轨道交通无障碍快速检票系统解决方案

甘 露，张 征

(1.中国信息通信研究院，北京 100083；2.北京轨道交通路网管理有限公司，北京 100101）

1 概述

本文基于RFID 及人脸识别技术，提出一种地铁车站乘客无障碍快速通行的检票方案，实现地铁乘客“无感”进/出车站乘车的服务。

乘客在进/出站乘坐地铁时，需通行无障碍检票通道，检票通道通过RFID 技术快速识别出通行乘客所携带的车票信息，并依据相应票务规则，实现乘客的进/出站服务。同时为提高乘客的通行效率，解决乘客未携带车票或者未识别车票乘客的进/出站，本方案利用人脸识别技术作为乘客检票的辅助手段，利用RFID+人脸识别技术两种检票方式，满足乘客顺利进/出车站的需求。

采用无障碍进站乘车方式，乘车行为的监控管理十分的重要。为规范乘客的乘车行为，本方案在检票通道区域设置的人脸识别摄像头不仅可以完成人脸识别进/出站功能，还可监控乘客的进/出站情况，对乘客乘车行为进行监控管理，引导乘客诚信乘车。

2 RFID技术分析

2.1 技术介绍

RFID 是一种利用无线电射频信号耦合传输的特性，在读写器和标签之间进行非接触双向数据传输以达到目标识别和数据交换目的的技术。基本工作原理：在标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，发送至中央信息系统进行有关数据处理。

如表1 所示，从分类上看，RFID 技术根据电子标签工作频率的不同，通常分为低频系统（125 kHz、134.2 kHz）、高频系统（13.56 MHz）、超高频（860 ～960 MHz）和微波系统（2.45 GHz、5.8 GHz）。低频和高频系统的特点是阅读距离短、阅读天线方向性不强等，其中，高频系统的通讯速度也较慢。两种不同频率的系统均采用电感耦合原理实现能量传递和数据交换，主要用于短距离、低成本的应用。超高频、微波系统的标签采用电磁后向散射耦合原理进行数据交换，阅读距离较远（可达十几米），适应物体高速运动，性能好；阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性，但系统标签和读写器成本都比较高。

表1 RFID技术指标Tab.1 Technical indicators of RFID

根据电子标签供电方式的不同，电子标签又可分为无源标签（Passive Tag）、半有源标签（Semi-Passive Tag）和有源标签（Active Tag）3 种。无源电子标签不含电池，它接收到读写器发出的微波信号后，利用读写器发射的电磁波提供能量，无源标签一般免维护，重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但其阅读距离受到读写器发射能量和标签芯片功能等因素限制；半有源标签内带有电池，但电池仅为标签内需维持数据的电路或远距离工作时供电，电池能量消耗很少；有源标签工作所需的能量全部由标签内部电池供应，且它可用自身的射频能量主动发送数据给读写器，阅读距离很远（可达30 m），但寿命有限，价格昂贵。

2.2 技术发展情况

1）政策支持

国家颁布的《2006-2020 年国家信息化发展策略》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》都阐述了发展RFID 产业重要性，指出推动RFID 技术发展可增强国内信息产业的国际竞争力、推动建设创新型国家；科技部发表了《中国射频识别技术政策白皮书》，国家还设立了专项基金支持RFID 产业发展，为RFID 产业发展奠定了良好的政策、经济环境。

2）应用现状

RFID 技术的应用领域广泛，从物流管理到资产跟踪、防伪识别、公共安全管理、车辆管理到人员管理等都充满了巨大商机。目前RFID 技术在国内交通管理、物流、食品安全、重要资产的跟踪、防伪等领域开始应用。在交通领域，目前主要应用于车辆自动识别、车辆管理和车辆定位等方面。

2.3 技术工程应用分析

通信技术没有优劣之分，它们各自有其优缺点并适合用在不同的生活场景当中。在地铁车站这种空间较小、人员较密集的场所，需要天线及电子标签天线均有较强的方向性，同时读取距离不宜过长，因此宜采用微波频率搭建RFID 系统。同时地铁作为一种日常出勤方式，车票使用频率高，需要随身携带，因此车票（电子标签）宜采用无源或者半有源卡片进行设计。

