劉 暢

(中鐵磁浮交通投資建設(shè)有限公司 湖北武漢 430060)

1 研究背景

清遠(yuǎn)市磁浮旅游專(zhuān)線(以下簡(jiǎn)稱(chēng)項(xiàng)目或本線)為國(guó)內(nèi)第一條以服務(wù)旅游為主要功能的中低速磁浮線路[1]。項(xiàng)目位于廣東省清遠(yuǎn)市，連接廣清城際銀盞站與長(zhǎng)隆主題公園，是提高長(zhǎng)隆旅游度假區(qū)游客運(yùn)輸能力、加強(qiáng)廣清城際旅客集散能力、服務(wù)廣清一體化的綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施。項(xiàng)目一期全長(zhǎng)8.014 km，設(shè)車(chē)站4座(含預(yù)留站1座)，線路走向如圖1所示。中低速磁浮交通技術(shù)在長(zhǎng)沙磁浮快線、北京S1線、鳳凰磁浮文化旅游線等項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用，中國(guó)鐵建已形成中低速磁浮交通系統(tǒng)全套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系[2－3]。

圖1 清遠(yuǎn)市磁浮旅游專(zhuān)線線路走向和站點(diǎn)分布

項(xiàng)目由企業(yè)方與政府方共同出資，采用“股權(quán)投資＋EPC＋運(yùn)營(yíng)”的合作模式，由企業(yè)方負(fù)責(zé)項(xiàng)目的資金籌措、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)維修等工作，政府授予企業(yè)一定期限的特許經(jīng)營(yíng)權(quán)。項(xiàng)目的全生命周期凈收益能否平衡建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的資金需求并為企業(yè)創(chuàng)造合理收益是企業(yè)投資決策和建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中始終關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

客票收入是本項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期收入的重要來(lái)源，為給旅客提供便捷購(gòu)檢票體驗(yàn)，提高服務(wù)質(zhì)量，項(xiàng)目以城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)為基礎(chǔ)，充分利用粵港澳大灣區(qū)綜合交通“一卡通”、“一碼通”平臺(tái)建設(shè)成果，以互聯(lián)網(wǎng)多元化支付為主要支付手段，提高了支付效率、優(yōu)化了設(shè)備配置、簡(jiǎn)化了管理流程、降低了綜合運(yùn)營(yíng)成本。

2 支付方式現(xiàn)狀分析

自1998年廣州地鐵1號(hào)線建設(shè)自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)以來(lái)[4]，AFC系統(tǒng)成為國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城市軌道交通工程的必建系統(tǒng)，是運(yùn)營(yíng)管理體系的先進(jìn)手段之一。

2.1 傳統(tǒng)支付方式

AFC系統(tǒng)傳統(tǒng)支付方式主要包括現(xiàn)金支付、儲(chǔ)值卡支付、車(chē)票圈存、銀行卡支付等方式。

(1)現(xiàn)金支付

現(xiàn)金支付是乘客在自動(dòng)售票機(jī)(TVM)，半自動(dòng)售票機(jī)(BOM)或綜合服務(wù)終端上用硬幣、紙幣購(gòu)買(mǎi)單程票、儲(chǔ)值票，給儲(chǔ)值票充值，并按相應(yīng)工況和系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行硬幣和紙幣找零、退款。TVM、BOM按規(guī)則出票，乘客持票按進(jìn)站、出站順序乘車(chē)。

(2)儲(chǔ)值卡支付

儲(chǔ)值卡是由軌道交通線路發(fā)行或由城市一卡通公司統(tǒng)一發(fā)行的預(yù)付費(fèi)卡。乘客可使用儲(chǔ)值卡在TVM、BOM上支付購(gòu)票，也可直接刷卡過(guò)閘，并可在兼容的終端上進(jìn)行小額消費(fèi)。新建軌道交通項(xiàng)目一般情況下均接受項(xiàng)目所在地的市政交通一卡通在本線使用。2015年5月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《城市公共交通IC卡技術(shù)規(guī)范》(JT/T 978—2015)，全國(guó)交通一卡通數(shù)據(jù)交換中心開(kāi)始建設(shè)，截止2020年12月，全國(guó)303個(gè)地級(jí)市實(shí)現(xiàn)交通一卡通互聯(lián)互通。2021年，浙江、山西、江蘇等省市在第三代社?？ㄉ霞虞d交通一卡通功能。

