新一代智慧型AFC系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)單程票技術(shù)方案

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(dòng)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(chǔ)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(shí)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(jià)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(dòng)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(dòng)檢票機(jī)采用人臉識(shí)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(duì)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(tái)進(jìn)行人臉識(shí)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(shí)別平臺(tái)對(duì)接。乘客登記信息包括身份證號(hào)和人臉識(shí)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(cè)電子票并不適合臨時(shí)旅客及外地旅客。針對(duì)臨時(shí)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(duì)臨時(shí)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(dòng)售票機(jī)發(fā)售人臉識(shí)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(duì)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(xiǎn)，更利于疫情防控。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成方案

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)由清分系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)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(shí)別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票對(duì)系統(tǒng)每一級(jí)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(tái)增加支持人臉識(shí)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(shí)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(chǔ)全線人臉識(shí)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(chǔ)本站人臉識(shí)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(dòng)售票機(jī)增加支持發(fā)售人臉識(shí)別單程票、紙質(zhì)二維碼單程票，自動(dòng)售票機(jī)需要增加采集人臉識(shí)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(dòng)檢票機(jī)支持人臉識(shí)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(shí)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(duì)自動(dòng)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(shí)別模組高度集成）。

（3）地鐵自動(dòng)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(shí)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(dòng)售票機(jī)購買人臉識(shí)別單程票，出站后人臉識(shí)別信息從人臉識(shí)別庫后臺(tái)中核銷。

（5）紙質(zhì)二維碼單程票由地鐵自動(dòng)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(jià)并支付后，TVM打印的紙質(zhì)票卡有失效時(shí)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(shí)別單程票售檢票關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 人臉識(shí)別系統(tǒng)

在互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)設(shè)置一套人臉識(shí)別系統(tǒng)，包括人臉識(shí)別計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)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(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急人臉識(shí)別服務(wù)。

車站人臉識(shí)別終端定期將采集的人臉識(shí)別信息更新至后臺(tái)人臉識(shí)別庫，建庫抽取特征是對(duì)人像進(jìn)行檢索比對(duì)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(shí)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(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)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(duì)。計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)乘客注冊(cè)的照片和通行時(shí)的人臉識(shí)別抓拍照提取人臉識(shí)別特征，為人臉識(shí)別搜索服務(wù)提供必要數(shù)據(jù)[2]。人臉識(shí)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(tái)下發(fā)的刷臉進(jìn)站白名單庫進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，白名單乘客允許進(jìn)站。人臉識(shí)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(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用的比對(duì)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(chǔ)節(jié)點(diǎn)：用于存儲(chǔ)人臉識(shí)別庫數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)抓拍人臉識(shí)別照片及進(jìn)出站信息，支持人臉識(shí)別特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新。同時(shí)用于進(jìn)出站時(shí)的人臉識(shí)別特征數(shù)據(jù)比較，以及人臉識(shí)別票異常處理時(shí)的人臉識(shí)別特征數(shù)據(jù)查詢、更新等服務(wù)，以便應(yīng)對(duì)審計(jì)及客訴處理需求，人臉識(shí)別處理能力要求達(dá)到百萬級(jí)[4]。

（3）分析節(jié)點(diǎn)：配置人臉識(shí)別算法服務(wù)器及搜索服務(wù)器，統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)注冊(cè)的人臉識(shí)別數(shù)據(jù)信息并處理前端請(qǐng)求，將注冊(cè)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(tái)比對(duì)信息，負(fù)責(zé)對(duì)各站點(diǎn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)及存儲(chǔ)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(tái)對(duì)接，實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)別系統(tǒng)支持線網(wǎng)中心人臉識(shí)別系統(tǒng)與線路車站系統(tǒng)之間的人臉識(shí)別數(shù)據(jù)同步，車站可同步設(shè)置人臉識(shí)別比對(duì)輕量化數(shù)據(jù)庫，僅包括人臉識(shí)別注冊(cè)常乘客及當(dāng)日購買人臉識(shí)別單程票的乘客人臉識(shí)別信息[5]。

（5）線網(wǎng)中心或線路車站離線時(shí)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(shí)別單程票購票完成后同時(shí)將人臉識(shí)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(shí)別單程票移動(dòng)支付方案

由乘客在TVM操作選擇人臉識(shí)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(shí)別信息，調(diào)用線網(wǎng)中心人臉識(shí)別系統(tǒng)人臉識(shí)別接口進(jìn)行人臉識(shí)別采集和登記。人臉識(shí)別單程票僅當(dāng)日一次使用有效，乘客出站后，其人臉識(shí)別信息從人臉識(shí)別庫后臺(tái)中核銷。TVM發(fā)售人臉識(shí)別單程票移動(dòng)支付方案，如圖2所示。

圖2 TVM發(fā)售人臉識(shí)別單程票移動(dòng)支付方案

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

2.2.3 人臉識(shí)別單程票檢票方案

人臉識(shí)別單程票檢票方案，如圖3所示。

圖3 人臉識(shí)別單程票檢票方案

（1）人臉識(shí)別核驗(yàn)身份

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

（2）人臉識(shí)別比對(duì)

核驗(yàn)成功生成用戶ID，若識(shí)別失敗，則提醒用戶人臉識(shí)別信息未注冊(cè)；若識(shí)別成功，則自動(dòng)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(tái)發(fā)送人臉識(shí)別過閘交易請(qǐng)求，互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)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(tái)下發(fā)人臉識(shí)別進(jìn)出站通知給刷臉模塊；刷臉模塊將人臉識(shí)別進(jìn)出站圖片上傳給互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)平臺(tái)[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(duì)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(shí)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(dòng)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(duì)紙質(zhì)二維碼單程票、人臉識(shí)別單程票的應(yīng)用支持既了臨時(shí)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(xiǎn)。

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(dòng)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(gè)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(dòng)檢票機(jī)高度集成乘客顯示器、人臉識(shí)別攝像機(jī)，具備活體檢測(cè)、抓拍功能，可實(shí)現(xiàn)乘客無感通行。人臉識(shí)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(duì)人臉識(shí)別特征，實(shí)現(xiàn)乘客順利通行。

自動(dòng)檢票機(jī)支持二維碼票與人臉識(shí)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(shí)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(shí)出行乘客、外地乘客對(duì)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(shí)乘客、外地乘客的出行體驗(yàn)和運(yùn)營服務(wù)水平，同時(shí)能夠提高地鐵AFC系統(tǒng)的防疫能力。