同时RFID 技术应考虑地铁系统的建设情况，乘客进站通过的RFID 设备可与地铁安检设备一体化设计，实现AFC 与安检系统的融合。人脸识别摄像机可由地铁视频监控系统提供。

3 无检票机进/出站方案设计

为满足乘客无感进/出车站，本方案在车站站厅层不再设置传统的检票机形式引导乘客进/出车站，而是依托于RFID 技术设置无障碍检票通道，辅助人脸识别技术，完成乘客的进/出站动作。同时对乘客进/出站乘车行为进行监控管理。

无障碍检票通道主要由发射天线、读卡器、人脸识别摄像头和声光电提示设备等构成，如图1 所示。

图1 无障碍通道示意Fig.1 Schematic diagram of barrier-free access

3.1 发射天线

发射天线发射电磁波，为无源票卡提供能量，为实现读写票卡信息提供基础条件。同时在乘客进/出站方向形成一个立体检票区域。在这个区域之内，乘客进/出站过程中，系统快速识别出乘客携带的车票信息，并对相应车票进行读写操作，记录乘客的进/出站信息。将车站的进/出站信息上传至车站控制中心系统进行相应操作。

感应区的大小与天线面积大小及电磁波发射功率有关；一般来说，天线发射面积越大，功率越高，则感应区域越大，读写距离越远。

在保证电磁波辐射对人体无害的前提下，根据天线覆盖面积需求，确定天线的尺寸及额定功率。

3.2 读卡器

读卡器的主要功能是对乘客携带的车票信息进行读写操作。

乘客在进站通过感应区时，读写器会对乘客携带的车票信息进行读取，当乘客所携带的车票满足乘车条件时，读写器会对该车票进行进站记录，并将进站信息上传至车站控制中心系统。如乘客未携带车票或车票信息无法读取，则生成相应指令启动人脸识别进/出站服务。

乘客在出站通过感应区时，读写器会对于乘客所携带的车票进行进站信息读取，如果车票具备进站信息，则将该车票进/出站信息上传至车站控制中心，车站控制中心进行乘车结算，并将相应信息上传至线路控制中心。如果车票没有进站信息，则将该车票视为无效车票，生成相应指令启动人脸识别进/出站服务。

3.3 人脸识别摄像机

人脸识别摄像头主要完成进/出站服务和乘车行为监控两部分工作。当乘客正常进/出车站时，系统通过RFID 技术识别乘客的车票信息，并依据票务规则进行进/出站服务。此时人脸识别摄像机主要完成乘车行为监控工作。但当乘客未携带车票或车票未识别，人脸识别技术将作为辅助进/出站乘车手段，完成进/出站服务。

1）乘车行为监控功能

考虑到乘客是无障碍进站乘车，乘客乘坐地铁时，可能存在未携带车票直接进站乘车的情况。因此本方案推荐采用人脸识别技术作为乘客逃票监控管理措施。

乘客在进站时，如无携带车票，首先读写器会将无效车票信息上传至线路控制中心，无障碍通道声光电设备通知运营人员。同时该乘客在通行时，无障碍通道的人脸识别摄像机将对该乘客的面部信息进行拍摄，同时将该乘客的面部信息上传至系统的逃票乘客信息库。为保证逃票乘客的面部信息可以拍摄完成，在无障碍通道上设置多个摄像头、多角度地拍摄乘客面部信息，以保证获取逃票乘客面部信息。

2）进/出站服务功能

为实现人脸识别进/出站服务，系统应先采集乘客的人脸信息，建立人脸信息库。并在线路控制中心和车站控制中心服务器内存储人脸信息库。

人脸信息采集方式可采用车站现场指定设备（如人脸信息采集器）采取或者通过地铁官方APP，乘客自主上传方式。

当乘客未携带车票或者车票未被识别情况下，无障碍检票通道的读写器未读取到车票信息，将生成相应指令，系统将启动人脸识别进/出站服务。通过多个、多角度人脸识别摄像头的拍摄，提取当前乘客的面部信息数据，将乘客的面部信息数据与车站控制中心的人脸信息库进行比对。如该乘客在人脸信息库已经注册，满足乘车条件，则提示该乘客可进行进/出站。反之，提示该乘客不可进/出站，等待工作人员处理。

