生物識(shí)別在AFC領(lǐng)域的應(yīng)用展望

劉志強(qiáng)

摘 要：AFC系統(tǒng)作為城市軌道交通面向乘客的收費(fèi)系統(tǒng)，因用戶量大，支付頻繁，安全要求高等特點(diǎn)，急需一種安全高效的支付和身份驗(yàn)證技術(shù)，以提高乘客通行效率，提升服務(wù)質(zhì)量。而生物識(shí)別以其信號(hào)媒介高度的唯一性和信號(hào)識(shí)別過(guò)程的快捷無(wú)感性，加之信號(hào)傳感器技術(shù)、信號(hào)采集器技術(shù)的成熟和成本的下降成為首選。本文以生物識(shí)別在AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用為研究點(diǎn)，對(duì)比了傳統(tǒng)支付方式與生物識(shí)別支付方式在技術(shù)上和管理上的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：生物識(shí)別;AFC系統(tǒng);人臉識(shí)別

1 研究背景

隨著計(jì)算機(jī)、光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器等技術(shù)的發(fā)展，生物識(shí)別技術(shù)所需的硬件條件日趨成熟，且憑借其高度的唯一性、便利性、安全性和低成本優(yōu)勢(shì)在我們生活中逐步普及開(kāi)來(lái)。比如我們所熟知的手機(jī)的人臉解鎖、指紋解鎖、支付寶刷臉支付、指紋考勤等。這其中公共交通領(lǐng)域也在AFC專(zhuān)業(yè)開(kāi)始了應(yīng)用試點(diǎn)的研究，并且在各城市軌道交通企業(yè)逐步推廣。

目前已在試點(diǎn)的城市有深圳地鐵公司的“生物識(shí)別+信用支付”，其解決方案是由深圳地鐵與騰訊、廣電運(yùn)通共同發(fā)布的擁有生物識(shí)別、無(wú)感支付等功能的方案。其次是北京地鐵自主研發(fā)的新型閘機(jī)，添加了人臉識(shí)別屏幕和掌靜脈掃描區(qū)，其中掌靜脈掃描用以提高辨識(shí)度，為“人臉?biāo)⒖ā碧峁┹o助，避免誤刷，同時(shí)還為閘機(jī)增加了安檢功能[1]。另外蘇州、鄭州、徐州、廣州、合肥等城市軌道交通企業(yè)也紛紛在AFC專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始了人臉識(shí)別的應(yīng)用試點(diǎn)。

2 生物識(shí)別的應(yīng)用探索

那么生物識(shí)別在軌道交通的應(yīng)用條件是否已經(jīng)成熟，在推進(jìn)的過(guò)程中還存在哪些困難，接下來(lái)我從運(yùn)營(yíng)管理的角度作一些探討。

首先生物識(shí)別技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性（如指紋、臉相、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定[2]。基于生物識(shí)別的身份驗(yàn)證可以確保信息系統(tǒng)的可用性、完整性、可驗(yàn)證性、機(jī)密性和隱私性來(lái)保障信息系統(tǒng)的安全。在完成了身份的驗(yàn)證后，就可以通過(guò)特定唯一的身份信息與信用支付綁定，形成“生物識(shí)別+信用支付”的生物支付功能，這相當(dāng)于將采集到的用于綁定信用支付的人體特征定義為了支付媒介。

而且用于人體生物特征采集的生物特征傳感器技術(shù)也日趨成熟，如CCD（電荷耦合器件）或CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）等技術(shù)可將采集到的生物特征轉(zhuǎn)變成圖像信號(hào)，從而輕松實(shí)現(xiàn)生物特征的測(cè)量，最后再將其轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)[3]。這其中包括活體檢測(cè)技術(shù)、生物特征信號(hào)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)、生物特征信號(hào)的校準(zhǔn)技術(shù)、生物特征的匹配技術(shù)、生物特征表達(dá)與抽取技術(shù)、生物特征數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與分類(lèi)技術(shù)等，這些技術(shù)的應(yīng)用大幅的提高了生物特征采集的安全性、隱私性、唯一性和便利性，這是生物識(shí)別的第一步也是最關(guān)鍵的一步，他保證了用于支付的“媒介”安全。目前國(guó)內(nèi)首個(gè)達(dá)到該領(lǐng)域全球化檢測(cè)合規(guī)性的公司是螞蟻金服的ZOLOZ[螞蟻?zhàn)袅_]生物識(shí)別技術(shù)，不僅通過(guò)了ISO 30107-3標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，還通過(guò)了第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)iBeta的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試。

3 生物識(shí)別在AFC專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用

在解決了支付媒介的安全性和可采性問(wèn)題后，基于信用支付的應(yīng)用平臺(tái)就可蓄勢(shì)而發(fā)了，那么其在城市軌道交通AFC領(lǐng)域的應(yīng)用前景又如何呢。

