基于QR 二维码的地铁智能售票系统应用分析

吴冬

（太原轨道交通集团有限公司，山西太原 030032）

0 引言

二维码应用支付技术是近阶段互联网移动支付方式的有效体现。二维码应用支付技术比以往的条形码可以储存更多的有效信息，同时也能体现出更多的数据种类，二维码本身就拥有高信息量储存、高有效性、低成本等特点，并且可以储存各种不同种类的信息，如文字、声音、数字或图像等。随着我国互联网移动支付技术快速得到人们的接受，二维码支付技术在现代信息社会中发挥了至关重要的作用。当前，我国城市轨道交通互联网二维码支付技术主要集中体现在乘客使用二维码进出站模式上。通过拓宽城市轨道交通乘客购票方式，可以有效缓解乘客出行高峰时段车站自动售票设备和人工售票的排队压力，提高乘客的出行体验度[1-3]。目前多个城市的轨道交通单程票卡使用量占总出行量的40%左右，节假期间单程票的使用率达到了50%及以上，单程票使用率在国内城市轨道交通属于较高的水平。经推算，一般情况下，每名乘客平均购票时间约为45s，而当乘客使用大面额人民币购票时，每次购票时间超过1min（不含排队时间）。节假日期间的部分车站乘客需要在自动售票机前排长队购票。城市轨道交通作为城市公共交通行业的服务窗口，引入了互联网金融支付应用，丰富了行业票务方式、拓展了科技支付应用方式、提升了乘客服务体验，来是一项“互联网+”应用模式的创新工程。乘客可预先通过互联网或手机APP 程序支付地铁单程票，使用互联网金融支付票款并领取取票凭证码，乘客到地铁车站时凭借取票凭证码在地铁自助取票终端自助取票乘车，从而节约乘客的排队购票时间。实行互联网二维码金融支付购买单程票功能后，乘客能提前完成单程票票款的支付，在一定程度上减少了利用自动售票机购票的人数，缓解了车站自动售票机的运转压力[4]。本文将为地铁设计一款基于QR 二维码的互联网支付凭证系统，研究分析支付凭证核销逻辑，为实现部分互联网金融支付技术的落地应用提供了支撑，也为完成更多新支付技术方案探索和应用奠定基础。

1 应用方案总体架构

目前应用的互联网二维码支付方案并没有改变我国城市轨道交通自动售检票AFC 系统的基础架构模式，而是采用将二维码互联网支付融入原来系统内。将二维码与单程票、交通卡一样置于自动售检票AFC 系统五层架构中的第一层。

乘客通过下载APP 并安装，个人信息注册成功后就可以选择支付方式为绑定银行卡、微信或者支付宝等。例如，选择支付宝支付则必须依据支付宝芝麻信用功能来控制透支风险，而选择银行银联卡支付的用户可以通过账户余额来进行控制透支风险。这些功能均在我国城市轨道交通互联网移动端支付软件应用，本文不做过多讨论。成功绑定支付方法后，乘客则可以随时利用互联网移动端形成的乘车码。进出闸机时，闸机读写器会检测二维码的合法性，并通过移动终端中蓝牙功能进行传输信息来实现信息传递;移动端获取所通过闸机的车站代码等数据，并在进出站完成后向自动售检票AFC 系统传递采集到的数据。我国城市轨道交通自动售检票AFC 系统的工作原理主要依照五层架构模式进行工作的，将采集到的数据信息向上级递交，最终由清分系统ACC 综合处理全部的交易信息，并实时从所绑定账户可用余额中扣除相应票款。

2 基于QR 二维码的支付凭证系统研究

目前二维码支付作为移动互联支付的主力军，凭借技术成熟、操作简单、支付快捷、成本较低等优势，在互联网支付领域得到了很大推广，用户数量增长很快。二维码金融支付需要研究的关键问题是建立二维码核销和账户管理平台。

2.1 基于QR 码的地铁二维码

城市轨道交通自动售检票AFC 系统智能支付使用的二维码为QR 码。QR 二维码容载信息量较大，操作可靠性较高，可进行图像及汉字等表示，对多种数据信息、文字信息及其他信息，防伪保密性强。QR 码还可以存储非常丰富的信息，包含对文字信息、URL 地址信息和各种类型的加密数据。在2000 年6 月，QR 二维码对照的国际标准ISO/IEC18004 获批[5]。根据Denso Wave公司的网站信息，QR 二维码是属于开放式的数据标准，QR 二维码的规格公开，而由Denso Wave 公司持有的专利权益，则不会被执行。除了标准规格的QR 二维码之外，还存在一种被称为微型QR 码的条形码，是QR 码标准下的缩小版本，主要是为了无法处理较大型扫描的应用而设计。微型QR 码同样有多种标准，最高可储存35 个字节单元。

