鐵路檢票系統(tǒng)二代居民身份證檢票研究與實(shí)現(xiàn)

李 政，化小剛，蘇建飛

（中鐵程科技有限責(zé)任公司，北京 100081）

鐵路檢票系統(tǒng)二代居民身份證檢票研究與實(shí)現(xiàn)

李 政，化小剛，蘇建飛

（中鐵程科技有限責(zé)任公司，北京 100081）

隨著高速鐵路的發(fā)展，越來越多旅客使用二代居民身份證（用二代居民身份證購買的票被稱為“電子票”）檢票進(jìn)站，針對(duì)電子票檢票，將詳細(xì)闡述以下幾個(gè)問題：客票數(shù)據(jù)庫電子票怎么到檢票庫；閘機(jī)如何檢電子票；退票或者自動(dòng)機(jī)取票后控制權(quán)的轉(zhuǎn)移；考慮網(wǎng)絡(luò)故障情況下，電子票檢票原則；系統(tǒng)如何解決鐵路局大集中時(shí)身份證檢票的效率；12306網(wǎng)售電子票的止售時(shí)間縮短到30 min，如何把電子票在2 min中內(nèi)從客票數(shù)據(jù)庫下載到檢票數(shù)據(jù)庫。

檢票系統(tǒng)；電子票檢票；二代證檢票

隨著高速鐵路的發(fā)展，在閘機(jī)上直接刷二代居民身份證（簡(jiǎn)稱：二代證）檢票的需求越來越多，特別是二代證實(shí)名制購票為二代證檢票帶來極大便利。鐵路總公司從2011年開始研究開發(fā)二代證檢票功能，在京滬線上首次試用，隨后在廣州鐵路局、南昌鐵路局、武漢鐵路局等地推廣使用。

旅客從12306網(wǎng)站使用二代證實(shí)名購票，在閘機(jī)上刷二代證過閘機(jī)，閘機(jī)驗(yàn)證日期、車次、二代證的有效性確定是否放行旅客。在12306網(wǎng)站購票后將旅客的相關(guān)信息記錄在鐵路總公司的電子票數(shù)據(jù)庫，用二代證購買的票被稱為“電子票”，旅客可以在自動(dòng)售票機(jī)或者窗口直接換票，也可以直接在閘機(jī)上刷二代證檢票。為了保證電子票數(shù)據(jù)庫的安全和閘機(jī)檢電子票的實(shí)時(shí)性和效率，采用中間接口隔離電子票數(shù)據(jù)庫和鐵路局（大站）的檢票庫，接口將電子票準(zhǔn)時(shí)高效地下載到檢票數(shù)據(jù)庫，閘機(jī)通過查詢檢票數(shù)據(jù)庫完成檢票任務(wù)，并將檢票結(jié)果分別通知檢票數(shù)據(jù)庫和電子票數(shù)據(jù)庫。

1 電子票總體業(yè)務(wù)分析

1.1 電子票業(yè)務(wù)流程

在列車開檢前約定的時(shí)間內(nèi)，檢票系統(tǒng)通過鐵路客票系統(tǒng)接口服務(wù)（TRSIS）獲取電子票控制權(quán)到檢票庫。當(dāng)列車開檢后，旅客在閘機(jī)上刷身份證，閘機(jī)系統(tǒng)將二代證信息發(fā)送給自動(dòng)檢票系統(tǒng)，自動(dòng)檢票系統(tǒng)在本地的電子票庫中進(jìn)行查找該電子票，找到后由檢票系統(tǒng)通知閘機(jī)，閘機(jī)開門放行旅客。然后閘機(jī)再次通知檢票系統(tǒng)，改寫檢票數(shù)據(jù)庫中該電子票的記錄為已檢，防止身份證二次作業(yè)。同時(shí)，通過TRSIS服務(wù)標(biāo)記電子票數(shù)據(jù)庫該電子票已檢，保證二代證完整的交易流程。如果旅客網(wǎng)上購票后退改簽或者換票，客票系統(tǒng)通過連接交易管理服務(wù)（CTMS）從檢票系統(tǒng)收回電子票控制權(quán)。電子業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 電子票業(yè)務(wù)流程圖

