铁路电子客票载体选型及应用研究

李士达

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081)

铁路全面推行电子客票，实施信息化手段，将传统纸质车票运输合同、乘车凭证、报销凭证3种属性进行有效分离[1-4]，成为全新的铁路客票票制，对提升旅客出行体验、提高客运生产作业效率起到了积极的促进作用。铁路电子客票载体作为旅客乘车出行的一种凭证，在发售车票的过程中，可以将车票信息写入载体，或将车票信息与载体信息相关联，并在验检票环节从载体中直接读取电子客票信息，或根据载体的惟一标识从中国铁路客票发售和预订系统(以下简称“客票系统”)内查询车票信息，实现电子客票的出行使用。适当的铁路电子客票载体，除需具有惟一标识信息和安全存储车票信息的基本特点，还需要满足旅客多样化的出行需求和便于车站验检票办理需要，从而充分发挥电子客票便捷化出行作用。

1 铁路电子客票载体的选型分析

从旅客实际使用的角度出发，电子客票的载体应具有较高的旅客接受程度，便于旅客携带和使用；从旅客便捷出行的角度出发，铁路电子客票载体应具有机具快速识读的能力，在验检票过程中载体内信息能够快速读出，进而完成车票信息的检索和核验；从铁路应用的角度出发，电子客票载体应具有技术成熟、性能可靠、造价合理的特点，兼容铁路既有客运设备，以节约投资，降低实施成本。借鉴航空、国外铁路和城市轨道交通电子客票的运用经验，结合我国铁路客运服务生产的实际情况，选择适合我国铁路的电子客票载体。

1.1 实名制购票证件类载体选型

实名制购票证件类载体可按照是否支持机具读取分为可识读证件和不可识读证件2类，其中可识读证件包括中华人民共和国居民身份证(身份证)、港澳居民居住证、台湾居民居住证、外国人永久居留证(外留证)、台湾居民来往内地通行证(台胞证)、港澳居民来往内地通行证(回乡证)、护照等；不可识读证件包括户口本、军官证、海员证、临时身份证等。目前全路列车车票均已实现实名制售票，将身份信息与购票信息实现了数据关联[5]，因而旅客的实名制购票证件是电子客票载体的首要选项。从证件的使用比例来看，目前约98.7%的旅客使用身份证作为自己的购票和乘车的证件，并且车站人工售票窗口、代售点、自动售票机和自动检票机均支持身份证识读功能，同时自2011年起部分互联网购票旅客已实现在车站刷身份证检票乘车[6]，因而身份证较适宜作为电子客票载体选型。同时，港澳居民居住证、台湾居民居住证、外国人永久居留证等证件在技术规范和读取方式上与身份证相类似[7]，也可作为电子客票的载体使用；台胞证、回乡证、护照等旅行证件在识读技术上与身份证存在较大差别[8]，需要自动检票机安装特殊读卡器才能识读，只有在具备读取条件的车站才能作为电子客票载体使用，不具备读取条件的车站按不可识读证件应用；其他如户口本、军官证、海员证、临时身份证等证件虽可作为乘车凭证，但由于缺少读取设备或升级改造成本较高，暂不宜作为电子客票的载体使用。

1.2 条码类载体选型

条码类载体主要包括一维条码和二维条码。一维条码由于数据容量较少[9]，不符合铁路客票使用需求，现已全部被二维条码取代，不宜作为电子客票载体使用。二维条码数据容量大，社会接受程度高，具有读取速度快，设备采购、安装成本较低的特点，在城市轨道交通和其他行业中已有成功应用[10-11]。使用时可将车票信息以加密方式存储于二维条码中，通过二维条码扫描器，配合解密设备，即可实现车票信息的快速获取和查验，但二维条码易被转发和分享，容易引起车票盗用和冒用等问题的发生。在对旅客出行过程和检票业务场景的分析后发现，打印在纸面或保存于邮件中的静态二维条码，虽不宜作为电子客票载体使用，但在验检票环节中可以作为不可识读证件验检票的一种辅助手段，工作人员通过扫描二维条码图片，还原车票和实名制信息后[12]，由人工比对二维条码内保存的乘车人信息是否与旅客提供的证件信息一致。为了方便旅客使用二维条码验检票，降低身份证使用频次，避免证件丢失，在检票环节中可将二维条码设计为动态形式，条码内容随时间变化而自动变化，检票过程中在检验条码内车票信息的同时，验证条码生成时间，与当前时间的差值超过设定阈值后判为无效，保证二维条码不可转发使用。