2.2 QR 码的图形特征

QR 二维码的采集方式主要为非线性扫描，使用者直接使用摄像头或扫描仪对二维码图像进行扫描采集。鉴于二维码较高纠错码能力，摄像头或扫描仪等二维码图像采集设备可直接对液晶屏幕上显示的QR 码进行扫描、识别。需要提醒的是，屏幕上的条码可能因为设备红外光源在屏幕上的红外线反光而影响识别准确度，因此对于显示屏上的二维码，识别过程图像预处理的偶然随机性是决定屏幕显示QR 码识别率的关键因素。纸质QR 二维码由于没有辐射光源，其识别准确率较高。

城市轨道交通自动售检票AFC 系统中的智能支付使用的二维码为QR 码，形状整体呈正方形，由黑色和白色码块组成，一般只存在黑、白两种模块。同时在二维码正方形的左上、右上和左下角，存在3 个大小不等“回”字图案。该图案实现了QR 二维码区域定位识别功能。扫描设备识别3 个“回”字形图案，使图像采集器在不能精确对准QR 二维码的情况下，无论以任何角度扫描，仍然可以清晰准确识别QR 二维码。

QR 二维码是二维码形制的一种，相比其他二维码具有较多优势：空间小、识别速度快、数据密度较大。在矩阵相应元素位置上，用点（圆点、方点或其他）的出现代表二进制“1”，点的不出现代表二进制“0”，点的排列组合决定了矩阵式二维条码的含义。从基于平台划分，QR 二维码的生成与识别技术可以分为基于移动和PC平台。PC 平台生成与识别算法具有良好的识别率，速度快、实时等优点。每秒能识读30 个含有100 个字符的QR 二维码。QR 二维码具有4 个等级的纠错功能，其抗弯曲性能非常强，利用QR 码中的每隔一定的间隔配置有校正图形，从码的外形推测校正图形中心点与实际校正图形中心点误差来修正模快距离，即使将QR二维码密贴在弯曲的表面上也可以快速识读。矩阵式二维条码是在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上形成的一种新型图形符号自动识读处理码制。QR 二维码还可以分割成16 个QR 分型码，可一次性识别判读多个分割码，特别适用于印刷或屏幕显示需求。此外，微型QR 二维码能在1CM 的空间内，包含9 个汉字或21 个英文字符或35 个数字，以匹配电子识别。

2.3 二维码选择

二维码共40 个尺寸（Version）。Version 1 为21×21的矩阵，Version 2 为25×25 的矩阵，Version 3 为29×29的尺寸，最高Version 40 尺寸为(40-1)×4+21=177，即177×177 的正方形。现选择Version25 版本二维码进行举例说明，如图1 所示。

（1）定位图案介绍。

Position Detection Pattern 位置探测图形，用于标记二维码的矩形大小。这3 个定位图案有白边叫位置探测分隔符Separators for Postion Detection Patterns。之所以是3 个而不是4 个，是因为3 个就可以标识一个矩形了。

Timing Patterns 定位图形。因为二维码有40 种尺寸，尺寸过大了后需要有根标准线，不然扫描的时候可能会扫歪了。

Alignment Patterns 校正图形，只有Version 2 以上（包括Version 2）的二维码需要这个，同样是为了定位用的。

（2）功能性数据。

Format Information 格式信息，存在于所有的尺寸中，用于存放一些格式化数据的。

Version Information 版本信息，在>=Version 7 以上，需要预留两块3×6 的区域存放一些版本信息。

（3）数据码和纠错码。

除了上述的那些地方，剩下的地方存放Data Code数据码和Error Correction Code 纠错码。

3 支付凭证核销逻辑研究

从乘客购票到取票全过程，支付凭证核销系统需要包含以下4 个方面的内容。

（1）购票订单系统（图2）研究。乘客使用电脑或手机APP 进行网络购票时，由地铁互联网平台生成订单信息，乘客确认购票信息后，跳转至互联网支付界面。

（2）支付订单（图3）研究。支付订单管理在乘客选择付款方式并发起付款时，由地铁平台发起与支付平台连接，建立H5 支付链接，由乘客向支付平台完成支付。支付完成后反馈扣款成功信息，由地铁平台生成二维码推送给乘客。

（3）取票订单系统（图4）研究。取票时自助取票机发起取票流程，由平台进行二维码验证，验证完成后反馈取票信息，由取票机出票。

图4 取票订单系统

（4）退票订单系统（图5）研究。退票时发起退票流程，由地铁平台进行信息验证，发起退款申请，验证完成后反馈退票信息，由支付平台实施退款流程。

图5 退票订单系统

4 结语

本文将二维码智能支付应用到城市轨道交通自动售票AFC 系统，通过对互联网支付相关系统的更新和对既有自动售检票系统完善，互联网二维码支付技术可以安全有效的落实运用到城市轨道交通自动售检票AFC 系统内，通过制定相应规则以及对原标准进行相应修改，来最大程度落实二维码支付全线网覆盖。本文重点分析了支付凭证系统和支付凭证核销逻辑两部分内容，二维码设计成功应用于多个城市地铁线路运营，并通过运营系统数据采集反馈了实际效果，验证了互联网支付带给乘客安全、快捷、可靠的网络购票体验。