上海轨道交通纸质二维码车票研究

[摘要]在移动互联网飞速发展的时代背景下，城市轨道交通票务系统朝着更加多样化、数字化、便捷化的方向发展。以二维码技术为载体的新型互联网车票已在轨道交通票务系统中广泛使用，实现了二维码扫码过闸，支持多种前付费或后付费使用模式。但在单程票业务中，仍大多使用非接触IC卡，在使用中需要配套的售票与回收模块，需要采购、存储、转运、回收、清洗等高额成本支出。基于此，文章以上海市轨道交通单程票业务为研究对象，提出使用一次性的纸质二维码车票替代传统单程票的方案，从车票的介质、安全性、扩展性这三方面展开研究，提出合理化建议，以供参考。[关键词]轨道交通；单程票；纸质二维码车票上海地铁自2005年采用非接触IC卡作为单程票实现“一票换乘”业务以来，作为国际先进、国内领先的自动售检票业务（AFC）已经发生了巨大转变。在系统架构层面，随着云计算和高速网络建设，应用逐步向扁平化趋势发展。在车票介质层面，随着移动支付技术的发展，逐步实现以实体票卡应用为主的方式向虚拟票卡应用发展。车票交易处理层面，由以近场支付为主的脱机交易，向后付费的联机电子支付交易发展。清分中心采用“互联网+”技术，搭建了互联网票务平台，结合对既有线路AFC系统的功能改造，支持多元化移动支付购票、二维码过闸等业务场景[1]。单程票在AFC系统内循环使用，采購、存储、编码、转运以及后期的配送、调拨、回收清洗工作量大、成本高，对环境造成较大的污染。随着AFC新技术的发展，电子支付技术（二维码等）逐渐成为乘车凭证的主流，单程票的使用量逐渐减少。同时，由于新冠疫情的影响，以及交通运输业及地铁行业提出的新要求，原先重复使用的单程票成为可能的病毒传播媒介，迫切需要一种一次性方便回收的乘车凭证替代单程票，以减少交叉传染的可能性。文章将分析上海轨道交通单程票的日常使用现状与存在的缺点，提出使用纸质二维码车票替代传统单程票、减少现金模块的方案。对比传统的非接触IC卡单程票，纸质二维码票可以有效降低路网的建设与运营成本，不需要清洗与消毒，可以减少环境污染，推动“云”+“端”的新AFC票务架构建设，解决传统单程票使用中的痛点问题。（一）单程票使用量上海地铁2005年实现了“一票换乘”，其中，单程票作为一种重要票种，最初占全部票种应用量的80%左右。近年来，随着AFC新技术的发展，电子支付技术（二维码等）逐渐成为乘车凭证的主流，单程票使用量逐渐减少。参照2022年9～10月的数据，上海轨道交通路网单程票的使用量每天约19万张，在全路网所有票卡中的使用量占比下降到2%～3%。上海轨道交通单程票每日使用量表如表1所示。（二）售票机运营成本当前，TVM设备需要在每日营业结束后进行人工清点与回收现金，补充票卡。常规维护设备包括纸币机、纸币找零机、硬币机、硬币找零机、循环找零机、发卡模块、票箱、纸币钱箱、硬币钱箱、乘客打印机、维护打印机、维护界面等。维护人员需要针对各种型号的设备开展维护培训，培训成本较高。维护人员每天对单台TVM的日常维护与补票卡等操作需要10～15分钟。一个站平均6台TVM至少需要1小时完成基本维护。发生硬件故障时更加需要专业技术人员维护或者更换设备。（三）使用局限性目前，单程票使用过程中不支持出站换乘，经过需要出站换乘的站点时，需要换乘其他可以站内换乘的线路，如图1所示。图1中，深色箭头表示从15号线吴中路站购买单程票到2号线威宁路站，需要先乘坐15号线1站到桂林路换乘9号线，坐1站到宜山路换乘3/4号线，坐3站到中山公园换乘2号线，坐2站到达威宁路。浅色箭头表示使用二维码车票支持出站换乘的方式，从吴中路到2号线威宁路站，只需要15号线坐3站到娄山关路，出站换乘2号线坐1站到威宁路。（四）单程票在日常使用过程中存在的其他缺点第一，建设成本高。虽然单程票的比例较少，但是作为基础性票种，必须予以保留，目前单程票采用非接触IC卡，建设投入成本非常大，包括TVM中的票箱、出票机构、闸机中的票卡回收箱以及各类票卡编码分拣设备，相对于占比越来越少的单程票，其建设仍需高成本投入[2]。第二，运营成本高。终端设备日常处理单程票的各类票卡机构均需考虑一定的运维成本，造成运营单位维护成本居高不下。