64Golumn专栏■智能交通
一种实现地铁AFC系统二维码 乘车统一处理方法的研究与应用Research and Application o f A Unified Processing Method for QR Code in Subway AFC System ★郑州地铁集团有限公司杨小彦，岳真
摘要：随着互联网技术的不断发展，特别是移动互联网技术的不断创新，人们越来越希望快捷、实惠、方便的交通出行以及购票方式，如：手机二 维码乘地铁、在线购票等。近几年，国内许多大城市都已经实现了手机二 维码乘地铁，但基本都由各线路集成商在闸机系统的上位机进程里实现所 有的二维码业务，并由上位机直接对接二维码乘车业务后台，各家集成商 对二维码业务处理具有差异性，因此，若要顺利接入二维码乘车业务后 台，就需要对上位机逬程进行改造，不但工期长且改造成本较高。本文在 分析现有技术路线的基础之上，结合国内二维码乘车的发展趋势，提出了 一种用于轨道交通闸机二维码乘车的统一处理方法，用以解决现有技术需 要对上位机进程进行改造造成的接入二维码乘车业务后台难度大的问题。关键词：移动支付；二维码；扫码乘车；手机终端
Abstract：W ith the developm ent of Internet technology, especially the innovation of m obile internet technology, people increasingly hope for fast, affordable and convenient transportation and ticketing methods, such as m obile phone QR code, subway, online ticketing, etc. In recent years, m any big citi
es in China have realized the QR code of mobile phone to take the subway, but all the QR code services are basically realized by the line integrators in the process o f the upper com puter of the gate system, and the upper com puter directly connects with the QR code ride service background. The integrators have differences in the Q R code service processing. Therefore, if w e w an t to sm oothly access to the QR code ride service background, it is necessary to reform the process of the upper computer, w hich not only has a long construction period, but also has a high cost. Based on the analysis of the existing technology route, com bined with the developm ent trend of domestic QR code riding, this paper puts forward a unified processing method for rail transit gate QR code riding, w hich is used to solve the problem of difficult access to QR code riding business background caused by the transform ation of the upper com puter process.
Key words：Mobile payment; QR code; Scan code and take a bus; Mobile terminal 1二维码技术在地铁AFC系统中使用的优势