1.2 電子票業(yè)務(wù)要求

部分鐵路局代管數(shù)十個(gè)站的檢票服務(wù)，每個(gè)時(shí)刻都有大量的列車檢票，特別現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)售出的票越來越多，如何合理高效的下載電子票是必須要考慮的問題。既要保證數(shù)據(jù)及時(shí)下載，也要考慮到盡量減少冗余的數(shù)據(jù)，同時(shí)要考慮鐵路局或者大站出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障不能正常下載電子票的情況，所以針對(duì)上述問題制定了下載電子票的規(guī)則。

電子票分下載進(jìn)站、出站電子票，進(jìn)站電子票分為預(yù)取電子票和獲得控制權(quán)電子票。

預(yù)取電子票是為了防止在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常后，控制權(quán)數(shù)據(jù)沒有獲得，可以用預(yù)取的數(shù)據(jù)做應(yīng)急檢票這一需求設(shè)計(jì)的。規(guī)則定義發(fā)車前2 h第1次下載，然后每隔30 min獲取1次，在發(fā)車前1 h內(nèi)每隔15 min下載1次，直到開車前30 min開始下載控制權(quán)數(shù)據(jù)，不再下載預(yù)取數(shù)據(jù)了。

獲取控制權(quán)電子票是在發(fā)車前30 min開始第1次下載，并且檢查該車次該站是否止售。如果第1次沒有獲得控制權(quán)數(shù)據(jù)，每隔2 min再次申請(qǐng)下載電子票數(shù)據(jù)，直到第1次獲得電子票數(shù)據(jù)。在列車開始檢票前2 min增量下載電子票控制權(quán)數(shù)據(jù)，以后每隔2 min增量下載，直到列車開車前10 min停止下載。獲取控制權(quán)數(shù)據(jù)后，預(yù)取的數(shù)據(jù)將標(biāo)記為無效數(shù)據(jù)。

出站電子票發(fā)車前2 h 第1次下載，每隔30 min獲取1次，在發(fā)車前1 h內(nèi)每隔15 min下載1次。如果多個(gè)站在一臺(tái)檢票服務(wù)器上代管，出站電子票只保留一個(gè)站，旅客持電子票可提前下車出站。

以上涉及到的具體時(shí)間在檢票系統(tǒng)里可以修改，以上數(shù)據(jù)也是經(jīng)過線上運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的參數(shù)。

1.3 電子票控制權(quán)轉(zhuǎn)移

電子票控制權(quán)在列車開檢前下載到檢票數(shù)據(jù)庫，那么旅客在網(wǎng)上、窗口做退、改、簽，在自動(dòng)售票設(shè)備上換票都要從檢票庫里回收控制權(quán)。電子票的控制權(quán)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移涉及到退改簽、換票、檢票，所以電子票的控制權(quán)轉(zhuǎn)移是電子票非常重要的環(huán)節(jié)。

檢票系統(tǒng)通過新一代交易接口服務(wù)（NGTIS）或TRSIS向客票系統(tǒng)發(fā)起獲取電子票的控制權(quán)限請(qǐng)求，客票系統(tǒng)根據(jù)電子票規(guī)則，將符合控制權(quán)規(guī)則的結(jié)果集提交給檢票系統(tǒng)?？推毕到y(tǒng)根據(jù)退改簽、換票業(yè)務(wù)需求，通過接口服務(wù)CTMS向檢票系統(tǒng)提出收回控制權(quán)請(qǐng)求。閘機(jī)檢票后檢票系統(tǒng)提交電子票狀態(tài)，在檢票庫標(biāo)記電子票狀態(tài)。

