移動(dòng)支付下地鐵AFC系統(tǒng)改造方案研究

林 磊，徐鐘全

（1. 南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，南京 210008；2. 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

自動(dòng)售檢票（Automatic Fare Collection，AFC）系統(tǒng)的支付方式發(fā)展到如今的電子支付[1]，大大提高了城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)效率。然而，城市軌道交通的票款支付方式仍然以現(xiàn)金和城市交通卡為主，由于線網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在高峰時(shí)段難免會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)購(gòu)票，造成等待時(shí)間長(zhǎng)、人員滯留、無(wú)法容納更多乘客等問(wèn)題[2]。

以二維碼支付為代表的多種移動(dòng)支付方式成為解決現(xiàn)金支付弊端、提高AFC 系統(tǒng)運(yùn)行效率的新選擇。然而，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)建成以及在建軌道交通項(xiàng)目的AFC 系統(tǒng)多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的五層架構(gòu)[3]。引入新型支付方式必然涉及AFC 系統(tǒng)的升級(jí)改造。因此，研究AFC 系統(tǒng)的架構(gòu)，滿足不同支付方式的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)支付方式的全兼容，對(duì)提升AFC 系統(tǒng)的支付效能具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 移動(dòng)支付技術(shù)

當(dāng)前主流的移動(dòng)支付方式有二維碼支付、近距離無(wú)線通信應(yīng)用（Near Field Communication，NFC）支付、云購(gòu)票以及銀聯(lián)閃付等。

1）二維碼

二維碼支付是一種以包含交易信息的二維碼為媒介的支付手段，為目前應(yīng)用范圍最廣的移動(dòng)支付方式。截至 2018 年末，中國(guó)共計(jì)37 個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)[4]，其中，有25 座城市地鐵實(shí)現(xiàn)手機(jī)二維碼掃碼進(jìn)出站。成熟的技術(shù)和龐大用戶基礎(chǔ)使得二維碼支付成為AFC 系統(tǒng)最佳的支付手段之一。

2）NFC

NFC 技術(shù)的手機(jī)由于采用了支付標(biāo)記化（Token）技術(shù)、采取獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。由于近場(chǎng)通信采取近距離的私密通信方式，用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬件中，安全性能較高[5]。

3）銀聯(lián)閃付

銀聯(lián)閃付的實(shí)現(xiàn)通過(guò)帶有地鐵行業(yè)應(yīng)用和閃付功能的PBOC3.0 金融IC 卡。持卡人乘坐地鐵時(shí)，將此金融IC 卡與地鐵自動(dòng)檢票機(jī)進(jìn)行非接交互，當(dāng)乘客進(jìn)站時(shí)，在卡片上記錄相關(guān)的記錄信息，當(dāng)乘客出站時(shí)，使用卡在支持閃付交易的支付終端一揮便可快速完成支付[6]。

4）云購(gòu)票

云購(gòu)票是一種O2O 的服務(wù)方式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到支付寶服務(wù)器或微信支付服務(wù)器，支付寶支付服務(wù)器和微信支付服務(wù)器再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到地鐵清分系統(tǒng)[7]。乘客在進(jìn)站乘車之前，可通過(guò)手機(jī)APP，公眾號(hào)等平臺(tái)線上購(gòu)票，完成票款支付并在車站取票的購(gòu)票模式。

隨著上述新型支付技術(shù)在各地軌道交通AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用，建設(shè)移動(dòng)支付平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)售票平臺(tái)等勢(shì)在必行。廣州、南京等許多城市已經(jīng)將不同形式的移動(dòng)支付方式應(yīng)用在AFC 系統(tǒng)中。2015 年12 月,云購(gòu)票機(jī)首先在廣州上線試點(diǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)票，快捷搭地鐵 ；南京地鐵移動(dòng)支付選擇“二維碼”及“NFC”相結(jié)合的方案[8]。