(3)圈存支付和銀行卡支付

圈存支付方式是具有一定權(quán)限的乘客可以購(gòu)買(mǎi)的允許一定透支額度的專(zhuān)用車(chē)票支付方式。當(dāng)余額不足以支付當(dāng)前交易時(shí)，售檢票終端先允許本次交易，不足部分由AFC后臺(tái)與銀行系統(tǒng)后臺(tái)根據(jù)協(xié)議從乘客銀行賬號(hào)轉(zhuǎn)帳存入。

銀行卡支付方式則更為直接，乘客直接使用符合中國(guó)人民銀行《中國(guó)金融集成電路(IC)卡規(guī)范》(PBOC 3.0)的銀行卡購(gòu)票或刷卡乘車(chē)。

(4)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的手機(jī)支付

為實(shí)現(xiàn)安全快速通行，傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)各類(lèi)交易主要以脫機(jī)方式完成，由 TVM，BOM，自動(dòng)檢票機(jī)(AGM)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備根據(jù)配置參數(shù)獨(dú)立完成。交易數(shù)據(jù)在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)或檢測(cè)到系統(tǒng)負(fù)載壓力不大時(shí)上傳上級(jí)系統(tǒng)匯總。

隨著手機(jī)的普及，利用手機(jī)或手機(jī)內(nèi)的SIM卡模擬AFC系統(tǒng)票卡的技術(shù)路線于2010年前后開(kāi)始迅速發(fā)展，主要分為 RF-SIM、SIMpass、NFC三類(lèi)，分別得到國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商的支持。RF-SIM在廣鐵集團(tuán)運(yùn)營(yíng)的廣深鐵路上也得到推廣應(yīng)用。這三類(lèi)技術(shù)需要更換手機(jī)SIM卡或更換手機(jī)才能使用，受電信運(yùn)營(yíng)商、手機(jī)制造商的主導(dǎo)和影響較大，隨著智能手機(jī)的普及，此類(lèi)技術(shù)發(fā)展趨于停滯。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)多元化支付方式

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的提升以及智能手機(jī)的普及促使“互聯(lián)網(wǎng)＋”的理念融入傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)，支付方式更加便利和多元化，AFC系統(tǒng)的車(chē)票從實(shí)體卡片逐漸演變成乘坐軌道交通的虛擬憑證[5]。從人體生物識(shí)別技術(shù)(人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、掌靜脈識(shí)別等)的角度看，乘客身體本身也成為了車(chē)票介質(zhì)。目前在軌道交通AFC系統(tǒng)常用的多元化支付方式可以分為三類(lèi):基于圖像識(shí)別技術(shù)的支付、基于NFC技術(shù)的支付[6]、線上購(gòu)票現(xiàn)場(chǎng)取票的支付。

(1)基于圖像識(shí)別技術(shù)的支付

此類(lèi)支付方式主要以二維碼為載體，目前廣泛采用的是快速響應(yīng)矩陣(Quick Response Code，QRCode)標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 18004:2015)。條形碼和二維碼差異如圖2所示。

圖2 條形碼與二維碼外觀比較

二維碼乘車(chē)主要有3種模式:

①用戶(hù)主動(dòng)掃碼。BOM、TVM購(gòu)票界面生成聚合支付二維碼，乘客使用支付寶、微信、云閃付或其他APP掃碼支付成功后，換取單程票或家庭票乘車(chē)。

②用戶(hù)被動(dòng)掃碼。乘客在手機(jī)APP上選擇選擇起點(diǎn)站和終點(diǎn)站，生成訂單及對(duì)應(yīng)的二維碼，由BOM、TVM配置的掃碼模塊對(duì)手機(jī)APP上生成二維碼掃碼扣款后售出車(chē)票。

③掃碼過(guò)閘。旅客在進(jìn)閘、出閘均需用手機(jī)APP生成的二維碼刷碼過(guò)閘。此種模式技術(shù)復(fù)雜度較高，一般有脫機(jī)生碼聯(lián)機(jī)驗(yàn)碼、聯(lián)機(jī)生碼脫機(jī)驗(yàn)碼、脫機(jī)生碼脫機(jī)驗(yàn)碼等方案[7]，各軌道公司、廠家支持的方案各有不同，行業(yè)內(nèi)已逐步開(kāi)展統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)互通工作。2020年底，長(zhǎng)三角“三省一市”實(shí)現(xiàn)二維碼乘車(chē)互聯(lián)互通全覆蓋。