2 實(shí)現(xiàn)電子票檢票方案

2.1 高效電子票系統(tǒng)技術(shù)研究

電子票庫多達(dá)13個(gè)節(jié)點(diǎn)，電子票按一定規(guī)則均勻分在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)TRSIS與每個(gè)電子票庫節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，對(duì)檢票系統(tǒng)提供統(tǒng)一的下載服務(wù)。TRSIS設(shè)置節(jié)點(diǎn)命令組，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電子票數(shù)據(jù)庫的訪問。檢票系統(tǒng)需要輪巡節(jié)點(diǎn)命令組號(hào)（例如：進(jìn)站檢票獲取電子票數(shù)據(jù)0x22 0x32 0x42 0x52 0x62…，），向TRSIS請(qǐng)求電子票數(shù)據(jù)，以獲得完整的車次電子票信息，獲取電子票控制權(quán)；電子票數(shù)據(jù)接口對(duì)電子票數(shù)據(jù)增加節(jié)點(diǎn)與庫名標(biāo)識(shí)字段，檢票系統(tǒng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)與庫名標(biāo)識(shí)向指定TRSIS發(fā)通知，實(shí)現(xiàn)檢票狀態(tài)同步以及檢票系統(tǒng)下載狀態(tài)消息通知?？推毕到y(tǒng)通過CTMS服務(wù)，根據(jù)電子票的節(jié)點(diǎn)信息導(dǎo)向到相應(yīng)的檢票庫，收回電子票控制權(quán)。鐵路局與大站檢票服務(wù)節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一定義，保證CTMS可以定位檢票庫。電子票邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 電子票服務(wù)程序部署

每個(gè)鐵路局部署一個(gè)或者多個(gè)TRSIS程序，負(fù)責(zé)本路局所轄的電子票下載；每個(gè)局中心或者獨(dú)立大站部署一個(gè)或者多個(gè)NGTIS程序負(fù)責(zé)和TRSIS通信下載電子票到檢票數(shù)據(jù)庫。

圖2 電子票邏輯結(jié)構(gòu)圖

NGTIS程序根據(jù)檢票數(shù)據(jù)庫的輸出車次，定時(shí)向TRSIS申請(qǐng)下載電子票，TRSIS從電子票數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)后返給NGTIS，然后NGTIS寫到檢票數(shù)據(jù)庫里。

根據(jù)客票庫多節(jié)點(diǎn)特征，檢票系統(tǒng)按照站碼，車次，節(jié)點(diǎn)為下載電子票的條件，這樣某個(gè)站、車次、節(jié)點(diǎn)取到電子票后在一定時(shí)間內(nèi)不再重復(fù)請(qǐng)求，這樣減少數(shù)據(jù)冗余，提高網(wǎng)絡(luò)性能，保證了程序的高效。

考慮到控制權(quán)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，程序在設(shè)計(jì)上區(qū)分預(yù)取電子票、獲取控制權(quán)、下載出站電子票，不同類型采用不同的下載周期。程序設(shè)定電子票隊(duì)列多級(jí)優(yōu)先級(jí)，處理線程池優(yōu)先處理高優(yōu)先隊(duì)列。保證控制權(quán)對(duì)列的優(yōu)先級(jí)最高，在2 min內(nèi)完成電子票數(shù)據(jù)的下載，而預(yù)取和出站數(shù)據(jù)依次降低優(yōu)先級(jí)并延長(zhǎng)下載周期。

2.3 電子票檢票過程

（1)使用二代證通過閘機(jī)時(shí)，閘機(jī)提供車次、乘車日期、站內(nèi)碼、閘機(jī)編號(hào)和二代證號(hào)碼向自動(dòng)交易管理服務(wù)（ATMS）發(fā)起客票查詢申請(qǐng)；（2）ATMS服務(wù)程序查詢檢票數(shù)據(jù)庫，將查詢結(jié)果返回給閘機(jī)；（3）閘機(jī)根據(jù)收到的電子票信息判斷是否開門，如果開門閘機(jī)通知ATMS在檢票庫做標(biāo)記；（4）閘機(jī)開門后，ATMS將電子檢票標(biāo)記通知NGTIS程序；（5）NGTIS通知TRSIS程序在客票數(shù)據(jù)庫做檢票標(biāo)記。

閘機(jī)和ATMS通信采用半長(zhǎng)連接的Socket通信模式，采用統(tǒng)一的消息傳輸機(jī)制，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互前需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的一致和安全。NGTIS和TRSIS采用Socket短連接，NGTIS首先獲得TRSIS的OperID來驗(yàn)證服務(wù)的合法性，每次NGTIS的請(qǐng)求將以此OperID作為有效標(biāo)示。OperID動(dòng)態(tài)生成，有時(shí)效性。