1.3 生物特征信息类载体选型

生物特征信息主要包括人脸信息、指纹信息、虹膜信息等。人脸识别技术主要是通过对人脸特征的提取与对比来进行身份识别，具有图像自动抓取、隔空识别、准确率高、非接触性等特点[13]，2017年已在铁路实名制核验进站环节中投入运用，并得到了旅客的接受和认可。在将人脸信息作为电子客票载体检票使用时，为了提高识别效率，提升识别准确性，可在旅客办理实名制核验时，采集并留存旅客人脸信息，并按旅客所购车票的车次进行分组，减少检票时人脸比对样本数量，提高业务办理效率。检票时根据候检旅客人脸信息和开检车次在系统中先后完成身份确认、车票信息检索和车票检票等操作。列车运行过程中，旅客的人像信息需根据票面到站，通过客票网络传输至到达站服务器内，以便旅客在到站后仍可刷脸检票出站，但其在应用时易受到车站光照环境、客票网络带宽、旅客适应程度等因素的影响，特别是大量的人脸数据在客票系统网络内传输，会占用大量带宽影响其他业务的办理，实际运用效果仍需进一步测试和验证，目前暂不宜将人脸信息作为电子客票载体推广使用。指纹识别和虹膜识别也是较为常见的身份识别技术，但指纹识别对旅客及使用环境的要求较高，手指的清洁度、皮肤的完整性，以及环境的湿度对识别结果均有一定的影响，此外指纹识别属于接触性采集，细菌、病毒可能通过指纹采集设备在旅客之间进行相互传播；虹膜识别技术虽不需要物理接触且可靠性高，但相关设备造价高、投入大，不利于大范围推广使用，因而指纹和虹膜暂不宜作为电子客票载体使用。

1.4 手机芯片类载体选型

手机芯片类载体选型主要有NFC芯片和蓝牙芯片，目前大部分手机在出厂时均配置这2种芯片，具备与自动检票机无线通讯的能力。NFC芯片具有通讯速度快、无电条件下也可正常通讯的特点[14]，应用时可将电子客票数据通过12306手机App存储到手机的NFC芯片中，检票时自动检票机与手机NFC芯片进行数据交互，实现车票信息的核验，同时还可避免旅客手机无电情况下无法检票的问题，但由于部分主流品牌手机限制第三方应用对NFC芯片的数据存储权限，导致较多旅客无法正常使用该项服务，因而NFC芯片暂不宜作为电子客票载体使用。蓝牙芯片作为电子客票载体使用时，可将电子客票数据通过蓝牙芯片发送给自动检票机，检票机接收到数据后完成检票操作。但在实际使用过程中，蓝牙芯片需要在与自动检票机完成配对操作后再进行数据传输，且目前手机蓝牙芯片的传输距离较远，不同检票通道排队旅客的蓝牙配对操作可能相互影响，不利于旅客的便捷出行，因而蓝牙芯片目前不宜作为电子客票载体使用。

1.5 选型比较分析

实名制购票证件、条形码、生物特征和手机芯片4类电子客票载体选型，均符合作为电子客票载体的可存储电子客票信息，或具备可机读惟一标识信息的基本要求。以身份证为代表的可识读身份证件作为旅客出行时的必备物品，具有旅客接受程度高、携带方便、验检票操作简便、安全可靠且车站基础设备设施齐全的特点；动态二维码具相似的特点，既有自动检票机虽暂不具备识读能力，但通过简单的硬件改造即可实现二维条码信息的读取，施工难度和改造成本相对降低，动态二维条码内数据加密存储且不易被复制传播，具备较高实用性；生物特征信息在实际应用中对光照、温湿度等环境条件均有一定的要求，在旅客便捷出行方面存在一定问题；手机芯片类载体目前对老人或不熟悉手机操作的人群并不友好，并且受限于部分手机厂商的安全保护限制和实际的操作方式，在实际应用过程中存在不便。因此，在电子客票应用推广初期优先选择可识读身份证件和动态二维条码作为电子客票的载体。

2 铁路电子客票载体应用研究

以可识读身份证件和动态二维条码为载体的电子客票应用逐步成熟，目前已在全路2 600多个客运车站得到应用。通过采用电子客票载体替代传统纸质车票，实现旅客的无纸化出行，不仅免去了旅客进站前的取票环节，也为铁路运输企业节约了大量的票纸运用。

