城市轨道交通新型支付方式应用现状及趋势探讨
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摘 要：对目前国内城轨所采用的NFC手机支付、二维码过闸、生物识别、无感支付等各种新型支付方式的应用探讨分析后，指出未来城轨支付方式的发展趋势。
关键词：NFC手机支付；二维码；生物识别；无感支付
“十三五”期间，城轨交通进入快速发展新时期，2017年中国城轨交通全年累计完成客运量184.8亿人次，比上年增长23.9亿人次，增幅为14.9%，充分突显了城轨交通超大规模客流的集散效应。近年来国内城市轨道交通不断探索和应用移动支付为主的新型支付方式，新型支付方式可以从减少单程票采购制作成本、减少车站售票设备配置数量、降低车站现金票款的缴交难度等方面全面降低运营成本，新型支付方式大致分为NFC手机支付、二维码支付、生物识别技术和无感支付。新的支付方式主要采用虚拟票取代实体票，支持预充值方式和绑定账户后付费方式，形式上表现为“无卡过闸，异步扣款”。新型支付方式不仅要把进出站检票时间控制在较短时间内，还要兼顾交易安全性和系统安全性。
一、NFC手机支付
NFC手机支付是一种把手机变成虚拟卡的卡模拟技术，是一种近场高频无线通信技术，允许设备间点对点非接触式数据交互，由非接射频RFID技术演变而来。NFC设备靠近非接读卡器后NFC设备进入工作状态，NFC设备与读卡器根据APDU协议建立交互，读卡器将敏感数据发给NFC设备的安全载体进行处理，NFC设备将响应数据发给读卡器。
（一）电子现金方式
电子现金方式是根据PBOC3.0标准，把银行卡数据写入手机SIM卡或安全芯片SE，支持轨道交通复合消费应用，轨道交通扩展应用文件可记录进出站信息，需要预先从银行主账户向电子现金圈存一定金额，乘客直接刷手機进出站并完成脱机扣款，使用效果相当于手机交通卡，目前上海、宁波都已实现这种方式。
（二）主机卡模拟HCE技术
HCE技术的优势在于它能够解决NFC设备安全载体的硬件问题，安全载体是由软件来实现的。HCE通过安卓操作系统服务实现的，可在系统后台运行不需要调出用户界面就可刷手机进出站。HCE可同通过临时授权或临时密钥支持脱机交易，手机APP可通过过程文件记录进出站信息。广州地铁开通的地铁云卡就是采用HCE技术。
（三）ODA信用消费技术
乘客使用手机模拟银行卡直接进出站并延迟扣款，不需要联机到后台进行账户认证，根据进出站交易配对结算票款。容易产生单边交易，进出站交易不匹配不能结算票款。通常采用车站级服务器或云端服务器控制用户的进出站状态，需要对所有车站进行网络改造，改造难度大、后台压力较大、票务优惠策略逻辑处理难度较大。目前广州地铁和上海磁浮线都已开通ODA应用。
（四）升级版ODA信用消费技术
升级版ODA方式是对ODA信用消费技术的优化，在手机SE中开通自由读写区，建立记录文件写入开通记录和交易记录，主要可避免产生单边交易不能配对进出站记录的问题。目前上海地铁已完成相关标准的研究制定和技术储备。
（五）四种技术分析
电子现金方式因与硬件安全载体捆绑，需要与移动运营商或手机厂商合作，开通手续较为繁琐，用户门槛和限定较多，不利于大面积推广。HCE技术脱离了硬件安全载体，以软件的方式解决了安全载体的问题，但认证信息和密钥信息存储在NFC设备内存中，容易被复制，对交易安全有一定影响。HCE技术只用于安卓系统，影响用户的推广。ODA信用消费技术体现了“脱机刷卡，延迟联机扣款”的特点，容易产生单边交易不能结算票款。升级版ODA方案解决了进出站记录配对的问题，但IOS系统不能开通自由读写区，用户群体受到限定。
二、二维码支付
二维码支付是指用户使用第三方支付APP在售票设备上购票，或是用地铁APP绑定银联或第三方支付账户在地铁进出站刷码过闸。
（一）二维码刷码购兑票
乘客在手机端使用第三方支付展示二维码，在云购票机上刷码支付购买车票。或是用兑票二维码在售票设备上兑换车票，以实现线上购票线下兑票。这是一种线下（Offline）对线上（Online）的购票方式，手机端可离线，设备端必选在线，售票设备对二维码联机认证后完成出票。这种技术在广州、杭州等多个城市实现应用，上海地铁云购票机也已在商业旅游景点站和交通枢纽站上线。
