呂 歡，吳 松，郭 戈，盧肖靜

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京 100166）

早期，城市軌道交通自動售檢票（AFC ，Automatic Fare Collection）系統(tǒng)僅支持實(shí)體票卡，包括單程票和儲值票及其他優(yōu)惠票種。為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，脫離物理介質(zhì)，互聯(lián)網(wǎng)購票得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了人臉識別檢票或掃描二維碼進(jìn)出站。

乘客通過使用手機(jī)App，可提前購買單程票，通過選擇票價和張數(shù)并完成網(wǎng)上支付，在30天內(nèi)憑借二維碼或數(shù)字驗(yàn)證碼，在車站的自動售票機(jī)（TVM，Ticket Vending Machine）上取票。TVM僅可取實(shí)體卡單程票。

電子票是乘客使用自動檢票機(jī)采用人臉識別方式或二維碼通過軌道交通App或其授權(quán)第三方App通過電子支付方式購買的虛擬車票。乘客刷臉或?qū)⒅悄苁謾C(jī)App中的二維碼對準(zhǔn)檢票機(jī)掃描器，直接進(jìn)出站，實(shí)現(xiàn)先乘車、使用后付費(fèi)。本地常旅客通過App平臺進(jìn)行人臉識別實(shí)名制登記和審核，并通過通信網(wǎng)絡(luò)與線網(wǎng)中心的人臉識別平臺對接。乘客登記信息包括身份證號和人臉識別圖像，并綁定相關(guān)支付（銀行卡、微信、支付寶等）手段。

但手機(jī)App注冊電子票并不適合臨時旅客及外地旅客。針對臨時旅客及外地旅客使用互聯(lián)網(wǎng)票種的需求，進(jìn)一步增加互聯(lián)網(wǎng)票種在AFC系統(tǒng)中的使用比率，本文進(jìn)行了互聯(lián)網(wǎng)單程票技術(shù)方案的研究。

1 方案總體架構(gòu)

1.1 方案實(shí)際目標(biāo)

針對臨時旅客及外地旅客使用互聯(lián)網(wǎng)票種的需求，通過增加自動售票機(jī)發(fā)售人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票，降低IC卡單程票的使用比率，提升軌道交通AFC系統(tǒng)的運(yùn)營服務(wù)水平，降低采購IC卡單程票和因IC卡單程票流失補(bǔ)充采購的費(fèi)用。對于乘客，選擇互聯(lián)網(wǎng)單程票出行，出閘無須回收，既方便快捷，又可避免因IC卡單程票重復(fù)使用和接觸帶來的疾病傳播風(fēng)險，更利于疫情防控。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成方案

自動售檢票系統(tǒng)由清分系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車站終端設(shè)備、傳輸通道和車票構(gòu)成，如圖1所示[1]。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)增加人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票對系統(tǒng)每一級架構(gòu)帶來的影響和改變?nèi)缦隆?/p>

第1層：互聯(lián)網(wǎng)平臺增加支持人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票的有效性檢查、乘客形成OD匹配、扣費(fèi)等功能，清分系統(tǒng)增加人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票線路間清分功能。

第2層：線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)增加存儲全線人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票的購票、檢票、補(bǔ)票等交易。

第3層：車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)增加存儲本站人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票購票、檢票、補(bǔ)票等交易。

第4層：車站自動售票機(jī)增加支持發(fā)售人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票，自動售票機(jī)需要增加采集人臉識別的攝像頭，以及打印紙質(zhì)二維碼單程票的打印機(jī)。自動檢票機(jī)支持人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票過閘功能。

第5層：增加票種人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票。

2 互聯(lián)網(wǎng)單程票售檢票關(guān)鍵技術(shù)

2.1 對自動售檢票設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)

（1）售票類設(shè)備短期內(nèi)實(shí)體單程票無法完全被電子化單程票取代，因此傳統(tǒng)單程票處理模塊仍然需要部分保留，和現(xiàn)金模塊類似，僅保留極少部分。

（2）檢票類設(shè)備高度集成化，輕量化（乘客顯示屏與人臉識別模組高度集成）。

（3）地鐵自動售票機(jī)除了支持發(fā)售IC卡單程票，增加支持發(fā)售人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票等互聯(lián)網(wǎng)票種。支付、取票均在地鐵車站完成，防止乘客出現(xiàn)線上購票、未在有效期內(nèi)線下取票的問題，增加互聯(lián)網(wǎng)單程票過閘功能。

（4）乘客使用自動售票機(jī)購買人臉識別單程票，出站后人臉識別信息從人臉識別庫后臺中核銷。

（5）紙質(zhì)二維碼單程票由地鐵自動售票機(jī)發(fā)售的專用車票，由乘客在TVM選定起止站或票價并支付后，TVM打印的紙質(zhì)票卡有失效時間，且只能用于一次進(jìn)站和出站。二維碼通過交通部二維碼規(guī)范生成，采用不記名方式。

