何茜

（陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，陜西 咸陽712000）

基于RFID的電子客票系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

何茜

（陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，陜西 咸陽712000）

目前，我國鐵路運(yùn)輸采用紙質(zhì)客票，其存在易造假、檢票效率低等問題難以克服。因此，亟待研究提出新的技術(shù)方案。隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展，其天然具有快速讀取與防偽特性，被廣泛應(yīng)用于個(gè)人身份識(shí)別證件中，為解決這一問題提供了新的思路。提出了基于RFID技術(shù)的電子客票系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作流程，以及包括檢票終端主控電路設(shè)計(jì)、RFID數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)、客票信息分發(fā)規(guī)則、RFID防碰撞算法、旅客丟失遺忘客票處置等系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，從而為解決鐵路客運(yùn)問題提供新的思路。

RFID；電子客票；單片機(jī)；身份認(rèn)證

在我國，鐵路客運(yùn)是主要的旅客運(yùn)輸方式之一，每年承載了大量的旅客運(yùn)輸工作，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每年我國鐵路客運(yùn)量超過了10億人次[1]，其中2015年1-10月，我國鐵路客運(yùn)量累計(jì)為21.64億人，同比增長9.98%。我國鐵路客運(yùn)仍采取傳統(tǒng)的紙質(zhì)客票方式，這種客票存在易造假、檢票效率低等缺點(diǎn)，每年公安部門都會(huì)破獲多起制作和販賣假客票的案件。因此，紙質(zhì)客票對(duì)旅客乘車體驗(yàn)及鐵路運(yùn)輸安全帶來了一定隱患。隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展，其天然具有快速讀取與防偽特性，被廣泛應(yīng)用于個(gè)人身份識(shí)別證件中。例如，當(dāng)前世界各國開展的電子護(hù)照項(xiàng)目，還有我國的第二代身份證等[2-6]。因此，文中提出了一種基于RFID技術(shù)的電子客票系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期解決紙質(zhì)客票存在的諸多問題。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別是系統(tǒng)后臺(tái)、售票子系統(tǒng)、檢票子系統(tǒng)、其他服務(wù)子系統(tǒng)。其中購票系統(tǒng)主要完成電子客票的發(fā)售，檢票系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于RFID的身份認(rèn)證功能，其他服務(wù)系統(tǒng)完成旅客臨時(shí)補(bǔ)票、報(bào)銷票打印等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作流程

基于RFID的電子客票系統(tǒng)包括：系統(tǒng)后臺(tái)和前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，其中前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)主要包括售票子系統(tǒng)和檢票子系統(tǒng)兩個(gè)部分。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 售票子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

售票子系統(tǒng)負(fù)責(zé)售票，包括網(wǎng)絡(luò)售票、人工售票系統(tǒng)和自動(dòng)售票終端等方式，其設(shè)備核心由RFID讀寫器和RFID電子標(biāo)簽組成。其中，RFID電子標(biāo)簽是電子車票的主要載體，由耦合元件及芯片組成。它接受讀寫器的激活操作，正確的發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)，與讀寫器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸交換功能。

2.2 檢票子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

檢票子系統(tǒng)是電子客票系統(tǒng)服務(wù)旅客的主要部分，其工作是否穩(wěn)定、高效，將直接影響旅客生人火車時(shí)的體驗(yàn)效果。檢票子系統(tǒng)主要由RFID讀卡器門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控部分、上位機(jī)組成，通過檢驗(yàn)RFID卡信息，驗(yàn)證乘客身份，當(dāng)RFID電子車票進(jìn)入檢票終端RFID有效識(shí)別區(qū)時(shí)，可被自動(dòng)識(shí)別。自動(dòng)檢票終端內(nèi)的讀寫器通過RS232接口與上位機(jī)應(yīng)用軟件通信，完成檢票功能[7]。檢票子系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 檢票子系統(tǒng)框圖