（二）二维码扫码购票
乘客在TVM设备上选择车站信息后，TVM设备通过ACC向第三方支付平台申请二维码数据，并在屏幕上展示二维码，乘客用第三方支付APP扫码支付，第三方支付平台通过ACC向TVM设备发送出票通知，TVM完成出票。ACC采集TVM设备上传的交易数据，与第三方支付平台结算票款。这种“主扫付”的方式相对于“被扫付”的方式，可减少硬件改动，只需要软件优化就可实现主扫支付。目前扫码购票已在上海地铁部分站点试运行。
（三）聚合码扫码购票
乘客在TVM设备上选择站点信息后，TVM设备屏幕展示聚合的二维码，乘客使用银联APP或第三方支付APP支付扫码购票。TVM设备根据购票信息，向ACC申请聚合码数据，并在屏幕上展示聚合码。乘客用银联APP或第三方支付APP扫码后，手机客户端访问后台服务器，服务器根据APP信息，将交易送往对应支付系统，支付完成后通知TVM设备出票。聚合码扫码购票只需要接入聚合码支付平台，目前这种方式已在上海地铁部分站点实现应用。
（四）二维码过闸
手机二维码刷码过闸，按手机端和闸机端是否联机，可分为脱机配对、联机刷码、联机回写和双脱机回写四种方式。
1.脱机配对
手机端联机或脱机，闸机端处于脱机状态，采用信用消费方式，手机端生成二维码，进出站后二维码不刷新进出站状态，后台对进出站交易配对。容易产生单边交易，配对不成功，造成票款损失。西安、无锡、福州、南昌、大连、苏州采用这种方式。 2.联机刷码
手机端联机或脱机，闸机端需要联网，乘客用手机二维码刷码进出站，闸机联机对后台账户进行认证，二维码不刷新进出站状态。联机认证对车站网络要求高，交易速度较慢，影响通行能力，只适用于客流较少线路。目前北京、深圳、杭州、成都、宁波等城市采用联机认证的方式。
3.联机回写
手机端和闸机端都需要联网，乘客用手机生成二维码刷码进出站，闸机通过网络改写二维码进出站状态，对车站网络要求较高，大客流通行对移动基站不堪重负。该技术已在青岛、南宁实现应用。
4.双脱机回写
闸机端和手机端都无需联网，闸机通过蓝牙回写技术，把进出站信息写入二维码。双脱机回写方案采用脱机安全认证技术，车站网络没有要求，整个进出站时间控制在半秒以内。支持地铁复合消费，解决“一码多进”、“一码多出”的难点，避免产生单边交易，是一种等同于刷卡的过闸方式。目前该技术已在上海地铁全网实现应用，长沙、武汉也采用这种方式。
（五）四种技术分析
二维码刷码购票的方式对设备硬件改动较大，采用TVM设备与第三方支付系统直连模式，对车站网络要求较高。二维码扫码购票可减少TVM设备硬件投入，只需通过软件优化就可实现互联网购票。云购票机和扫码购票的方式，系统接入第三方支付系统调试的工作量较大，聚合码扫码购票的方式只需接入一家聚合码支付平台，地铁只需与一家结算平台结算票款。总体而言，云购票机、扫码购票、聚合码购票的方式，通过实体票进出站，不能减少车站TVM设备的配置数量，不能降低单程票采购、制作、管理、流失的运营成本。
二维码过闸方案中，脱机配对的方式，不能控制二维码进出站状态，容易造成进出站交易配对不成功。联机刷码的方式，进出站时间较长，不能适应城轨大客流通行的特点。联机回写的方式，对车站网络要求较高，必须保证网络通信较好，否则无法进出站。双脱机回写方案，采用脱机安全认证技术，检票速度不受网络条件影响，安全性高、交易速度快、支持城轨阶梯票价，把二维码等于同于实体卡，降低票务处理難度。
三、生物识别技术
生物识别是指利用人体生理特征或行为特征，进行身份鉴别的技术，包括掌静脉识别、指纹识别、人脸识别、虹膜识别、声纹识别等。生物识别技术与互联网技术相结合，将成为城轨创新支付方式的重要推动力。随着人工智能技术的不断成熟，生物识别的准确率将大幅提高，生物识别技术将广泛应用于各种认证和智能终端。生物识别技术不仅可以改善乘客的支付体验，还可提高城轨的安防水平。
生物特征是人体所固有的不可复制的唯一性，不易丢失、复制、盗用，具有高安全性。生物识别系统对生物进行取样，提取唯一特征，将该特征数字化并组合成特征模板。交互认证时，识别系统再次获取生物特征，与特征模板进行比对，根据匹配结果鉴别身份。其中，因生物特征稳定性高，人脸识别、掌静脉识别、虹膜识别将表现出极大优势。