随着“互联网+”技术在地铁行业的发展，国内各 大城市轨道交通在自动售检票系统中不断研究新型支付 技术的应用，一方面这是新技术趋势下必然的选择，另一方面是为方便乘客出行m。而二维码技术在“互联 网+”时代的大背景下，是很多地铁选择的移动支付方 式，通过二维码技术实现自动售票机的扫码支付购取 票、自动检票机的过闸和半自动售票机的移 动支付票务处理[21。传统实体
票卡向二维码电子票的转 变，带来了如下优势：
(1)减少设备采购的成本
过闸功能的普及，大大减少了单程票 在地铁车站里的使用量，大部分乘客不再需要购买车票 乘坐地铁，直接通过手机扫码即可满足乘车需要。乘客 对单程票和自动售票机需求的改变，减少了前期建设阶 段对自动售票机和票卡清洗及编码设备等的采购，同时 自动售票机备用纸币、硬币模块及钱票箱等备件减少，节省设备采购成本。
(2)减少设备故障率、降低运营维护成本
自动售检票系统的主要故障集中在自动售票机，而自动售票机中的故障主要发生在纸币处理模块、硬币 处理模块、纸币和硬币零模块。互联网业务的推广使 用，使自动售票机实现了扫码支付购票的功能，减少了 设备中现金模块的使用频次，从而减少了故障处理，节
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省了设备维护成本。
(3)减轻站务人员工作量
在传统票务运作模式下，正常的运营日，站务工 作人员需要处理大量的兑换零钱、充值、售卡、退卡等 业务办理，运营日结束后，需要清点大量的票款，给站 务人员增加了很大的工作压力，且录入系统的数据准确 性得不到保障。二维码电子支付和扫码过闸业务的使 用，减少车站现金和车票的使用量，从而减轻站务工作 人员的工作量，减少人为错误导致的系统故障，提高数 据的准确性。同时，现金量的减少，降低现金在车站周 转的安全性。
(4)方便运营组织
扫码过闸功能的投入使用，减少自动售票机组旁 排队购票和前排队充值的客流组织压力，提高 乘客进出站的速度，减少乘客在站厅付费区和非付费区 等待的时间。
(5)提高乘客的乘车服务
使用过闸乘车后，乘客无需再花费时 间去自动售票机前排队购买单程票，另一方面，乘客通 过手机App进行互联网业务的处理，如退票、补票及车 票更新等，不再需要通过处的半自动售票机排 队处理票务业务，同时，解决了传统实体票务运作下，先付款再乘车的模式，二维码时代，乘客乘车前不用预 先支付乘车费用，待乘车完成后再支付行程费用，很大 程度上提高了乘客乘车的体验感[31。
水塔水位控制系统
本文讨论的二维码乘车统一处理方法，提供了一 种统一的标准化、规范化的方式来进行地铁乘车业务的 处理，以实现闸机系统的上位机进程与二维码乘车业务 后台之间的数据交互与处理，对上位机进程改造较小，且方便后续二维码乘车业务的升级便利性。
2二维码乘车统一处理方法的整体技术解 决方案
2.1设计原理
本文阐述的一种轨道交通二维码乘车的处理方法，是由地铁公司提供统一的闸机终端二维码处理SDK，该SDK负责二维码乘车业务的逻辑判断及与二维码乘车业务后台的通讯，各线路集成商集成该SDK，实 现统一的二维码乘车业务处理。二维码乘车业务被独立 出来并打包成SDK，提供简洁的二维码乘车业务接口，使轨道交通各线路能使用统一的处理方法，高效、低成 本地改造现有轨道交通各线路的闸机终端，快速地实现 二维码乘车业务。
该闸机终端的二维码处理SDK程序文件，主要包括 闸机API接口、业务处理模块、后台通信模块，如图1所 示。其中闸机API接口是闸机和SDK以及二维码乘车业 务后台进行数据交互的接口，由闸机上位机程序调用，主要包含SDK初始化、二维码验证和传递闸机状态等功 能；后台通信模块主要负责闸机SDK和二维码乘车业务 后台之间的底层数据通信，数据传输采用基于TCP/IP协 议的SOCKET通讯；业务处理模块负责闸机SDK和二维 码乘车业务后台之间的业务功能处理，包括设备信息上 传、
中心公钥下载、发卡机构编码下载、发码机构编码下载、交易上传、交易审计等。 二雄码乘车
业务后台
图1闸机终端SDK结构Z2二维码交易处理流程
本文阐述的闸机终端二维码交易的信息交互流程，具体如图2所示。图中所示的“闸机SDK”即为处理二 维码乘车业务而单独打包成的一个程序，下面结合图2 具体说明本文提出的关于闸机二维码交易详细的信息交 互方法。