(2)基于近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)的支付

基于NFC技術(shù)的手機(jī)移動(dòng)支付發(fā)展為主機(jī)卡模擬(HCE)方案和全終端方案。這兩種技術(shù)與前文提到的運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的NFC手機(jī)支付相比，最大的區(qū)別在于安全單元(SE)為手機(jī)軟件模擬或手機(jī)自帶SE芯片。HCE方案和全終端方案為目前的主流方案，銀聯(lián)云閃付采用前者，Apple Pay、Huawei Pay等手機(jī)廠商多采用后者。

(3)線上購(gòu)票現(xiàn)場(chǎng)取票

此種方式是在網(wǎng)站或手機(jī)APP上購(gòu)票后，通過(guò)短信、手機(jī)號(hào)、二維碼等支付憑證到車(chē)站BOM或TVM換取車(chē)票后乘車(chē)或掃碼過(guò)閘。此種方式在鐵路12306系統(tǒng)中使用廣泛，城市軌道交通領(lǐng)域有應(yīng)用但普及率不高。

3 系統(tǒng)建設(shè)原則

AFC系統(tǒng)支付方式和車(chē)票制式的選擇影響系統(tǒng)整體架構(gòu)、設(shè)備選型、建設(shè)時(shí)序、外部接口、運(yùn)營(yíng)管理規(guī)程等各個(gè)方面，最終影響工程造價(jià)、管理成本、運(yùn)營(yíng)收益，選擇合適的支付方案是建設(shè)AFC系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

經(jīng)預(yù)測(cè)，本線開(kāi)通初期旺季節(jié)假日日均客運(yùn)量2.23萬(wàn)人次，80%以上是外地游客?？土骷⒘孔畲蟮能?chē)站為銀盞站，此站為廣清城際與本線的換乘站。廣清城際擬采用CRH6A型動(dòng)車(chē)組，單列最大載客量約1 480人。按傳統(tǒng)以單程票或儲(chǔ)值類(lèi)票為主要支付手段的模式測(cè)算，一列滿載的廣清城際列車(chē)到銀盞站后，若80%的旅客選擇乘坐磁浮列車(chē)且其中60%的旅客購(gòu)買(mǎi)單程票，按銀盞站配置10臺(tái)TVM，TVM以3～4人/(min·臺(tái))的速度售票，最快需22.2 min完成售票。考慮到大部分旅客為初次乘坐本線，實(shí)際售票時(shí)間將會(huì)超過(guò)30 min，超過(guò)本線10 min發(fā)車(chē)間隔，易造成旅客擁塞滯留。

傳統(tǒng)購(gòu)票方式的特征是乘客必須在TVM或BOM等實(shí)體終端設(shè)備查詢(xún)目的地、確認(rèn)目的地、確認(rèn)票數(shù)、確認(rèn)費(fèi)用、支付、找零、取票。AFC系統(tǒng)在單位時(shí)間可售出票的總量基本取決于設(shè)備數(shù)量，而設(shè)備數(shù)量直接影響工程造價(jià)，并間接影響其他相關(guān)系統(tǒng)(例如建筑、結(jié)構(gòu)、電力、暖通等)。沿用常規(guī)軌道交通AFC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則無(wú)法適應(yīng)本線客流特征和運(yùn)營(yíng)需求，需采用“互聯(lián)網(wǎng)多元化支付為主，儲(chǔ)值票為輔，現(xiàn)金支付補(bǔ)充”的建設(shè)原則。

4 實(shí)施技術(shù)要點(diǎn)

4.1 精簡(jiǎn)系統(tǒng)架構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)AFC系統(tǒng)采用5層系統(tǒng)架構(gòu):清分中心(ACC)—線路中心(LCC)—車(chē)站計(jì)算機(jī)(SC)—車(chē)站終端設(shè)備(SLE)—車(chē)票[8]。隨著各城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，為降低研發(fā)、采購(gòu)和維護(hù)費(fèi)用，減少電力、人力、用房等資源的占用，線路中心逐漸演變?yōu)槎嗑€路中心(MLC)[9]或區(qū)域中心(ZLC)[10]。近年來(lái)，成都、鄭州、溫州、洛陽(yáng)等城市陸續(xù)將ACC和LCC兩層整合，形成4層系統(tǒng)架構(gòu)。一些城市則更進(jìn)一步將互聯(lián)網(wǎng)支付功能與AFC系統(tǒng)同步建設(shè)，并部署在“城軌云”上[11]。