2.2 改進(jìn)后的人臉識別單程票售檢票關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 人臉識別系統(tǒng)

在互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺設(shè)置一套人臉識別系統(tǒng)，包括人臉識別計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲節(jié)點(diǎn)、分析節(jié)點(diǎn)。車站設(shè)置GPU服務(wù)器，由于實(shí)現(xiàn)中心與車站網(wǎng)絡(luò)故障時實(shí)現(xiàn)應(yīng)急人臉識別服務(wù)。

車站人臉識別終端定期將采集的人臉識別信息更新至后臺人臉識別庫，建庫抽取特征是對人像進(jìn)行檢索比對的前提。

（1）計(jì)算節(jié)點(diǎn)：根據(jù)車站上傳的一張或多張人臉識別照片，在人臉照片庫中人像檢索，系統(tǒng)返回相似度最高的人臉照片倒序排列。建庫時系統(tǒng)會對人臉照片進(jìn)行抽特征的操作，此后特征值將加載在內(nèi)存中，用于檢索比對。計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對乘客注冊的照片和通行時的人臉識別抓拍照提取人臉識別特征，為人臉識別搜索服務(wù)提供必要數(shù)據(jù)[2]。人臉識別系統(tǒng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)能夠?qū)④囌静杉娜讼駡D片與互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺下發(fā)的刷臉進(jìn)站白名單庫進(jìn)行實(shí)時比對，白名單乘客允許進(jìn)站。人臉識別算法具備多算法聚合，支持多家主流算法的接入管理，深度學(xué)習(xí)和算法訓(xùn)練。人臉識別系統(tǒng)應(yīng)用的比對算法能夠支持多種部署方式：設(shè)備本地、邊緣服務(wù)器、遠(yuǎn)程、代理部署。支持跨渠道匹配：支持臉進(jìn)碼出，碼進(jìn)臉出[3]。

（2）存儲節(jié)點(diǎn)：用于存儲人臉識別庫數(shù)據(jù)、存儲抓拍人臉識別照片及進(jìn)出站信息，支持人臉識別特征數(shù)據(jù)實(shí)時更新。同時用于進(jìn)出站時的人臉識別特征數(shù)據(jù)比較，以及人臉識別票異常處理時的人臉識別特征數(shù)據(jù)查詢、更新等服務(wù)，以便應(yīng)對審計(jì)及客訴處理需求，人臉識別處理能力要求達(dá)到百萬級[4]。

（3）分析節(jié)點(diǎn)：配置人臉識別算法服務(wù)器及搜索服務(wù)器，統(tǒng)計(jì)和存儲注冊的人臉識別數(shù)據(jù)信息并處理前端請求，將注冊信息上傳至設(shè)在清分中心系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)服務(wù)器，前端與后臺比對信息，負(fù)責(zé)對各站點(diǎn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)及存儲節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)同步；將各站點(diǎn)傳回?cái)?shù)據(jù)信息與系統(tǒng)平臺對接，實(shí)時接收系統(tǒng)平臺更新的目標(biāo)白名單庫，下發(fā)新任務(wù)至各車站的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

（4）人臉識別系統(tǒng)支持線網(wǎng)中心人臉識別系統(tǒng)與線路車站系統(tǒng)之間的人臉識別數(shù)據(jù)同步，車站可同步設(shè)置人臉識別比對輕量化數(shù)據(jù)庫，僅包括人臉識別注冊常乘客及當(dāng)日購買人臉識別單程票的乘客人臉識別信息[5]。

（5）線網(wǎng)中心或線路車站離線時通過車站GPU服務(wù)器完成常乘客的進(jìn)出站；其他乘客可通過相同實(shí)名賬戶的二維碼出站。人臉識別單程票購票完成后同時將人臉識別信息推送至進(jìn)出兩站的GPU服務(wù)器中。

2.2.2 TVM發(fā)售人臉識別單程票移動支付方案

由乘客在TVM操作選擇人臉識別單程票購買，需要選擇到達(dá)站點(diǎn)。TVM采集乘客的人臉識別信息，調(diào)用線網(wǎng)中心人臉識別系統(tǒng)人臉識別接口進(jìn)行人臉識別采集和登記。人臉識別單程票僅當(dāng)日一次使用有效，乘客出站后，其人臉識別信息從人臉識別庫后臺中核銷。TVM發(fā)售人臉識別單程票移動支付方案，如圖2所示。