2.1 基于可识读身份证件的电子客票载体应用

可识读身份证件作为电子客票载体替代纸质车票后，旅客在购票、实名制核验进站、乘车、出站检票、列车查票以及行程变更业务的办理过程中，只需出示身份证件即可，同时旅客还可通过身份证件在车站内新增的自助设备上打印行程信息提示，获取准确的开车时间、检票位置和席位信息。全部电子客票数据均集中存储于中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)及同级客票系统的系统架构下，客运高峰期的业务办理需要将对整个系统，特别是存储电子客票数据的服务器产生巨大的访问压力，因而在电子客票载体的应用过程中，需要从电子客票的数据结构和系统结构上进行优化，以保证业务办理的顺畅程度。

为提升业务办理效率，设计采用了全新的多维数据模型—旅客服务记录单(Passenger Service Record，PSR)对集中存储的电子客票数据进行存储，该模型在存储数据时，通过以旅客实名制身份信息为核心，以购票、候车、进站、乘车、出站等客运信息为基础，以约车、餐饮、住宿、接送站、服务反馈等个性化服务信息为外延进行结构设计。PSR数据模型结构图如图1所示。

图1 PSR数据模型结构图Fig.1 PSR data model structure

客票系统将以订单信息为核心的客票数据结构，转变为以乘车旅客实名制信息为核心的PSR数据结构，提升以证件内身份信息为条件的检索效率。旅客的全部出行过程均围绕PSR数据开展，每张电子客票均会生成一条PSR记录，旅客每次进站、检票、出站、列车查验均依赖PSR数据，并在PSR数据内记录办理结果。电子客票业务流示意图如图2所示。

图2 电子客票业务流示意图Fig.2 Business flow of electronic ticket service

由于PSR集群需要为全路车站的验检票等业务提供数据服务，在系统结构上采用了分节点的内存数据库集群方式，通过哈希算法以身份证号码为关键值将PSR数据分散存储在不同的服务节点中，外部采用应用导航和负载均衡器均匀分散服务集群的压力，降低单一节点访问热度，保障系统的高性能服务能力。通过以可识读身份证件为载体的检票应用和PSR数据服务，车站自动检票机的平均检票时间由3.8 s/人降至1.3 s/人[15]，作业效率得到大幅提高。同时可识读身份证件作为电子客票载体替代了纸质车票，非接触式的电子读取方式替代接触式的机电读取方式，使自动检票机的机械故障率得以大幅降低，旅客整体出行更为顺畅，车站客运组织效率也得到进一步的提升。

2.2 基于动态二维条码的电子客票载体应用

旅客在使用动态二维条码作为电子客票载体出行时，购票和实名制核验进站流程中均需提供有效身份证件。但在检票乘车和出站过程中，可通过动态二维条码完成检票操作，减少身份证件的使用频次，避免证件丢失带来的不便。旅客在排队等候检票的过程中，可通过12306手机APP申请“检票码”，检票码为动态形式，按系统设定间隔自动刷新，检票时检票机同时解密还原该二维条码内的车票信息和生成时间，判断检票码生成时间是否符合业务设定，在生成时间与车票信息全部符合检票规则的前提下，自动检票机为旅客开闸放行。

为实现动态二维条码的检票业务，车站内的自动检票机增配了二维条码读卡器，用于读取旅客手机内的二维条码，同时国铁集团内增设了电子客票二维码服务器集群，为全路车站和12306用户提供统一的二维条码生码和解密服务。旅客通过APP申请二维条码时，服务集群根据旅客提交的电子客票信息，采用自研算法和专用加密设备对数据进行加密处理，并按特定数据格式对加密数据进行重新组合后返还移动终端，再由移动终端内的APP生成二维条码图片，实现动态二维条码检票。动态二维条码检票业务流示意图如图3所示。

图3 动态二维条码检票业务流示意图Fig.3 Ticket check operation flow with Dynamic QR-code

3 结束语

电子客票作为铁路票制的一次重大变革，其应用对于提升人民群众出行获得感、幸福感，推动客运服务提质增效有着重要的意义，其载体选择的合理性关系到旅客出行的服务体验和车站客运生产的作业效率。以可识读身份证件和动态二维条码作为铁路电子客票的载体，能够实现旅客“无纸化”的绿色出行，满足客运生产作业效率提升和经营成本降低的需要，为铁路智能客运服务奠定基础。随着科技的进步和社会的发展，可进一步研发其他铁路电子客票载体，不断提升铁路服务品质和现代化水平，满足人民群众对美好出行的追求。