目前大部分城市軌道交通AFC系統(tǒng)的架構(gòu)基本都是采用的五層架構(gòu)即ACC（清分中心）、LCC（線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）、SC（車(chē)站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）、SLC（站廳終端設(shè)備）以及車(chē)票。以車(chē)票為媒介的購(gòu)票方式需要乘客先在TVM（自動(dòng)售票機(jī)）上使用現(xiàn)金購(gòu)票，再通過(guò)閘機(jī)刷卡進(jìn)站實(shí)現(xiàn)乘車(chē)扣費(fèi)，這需要乘客先購(gòu)票再進(jìn)站，還要準(zhǔn)備零錢(qián)，如遇大客流排隊(duì)購(gòu)票和排隊(duì)進(jìn)站的人員會(huì)形成對(duì)沖，一方面增加了乘客滯留車(chē)站的時(shí)間，降低通行效率，另一方面AGM要回收票卡，TVM要補(bǔ)票（將閘機(jī)回收的單程票換到TVM中）、補(bǔ)幣（用于找零的硬幣），運(yùn)營(yíng)結(jié)束后還要進(jìn)行錢(qián)款的回收清點(diǎn)，工作量較大。

3.1 二維碼技術(shù)的場(chǎng)景應(yīng)用

近些年AFC專(zhuān)業(yè)又推出了“二維碼乘車(chē)”技術(shù)，乘客使用軌道交通公司指定的APP購(gòu)票，在通過(guò)關(guān)聯(lián)的賬號(hào)支付成功后，手機(jī)端會(huì)生成一個(gè)二維碼，以此作為支付媒介實(shí)現(xiàn)“刷碼”扣費(fèi)進(jìn)出站，這種方式優(yōu)點(diǎn)在于省去了購(gòu)票環(huán)節(jié)，節(jié)省了單程票的使用，且可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)端自主充值，乘客通行速度大幅提高。弊端在于乘客必須要攜帶智能手機(jī)，且要下載APP并關(guān)聯(lián)支付賬戶。可當(dāng)乘客沒(méi)有智能手機(jī)或手機(jī)沒(méi)電的情況下就無(wú)法進(jìn)出站。其次二維碼支付存在重復(fù)刷卡的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)AGM設(shè)備網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，為優(yōu)先保證乘客出站AGM會(huì)進(jìn)入孤島（離線）工作模式，此時(shí)閘機(jī)不能與后臺(tái)對(duì)二維碼進(jìn)行校驗(yàn)，會(huì)造成二維碼重復(fù)刷卡出站。因此二維碼支付對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，包括清分層應(yīng)用軟件的可靠性都提出了較高要求，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致二維碼支付異常，造成乘客無(wú)法正常進(jìn)出站或者短款[4]。

3.2 生物識(shí)別的場(chǎng)景應(yīng)用

相比之下生物識(shí)別+信用支付是以人體生物特征為媒介的支付方式，避免了依賴移動(dòng)終端的特定場(chǎng)景，只需要將個(gè)人的生物特征（人臉或指掌紋等）與支付賬號(hào)綁定，并且完成與AFC系統(tǒng)的認(rèn)證即可實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)在于支付媒介的不可遺忘性、不可復(fù)制性，對(duì)于不會(huì)使用智能手機(jī)的老年人、特殊人群（享受免費(fèi)乘車(chē)的殘疾人）、車(chē)站工作人員更加便利，省去了車(chē)站人為辨別各類(lèi)證件真?zhèn)蔚沫h(huán)節(jié)。其次是通行過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)無(wú)感支付，省去了乘客找卡、刷新二維碼和刷卡的過(guò)程，通行效率更優(yōu)。且人臉數(shù)據(jù)與共個(gè)人支付賬號(hào)綁定后，即便出現(xiàn)漏刷問(wèn)題下次乘車(chē)時(shí)仍可進(jìn)行補(bǔ)款。

以應(yīng)用最為廣泛的人臉支付為例，其系統(tǒng)通常采用三層架構(gòu)，自下而上分別是第一層終端設(shè)備層、第二層算法比對(duì)層和第三層監(jiān)控管理層。

第一層終端設(shè)備層，設(shè)備主要集中在進(jìn)出站閘機(jī)上，主要作用是通過(guò)閘機(jī)上的攝像頭對(duì)乘客人臉圖像進(jìn)行捕捉，同時(shí)將圖像信息上傳至車(chē)站的人臉?biāo)惴ū葘?duì)服務(wù)器，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，再通過(guò)服務(wù)器反饋的比對(duì)結(jié)果執(zhí)行開(kāi)門(mén)或拒絕操作。

