基于物联网的城市轨道交通智能支付平台的关键技术研究

王晓芳

（中国机房设施工程有限公司，天津 300221）

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网的核心和基础是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络[1]。轨道交通是与人民群众密切相关的公共交通运输行业，如今移动支付的大潮正迎面而来，为顺应趋势，建立一个可靠、高效的支付系统就尤为关键，与互联网融合，为乘客提供更好的服务是在新形势下的新发展方向，随着外部互联网技术发展带来的支付方式变革，第三方代替现金的支付方式被越来越多的城市接纳，智能支付平台的安全性就尤为重要。

物联网集成与城市轨道交通智能支付是对现有支付方式的完善和对自动售检票设备能力的一个检验，传统AFC 自动售检票系统刷卡速度慢，参数升级难，票卡规则不规范等是地铁自动售检票系统的一个难题，通过智能终端设备，现在解决了难题并能够支持二维码、NFC，采用透传信息的方式，能与智能支付平台进行直连，突破传统自动售检票系统的架构局限，实现智能化城市轨道交通成为一种必然趋势。

1 城市轨道交通自动售检票系统构架体系与模式创新

1.1 构架体系创新

首先我们针对原有城市轨道交通自动售检票系统（简称AFC 系统）的架构进行分析，传统AFC系统拥有五层架构：清分中心层（ACC）、线路中心层（LC）、车站中心层（SC）、车站设备层（SLE）以及票卡层，传统AFC 系统五层构架体系如图1所示。在网络化运营背景下暴露出一些问题，如：新老线路互联互通困难；票务规则随运营阶段的不同灵活变动，导致系统更新升级繁琐，代价巨大；系统重复建设与资源浪费严重以及无法满足突发拥挤客流快速出入检票需求等问题。

图1 传统AFC 系统构五层架体系Fig.1 Five-layer framework of traditional AFC system

针对以上传统五层构架体系这些问题，本文提出智能票务终端的概念，将传统AFC 系统由原有的五层拓展为六层架构，如图2所示。包括清分中心层（ACC）、线路中心层（LC）、车站中心层（SC）、车站设备层（SLE）、票卡层以及智能票务处理终端层，把智能处理终端独立出来作为新的一层，集成票务处理规则，摆脱上位机的束缚，同时也给上位机减小了压力，为设备长期稳定运行提供保障。

图2 创新型AFC 系统构六层架体系Fig.2 Six-layer framework of innovative AFC system

研究不同于传统AFC 系统的五层架构的三层架构模式，分别是智能支付平台系统、读写器和新型票卡。智能支付平台系统是整体智能支付的大脑，车站智能支付工作站用于数据存储、降级模式下的信息验证、车站报表生成等功能。智能支付系统构架体系图如图3所示。

图3 智能支付系统构架体系图Fig.3 Architecture diagram of intelligent payment system

1.2 模式创新

利用NFC 作为城市轨道交通的票卡介质，与一般系统需要用户更换通信运营商的SWP-SIM 卡作为自己的安全模块不同，系统采用文件证书的方式，利用不对称数据加密签名的方法，通过对敏感数据的静态认证，动态认证，以及票卡账户的后台监控等方法保证系统的安全，极大地提高系统的灵活性和适应性。在国内首次将二维码作为城市轨道交通的票卡介质，利用手机生成动态的二维码，有效解决纸质二维码易被复制伪造的问题，保证了票卡的时效性和安全性。两方案实现票卡产品的空中购买、空中充值，与目前电子支付等潮流相符。

研究“通信联机脱机自适应模式”，终端设备在处理票卡业务时，优先与智能支付平台系统通信，获取通行数据。如在规定时限内无法联机时，自动切换为脱机模式。在确保地铁票款资金安全完整的前提下，尽可能地保障了乘客通行体验。研究采用RJ45 网口与智能支付平台通信的模式，在数据交互上采用双通道并存模式，传统的串口通道用来进行设备管理和传统业务受理，专用网口用来开展智能支付业务，数据透过传统的终端设备、SC、LC 直接上送智能支付平台。

1.3 票卡产品创新

传统票卡以IC 卡为载体，需事先规划设定好票卡结构，不能更改，若后期做票务规则变更，则往往受制于固定的票卡结构。而现在可以使用传统票卡，新型智能支付如NFC、二维码、手机APP 等多种智能移动票务支付方式。

在城市轨道交通建设、运营企业提供AFC 领域相关票务处理终端产品时，形成票务处理一体化解决方案，以提升轨道交通运营服务水平，降低建设成本，提高运营效率，增加收益[2]。智能支付业务是先刷卡、后付费的新模式，面向乘客的业务规则与传统票卡相兼容，在实际票务处理逻辑有较大的创新。

2 物联网与智能支付关键技术

随着移动终端的普及，移动支付已经逐渐兴起，人们也逐渐熟悉和接受了这种使用移动终端设备为载体，通过移动通信网络实现的商业交易方式[3]。今后几年全球移动支付业务将呈现持续走强趋势。本文将智能支付应用于轨道交通自动售检票处理系统，既能使乘客免于排队购票及窗口充值造成的不便，又能方便轨道交通公司升级票务规则和管理。

互联网售票系统采用“互联网+”的模式，将移动支付、物联网技术、互联网计算技术与传统的AFC 系统相结合，打造适合未来发展趋势的新型地铁购票模式。采取手机支付，终端取票的方式，提前在移动端选择站点并进行支付，可以大大节省在TVM 设备上排队购票时间，并且免去了乘客换取零钞的麻烦。互联网购票机相对传统的TVM 设备相比缩减了纸币、硬币等处理模块，设备更加小巧，价格更加低廉、设备维护也更加简便。

2.1 智能支付系统总体构架

智能支付系统总体构架如图4所示。

图4 智能支付系统总体构架图Fig.4 Architecture diagram of intelligent payment system

2.2 物联网与智能支付技术

新一代智能票务终端智能支付系统的实际应用实现了低于传统移动支付平均交易时间，提升单次进出站通行率等效果。研发智能支付系统平台，保障票务终端设备数据准确传输和稳定运行，对于异常交易做到有据可查。本文首创“联机、脱机自适应”的刷卡模式，既能保证乘客良好的刷卡体验，也保证正常的进出站检票次序，确保城市轨道交通的快速通行运营。轨道交通智能票务处理终端能够支持二维码、NFC、以及生物识别技术的使用，同时采用透传信息的方式，与智能支付平台进行直连，突破传统自动售检票系统的架构局限，为专业发展开辟新的方向，智能支付车站管理系统能够支持对票务处理终端的远程操作和分级处理，减轻新程序以及新参数试验时需要大批维护人员“跑站”的现象，减轻运维压力。

3 结语

本文通过创新颠覆轨道交通AFC 售检票领域的一些固有技术模式，创新国内现有的银行卡、手机NFC、手机二维码、人脸识别等智能支付在轨道交通应用技术模式，实现技术突破和革新，形成轨道交通自动售检票系统智能支付终端设备及中心系统的技术标准体系，实现智能支付应用系统参数、通信模式、业务规则、终端接口等内容的标准化和规范化，指导未来轨道交通自动售检票系统的建设。