新一代智慧型AFC系统互联网单程票技术方案

吕 欢，吴 松，郭 戈，卢肖静

（中铁电气化局集团有限公司，北京 100166）

早期，城市轨道交通自动售检票（AFC ，Automatic Fare Collection）系统仅支持实体票卡，包括单程票和储值票及其他优惠票种。为了适应互联网应用，脱离物理介质，互联网购票得到了广泛应用，实现了人脸识别检票或扫描二维码进出站。

乘客通过使用手机App，可提前购买单程票，通过选择票价和张数并完成网上支付，在30天内凭借二维码或数字验证码，在车站的自动售票机（TVM，Ticket Vending Machine）上取票。TVM仅可取实体卡单程票。

电子票是乘客使用自动检票机采用人脸识别方式或二维码通过轨道交通App或其授权第三方App通过电子支付方式购买的虚拟车票。乘客刷脸或将智能手机App中的二维码对准检票机扫描器，直接进出站，实现先乘车、使用后付费。本地常旅客通过App平台进行人脸识别实名制登记和审核，并通过通信网络与线网中心的人脸识别平台对接。乘客登记信息包括身份证号和人脸识别图像，并绑定相关支付（银行卡、微信、支付宝等）手段。

但手机App注册电子票并不适合临时旅客及外地旅客。针对临时旅客及外地旅客使用互联网票种的需求，进一步增加互联网票种在AFC系统中的使用比率，本文进行了互联网单程票技术方案的研究。

1 方案总体架构

1.1 方案实际目标

针对临时旅客及外地旅客使用互联网票种的需求，通过增加自动售票机发售人脸识别单程票、纸质二维码单程票，降低IC卡单程票的使用比率，提升轨道交通AFC系统的运营服务水平，降低采购IC卡单程票和因IC卡单程票流失补充采购的费用。对于乘客，选择互联网单程票出行，出闸无须回收，既方便快捷，又可避免因IC卡单程票重复使用和接触带来的疾病传播风险，更利于疫情防控。

1.2 系统构成方案

自动售检票系统由清分系统、互联网票务平台线路中央计算机系统、车站计算机系统、车站终端设备、传输通道和车票构成，如图1所示[1]。

图1 系统构成

系统增加人脸识别单程票、纸质二维码单程票对系统每一级架构带来的影响和改变如下。

第1层：互联网平台增加支持人脸识别单程票、纸质二维码单程票的有效性检查、乘客形成OD匹配、扣费等功能，清分系统增加人脸识别单程票、纸质二维码单程票线路间清分功能。

第2层：线路中央计算机系统增加存储全线人脸识别单程票、纸质二维码单程票的购票、检票、补票等交易。

第3层：车站计算机系统增加存储本站人脸识别单程票、纸质二维码单程票购票、检票、补票等交易。

第4层：车站自动售票机增加支持发售人脸识别单程票、纸质二维码单程票，自动售票机需要增加采集人脸识别的摄像头，以及打印纸质二维码单程票的打印机。自动检票机支持人脸识别单程票、纸质二维码单程票过闸功能。

第5层：增加票种人脸识别单程票、纸质二维码单程票。

2 互联网单程票售检票关键技术

2.1 对自动售检票设备的技术改进

（1）售票类设备短期内实体单程票无法完全被电子化单程票取代，因此传统单程票处理模块仍然需要部分保留，和现金模块类似，仅保留极少部分。

（2）检票类设备高度集成化，轻量化（乘客显示屏与人脸识别模组高度集成）。

（3）地铁自动售票机除了支持发售IC卡单程票，增加支持发售人脸识别单程票、纸质二维码单程票等互联网票种。支付、取票均在地铁车站完成，防止乘客出现线上购票、未在有效期内线下取票的问题，增加互联网单程票过闸功能。

（4）乘客使用自动售票机购买人脸识别单程票，出站后人脸识别信息从人脸识别库后台中核销。

（5）纸质二维码单程票由地铁自动售票机发售的专用车票，由乘客在TVM选定起止站或票价并支付后，TVM打印的纸质票卡有失效时间，且只能用于一次进站和出站。二维码通过交通部二维码规范生成，采用不记名方式。

2.2 改进后的人脸识别单程票售检票关键技术

2.2.1 人脸识别系统

在互联网票务平台设置一套人脸识别系统，包括人脸识别计算节点、存储节点、分析节点。车站设置GPU服务器，由于实现中心与车站网络故障时实现应急人脸识别服务。

车站人脸识别终端定期将采集的人脸识别信息更新至后台人脸识别库，建库抽取特征是对人像进行检索比对的前提。

（1）计算节点：根据车站上传的一张或多张人脸识别照片，在人脸照片库中人像检索，系统返回相似度最高的人脸照片倒序排列。建库时系统会对人脸照片进行抽特征的操作，此后特征值将加载在内存中，用于检索比对。计算节点负责对乘客注册的照片和通行时的人脸识别抓拍照提取人脸识别特征，为人脸识别搜索服务提供必要数据[2]。人脸识别系统计算节点能够将车站采集的人像图片与互联网票务平台下发的刷脸进站白名单库进行实时比对，白名单乘客允许进站。人脸识别算法具备多算法聚合，支持多家主流算法的接入管理，深度学习和算法训练。人脸识别系统应用的比对算法能够支持多种部署方式：设备本地、边缘服务器、远程、代理部署。支持跨渠道匹配：支持脸进码出，码进脸出[3]。

