周世爽，梁 靖，王 歡，甄永峰

（深圳市深圳通有限公司，廣東深圳 518131）

1 研究背景

近年來，數字人民幣應用一直在探索，其背后蘊含著深層次的貨幣體系之變。2019年底，數字人民幣在特定地區(qū)啟動試點測試，截至2021年底，試點應用場景已超808.51萬個，覆蓋批發(fā)零售、餐飲文旅、交通出行、政務繳費等領域，累計開立個人錢包2.61億個，交易金額875.65億元，城軌交通領域成為數字人民幣典型應用場景。

自動售檢票系統(tǒng)(automatic fare collection system，AFC)是國際化大城市軌道交通運行中普遍應用的現代化智能系統(tǒng)，支持售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分、管理等全過程自動化處理，已在我國城軌交通全面應用。

為落實《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》(簡稱“發(fā)展綱要”)[1]，通過數字人民幣技術與城軌交通AFC相融合，在提升票務服務智能化水平、打造智慧乘客服務體系、建設智慧城軌、推廣和擴大數字人民幣使用等方面都具有重要的現實意義。

2 數字人民幣支付方式

2.1 數字人民幣

數字人民幣(electronic-China Yuan，e-CNY)，是由中國人民銀行發(fā)行的數字形式的法定貨幣，由指定運營機構參與運營，以廣義賬戶體系為基礎，支持銀行賬戶松耦合功能，與實物人民幣等價，具有價值特征和法償性[2]。

2.2 數字人民幣錢包

數字人民幣錢包是銀行運營機構為用戶開立的、具有唯一可識別編號的數字人民幣載體。按照開立主體可分為個人錢包和對公錢包。

個人錢包與對公錢包根據儲值方式與形態(tài)不同均可分為軟件錢包與硬件錢包。根據錢包的持有主體又可將主要錢包設為母錢包，并可開設若干子錢包與母錢包關聯。軟件錢包和硬件錢包都支持子母錢包關聯功能。

本文僅對數字人民幣個人錢包在城軌交通領域應用模式進行研究。

2.3 軟件錢包支付方式

2.3.1 直接支付

用戶可采用以下3種方式直接支付，一是通過“數字人民幣”APP展示個人軟件錢包的付款碼進行支付，二是使用NFC碰一碰功能向商家的數字人民幣收款設備進行支付，三是使用掃一掃功能掃描商家的收款碼進行支付。

2.3.2 免密支付

用戶開通數字人民幣免密支付，在商家消費后，商家應用平臺通過應用程序接口(API)向用戶軟件錢包發(fā)送代扣指令，無需再校驗用戶的支付密碼、短信校驗碼等信息即可完成支付。

2.3.3 收銀臺支付

商家應用平臺通過軟件開發(fā)工具包(SDK)或應用程序接口(API)等方式，在收銀臺中集成數字人民幣軟件錢包支付模塊，用戶購買產品或服務時，通過收銀臺選擇數字人民幣進行支付。

2.4 硬件錢包支付方式

2.4.1 價值支付

用戶直接使用存儲在硬件錢包中具有法定貨幣價值的加密數字串進行支付，支持在無網或弱網(如：網絡不好的公交或城軌站點、飛機、自然災害等極端場景)條件下進行雙離線支付。

2.4.2 準賬戶支付

對于未存儲加密數字串的硬件錢包采用準賬戶方式支付，運營機構以匿名賬戶形式記載數字人民幣的價值，硬件錢包支付時從該匿名賬戶中進行支付。

3 城軌交通領域應用模式研究

3.1 軟件錢包應用方案

3.1.1 直接支付應用

應用場景：乘客在自動售票機或自助終端設備購買城軌單程票、充值或票務處理時，可任意選擇使用支付寶、微信、銀聯云閃付等方式[3]付款。在此類線下場景中增加數字人民幣支付，可實現數字人民幣軟件錢包直接支付應用。應用場景示意如圖1所示。

圖1 軟件錢包直接支付應用場景示意 Figure 1 An application scenario of direct payment of software wallet

應用方案：AFC票務系統(tǒng)與運營銀行數字人民幣系統(tǒng)對接，接入軟件錢包支付功能，完成收費、統(tǒng)計、對賬[4]等處理。典型交互過程如下：