2.4 閘機(jī)檢電子票的工作原理

AG為自動(dòng)檢票閘機(jī)，刷二代證檢票主要在AG與ATMS之間通信進(jìn)行；NGTIS是ATMS與TRSIS之間的數(shù)據(jù)通信接口。對(duì)二代證檢票業(yè)務(wù)來說，NGTIS向檢票系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的電子票更新信息；哈希（Hash）表為電子票在檢票系統(tǒng)中的內(nèi)存數(shù)據(jù)，內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫中一致；檢票庫中擁有電子客票所有信息。電子票信息、檢票狀態(tài)標(biāo)志的更新均會(huì)同步到檢票庫中。電子票檢票原理如圖3所示。

圖3 電子票檢票原理圖

2.4.1 自動(dòng)檢票機(jī)功能結(jié)構(gòu)

自動(dòng)檢票機(jī)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 自動(dòng)檢票機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖

2.4.2 運(yùn)行參數(shù)接收模塊

該模塊負(fù)責(zé)接收從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器下達(dá)的自動(dòng)檢票機(jī)運(yùn)行參數(shù)。自動(dòng)檢票機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括：允許通過的票種；需要進(jìn)行告警提示的票種；允許通過的席別；檢票數(shù)據(jù)保存周期；自動(dòng)檢票機(jī)編碼；自動(dòng)檢票機(jī)所屬車站編碼（站內(nèi)碼）。

自動(dòng)檢票機(jī)在開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，該模塊：（1）查詢自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器是否有新的運(yùn)行參數(shù)未下載，如果有，則下載該參數(shù)。該功能屬于運(yùn)行參數(shù)接收模塊主動(dòng)從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)的情況。（2）進(jìn)入偵聽狀態(tài)，等候自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器下傳數(shù)據(jù)。通過該功能，自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器可隨時(shí)主動(dòng)向自動(dòng)檢票機(jī)下傳新的運(yùn)行參數(shù)。

2.4.3 時(shí)鐘同步客戶端模塊

該模塊負(fù)責(zé)與自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行本地時(shí)間校對(duì)，采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）完成。

2.4.4 檢票日計(jì)劃接收模塊

該模塊負(fù)責(zé)從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器接收新的檢票日計(jì)劃。檢票日計(jì)劃的具體內(nèi)容如下：計(jì)劃類型、車次、乘車日期、檢票日期、開檢時(shí)間、停檢時(shí)間、車次停靠站、相對(duì)運(yùn)行天數(shù)。

自動(dòng)檢票機(jī)在開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，該模塊：（1）查詢自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器是否有新的檢票日計(jì)劃未下載，如果有，則下載該檢票日計(jì)劃。該模塊屬于檢票日計(jì)劃接收模塊主動(dòng)從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)情況。（2）進(jìn)入偵聽狀態(tài)，等候自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器下傳數(shù)據(jù)。通過該功能，自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器可隨時(shí)主動(dòng)向自動(dòng)檢票機(jī)下傳新的檢票日計(jì)劃。

2.4.5 進(jìn)/出站檢票模塊

根據(jù)檢票日計(jì)劃?rùn)z查電子票的有效性，如果通過，則在檢票數(shù)據(jù)庫中寫入檢票標(biāo)志。

進(jìn)站/出站電子票檢票模塊，進(jìn)站需要單獨(dú)判斷控制權(quán)，出站不需要判斷控制權(quán)，其他處理一致。

2.4.6 控制命令接收模塊

從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器接收控制命令，然后根據(jù)控制命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，包括緊急模式、維修模式、暫停檢票、軟關(guān)閉自動(dòng)檢票機(jī)等功能。

2.4.7 設(shè)備狀態(tài)信息采集模塊

采集自動(dòng)檢票機(jī)各個(gè)模塊的狀態(tài)信息并上傳到自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器，包括磁讀寫模塊、通行控制模塊、通行檢測(cè)模塊等。