（2）存储节点：用于存储人脸识别库数据、存储抓拍人脸识别照片及进出站信息，支持人脸识别特征数据实时更新。同时用于进出站时的人脸识别特征数据比较，以及人脸识别票异常处理时的人脸识别特征数据查询、更新等服务，以便应对审计及客诉处理需求，人脸识别处理能力要求达到百万级[4]。

（3）分析节点：配置人脸识别算法服务器及搜索服务器，统计和存储注册的人脸识别数据信息并处理前端请求，将注册信息上传至设在清分中心系统的中央数据服务器，前端与后台比对信息，负责对各站点计算节点及存储节点统一管理，数据同步；将各站点传回数据信息与系统平台对接，实时接收系统平台更新的目标白名单库，下发新任务至各车站的计算节点。

（4）人脸识别系统支持线网中心人脸识别系统与线路车站系统之间的人脸识别数据同步，车站可同步设置人脸识别比对轻量化数据库，仅包括人脸识别注册常乘客及当日购买人脸识别单程票的乘客人脸识别信息[5]。

（5）线网中心或线路车站离线时通过车站GPU服务器完成常乘客的进出站；其他乘客可通过相同实名账户的二维码出站。人脸识别单程票购票完成后同时将人脸识别信息推送至进出两站的GPU服务器中。

2.2.2 TVM发售人脸识别单程票移动支付方案

由乘客在TVM操作选择人脸识别单程票购买，需要选择到达站点。TVM采集乘客的人脸识别信息，调用线网中心人脸识别系统人脸识别接口进行人脸识别采集和登记。人脸识别单程票仅当日一次使用有效，乘客出站后，其人脸识别信息从人脸识别库后台中核销。TVM发售人脸识别单程票移动支付方案，如图2所示。

图2 TVM发售人脸识别单程票移动支付方案

TVM人脸识别单程票购买成功后支持同时打印购票凭证，乘客可凭购票凭证在半自动售票机进行人脸识别票的异常情况处理[6]。

2.2.3 人脸识别单程票检票方案

人脸识别单程票检票方案，如图3所示。

图3 人脸识别单程票检票方案

（1）人脸识别核验身份

乘客走到终端设备前，由闸机人脸识别摄像头检测并采集人脸信息。自动检票机集成人脸识别终端，具备人脸识别采集、活体检测、特征值存储等功能，能够提供乘客使用APP人脸识别电子票、人脸识别单程票过闸功能。采用多模态摄像头：二维人脸识别、三维人脸识别结合高清眼部特征采集，通过细节特征比对，实现对双胞胎，相似人脸识别的精准识别，能够抵御照片、手机视频进行伪造人脸识别攻击的场景；调用中心人脸识别服务器识别接口（1∶N），返回核验结果[7]。

（2）人脸识别比对

核验成功生成用户ID，若识别失败，则提醒用户人脸识别信息未注册；若识别成功，则自动检票机调用ITP中心检票接口，进行行程检查判断。闸机上位机将刷脸交易数据上传至软件开发工具包（SDK，Software Development Kit），SDK负责查重，黑名单拦截，合法性验证开闸。SDK向互联网票务平台发送人脸识别过闸交易请求，互联网票务平台负责账户、票务业务、行程、订单等进行管理。互联网票务平台下发人脸识别进出站通知给刷脸模块；刷脸模块将人脸识别进出站图片上传给互联网票务平台[8]。

3 改进后技术效果

本文引入新一代智慧型AFC系统理念后，通过增加了互联网单程购票票种，提出了对现有售检票设备软件的改进流程。除了支持发售实体票（传统的IC卡票），增加支持人脸识别单程票、纸质二维码单程票等互联网票种，可满足不同人群不同的购票需求，更加人性化、智慧化。乘客既可以选择现金支付、实体票和人工售补票服务，也可选择移动支付、互联网票和自助售补票服务，方便快捷、舒适度高。系统软件对纸质二维码单程票、人脸识别单程票的应用支持既了临时旅客使用的单程票种类，减少了因传统IC卡单程票反复使用导致的疾病接触式传播的风险。

纸质二维码单程票作为应急票种，每次只允许乘客购买一张，出站后不回收。自动检票机扫码生成AFC进出站交易，交易数据格式能够与读写实体票卡产生的交易数据保持一致，能够正常实现SC及MLC、ACC入库并上传至ITP系统，保障整个系统交易数据的完整性、客流数据的准确性。

自动检票机高度集成乘客显示器、人脸识别摄像机，具备活体检测、抓拍功能，可实现乘客无感通行。人脸识别技术更加精准，乘客即使戴着口罩，系统也可精准比对人脸识别特征，实现乘客顺利通行。

自动检票机支持二维码票与人脸识别票的混刷。无论采用何种票种，闸机具有40人/min的通行能力。

4 结束语

人脸识别单程票作为一种无介质单程票，纸质二维码单程票作为一种应急票种，可满足临时出行乘客、外地乘客对互联网票种的需求，并减少实体卡单程票及其相关设备的投资和运维成本，能够提高临时乘客、外地乘客的出行体验和运营服务水平，同时能够提高地铁AFC系统的防疫能力。