3 移動(dòng)支付平臺(tái)建管分析

由于AFC 系統(tǒng)移動(dòng)支付的建設(shè)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，已投入使用的AFC 移動(dòng)支付系統(tǒng)在支付方式、建設(shè)模式等方面存在巨大差異。所以對(duì)移動(dòng)支付平臺(tái)的建管分析是必不可少的。

3.1 建設(shè)需求分析

3.1.1 業(yè)務(wù)需求分析

乘客購(gòu)買地鐵單程票和儲(chǔ)值卡充值存在諸多不便，包括排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)金充值不便等問(wèn)題。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)企業(yè)的員工工作量和管理成本也在增加。

1）乘客在車站滯留時(shí)間長(zhǎng)，舒適度下降

乘客在車站使用自動(dòng)售票機(jī)購(gòu)票時(shí)，需要經(jīng)過(guò)選擇線路、投入紙幣、紙幣識(shí)別、找零等多個(gè)環(huán)節(jié)，某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，均可能導(dǎo)致購(gòu)票時(shí)間延長(zhǎng)。且自動(dòng)售票機(jī)購(gòu)票只接收10 元以下紙幣，乘客還需要相應(yīng)零錢，也帶來(lái)很多不便。

2）運(yùn)營(yíng)企業(yè)的工作量及管理成本均增加

隨著自動(dòng)售票機(jī)紙幣、硬幣模塊使用頻率的增加，其故障率也會(huì)隨之提高，目前取票機(jī)中紙幣、硬幣模塊故障占設(shè)備故障的半數(shù)，價(jià)格昂貴，并且由于備品備件采購(gòu)國(guó)外產(chǎn)品，存在停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)企業(yè)總體的運(yùn)營(yíng)/運(yùn)維成本提升。

另外，計(jì)程計(jì)時(shí)票制實(shí)施以后，隨著現(xiàn)金收入量的增加，運(yùn)營(yíng)企業(yè)對(duì)現(xiàn)金管理成本增高，安全風(fēng)險(xiǎn)加大。每日運(yùn)營(yíng)結(jié)束，對(duì)現(xiàn)金清點(diǎn)時(shí)間有所延長(zhǎng)，并且還存在假幣的風(fēng)險(xiǎn)；還要充分保證貨幣運(yùn)送過(guò)程中人員及貨幣的安全。

3）單程票購(gòu)買具有明顯的時(shí)間、地點(diǎn)差異

單程票的購(gòu)票與使用在節(jié)假日中的使用比例明顯超過(guò)工作日，而在火車站、旅游景點(diǎn)的使用，明顯超過(guò)其他車站，具有鮮明的時(shí)間性與地點(diǎn)性的特征。在這些時(shí)間點(diǎn)、特殊車站，乘客購(gòu)買單程票的不便更加突出。

3.1.2 服務(wù)對(duì)象需求分析

1）乘客出行需求

作為交通出行的一種方式，軌道交通有著諸多便利的優(yōu)勢(shì)。乘客選擇軌道交通出行除了安全、便捷、準(zhǔn)時(shí)之外，也對(duì)乘車前中后的各環(huán)節(jié)體驗(yàn)有著越來(lái)越高的要求，還希望能夠減少購(gòu)票、充值所花費(fèi)的時(shí)間，提高乘客出行效率。

2）運(yùn)營(yíng)管理需求

運(yùn)營(yíng)人員希望能夠通過(guò)減少簡(jiǎn)單、重復(fù)的服務(wù)工作，使運(yùn)營(yíng)人員的服務(wù)更精細(xì)、更專業(yè)，具體包括：減少現(xiàn)金運(yùn)送、添加、清點(diǎn)、保管等管理壓力；降低維護(hù)成本，提升可靠性、減少故障率；提高秩序及效率，提高自助化比例，減少乘客排隊(duì)。

3.2 建設(shè)模式分析

現(xiàn)有AFC 移動(dòng)支付系統(tǒng)的建設(shè)模式主要有支付服務(wù)提供商獨(dú)立建設(shè)和合作建設(shè)兩種模式。