2.4.8 軟件升級(jí)模塊

當(dāng)自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器需要對(duì)自動(dòng)檢票機(jī)進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)，自動(dòng)檢票機(jī)首先判斷自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器傳來的版本號(hào)，如果比自動(dòng)檢票機(jī)現(xiàn)有的軟件版本高，則接收從自動(dòng)檢票系統(tǒng)服務(wù)器傳來的最新程序，并在系統(tǒng)空閑或在收到升級(jí)命令時(shí)替換舊程序。

2.4.9 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

電子客票采用二級(jí)Hash表。

第1級(jí)Hash表存儲(chǔ)開檢的各個(gè)車次，Hash沖突采用鏈表形式處理。

第2級(jí)Hash表存儲(chǔ)各車次下面的所有電子客票，Hash沖突同樣采用鏈表形式處理。

以滬寧線28個(gè)站，車上座位為1 000為例，最壞情況下該趟列車的電子客票數(shù)為28 000。通過Hash表查詢效率可以比鏈表結(jié)構(gòu)提高100倍以上。

Hash計(jì)算函數(shù)采用Times33。該算法比較簡(jiǎn)單高效，實(shí)測(cè)情況下，2 999條數(shù)據(jù)，沖突不超過7，且各個(gè)bucket分布比較均勻。

3 電子票系統(tǒng)部署及使用情況

目前，已有16個(gè)鐵路局開通電子票檢票功能，其中，上海鐵路局電子票日均檢票量為5萬3千多張、廣鐵集團(tuán)日均檢票量為4.9萬多張、南昌鐵路局日均檢票量為4.7萬多張，全路日均檢票量約35萬多張。

4 結(jié)束語

使用二代證檢票是既方便又經(jīng)濟(jì)的出行方式，電子票未來可能完全代替紙質(zhì)票。使用電子票可以減少紙質(zhì)票成本，減少車站窗口售票壓力，也可以降低購買閘機(jī)成本，為各鐵路局降低了營(yíng)運(yùn)成本，提高了運(yùn)行效率。同時(shí)也節(jié)約了旅客時(shí)間，改善旅客的出行體驗(yàn)。改進(jìn)和完善二代證檢票系統(tǒng)的功能，提高二代證檢票效率，加強(qiáng)二代證檢票的安全，更加合理地規(guī)劃電子票系統(tǒng)的架構(gòu)是我們進(jìn)一步研究的方向和實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

[1]朱建生.新一代客票系統(tǒng)總體技術(shù)方案的研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，21（6）.

[2]劉 琳，吳國(guó)英，劉小杰，等.第二代居民身份證閱讀器原理和應(yīng)用 [J].警察技術(shù),2004（5）：30-32.

[3]王 成,史天運(yùn),蔣秋華.基于RFID技術(shù)的高速鐵路自動(dòng)檢票系統(tǒng)研發(fā)[C].深圳：第五屆中國(guó)智能交通年會(huì)優(yōu)秀論文集，2009：266-273.

責(zé)任編輯 徐侃春

Second-generation ID Card checking technology in Railway Fare Collection System

LI Zheng,HUA Xiaogang,SU Jianfei
( China Rails Travel Technology,Co.Ltd.,Beijing 100081,China)

With the rapid development of High-speed Railway,more and more passengers use the e-ticket(ticket brought with Second-generation ID Card was called e-ticket) to check into the railway station.This article introduced the following aspects of e-ticket checking:how to transfer the e-ticket from electronic ticket database to Automatic Fare Collection(AFC) System,how to check e-ticket,how to transfer the control state when ticket is refunded in 12306 Website or printed from TVM,the e-ticket checking rules in the case of network failure,how to keep checking effciency with the centralized deployment in railway administration,how to download the e-ticket into AFC System in 2 minutes because the time of stopping the e-ticket is shortened to 30 minutes in 12306 Website.

Automatic Fare Collection(AFC) System;e-ticket checking;Second-generation ID Card checking

U293.2∶TP39

A

1005-8451（2016）02-0020-04

2015-06-09

李 政，工程師；化小剛，工程師。