清遠(yuǎn)市本地發(fā)行的市民卡系統(tǒng)僅應(yīng)用于公交、旅游景點(diǎn)、小額支付等領(lǐng)域，不支持軌道交通分段計(jì)程票制及各種優(yōu)惠計(jì)費(fèi)方式，因此本線獨(dú)立建設(shè)ACC，以滿足清遠(yuǎn)磁浮AFC系統(tǒng)的使用要求并與第三方、銀行、卡公司等單位清分清算。根據(jù)項(xiàng)目一期、二期工程整體規(guī)模，結(jié)合近遠(yuǎn)期客流預(yù)測(cè)以及沿線市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，AFC系統(tǒng)采用ACC—SC—SLE—車(chē)票4層架構(gòu)建設(shè)。ACC融合互聯(lián)網(wǎng)多元支付子系統(tǒng)，整體設(shè)計(jì)建設(shè)。一期工程由ACC作為全系統(tǒng)統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)出口，系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。待二期工程啟動(dòng)建設(shè)時(shí)，將進(jìn)一步研究在銀盞站或長(zhǎng)隆主題公園站建立第2條互聯(lián)網(wǎng)通道，實(shí)現(xiàn)不同物理徑路雙鏈路冗余。

圖3 AFC系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.2 SLE功能模塊配置

SLE設(shè)備(BOM、TVM、AGM等)直接與乘客交互，需根據(jù)支付方式的偏好進(jìn)行功能模塊調(diào)整。合理有效的功能模塊配置能有效引導(dǎo)乘客的使用習(xí)慣[12]，及時(shí)集疏人流。

為處理硬幣和紙幣，傳統(tǒng)TVM需配置紙幣模塊、紙幣找零模塊、硬幣處理模塊、錢(qián)箱，如果接受銀行卡購(gòu)票，還需配置銀行卡讀寫(xiě)模塊，以上功能模塊根據(jù)技術(shù)要求和采購(gòu)情況，約占TVM成本的47%～65%。本線將現(xiàn)金支付交易定位為補(bǔ)充手段后，計(jì)劃各站保留2臺(tái)TVM按全功能運(yùn)營(yíng)，其余TVM僅提供互聯(lián)網(wǎng)支付功能，AFC系統(tǒng)整體工程費(fèi)用可降低約10.2%，TVM設(shè)備故障率降低，使用率提高。

各站2臺(tái)全功能TVM可由ACC或SC遠(yuǎn)程設(shè)置成交替提供現(xiàn)金支付服務(wù)的模式，正常情況下其中1臺(tái)TVM提供現(xiàn)金支付服務(wù)，另1臺(tái)僅提供無(wú)現(xiàn)金服務(wù)，發(fā)生機(jī)械故障、錢(qián)箱飽和或找零紙幣不足等情況時(shí)，前1臺(tái)TVM降級(jí)為非現(xiàn)金模式，后1臺(tái)自動(dòng)啟動(dòng)現(xiàn)金服務(wù)模式，減少站務(wù)員現(xiàn)金回收、補(bǔ)幣、故障排查的工作量和反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步控制運(yùn)營(yíng)成本。

AGM設(shè)置3種類(lèi)型:進(jìn)站檢票機(jī)、出站檢票機(jī)和雙向?qū)捦ǖ罊z票機(jī)，均配置掃碼模塊。出站檢票機(jī)與進(jìn)站檢票機(jī)相比增加了單程票回收模塊和回收箱，占出站檢票機(jī)成本的8%～10%，對(duì)AFC系統(tǒng)的建設(shè)成本影響不大，而外地旅客持單程票乘車(chē)仍占總業(yè)務(wù)量一定比例，因此各站除2臺(tái)雙向?qū)捦ǖ罊z票機(jī)設(shè)置為純互聯(lián)網(wǎng)檢票機(jī)并加裝人臉識(shí)別模塊(見(jiàn)圖4)外，其余出站檢票機(jī)按常規(guī)配置單程票回收模塊和回收箱。

圖4 配置人臉識(shí)別模塊的自動(dòng)檢票機(jī)

本線各車(chē)站配置有便攜式驗(yàn)票機(jī)(PCA)，在超高峰運(yùn)營(yíng)時(shí)段或特殊情況下，站務(wù)員可持PCA開(kāi)放臨時(shí)檢票通道。

