生物识别在AFC领域的应用展望

刘志强

摘 要：AFC系统作为城市轨道交通面向乘客的收费系统，因用户量大，支付频繁，安全要求高等特点，急需一种安全高效的支付和身份验证技术，以提高乘客通行效率，提升服务质量。而生物识别以其信号媒介高度的唯一性和信号识别过程的快捷无感性，加之信号传感器技术、信号采集器技术的成熟和成本的下降成为首选。本文以生物识别在AFC系统中的应用为研究点，对比了传统支付方式与生物识别支付方式在技术上和管理上的优缺点，并对未来的应用前景进行了分析。

关键词：生物识别;AFC系统;人脸识别

1 研究背景

随着计算机、光学、声学、生物传感器等技术的发展，生物识别技术所需的硬件条件日趋成熟，且凭借其高度的唯一性、便利性、安全性和低成本优势在我们生活中逐步普及開来。比如我们所熟知的手机的人脸解锁、指纹解锁、支付宝刷脸支付、指纹考勤等。这其中公共交通领域也在AFC专业开始了应用试点的研究，并且在各城市轨道交通企业逐步推广。

目前已在试点的城市有深圳地铁公司的“生物识别+信用支付”，其解决方案是由深圳地铁与腾讯、广电运通共同发布的拥有生物识别、无感支付等功能的方案。其次是北京地铁自主研发的新型闸机，添加了人脸识别屏幕和掌静脉扫描区，其中掌静脉扫描用以提高辨识度，为“人脸刷卡”提供辅助，避免误刷，同时还为闸机增加了安检功能[1]。另外苏州、郑州、徐州、广州、合肥等城市轨道交通企业也纷纷在AFC专业领域开始了人脸识别的应用试点。

2 生物识别的应用探索

那么生物识别在轨道交通的应用条件是否已经成熟，在推进的过程中还存在哪些困难，接下来我从运营管理的角度作一些探讨。

首先生物识别技术是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性（如指纹、脸相、虹膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定[2]。基于生物识别的身份验证可以确保信息系统的可用性、完整性、可验证性、机密性和隐私性来保障信息系统的安全。在完成了身份的验证后，就可以通过特定唯一的身份信息与信用支付绑定，形成“生物识别+信用支付”的生物支付功能，这相当于将采集到的用于绑定信用支付的人体特征定义为了支付媒介。

而且用于人体生物特征采集的生物特征传感器技术也日趋成熟，如CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体）等技术可将采集到的生物特征转变成图像信号，从而轻松实现生物特征的测量，最后再将其转化成计算机可以处理的数字信号[3]。这其中包括活体检测技术、生物特征信号质量评价技术、生物特征信号的校准技术、生物特征的匹配技术、生物特征表达与抽取技术、生物特征数据库检索与分类技术等，这些技术的应用大幅的提高了生物特征采集的安全性、隐私性、唯一性和便利性，这是生物识别的第一步也是最关键的一步，他保证了用于支付的“媒介”安全。目前国内首个达到该领域全球化检测合规性的公司是蚂蚁金服的ZOLOZ[蚂蚁佐罗]生物识别技术，不仅通过了ISO 30107-3标准认证，还通过了第三方权威机构iBeta的技术标准化测试。

3 生物识别在AFC专业的应用

在解决了支付媒介的安全性和可采性问题后，基于信用支付的应用平台就可蓄势而发了，那么其在城市轨道交通AFC领域的应用前景又如何呢。

目前大部分城市轨道交通AFC系统的架构基本都是采用的五层架构即ACC（清分中心）、LCC（线路中央计算机系统）、SC（车站计算机系统）、SLC（站厅终端设备）以及车票。以车票为媒介的购票方式需要乘客先在TVM（自动售票机）上使用现金购票，再通过闸机刷卡进站实现乘车扣费，这需要乘客先购票再进站，还要准备零钱，如遇大客流排队购票和排队进站的人员会形成对冲，一方面增加了乘客滞留车站的时间，降低通行效率，另一方面AGM要回收票卡，TVM要补票（将闸机回收的单程票换到TVM中）、补币（用于找零的硬币），运营结束后还要进行钱款的回收清点，工作量较大。

3.1 二维码技术的场景应用

近些年AFC专业又推出了“二维码乘车”技术，乘客使用轨道交通公司指定的APP购票，在通过关联的账号支付成功后，手机端会生成一个二维码，以此作为支付媒介实现“刷码”扣费进出站，这种方式优点在于省去了购票环节，节省了单程票的使用，且可以实现手机端自主充值，乘客通行速度大幅提高。弊端在于乘客必须要携带智能手机，且要下载APP并关联支付账户。可当乘客没有智能手机或手机没电的情况下就无法进出站。其次二维码支付存在重复刷卡的风险，当AGM设备网络故障时，为优先保证乘客出站AGM会进入孤岛（离线）工作模式，此时闸机不能与后台对二维码进行校验，会造成二维码重复刷卡出站。因此二维码支付对网络设备的稳定性、网络带宽要求较高，包括清分层应用软件的可靠性都提出了较高要求，任一环节出现问题都可能导致二维码支付异常，造成乘客无法正常进出站或者短款[4]。

