轨道交通AFC领域已开展试点应用，北京、深圳、广州、济南已开展试运营或试点。人脸识别技术是以人的脸部特征值为比对对象，经前端设备或系统后台分析比对后，控制AGM放行的技术。应用时分以下5个关键环节:

(1)人脸注册，建立人脸信息库，关联乘客信息和支付账户。

(2)乘客过闸，人脸识别模块截取人脸。

(3)人脸识别模块前端提取特征值或通过AFC专网上传至系统后台提取特征值。本线采用前端提取特征值的模式，以便降低AFC网络荷载，加快识别速度。

(4)后台比对特征值，根据比对结果向闸机下达开放指令或拒绝指令。

(5)匹配OD，交易信息上传第三方支付平台，完成扣费。

本线运营初期为非实名制乘车，人脸识别采取1∶N比对方式，需要将采集的人脸信息与人脸库中的N个特征值进行比对。已正式商用的轨道交通人脸数据库的规模为100万级别，由于本线乘客主要为初次访问的游客，短期内再次访问的概率不大，人脸识别技术也处在探索试用阶段，因此一期工程暂按10万级别建设，满足VIP乘客、员工、特殊人群的“无感支付”出行。二期建设中，随着沿线通勤客流的增加，将考虑扩大数据库规模，同时探索使用百度云、腾讯云或其他符合监管要求的第三方提供的公共人脸识别服务。