4.3 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)互通

廣東省，尤其是珠三角地區(qū)，受益于改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)展水平和智能化程度始終處在全國(guó)前列。廣州、深圳、佛山、中山等地在2010年前即規(guī)劃建設(shè)了公交一卡通系統(tǒng)。2011年，按照《全省公交一卡通實(shí)施方案》，廣東省發(fā)行了“嶺南通”卡，可在全省公交、地鐵、輕軌、有軌電車(chē)、APM、BRT等各種公共交通工具使用。嶺南通卡符合交通運(yùn)輸部一卡通技術(shù)規(guī)范，可在全國(guó)范圍內(nèi)刷卡乘坐加入“交通聯(lián)合”的交通工具。2015年2月，嶺南通實(shí)現(xiàn)在廣東省全部21個(gè)地級(jí)市全覆蓋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高峰時(shí)期廣州地鐵有80%以上客流使用“嶺南通·羊城通”乘車(chē)。借助智能手機(jī)和Apple Pay、Huawei Pay、HCE云卡技術(shù)，嶺南通實(shí)現(xiàn)了從實(shí)體卡向虛擬卡的延伸，適用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。本線AFC系統(tǒng)票卡標(biāo)準(zhǔn)兼容嶺南通標(biāo)準(zhǔn)，SLE加裝符合嶺南通標(biāo)準(zhǔn)的SAM卡，大灣區(qū)乘客及清遠(yuǎn)市民可持所在城市的一卡通無(wú)障礙乘坐本線。

本線二維碼業(yè)務(wù)的軟硬件配置按全兼容模式考慮，隨著商務(wù)合作協(xié)議的進(jìn)展，逐步開(kāi)通各項(xiàng)功能。一期工程暫不考慮自行發(fā)碼和自建手機(jī)APP，接受支付寶乘車(chē)碼、微信乘車(chē)碼和符合《交通一卡通二維碼支付技術(shù)規(guī)范》(JT/T 1179—2018)標(biāo)準(zhǔn)的二維碼在本線掃碼過(guò)閘。

4.4 人臉識(shí)別過(guò)閘

人臉識(shí)別技術(shù)在城市軌道交通AFC領(lǐng)域已開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用，北京、深圳、廣州、濟(jì)南已開(kāi)展試運(yùn)營(yíng)或試點(diǎn)。人臉識(shí)別技術(shù)是以人的臉部特征值為比對(duì)對(duì)象，經(jīng)前端設(shè)備或系統(tǒng)后臺(tái)分析比對(duì)后，控制AGM放行的技術(shù)。應(yīng)用時(shí)分以下5個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié):

(1)人臉注冊(cè)，建立人臉信息庫(kù)，關(guān)聯(lián)乘客信息和支付賬戶(hù)。

(2)乘客過(guò)閘，人臉識(shí)別模塊截取人臉。

(3)人臉識(shí)別模塊前端提取特征值或通過(guò)AFC專(zhuān)網(wǎng)上傳至系統(tǒng)后臺(tái)提取特征值。本線采用前端提取特征值的模式，以便降低AFC網(wǎng)絡(luò)荷載，加快識(shí)別速度。

(4)后臺(tái)比對(duì)特征值，根據(jù)比對(duì)結(jié)果向閘機(jī)下達(dá)開(kāi)放指令或拒絕指令。

(5)匹配OD，交易信息上傳第三方支付平臺(tái)，完成扣費(fèi)。

本線運(yùn)營(yíng)初期為非實(shí)名制乘車(chē)，人臉識(shí)別采取1∶N比對(duì)方式，需要將采集的人臉信息與人臉庫(kù)中的N個(gè)特征值進(jìn)行比對(duì)。已正式商用的軌道交通人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模為100萬(wàn)級(jí)別，由于本線乘客主要為初次訪問(wèn)的游客，短期內(nèi)再次訪問(wèn)的概率不大，人臉識(shí)別技術(shù)也處在探索試用階段，因此一期工程暫按10萬(wàn)級(jí)別建設(shè)，滿足VIP乘客、員工、特殊人群的“無(wú)感支付”出行。二期建設(shè)中，隨著沿線通勤客流的增加，將考慮擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模，同時(shí)探索使用百度云、騰訊云或其他符合監(jiān)管要求的第三方提供的公共人臉識(shí)別服務(wù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

旅游軌道交通AFC系統(tǒng)有其自身特點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目客流特征、工程性質(zhì)、基礎(chǔ)設(shè)施情況、多元化支付習(xí)慣等多方面因素，開(kāi)展針對(duì)性研究和客制化設(shè)計(jì)。

圍繞多元化支付方式，清遠(yuǎn)磁浮AFC系統(tǒng)精簡(jiǎn)了系統(tǒng)架構(gòu)、優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配置，以標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為基礎(chǔ)，增強(qiáng)了與區(qū)域內(nèi)“一卡通”、“一碼通”的互聯(lián)互通，將降低對(duì)票卡和現(xiàn)金的周轉(zhuǎn)需要，同步減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量，對(duì)旅游軌道交通AFC系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)做出了有益探索。