上海地铁正在研究刷脸过闸的应用，乘客开通时需提供人脸图像，并在手机APP上完成实名认证和代扣签约。后台向公安系统验证身份信息，并将人脸信息保存在云服务器上。云服务器将人脸信息、手机APP账户号、身份证号等信息下发到指定站点。车站需设置一台人脸识别前端服务器，过闸前乘客需确认手机APP在前台运行，闸机与手机建立蓝牙连接获取用户ID，乘客接近闸机扫脸，闸机提取人脸特征并将人脸数据和用户账户号上送到前端服务器，前端服务将交易记录上送到ACC，ACC通过云端将进出站信息回写到手机APP中，并上送交易记录结算票款。该方案中，需用到手机APP作为电子标签，且使用人数受到限定，上海地铁正对扫脸过闸方案进行优化。
上海APM线特殊人群专用通道已应用掌静脉识别技术，通过掌静脉识别特殊人群，方便特类人群乘坐地铁外，降低了冒用证件的票务处理难度。今后，上海地铁汉中路、诸光路等智慧车站还将实现特类人群使用掌静脉识别乘地铁。上海地铁未来还将探索生物识别技术，利用生物特征作为虚拟车票的过闸研究。
四、无感支付
无感支付，又可理解为不刷卡支付，在停车场、高速公路收费、无人超市等领域已实现应用。用户在手机APP中将车牌号与银行卡绑定，通过对车牌自动识别，从绑定的银行卡账户上自动扣除费用，促进了“智慧出行”的发展。
在城轨交通领域，今后可探索利用蓝牙技术实现“无刷卡过闸”这一无感支付方式。乘客接近闸机时，闸机与手机建立蓝牙连接，自动识别账户号、复合消费文件及安全认证等信息，将地铁消费信息通过蓝牙通信写入手机APP中，并从手机APP绑定的银行卡账户或第三方支付账户中自动扣除费用。
五、今后发展趋势
互联网技术的日新月异为城轨票务云支付的改革创新发展提供广阔平台，使用电子虚拟票取代实体票已成为业内共识，也是城轨票务发展的必经之路。
（1）NFC手机支付今后将主要采用卡模拟技术，具体形式为使用“手机PAY-升级版ODA”方案或者“手机APP-HCE技术-token授信”方案，绑定银行卡并加载城轨行业应用信息，进出站脱机支付。NFC手机支付可完善银行卡在城轨的受理环境，避免银行卡换卡、电子现金在特定设备上圈存余额等问题。
（2）二维码支付对手机没有硬件要求，只要是智能手机都支持二维码支付。二维码过闸支付将不断适应城轨客流密度高、快速通行的特征，带回写功能的脱机二维码更符合城轨运营实际需求。二维码支付系统建设一要注重标准化，二要与其它交通行业互联互通。APP专用文件和蓝牙回写技术结合使用，可实现交通部二维码在城轨应用。过闸信息存储在APP专用文件内，闸机通过蓝牙读写专用文件计算票价，解决后台匹配交易、负荷大的缺点。脱机二维码在上海有大规模运营的成熟经验，总体效果平稳可靠。二维码支付体系标准化建设，有利于推动跨行业、跨区域的互联互通。
（3）NFC手机支付和二维码支付都属于移动支付，生物识别和无感支付不需要用到手机直接支付，具有广阔应用前景。现阶段单一的生物识别很难满足城轨快速支付的要求，上海城轨的人脸识别只是在车站门禁系统中实现应用，生物识别和电子标签相融合的多重识别识别技术将成为今后发展方向。无感支付未来将利用手机APP把虚拟账户关联实体账户，自动识别用户ID，并在关联的实体账户中自动扣除费用。
国内很多城轨都在围绕互联网技术加紧前瞻性布局，争相进入人工智能和云支付的新时代，准确把握新型支付方式发展趋势，有助于城轨票务系统建设科学统筹与顶层设计，整体提高城轨智能化水平和信息化建设水平。
参考文献：
[1]张聪，幸永红，周剑.HCE移动支付技术在城市轨道交通中的应用.现代城市轨道交通，2018，7.
[2]张甲文.NFC移动支付技术在地铁自动售检票系统中的应用.铁道通信信号，2016，12.
[3]李鹏飞，淡美俊，姚宇颤.生物识别技术综述.电子制作，2018，10.
作者简介：龚迥（1982-），男，汉族，浙江杭州人，工程硕士，中级职称，研究方向：轨道交通AFC系统支付新技术。
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