(1)初始化SDK(图2中1-1和1-2)
闸机SDK初始化本地数据库，若本地数据库不存 在，则需要创建本地数据库，并生成相关的数据库表结 构。本地嵌入式数据库包括系统配置表、中心公钥表、发卡机构编码表、发码机构编码表和交易信息表。系统
配置表主要包括数据标识、数据取值等字段信息；中心
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图2闸机二维码交易的信息交互流程图
公钥表包括二维码类别、机构公钥索引、机构公钥有效 期、机构公钥数据等字段信息；发卡机构编码表包括 发卡机构编码、发卡机构名、发卡机构有效期等字段信 息；发码机构编码表包括发码机构编码、发码机构名、发码机构有效期等字段信息；交易信息表包括上传次 数、入库时间戳、是否上传标志、入库日期、交易数 据、设备流水号等字段信息。
通过“1-1 SDK初始化”接口，从上位机进程获取 闸机配置信息，闸机配置信息主要包括线路编号、车站 代码、设备类型、设备编号、日志输出目录、本地交易 数据库存放目录、二维码乘车业务后台的IP地址和二维 码乘车业务后台的端口号等信息。
判断此时闸机SDK与二维码乘车业务后台是否正 常连接，连接正常为在线，连接断开为离线。若为在 线，闸机SDK从二维码乘车业务后台获取后台配置信 息，后台配置信息包括中心公钥版本号、发卡机构版 本号、发码机构版本号、中心公钥、发卡机构编码和 发码机构编码，并把中心公钥版本号、发卡机构版本 号、发码机构版本号保存到本地嵌入数据库的系统配置表，把中心公钥保存到本地嵌入数据库的中心公钥表，把发卡机构编码保存到本地嵌入数据库的发卡机构编码表，把发码机构编码保存到本地嵌入数据库的发码机构编码表。若为离线，直接从本地获取后台配 置信息。
把处理结果通过“1-2返回初始化结果”返回给上 位机进程。上位机进程只有接收到初始化处理成功的应答后，才能调用二维码验证接口。
二维码初始化流程如图3所示。
图3闸机SDK初始化流程
⑵二维码验证（图2中2-1〜2-8)
扫码模块通过扫描用户手机展示的二维码图片来 采集二维码原始数据，再通过串口把二维码原始数据 发送给读卡器。读卡器通过“2-1二维码原始数据”把 采集到的二维码原始数据传递给上位机进程。上位机 进程通过“2-2二维码验证”接口，把待验证的二维 码信息传递给闸机SDK，包括：二维码源串、二维码 源串长度、扫码时间戳、交易类型、设备交易序号、运营模式、闸机IP地址、二维码数据结构、二维码签 名、发卡机构号、发码平台编号和二维码有效期等信 息。闸机SDK收到二维码信息后，进行本机二维码合 法性验证和本机防复制验证。其中，验证本机二维码 合法性包括：验证二维码数据结构是否符合标准、二 维码的签名、发卡机构号、发码平台编号和二维码有 效期等。本机防复制验证包括：检査二维码是否重复 刷码，相同码在本机当天只能使用一次；相同用户标 识在本机3分钟内进站（或出站）只能使用一次，检查 用户是否重复刷码：若重复刷码，则返回禁止开门。二维码乘车业务后台收到交易数据A后，进行二维码交 易验证，包括全线网的行程控制、防复制验证、二维 码交易入库等验证处理，再通过“2-4交易验证结果”接口，把二维码交易验证结果返回给闸机SDK。
闸机
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SDK收到二维码乘车业务后台的二维码交易验证结果 后，如果二维码验证通过，则把该次交易数据保存到 本地嵌入式数据库的交易信息表。同时，闸机SDK生 成标准化统一的符合地铁AFC标准的交易数据B，其 内容包括：命令号、交易验证码、交易类型、交易地 点、终端代号、操作员号、扫码（刷脸）时间、设备 交易序号、设备离线状态、终端订单号、记录生成时 间、卡类型、卡子类型、用户ID、支付账户号、应用 类型标识、二维码凭证号、发卡机构代码、发码机构 代码、交易标识、运营模式、码生成时间、IP地址、城市代码、行业代码和CRC校验码等信息，通过“2-5 返回验证结果”接口，通过SDK提供的API接口函数 (或TCP数据包），同时在本地进行保存，进而生成 符合地铁标准的交易处理结果传递给闸机上位机进程。上位机进程收到闸机SDK返回的验证结果后，若 二维码验证通过，则通过“2-6执行二维码数据”接口 通知读卡器进行二维码交易处理。读卡器通过“2-7返 回处理结果”接口，把交易处理结果返回给上位机进 程。上位机进程若收到交易处理成功的结果，则打幵 闸门放行；再通过“2-8二维码交易数据”接口，把二 维码交易数据传递给车站后台。