此外，目前日均流失约1.5%左右的单程票，单程票流失成本是成本控制的重要问题。同时，每年新线开通，为维持路网中一定数量的单程票，需补充采购单程票也是运营管理高成本的原因之一[3]。第三，清洗消毒工作量大。疫情发生以来，为降低持单程票乘客的交叉感染概率，单程票清洗消毒的频次加大，单程票的回收、清洗消毒、分拣等工作量非常大，一方面，清洗消毒成本高；另一方面，票卡周转管理方面也带来了许多管理问题。第四，环境污染严重。单程票在使用周期中，存在比较严重的环境污染问题，包括每年单程票废票的处理，票卡清洗消毒液产生的废水都会对环境造成一定的污染，从绿色地铁、出行安全以及降低成本、提升效率的角度看，应该研究单程票更加环保、更加节约的解决方案。鉴于传统单程票在日常运营使用中的各种痛点，文章提出采用纸质二维码车票替代原有单程票的方案。纸质二维码的应用主要采用终端设备直连清分中心联机交易平台进行联机交易验证的方式。目前，上海地铁已完成了交通部二维码、随申码、申通码等联机交易码在轨道交通中的应用，在以上联机码的应用改造中已对AFC系统中网络的质量、性能、可靠性、安全性进行了优化和加固。同時，其采用的联机交易模式也为纸质二维码车票的应用研究储备了相关的技术和工程经验。（一）车票成本纸质车票相对于传统IC卡单程票，在使用成本上更低。第一，建设成本。使用纸质车票，TVM可以去除IC卡单程票的读写器与出票机构并更换纸票打印模块，成本可以显著降低；BOM仅需增加打印出票设备，就能支持纸质车票的发售；AGM无需增加任何设备，新AGM甚至可以去除票卡回收机构；线路建设中，可减少或去除IC卡单程票的编码分拣设备相关采购项。第二，运营成本。表2为最近5年上海轨道交通对传统IC卡单程票的运营成本统计表。其中，2018年Metro大都会等二维码乘车方式仍处于推广期还未广泛使用，因此单程票使用量较大，单次使用成本相对较低。2022年受疫情影响较大，单程票使用量偏低，单次使用成本相对较高。2019～2021年情况相对平稳，统计数据比较合理可信，单程票的单次使用成本平均为0.1057元。纸质车票的运营成本主要在纸张。目前，上海轨道交通IC卡单程票尺寸大小约为86毫米×54毫米，经过充分的市场调研，与之尺寸相符的纸票介质成本表如表3所示。综合成本与纸张特点考虑，文章建议采用140gsm的彩色纸张，其对应尺寸的成本约为0.065元每张，是传统单程票单次使用成本的61.49%。（二）车票安全性在发售与使用中，要确保纸质二维码车票的安全性。一是防篡改。二维码内容的安全性由相关的二维码标准保证，通常采用中心私钥签名、终端公钥验证的方式确保二维码内容不被篡改。二是时效性。纸质二维码车票数据，一经售票，仅当前运营日有效，其他时段无效。售票终端与闸机终端设备需与联机交易平台的云端系统进行时间同步操作，保证系统时间准确性。三是通信安全。TVM发售设备与AGM闸机均通过安全的私有协议直连清分中心联机交易平台，进行申码、验码等业务，由联机交易平台的云端认证机制确保通信数据的完整性和安全性[4]。四是防重复。过闸使用时，一般情况下，AGM直连清分中心联机交易平台，由联机交易平台进行云端验证，防止一张票被多次使用。在与云端脱机的场景下，车站终端及站级SC可以设置防重复刷码识别机制，有效监测二维码车票的使用情况，杜绝一个码多次刷进出站的情况。（三）车票扩展性纸质二维码车票使用上海轨道交通制定的自有二维码内容标准，可以利用其中自定义区域的数据定义扩展相应功能。同时，运用云端验证机制，可由云端控制票卡分析逻辑，实现乘车能力的扩展，可扩展包括但不限于以下几种能力。一是子票种扩展。使用自定义区域定义子票种，支持类似日票、月票、计次票、计时计次票等票卡应用场景。二是使用范围扩展。标准中可预留其他轨道交通运营方的数据域，支持例如同时与市域线或其他城市轨道交通线路的无缝联乘。三是虚拟换乘功能扩展。上海轨道交通中仍有部分站点是出站换乘站点，传统的IC卡单程票由于出站回收的特性，无法支持出站换乘。纸质二维码单程票由于出站票卡不回收且票卡分析逻辑在云端的特性，在制定换乘规则的前提下理论上完全可以支持出站后的虚拟换乘业务。文章