2.3 系統(tǒng)工作流程

總體來講，系統(tǒng)運(yùn)行包含3個(gè)部分，即售票、檢票、打印車票。在售票環(huán)節(jié)，當(dāng)首次購票時(shí)，無論乘客采取哪種購票方式，均需在人工售票窗口或者自動(dòng)售票終端通過身份證驗(yàn)證，完成乘客身份信息及照片錄入系統(tǒng)后端數(shù)據(jù)庫，同時(shí)取得與之唯一對(duì)應(yīng)的RFID電子車票，隨后將乘客信息及乘車信息寫入RFID電子車票內(nèi)。后續(xù)購票時(shí)，如果乘客采取網(wǎng)上購票的方式，那么再去人工售票窗口或者自動(dòng)售票終端寫入乘車信息，而是由檢票子系統(tǒng)完成乘車信息寫入。在檢票環(huán)節(jié)，對(duì)于首次乘車者，主要執(zhí)行讀操作，即將RFID電子車票中包含的車票信息上傳至上位機(jī)軟件，并與數(shù)據(jù)庫后臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證；對(duì)于非首次乘車者，先執(zhí)行讀操作，讀取RFID電子車票中的身份信息，并上傳至上位機(jī)，通過與數(shù)據(jù)庫后臺(tái)對(duì)比驗(yàn)證合法后，再執(zhí)行寫操作，即將車票信息寫入RFID電子車票中，從而完成檢票。其工作流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

3 檢票終端關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

檢票終端主控電路設(shè)計(jì)、RRFID數(shù)據(jù)格式設(shè)置、客票信息分發(fā)、RFID防碰撞算法等問題是系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行的關(guān)鍵部分。

3.1 檢票終端主控電路設(shè)計(jì)

考慮到檢票終端直接與上位機(jī)連接，并在上位機(jī)的驅(qū)動(dòng)下操縱讀寫器，絕大多數(shù)任務(wù)由上位機(jī)完成，檢票終端其任務(wù)并不復(fù)雜，對(duì)主控芯片的性能要求并不是太高的實(shí)際，采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，并輔以232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232、輸入電源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 MF24C64、485電平轉(zhuǎn)換芯片MAX487、液晶顯示單元LM016L、揚(yáng)聲器等構(gòu)成。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[8]。在系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)的RXD（P3.0）和TXD（P3.1）分別接至電平轉(zhuǎn)換芯片MAX487的RO和DI口、MAX232的T1IN和R1OUT口，用于單片機(jī)與讀寫器的連結(jié)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元MF24C64用于存儲(chǔ)讀取的RFID電子客票數(shù)據(jù)[9-13]。主控電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 檢票終端主控電路圖

3.2 RFID數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

依據(jù)鐵路客票實(shí)際需要，設(shè)計(jì)信息豐富、結(jié)構(gòu)合理的RFID數(shù)據(jù)表是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效、可靠運(yùn)行的重要保證。在該系統(tǒng)中，RFID數(shù)據(jù)表主要設(shè)計(jì)了身份證號(hào)、姓名、性別、照片信息、乘坐車次1、出發(fā)地1、到達(dá)地1、發(fā)車時(shí)間1、乘坐車次2、出發(fā)地2、到達(dá)地2、發(fā)車時(shí)間2字段。各字段數(shù)據(jù)類型如表1所示。

表1 RFID數(shù)據(jù)表

之所以設(shè)計(jì)了2個(gè)車次信息，是考慮到在特殊情況下，旅客可能會(huì)同時(shí)購買了2張車票（甚至更多張車票，在此為了節(jié)省篇幅，只設(shè)想了2張車票，在實(shí)際運(yùn)用中可以設(shè)置更多車次信息），所以設(shè)計(jì)2個(gè)乘坐車次、出發(fā)地、到達(dá)地、發(fā)車時(shí)間字段。

3.3 客票信息分發(fā)規(guī)則

如果將每名旅客乘車信息同時(shí)分發(fā)到每1個(gè)車站的每1個(gè)檢票終端，將會(huì)帶來數(shù)據(jù)災(zāi)難，同時(shí)影響檢票效率。因此，考慮到每名旅客乘車，只是在有限時(shí)間段的特定區(qū)間內(nèi)的實(shí)際，所以設(shè)計(jì)了有限客票信息分發(fā)規(guī)則，即對(duì)任何一個(gè)車站，均由系統(tǒng)后臺(tái)分有限時(shí)間內(nèi)的（例如2小時(shí)）該站出發(fā)車次的乘客信息到檢票終端。設(shè)計(jì)這樣的客票信息分發(fā)規(guī)則，其好處在于，可以減少系統(tǒng)終端到檢票終端的數(shù)據(jù)流量，提高查驗(yàn)身份以及寫入客票信息效率。