圖2 TVM發(fā)售人臉識別單程票移動支付方案

TVM人臉識別單程票購買成功后支持同時打印購票憑證，乘客可憑購票憑證在半自動售票機(jī)進(jìn)行人臉識別票的異常情況處理[6]。

2.2.3 人臉識別單程票檢票方案

人臉識別單程票檢票方案，如圖3所示。

圖3 人臉識別單程票檢票方案

（1）人臉識別核驗(yàn)身份

乘客走到終端設(shè)備前，由閘機(jī)人臉識別攝像頭檢測并采集人臉信息。自動檢票機(jī)集成人臉識別終端，具備人臉識別采集、活體檢測、特征值存儲等功能，能夠提供乘客使用APP人臉識別電子票、人臉識別單程票過閘功能。采用多模態(tài)攝像頭：二維人臉識別、三維人臉識別結(jié)合高清眼部特征采集，通過細(xì)節(jié)特征比對，實(shí)現(xiàn)對雙胞胎，相似人臉識別的精準(zhǔn)識別，能夠抵御照片、手機(jī)視頻進(jìn)行偽造人臉識別攻擊的場景；調(diào)用中心人臉識別服務(wù)器識別接口（1∶N），返回核驗(yàn)結(jié)果[7]。

（2）人臉識別比對

核驗(yàn)成功生成用戶ID，若識別失敗，則提醒用戶人臉識別信息未注冊；若識別成功，則自動檢票機(jī)調(diào)用ITP中心檢票接口，進(jìn)行行程檢查判斷。閘機(jī)上位機(jī)將刷臉交易數(shù)據(jù)上傳至軟件開發(fā)工具包（SDK，Software Development Kit），SDK負(fù)責(zé)查重，黑名單攔截，合法性驗(yàn)證開閘。SDK向互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺發(fā)送人臉識別過閘交易請求，互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺負(fù)責(zé)賬戶、票務(wù)業(yè)務(wù)、行程、訂單等進(jìn)行管理?；ヂ?lián)網(wǎng)票務(wù)平臺下發(fā)人臉識別進(jìn)出站通知給刷臉模塊；刷臉模塊將人臉識別進(jìn)出站圖片上傳給互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺[8]。

3 改進(jìn)后技術(shù)效果

本文引入新一代智慧型AFC系統(tǒng)理念后，通過增加了互聯(lián)網(wǎng)單程購票票種，提出了對現(xiàn)有售檢票設(shè)備軟件的改進(jìn)流程。除了支持發(fā)售實(shí)體票（傳統(tǒng)的IC卡票），增加支持人臉識別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票等互聯(lián)網(wǎng)票種，可滿足不同人群不同的購票需求，更加人性化、智慧化。乘客既可以選擇現(xiàn)金支付、實(shí)體票和人工售補(bǔ)票服務(wù)，也可選擇移動支付、互聯(lián)網(wǎng)票和自助售補(bǔ)票服務(wù)，方便快捷、舒適度高。系統(tǒng)軟件對紙質(zhì)二維碼單程票、人臉識別單程票的應(yīng)用支持既了臨時旅客使用的單程票種類，減少了因傳統(tǒng)IC卡單程票反復(fù)使用導(dǎo)致的疾病接觸式傳播的風(fēng)險。

紙質(zhì)二維碼單程票作為應(yīng)急票種，每次只允許乘客購買一張，出站后不回收。自動檢票機(jī)掃碼生成AFC進(jìn)出站交易，交易數(shù)據(jù)格式能夠與讀寫實(shí)體票卡產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)保持一致，能夠正常實(shí)現(xiàn)SC及MLC、ACC入庫并上傳至ITP系統(tǒng)，保障整個系統(tǒng)交易數(shù)據(jù)的完整性、客流數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

自動檢票機(jī)高度集成乘客顯示器、人臉識別攝像機(jī)，具備活體檢測、抓拍功能，可實(shí)現(xiàn)乘客無感通行。人臉識別技術(shù)更加精準(zhǔn)，乘客即使戴著口罩，系統(tǒng)也可精準(zhǔn)比對人臉識別特征，實(shí)現(xiàn)乘客順利通行。

自動檢票機(jī)支持二維碼票與人臉識別票的混刷。無論采用何種票種，閘機(jī)具有40人/min的通行能力。

4 結(jié)束語

人臉識別單程票作為一種無介質(zhì)單程票，紙質(zhì)二維碼單程票作為一種應(yīng)急票種，可滿足臨時出行乘客、外地乘客對互聯(lián)網(wǎng)票種的需求，并減少實(shí)體卡單程票及其相關(guān)設(shè)備的投資和運(yùn)維成本，能夠提高臨時乘客、外地乘客的出行體驗(yàn)和運(yùn)營服務(wù)水平，同時能夠提高地鐵AFC系統(tǒng)的防疫能力。