1) 乘客使用終端設備選擇數字人民幣支付購票充值等費用；

2) 乘客出示“數字人民幣APP”個人錢包付款碼被掃支付，或使用“數字人民幣APP”掃描設備顯示的支付二維碼，完成支付；

3) AFC系統(tǒng)向數字人民幣運營銀行發(fā)起支付請求，完成扣費。

應用特點：該應用模式便于用戶認知，符合使用習慣，系統(tǒng)改造量小。

數字人民幣作為法幣應支持在城軌直接過閘[5]使用。若要使用軟件錢包，就需要支持乘客使用數字人民幣付款碼或碰一碰功能乘車，這就要求對城軌閘機、閘機控制程序、行程匹配與計費、清分[6]結算等軟硬件系統(tǒng)進行改造，工程量巨大、應用成本較高，且軟件錢包不具備雙離線支付能力，故采用硬件錢包實現更加適宜。

3.1.2 免密支付應用

應用場景：乘車碼過閘是“先享后付”型產品，乘客乘坐城軌后，從開通的第三方免密支付賬號中扣除費用，免購票免充值，通行更高效[7]，深受乘客歡迎。為“先享后付”產品增加數字人民幣支付方式，可實現軟件錢包免密支付在刷碼過閘、生物識別過閘等場景的應用。應用場景示意如圖2所示。

圖2 軟件錢包免密支付應用場景示意 Figure 2 An application scenario of password free payment of software wallet

應用方案：AFC票務系統(tǒng)接入運營銀行數字人民幣免密支付能力，完成簽約、解約、代扣、對賬等處理。典型交互過程如下：

1) 乘客開通二維碼/生物識別等過閘支付產品和數字人民幣免密支付功能，并完成簽約；

2) 乘客使用二維碼/生物識別等支付產品過閘；

3) AFC后臺接收過閘交易后，在票務系統(tǒng)中計算票款，并向數字人民幣運營銀行發(fā)起免密支付扣費請求，完成扣費。

應用特點：該應用模式與城軌交通互聯網核心支付產品相結合，使用頻率高、系統(tǒng)改造小、實現速度快，是一種適合推廣的應用。但存在個人軟件錢包余額不足導致扣款失敗的風險，運營機構需增加銀行卡綁定功能，支持余額不足時從綁定的銀行卡中扣除。

3.1.3 收銀臺支付應用

應用場景：智慧城軌類APP(指地鐵官方APP，公共交通卡等能提供城軌乘車服務的APP)通常提供線上購票、充值等服務，乘客通過線上收銀臺支付費用。在線上收銀臺增加數字人民幣支付方式，即可實現軟件錢包的收銀臺支付應用。

應用方案：智慧城軌APP和AFC系統(tǒng)通過軟件開發(fā)工具包(SDK)或應用程序接口(API)的方式與運營銀行對接，實現數字人民幣支付、退款等功能。典型交互過程如下：

1) 乘客使用智慧城軌APP等互聯網入口為公共交通卡充值；

2) 乘客選擇或輸入充值金額，并選擇“數字人民幣”進行支付；

3) 智慧城軌APP通過接口喚起數字人民幣支付界面，乘客輸入支付密碼完成支付，隨即完成充值。

應用特點：該應用模式在城軌交通的線上場景中增加數字人民幣支付方式，符合用戶使用習慣，系統(tǒng)改造量小。

3.2 硬件錢包應用方案

3.2.1 價值支付(雙離線)應用

應用場景：公共交通卡在城軌行業(yè)的應用，除乘車支付外，還具備進出閘機控制、交易核準、行程計費、補貼發(fā)放等功能。數字人民幣硬件錢包結合公共交通卡行業(yè)特性，可實現硬件錢包價值支付在城軌站點/閘機無網弱網等網絡異?；驑O端情況下刷卡過閘雙離線支付[8]場景的應用。

應用方案：將數字人民幣硬件錢包價值支付應用技術與AFC系統(tǒng)相結合，在城軌閘機集成對公硬件錢包作為收款錢箱，采用一卡雙應用(數字人民幣價值支付模式硬件錢包+公共交通卡)的用戶卡作為付款錢包，乘客刷用戶卡過閘，AFC系統(tǒng)完成檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分等處理。應用方案如圖3所示。

圖3 數字人民幣雙離線支付應用方案 Figure 3 Application scheme of the e-CNY dual offline payment

主要交互過程如下：

1) 乘客通過NFC刷用戶卡進站，卡片上的公共交通卡應用與城軌閘機交互，完成行業(yè)安全認證與識卡通行處理，并在公共交通卡區(qū)域記錄進站信息；

由于大型渠道混凝土襯砌施工作業(yè)多在1∶2或更陡的坡面上進行切縫施工，且自動行走，能使其平穩(wěn)地行駛在坡面上，配重調整過重過輕、配重的位置都是影響實際應用的主要因素，所以機具的配重尤為重要。