3.2 生物识别的场景应用

相比之下生物识别+信用支付是以人体生物特征为媒介的支付方式，避免了依赖移动终端的特定场景，只需要将个人的生物特征（人脸或指掌纹等）与支付账号绑定，并且完成与AFC系统的认证即可实现。优点在于支付媒介的不可遗忘性、不可复制性，对于不会使用智能手机的老年人、特殊人群（享受免费乘车的残疾人）、车站工作人员更加便利，省去了车站人为辨别各类证件真伪的环节。其次是通行过程可以实现无感支付，省去了乘客找卡、刷新二维码和刷卡的过程，通行效率更优。且人脸数据与共个人支付账号绑定后，即便出现漏刷问题下次乘车时仍可进行补款。

以应用最为广泛的人脸支付为例，其系统通常采用三层架构，自下而上分别是第一层终端设备层、第二层算法比对层和第三层监控管理层。

第一层终端设备层，设备主要集中在进出站闸机上，主要作用是通过闸机上的摄像头对乘客人脸图像进行捕捉，同时将图像信息上传至车站的人脸算法比对服务器，与数据库中的人脸数据进行比对，再通过服务器反馈的比对结果执行开门或拒绝操作。

第二层是算法比对层，设备主要集中在车站服务器，主要作用一是存储人脸特征库，对闸机上传的人脸图像检索并与数据库中的数据进行匹配，通过匹配结果得出放行还是拒绝指令，再将指令反馈给闸机执行。二是进行对比建模，对闸机上传的人脸图像进行建模，同时要将图像信息与黑名单数据库进行比对。另外人脸数据库还可以实现对重点人群的检索比对。

第三层是监控管理层，主要作用是系统管理人员对车站人脸库进行维护升级，也可以根据运营管理的要求出具相关业务统计报表。

从目前各城市轨道交通AFC设备的现状看，对人脸识别技术的引入可在现有设备的基础上进行改造，首先是增加人脸注册设备，可通过增设人脸注册机，也可以通过已经上线的二维码支付平台实现对乘客人脸数据的采集，然后对所采集的信息进行审核，对审核通过的人员注册其ID与Face到核准人员人脸信息数据库中，通过人脸信息数据库推送到每个车站的算法识别服务器上，以确保每个车站都具备授权的人脸信息。这其中最重要的有两点，一是对人脸信息采集的可靠性，要保证所采集到的人脸图像具有高检测率和高可靠性，这将直接影响刷脸支付的数据处理效率，从而影响乘客的通过时效。第二是对于乘客人脸数据的安全防护措施。一方面人脸信息涉及乘客隐私，另一方面大数据时代人脸信息所绑定的账户信息越来越多，乘客人脸信息的泄漏会造成不可预估的巨大损失，所以对于人脸数据库的安全性保密性管理也是人脸识别技术中须重点考虑的问题。

其次在算法比对层的建设过程中要建设存储服务器，以存储导入后的常住人口人脸特征库，同时要考虑重点关注人群灰名单、黑名单、特殊人群名单的导入和对外接口，要充分考虑到未来运营所需的数据库冗余及备份需求。比对服务器要实现对人脸抓拍设备传送过来的人脸图像进行建模，同时要实现实时与黑名单数据库的人员信息进行比对。

接口服务器主要用于与终端设备交互、人脸比对、数据流交互以及对人脸库在线進行维护。可根据票务管理要求设定必要数据的后台导出给监控管理层，用于客流数据的分析。

监控管理层主要实现对注册人员的人脸信息进行后台维护以及对所有算法比对服务器的状态进行监控，同时也可以根据管理要求出具相关数据报表。

人脸识别主要解决方案如下图所示：

4 结束语

综上所述，随着生物识别技术的进步和5G网络的加持，移动支付、生物支付技术的应用范围会越来越广，终将成为未来的主流支付方式。而AFC设备向生物识别支付方式的技术改造方案也会越来越多，这不仅大幅提高了乘客通过闸机的效率，提升了乘客无感支付的体验，同时还减少了运营管理人员的工作量，所以无论是运营商还是乘客都更乐于接受这种新的支付方式，未来将生物识别会是一种新潮流。

参考文献：

[1]李道全.城市轨道交通AFC系统支付方式现状及发展[J].都市快轨交通，2016（1）：59-62.

[2]景应娟，董育宁.生物特征识别技术综述[J].桂林电子工业学院学报，2005，25（2）：27-32.

[3]宋丹.生物识别技术及其在金融支付安全领域的应用[J].信息安全研究，2016（1）：27-32.

[4]杨政军.二维码电子车票在自动售检票系统中的应用[J].城市轨道交通研究，2016（4）：78-82.