第二層是算法比對(duì)層，設(shè)備主要集中在車(chē)站服務(wù)器，主要作用一是存儲(chǔ)人臉特征庫(kù)，對(duì)閘機(jī)上傳的人臉圖像檢索并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，通過(guò)匹配結(jié)果得出放行還是拒絕指令，再將指令反饋給閘機(jī)執(zhí)行。二是進(jìn)行對(duì)比建模，對(duì)閘機(jī)上傳的人臉圖像進(jìn)行建模，同時(shí)要將圖像信息與黑名單數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)。另外人臉數(shù)據(jù)庫(kù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)人群的檢索比對(duì)。

第三層是監(jiān)控管理層，主要作用是系統(tǒng)管理人員對(duì)車(chē)站人臉庫(kù)進(jìn)行維護(hù)升級(jí)，也可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)管理的要求出具相關(guān)業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

從目前各城市軌道交通AFC設(shè)備的現(xiàn)狀看，對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的引入可在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，首先是增加人臉注冊(cè)設(shè)備，可通過(guò)增設(shè)人臉注冊(cè)機(jī)，也可以通過(guò)已經(jīng)上線的二維碼支付平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客人臉數(shù)據(jù)的采集，然后對(duì)所采集的信息進(jìn)行審核，對(duì)審核通過(guò)的人員注冊(cè)其ID與Face到核準(zhǔn)人員人臉信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)人臉信息數(shù)據(jù)庫(kù)推送到每個(gè)車(chē)站的算法識(shí)別服務(wù)器上，以確保每個(gè)車(chē)站都具備授權(quán)的人臉信息。這其中最重要的有兩點(diǎn)，一是對(duì)人臉信息采集的可靠性，要保證所采集到的人臉圖像具有高檢測(cè)率和高可靠性，這將直接影響刷臉支付的數(shù)據(jù)處理效率，從而影響乘客的通過(guò)時(shí)效。第二是對(duì)于乘客人臉數(shù)據(jù)的安全防護(hù)措施。一方面人臉信息涉及乘客隱私，另一方面大數(shù)據(jù)時(shí)代人臉信息所綁定的賬戶信息越來(lái)越多，乘客人臉信息的泄漏會(huì)造成不可預(yù)估的巨大損失，所以對(duì)于人臉數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性保密性管理也是人臉識(shí)別技術(shù)中須重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

其次在算法比對(duì)層的建設(shè)過(guò)程中要建設(shè)存儲(chǔ)服務(wù)器，以存儲(chǔ)導(dǎo)入后的常住人口人臉特征庫(kù)，同時(shí)要考慮重點(diǎn)關(guān)注人群灰名單、黑名單、特殊人群名單的導(dǎo)入和對(duì)外接口，要充分考慮到未來(lái)運(yùn)營(yíng)所需的數(shù)據(jù)庫(kù)冗余及備份需求。比對(duì)服務(wù)器要實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉抓拍設(shè)備傳送過(guò)來(lái)的人臉圖像進(jìn)行建模，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與黑名單數(shù)據(jù)庫(kù)的人員信息進(jìn)行比對(duì)。

接口服務(wù)器主要用于與終端設(shè)備交互、人臉比對(duì)、數(shù)據(jù)流交互以及對(duì)人臉庫(kù)在線進(jìn)行維護(hù)?？筛鶕?jù)票務(wù)管理要求設(shè)定必要數(shù)據(jù)的后臺(tái)導(dǎo)出給監(jiān)控管理層，用于客流數(shù)據(jù)的分析。

監(jiān)控管理層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)注冊(cè)人員的人臉信息進(jìn)行后臺(tái)維護(hù)以及對(duì)所有算法比對(duì)服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也可以根據(jù)管理要求出具相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表。

人臉識(shí)別主要解決方案如下圖所示：

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著生物識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步和5G網(wǎng)絡(luò)的加持，移動(dòng)支付、生物支付技術(shù)的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，終將成為未來(lái)的主流支付方式。而AFC設(shè)備向生物識(shí)別支付方式的技術(shù)改造方案也會(huì)越來(lái)越多，這不僅大幅提高了乘客通過(guò)閘機(jī)的效率，提升了乘客無(wú)感支付的體驗(yàn)，同時(shí)還減少了運(yùn)營(yíng)管理人員的工作量，所以無(wú)論是運(yùn)營(yíng)商還是乘客都更樂(lè)于接受這種新的支付方式，未來(lái)將生物識(shí)別會(huì)是一種新潮流。

參考文獻(xiàn)：

[1]李道全.城市軌道交通AFC系統(tǒng)支付方式現(xiàn)狀及發(fā)展[J].都市快軌交通，2016（1）：59-62.

[2]景應(yīng)娟，董育寧.生物特征識(shí)別技術(shù)綜述[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，25（2）：27-32.

[3]宋丹.生物識(shí)別技術(shù)及其在金融支付安全領(lǐng)域的應(yīng)用[J].信息安全研究，2016（1）：27-32.

[4]楊政軍.二維碼電子車(chē)票在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2016（4）：78-82.