二维码验证流程如图4所示。
图4二维码验证流程
(3)传递闸机状态（图2中3-1〜3-2)
上位机进程通过“3-1传递闸机状态”接口，把闸 机状态、（进）/(出）码头状态等传递给闸机SDK，以供SDK的其他模块使用。
闸机SDK通过“3-2返回应答”接口，把处理结果 返回给上位机进程。
(4)中心公钥下载（图2中4-1〜4-4)
闸机SDK通过“4-1设备信息上传”接口，定时向 二维码乘车业务后台发送设备信息，包括本地中心公 钥版本号、设备状态更新时间、闸机当天发生的交易总 数、闸机当天已上传的交易数量、闸机磁盘剩余容量等 设备信息。
二维码乘车业务后台收到设备信息后，再通过 “4-2中心公钥版本信息”把后台的中心公钥版本号等 信息返回给闸机SDK。
闸机SDK检查本地的中心公钥版本号和二维码乘 车业务后台返回的中心公钥版本号是否一致，如果不一 致，则通过“4-3中心公钥下载请求”接口向二维码乘 车业务后台发送中心公钥下载请求。
二维码乘车业务后台收到闸机SDK的中心公钥下 载请求后，通过“4-4中心公钥内容”接口，把最新的 中心公钥版本号和中心公钥传递给闸机SDK。
闸机SDK收到最新的中心公钥和中心公钥版本号 后，更新本地的中心公钥和中心公钥版本号。
发卡机构编码下载和发码机构编码下载的过程同 中心公钥下载，此处不再赘述。
(5)交易重传（图2中5-1〜5-2)
交易重传主要是针对处理成功的进出站交易由于 网络故障或其他原因，导致上传失败，要求SDK程序支 持定时重传处理，以保证所有交易数据成功上传到二维 码乘车业务后台，交易重传的步骤：
闸机SDK通过“5-1交易重传请求”接口，把没有 上传成功的二维码交易发送给二维码乘车业务后台；二维码乘车业务后台通过“5-2交易重传应答”接口，把处理结果返回给闸机SDK；闸机SDK收到处理结果 后，更新该条交易的上传状态。
(6)交易审计（图2中6-1至6-4)
闸机在当日运营结束时，先将本地所有未上传或 上传失败的交易通过“进出站交易上传接口
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传，重传尝试次数为三次，确保都尝试重传后，进行 交易审计，步骤如下：
图5交易审计流程
闸机SDK 通过“6-1交易流水清单”接口，把上一 运营日的交易数据的交易流水清单打包上传给二维码 乘车业务后台；二维码乘车业务后台根据收到的交易 流水清单检查是否存在缺少的交易流水号，若存在缺 少的交易流水号，则通过“6-2缺漏流水清单”接口， 把缺少的交易流水号清单返回给闸机SDK ；闸机SDK
收到缺少的交易流水号清单后，对这部分数据进行重传 处理，重新上传完成则审计结束。
果蔬纤维代餐粉交易审计的流程如图5所示。
3结束语
本文提供的二维码乘车统一处理方法，具备传统
乘车的所有优点，比如减少TVM 设备采购 的成本、减少设备故障率、降低运营维护成本、减轻站 务人员工作量、提高乘客的乘车服务等。同时，该方法 通过地铁公司提供统一的二维码乘车业务处理方法，解 决了多家集成商各自实现二维码处理业务对系统带来的 差异性和必要的改造，节省了二维码乘车业务接入后台 的调试周期和工作量，降低了改造成本，此外，规范、 一致的二维码处理业务模块方便运营后期的维护。0H
作者简介：
隔爆型防爆灯杨小彦（1988-)，女，甘肃天水人，工程师，硕士， 现就职于郑州地铁集团有限公司，主要从事地铁AFC 系统建设工作。
岳真（1992-)，女，河南信阳人，工程师，学士， 现就职于郑州地铁集团有限公司，主要从事地铁AFC 系统建设工作。
参考文献：
[1] 余乐，张鹏，陈园园.城市轨道交通互联网票务系统二维码乘车码编码方式的研究[J ].电子技术与软件工程，2020,（16): 190 -192.[2] 陶克.二维码技术在AFC 系统中的应用研究[J ].都市快轨交通，2020, (01): 123 -126.[3] 王大彬.基于二维码支付的地铁自动售检票系统[J ].科技视界,2020, (11): 1 - 4
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