3.4 声光电提示设备

声光电提示设备主要由灯光带和蜂鸣器组成。

读卡器针对类型匹配的有效票卡，读取票卡行为，形成读取信号，并让灯光带根据不同信号在灯光带上进行显示，如通过显示持续绿色、未通过显示持续红色、可以通过显示蓝色跳闪动态箭头、禁止通过显示跳闪红色等。在乘客非法通过无障碍通道时，蜂鸣器会播出相应信息。

4 业务流程设计

4.1 进站流程设计

1）进站开始判断条件：（乘客走向安检门，途中经过至少2 ～3 个感应器，感应器发生信号的时间连贯性用于判断乘客行走方向，方向判别成功则进站流程开始）在乘客进入安检门进行安检时，同时踏入识别卡感应天线扫描范围。

2）在安检门顶部适当位置，放置识别卡感应天线：在乘客接受安检（一般耗时2 ～3 s）的同时，扫描乘客身上的识别卡，并把相应信息传递到指示板；提前缓存该卡信息并进行各种判断处理，在乘客进入通道后增加新的进站记录；进站流程结束。

3）如果没有感应到正确的识别卡，或者金额不足，无障碍通道读写器生成相应指令启动人脸识别进/出站服务，如在人脸信息库中查询到该乘客信息且该乘客满足乘车条件，则提示乘客进站乘车。反之，则应有告警显示乘客需等待工作人员进行处理。

在乘客进站读取识别卡的当前卡号、余额等信息时，读取该卡最后一条消费记录，判断是否为地铁出站记录，用于判断该卡的上次交易是否完整；上次交易记录完整情况下，才能增加一条新的地铁进站记录；否则要进行异常处理，具体措施需按照运营组织规定执行。

4.2 出站流程设计

出站开始判断条件：无（即无障碍通道内侧的识别卡感应天线随时准备读卡，流程始终处于自动开始状态）。

乘客通过出站无障碍通道时，由无障碍通道顶部的识别卡感应天线，扫描乘客身上携带的识别卡，并在乘客走出无障碍通道之前，读进站记录、读票价表、读折扣率、计算消费额、扣除余额、写新出站记录，出站记录写完后提示正常通行；未写完则有告警显示，无障碍通道读写器生成相应指令启动人脸识别进/出站服务，如在人脸信息库中查询到该乘客信息且该乘客满足乘车条件，则提示乘客可出站。反之则应有告警显示乘客需等待工作人员进行处理，如乘客继续出站，系统会将乘客的面部信息上传至逃票乘客信息库；流程自动结束。

在乘客出站读取识别卡的当前卡号、余额等信息时，读取该卡最后一条消费记录，判断是否为当天地铁进站记录；如果是当天地铁进站记录，才能进行计算、扣款、写新出站记录等；否则要进行异常处理，具体措施需按照运营组织规定执行。

5 工作模式

工作模式是指检票系统可以在不同任务需求情况下进行检票的逻辑方法。在具体设计时，需要同时考虑车站一级、设备一级的工作模式是否符合车站的运输组织需要。在不同的运输组织需要情况下，车站可以采用不同的工作模式进行检票。

工作模式可以区分为站级、设备级：一般包括正常工作模式、紧急模式、故障模式、降级模式、暂停运营模式和其他模式6 种。具体工作模式可根据地铁运营实际需求确定。

6 结束语

随着乘客对于美好出行的愿望越来越强烈，快速、便捷、智慧化的乘客服务是未来地铁运营企业的追求目标。本文提出的RFID + 人脸识别的技术方案，最大限度实现了乘客无感进/ 出站的服务，为未来自动售检票系统的建设提供了一种解决方案。