2) 出站時，乘客再次NFC刷卡，公共交通卡應用與城軌閘機再次交互，根據進出站點完成交易計費處理；

3) 根據公共交通卡應用記錄的計費信息，在用戶卡扣費，完成數字人民幣從用戶卡硬件錢包到閘機收款錢箱的價值轉移，并開閘放行；

4) 閘機將收款錢箱的數字人民幣價值上傳到AFC系統(tǒng)后臺，由AFC系統(tǒng)后臺調用運營銀行接口，完成資金歸集與資金結算處理。

應用特點：該應用模式具有對網絡依賴度低、收益損失風險小、可靠性高等優(yōu)點。同時缺點也較明顯，一是城軌交易過程復雜，交易時間較難滿足450 ms的行業(yè)標準；二是存儲容量不足，難以滿足大量交易數據存儲。因此，需優(yōu)化交易流程和硬件錢包應用技術規(guī)范，增強城軌閘機的存儲配置，提升軟件系統(tǒng)的應用功能，系統(tǒng)改造量較大，推廣應用成本較高。

3.2.2 準賬戶支付應用

應用場景：因城軌閘機數量巨大，對每個閘機進行硬件改造實現硬件錢包應用需要的改造成本高、實施周期長。硬件錢包準賬戶支付應用模式支持不改造閘機硬件即可實現刷硬件錢包過閘的場景。

應用方案：將硬件錢包準賬戶支付應用技術與AFC系統(tǒng)相結合，在城軌服務方開設的數字人民幣對公軟件錢包為收款賬號，以一卡雙應用(數字人民幣準賬戶支付模式硬件錢包+公共交通卡)的用戶卡為付款錢包，乘客刷用戶卡過閘，AFC系統(tǒng)完成檢票、計費、扣費、清分等處理。應用方案如圖4所示。

圖4 數字人民幣準賬戶支付應用方案 Figure 4 Application scheme of the e-CNY quasi-account payment

1) 乘客通過NFC刷用戶卡進站，卡片上的公共交通卡應用與城軌閘機交互，完成行業(yè)安全認證與識卡通行處理，并在公共交通卡區(qū)域記錄進站信息；

2) 出站時，乘客再次NFC刷卡，公共交通卡應用與城軌閘機再次交互，根據進出站點信息完成交易計費處理；

3) 閘機根據網絡狀態(tài)，采用異步或同步方式將交易信息上傳至AFC后臺系統(tǒng)，AFC后臺系統(tǒng)根據卡片綁定的數字人民幣個人軟件錢包賬號，向運營銀行發(fā)起免密支付請求，完成扣費處理并開閘放行。

應用特點：在該應用模式下，城軌閘機與用戶卡硬件錢包無需對加密數字串進行復雜交互處理，只需進行簡單的身份認證即可通行，交易處理過程比雙離線應用模式簡單，交易時間能達到城軌行業(yè)標準。又因城軌閘機無需集成多個數字人民幣對公硬件錢包，系統(tǒng)改造量較小，應用推廣成本較低。

該應用模式與雙離線應用模式相比優(yōu)勢明顯，但也存在一個問題：即用戶刷卡過閘后，費用從用戶卡綁定的軟件錢包中通過免密支付方式扣除，存在錢包余額不足導致扣款失敗的風險。運營機構需升級數字人民幣免密支付功能，盡可能降低資產損失風險。

3.3 軟件錢包與硬件錢包應用模式分析

軟件錢包應用模式與硬件錢包應用模式相比較，前者只需將數字人民幣作為一種新增的支付渠道與現有城軌交通業(yè)務相結合，無需對城軌閘機進行改造，應用模式簡單易行、公眾參與度高，是目前用戶與城軌服務方都較易選擇和接受的應用模式。

硬件錢包應用模式因數字人民幣應用規(guī)范不斷升級、牽涉的系統(tǒng)改造量大、工程費用高等原因，較軟件錢包應用難度大、推廣速度慢。

4 城軌交通領域應用現狀

深圳作為我國首批進行數字人民幣試點的城市，截至2021年底，城軌交通運營里程達419 km，客運量超16.5億人次，均位居全國前列。2020年，深圳地鐵集團制定了推廣數字人民幣應用方案，并大力推動和城軌交通業(yè)務融合，實現了數字人民幣在城軌交通領域的試點應用，在提升票務智能化水平、推進數字人民幣應用、助力大灣區(qū)互聯互通等方面發(fā)揮積極示范作用。