1）獨(dú)立建設(shè)模式以移動(dòng)支付服務(wù)提供商為主體，全套支付系統(tǒng)由移動(dòng)支付服務(wù)提供商投資建設(shè)。建成的移動(dòng)支付系統(tǒng)獨(dú)立于原有的AFC 系統(tǒng)，由建設(shè)方負(fù)責(zé)全權(quán)負(fù)責(zé)系統(tǒng)后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。

2）合作建設(shè)模式以軌道交通公司為主體，由地鐵公司出資建設(shè)移動(dòng)支付系統(tǒng)，支付服務(wù)提供商根據(jù)自身特點(diǎn)參與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與系統(tǒng)建設(shè)工作并協(xié)商后期的商業(yè)合作模式。系統(tǒng)建成后，由軌道交通公司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。

由于AFC 系統(tǒng)改造工作涉及商業(yè)合作模式、對(duì)賬原則等有關(guān)雙方切身利益的事宜，因此，在改造建設(shè)之前，各參與方必須就達(dá)成基本共識(shí)之后，才能投入具體的技術(shù)研發(fā)工作。這樣才能避免時(shí)間和資源的浪費(fèi)，以最少的投入，達(dá)到目標(biāo)。

3.3 運(yùn)營(yíng)模式分析

軌道交通運(yùn)營(yíng)方與第三方可在以下幾方面展開(kāi)合作運(yùn)營(yíng)。

1）地鐵線上票務(wù)營(yíng)銷及運(yùn)營(yíng)（包括計(jì)次卡、月票、年票等線上票務(wù)受理業(yè)務(wù)）；

2）本地化互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容運(yùn)營(yíng)（包括但不限于廣告、視頻、線上商城、渠道營(yíng)銷等）、互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)服務(wù)；

3）共同參與區(qū)域性互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

不論采用哪種合作模式，根據(jù)收益與投入相匹配的原則，各方均可獲得相應(yīng)的收益。具體包括資金沉淀收益、廣告收益、行業(yè)營(yíng)銷活動(dòng)等收益分潤(rùn)。

移動(dòng)支付平臺(tái)的建設(shè)勢(shì)必對(duì)傳統(tǒng)AFC 系統(tǒng)帶來(lái)改變，做好移動(dòng)支付下AFC 系統(tǒng)的改造對(duì)互聯(lián)互通、平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

4 移動(dòng)支付下AFC系統(tǒng)改造方案研究

4.1 票卡層改造方案

票卡層改造需要根據(jù)支付渠道的不同，確定二維碼、NFC 等相關(guān)支付憑證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；研發(fā)票務(wù)APP，為移動(dòng)支付用戶提供注冊(cè)開(kāi)戶、行程匹配、計(jì)費(fèi)等多樣服務(wù)，并與銀聯(lián)、支付寶、微信等支付渠道的對(duì)接，為用戶提供安全可靠的支付方式。

4.2 終端設(shè)備層改造方案

終端設(shè)備改造可以分為為硬件改造和軟件改造兩個(gè)方面。

硬件改造主要針對(duì)車站閘機(jī)，根據(jù)支付憑證類型的不同，新增對(duì)應(yīng)的檢票識(shí)別模塊，包括二維碼識(shí)別模塊等硬件設(shè)備，并完善相關(guān)配套設(shè)施的改造（如模塊開(kāi)口及保護(hù)裝置，電源模塊等）；充分考慮未來(lái)的升級(jí)需求，預(yù)留其他支付方式接入條件。

軟件改造方面，閘機(jī)讀寫器軟件新增各類進(jìn)出站交易數(shù)據(jù)處理功能，根據(jù)線網(wǎng)AFC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)增加相應(yīng)接口設(shè)計(jì)并完善進(jìn)出站乘客提示界面。