3.4 RFID防碰撞算法

當(dāng)讀寫器向發(fā)出查詢指令時(shí)，很可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)讀寫器的查詢，由于標(biāo)簽傳輸信息時(shí)選取的信道一樣，且沒有MAC控制機(jī)制，極易產(chǎn)生返回信息相互干擾，從而導(dǎo)致讀寫器不能正確識(shí)別每個(gè)標(biāo)簽的信息，最終降低了讀寫器的識(shí)別效率和識(shí)讀速度，這就是多標(biāo)簽碰撞問題。像檢票口這種客流十分密集的地方，標(biāo)簽數(shù)量很大，發(fā)生多標(biāo)簽碰撞的概率很大。因此，系統(tǒng)必須采用一定的策略來避免沖突現(xiàn)象的發(fā)生，準(zhǔn)確地將檢票區(qū)內(nèi)的多個(gè)標(biāo)簽識(shí)別出來，保證旅客能夠順利地乘車。常用的多標(biāo)簽防碰撞技術(shù)包括：空分多路（SDMA）、時(shí)分多路 （TDMA）、碼分多路 （CDMA）、頻分多路（FDMA）。由于時(shí)分多路（TDMA）具有應(yīng)用簡單、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)大量標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫的特點(diǎn)[14-20]，所以在系統(tǒng)中采取時(shí)分多路多標(biāo)簽防碰撞技術(shù)。

3.5 旅客丟失遺忘客票處置

乘坐火車時(shí)，發(fā)生旅客丟失或遺忘RFID卡的現(xiàn)象是不可避免的。為解決這一問題，系統(tǒng)提出設(shè)置專門的客票補(bǔ)票窗口或者自助出票終端，由人工或者自動(dòng)完成旅客身份信息驗(yàn)證后，按旅客要求打印紙質(zhì)車票。

4 結(jié)束語

相比傳統(tǒng)紙質(zhì)車票，基于RFID的電子客票系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是實(shí)現(xiàn)無紙化購票，購票者只需第一次領(lǐng)取RFID身份認(rèn)證卡，即可在以后實(shí)現(xiàn)無紙化乘車，極大地方便了旅客乘車。二是節(jié)省了售票、檢票等環(huán)節(jié)對(duì)人力的需要，同時(shí)也提高了其工作效率，從而節(jié)省了車站運(yùn)營成本。三是可以方便準(zhǔn)確地控制車站旅客流量，有效減輕客運(yùn)高峰期車站安全壓力。四是通過人像識(shí)別技術(shù)和身份認(rèn)證技術(shù)的應(yīng)用，可以截?cái)噙`法犯罪人員利用火車作為交通工作流竄的途徑，最大限度地保證公共安全。因此，隨著RFID技術(shù)日益成熟，成本更加低廉，運(yùn)用RFID技術(shù)的電子客票將會(huì)在鐵路客運(yùn)中發(fā)揮更大更好的作用。

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Research on the design of electronic passenger ticket system based on RFID

HE Qian
（Shaanxi Post and Telecommunications College the computer department，Xianyang 712000，China）

At present，China's railway transport paper ticket.The ticket is easy to fake and low efficiency.Therefore，it is urgent to study and propose a new technical scheme.With the rapid development of RFID technology，it is widely used in personal identification documents，and it provides a new way to solve this problem.The design of electronic ticket system based on RFID technology is put forward.The system structure，system design and working process of the，and includes a ticket terminal main control circuit design，RFID data table design，ticket information distribution rules，RFID anticollision algorithm，passengers lost forgotten such as the disposal of the ticket，a key part of the system design were studied，so as to provide a new idea to solve the problem of railway passenger.

electronic passenger ticket；MCU；identity authentication

TN791

：A

：1674-6236（2017）02-0014-04

2015-12-12稿件編號(hào)：201512136

陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（14JK2024）；陜西郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題項(xiàng)目資助（SPTC201402）

何 茜（1982—），女，四川內(nèi)江人，碩士，講師。研究方向：數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。