在軟件錢包應用方面，深圳市率先實現了刷碼過閘場景的免密支付模式應用，以及線上購卡、充值等場景的收銀臺支付模式應用，其中刷碼過閘應用場景是國內首次實現軟件錢包免密支付的場景。2021年，交易總量超30萬次，總金額超100萬元。

在硬件錢包應用方面，深圳市攻克“數字人民幣+公共交通卡”雙應用結合技術難關，在城軌交通領域首創(chuàng)實現數字人民幣硬件錢包應用，并在2021年北京國際城市軌道交通展覽會亮相，受到普遍好評和關注。

截至目前，北京、上海、成都、蘇州、長沙、青島[9-11]等城市也在城軌交通領域試點數字人民幣支付應用，均以軟件錢包支付應用模式為主，應用場景覆蓋刷碼過閘、線上購票卡/充值、線下購票卡/補票/充值等城軌交通支付全場景，應用比例最高的是免密支付應用方式。除深圳地鐵對硬件錢包支付應用模式進行探索并取得一定進展外，尚未見到行業(yè)內其他城市在硬件錢包應用方面的成果。

5 城軌交通領域應用建議與展望

5.1 城軌交通領域應用建議

根據深圳及其他城市的應用情況，在刷碼過閘、線上購買票/卡、線上充值等場景應用數字人民幣軟件錢包支付最快捷，建議優(yōu)先選擇。通過改造智慧城軌APP等互聯網入口的現有產品或服務，增加軟件錢包免密支付和收銀臺支付方式，改造AFC后臺系統(tǒng)，調用運營銀行支付接口，即可實現數字人民幣支付，系統(tǒng)改造費用低。軟件錢包子錢包推送屬于免密支付應用模式，完成與一家運營銀行對接即可實現所有運營銀行軟件錢包免密支付應用，具有跨運營機構支付能力，可提高應用效率。

在線下購買票/卡、補票、充值等場景的應用屬于軟件錢包直接支付應用，相對較簡單，建議作為次選。在實現線上場景應用前提下，通過改造線下服務終端，增加數字人民幣支付方式，即可實現設備主掃和被掃支付，費用主要集中在線下服務終端的改造上，建議通過商務協商解決。

硬件錢包應用模式，因方案復雜，建議先探索研究。需進行“數字人民幣+公共交通卡”雙應用卡片的研發(fā)，閘機軟件或硬件改造，AFC后臺系統(tǒng)改造，改造工作量和費用都很高，建議先做探索研究，得到政策和資源支持再推廣。

在系統(tǒng)架構上，建議在AFC系統(tǒng)中增加數字人民幣服務子系統(tǒng)，作為與運營銀行、AFC系統(tǒng)以及其他城軌后臺系統(tǒng)對接的橋梁。應用系統(tǒng)架構如圖5所示。

圖5 數字人民幣應用系統(tǒng)架構 Figure 5 Architecture of e-CNY application system

5.2 城軌交通領域應用展望

根據“發(fā)展綱要”關于應用新興信息技術與城軌交通深度融合的要求，數字人民幣在城軌領域的應用將成為近年AFC系統(tǒng)的重點建設內容與智能化關鍵應用[12]之一。

研究軟件錢包3種應用模式的特點，免密支付應用模式具有使用頻率高、系統(tǒng)改造小、實施速度快等特點，在城軌行業(yè)先行先試效果良好，該應用模式將成為數字人民幣軟件錢包在城軌交通領域應用的主要模式。

數字人民幣作為法定貨幣，勢必要在城軌乘車的場景下推廣使用。根據數字人民幣的特點以及城軌交通領域的特性，該場景宜采用硬件錢包應用模式。準賬戶支付應用模式因系統(tǒng)改造小、用戶體驗好、交易時間符合行業(yè)標準等優(yōu)點，降低扣款失敗的資產損失風險后，可成為數字人民幣硬件錢包在城軌交通行業(yè)的主要應用模式。當然，若政策支持硬件錢包應用向雙離線支付方向傾斜，則雙離線支付應用模式也會成為可能。數字人民幣具有支付即結算且無手續(xù)費的特點，在城軌領域應用可減少向第三方支付高額手續(xù)費，降低企業(yè)成本，具有良好的經濟效益。

數字人民幣作為法定貨幣具有無限法償性，在城軌交通領域的應用，拓展了民生服務應用場景，助力數字人民幣健康發(fā)展。

數字人民幣在城軌交通領域的成功實踐和持續(xù)擴大應用，可促進城軌交通行業(yè)技術創(chuàng)新與業(yè)務模式創(chuàng)新，豐富乘客出行多元化支付模式，提升票務智能化水平，促進乘客服務智慧化發(fā)展。