4.3 清分中心層改造方案

在清分中心層建設(shè)移動(dòng)支付應(yīng)用平臺(tái)。移動(dòng)支付應(yīng)用平臺(tái)由專用服務(wù)器和相關(guān)配套設(shè)施組成，部署在AFC 系統(tǒng)局域網(wǎng)內(nèi)部。作為AFC 支付業(yè)務(wù)的中心設(shè)備，平臺(tái)負(fù)責(zé)處理移動(dòng)支付相關(guān)的所有信息：管理移動(dòng)支付用戶信息，訂單信息，根據(jù)支付渠道的不同，生成對(duì)應(yīng)的報(bào)表，與第三方支付平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)賬和相關(guān)數(shù)據(jù)的交換；監(jiān)控票務(wù)交易過(guò)程，對(duì)發(fā)起票款交易的賬戶進(jìn)行實(shí)時(shí)認(rèn)證，確保交易安全；監(jiān)控移動(dòng)支付相關(guān)設(shè)備狀態(tài)，保障系統(tǒng)正常工作。

最終形成的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 移動(dòng)支付下的AFC系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of AFC system under mobile payment

4.4 改造中的關(guān)鍵問(wèn)題

1）系統(tǒng)建設(shè)的基本原則

移動(dòng)支付系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循“安全、可靠、可控、平穩(wěn)”的原則，要有完善的等保方案，并確保系統(tǒng)、設(shè)施及數(shù)據(jù)可靠及系統(tǒng)靈活、可拓展維護(hù)，保證整體工作平穩(wěn)運(yùn)行。

2）網(wǎng)絡(luò)安全

改造后的AFC 系統(tǒng)具備與公網(wǎng)的通信能力，同時(shí)也面臨被惡意攻擊、入侵的風(fēng)險(xiǎn)，因此AFC 系統(tǒng)必須具備高等級(jí)的防護(hù)能力，包含終端安全、邊界防護(hù)、全面監(jiān)管等。

3）認(rèn)證形式

AFC 系統(tǒng)的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)采用“在線認(rèn)證+信用支付”的認(rèn)證模式。任何移動(dòng)支付形式需在移動(dòng)支付應(yīng)用平臺(tái)完成注冊(cè)，記錄支付賬戶信息；網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，采取在線認(rèn)證模式：上傳至移動(dòng)支付應(yīng)用平臺(tái)，并向第三方支付渠道發(fā)送交易請(qǐng)求，驗(yàn)證賬戶的合法性；網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，采取信用支付模式：車站設(shè)備讀取到支付賬戶信息后，在本地記錄并放行，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后完成在線驗(yàn)證。

4）數(shù)據(jù)接口和流向

AFC 系統(tǒng)移動(dòng)支付業(yè)務(wù)需各層級(jí)接口及傳輸形式（票卡介質(zhì)、終端設(shè)備、SC、LC、ACC、第三方平臺(tái)）需兼容現(xiàn)有規(guī)范。接口應(yīng)預(yù)留足夠長(zhǎng)度的賬戶認(rèn)證字段，保證各類支付形式的兼容性；AFC 系統(tǒng)內(nèi)部，交易數(shù)據(jù)遵循SC-LC-ACC 逐級(jí)上傳、保存的原則，確保交易數(shù)據(jù)的安全性和完整性；AFC 系統(tǒng)與第三方平臺(tái)間數(shù)據(jù)接口以保證交易正常進(jìn)行為前提，包含必要的認(rèn)證和交易信息字段，其余信息應(yīng)在不影響運(yùn)營(yíng)管理工作的前提下由雙方協(xié)商交換形式。

5 結(jié)語(yǔ)

各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和進(jìn)一步的融入現(xiàn)實(shí)生活，推動(dòng)AFC 向更安全智能高效的方向發(fā)展，城市軌道交通作為面向公眾的服務(wù)行業(yè)，支付方式的選擇應(yīng)盡可能的全面，以滿足不同的乘客群體。未來(lái)，隨著技術(shù)的改進(jìn)升級(jí)，基于生物信息等的支付模式可能成為地鐵AFC 系統(tǒng)新的解決方案。因此，AFC 系統(tǒng)具備對(duì)現(xiàn)有支付手段的全兼容的能力，并為未來(lái)可能的支付手段預(yù)留足夠的升級(jí)空間是必不可少的。