地铁互联网购票方式研发

摘要:城市轨道交通行业互联网购票方式的研发，不仅能帮助乘客提高购票效率，以及精准地选择目的站点和的换乘路径，还能用二维码扫码支付取代现金购票，降低票款缴交难度和使用夜间金库等运营问题。目前市面上常用的语音识别技术，主要针对电话客服、汽车、家居等安静环境下工作，不适用于公共场所嘈杂环境下的大规模使用。国内轨道交通购票所采用二维码多为第三方支付机构的标准，缺少地铁运营方统一标准，不适应目前多元化的乘客支付需求。为实现地铁智能化互联网购票方式的研发，从人机交互方式、硬件改造方案、体系结构、支付方式、支付入口等方面入手，通过制订通信协议、人机交互业务逻辑、聚合码标准、扫码购票流程，形成互联网购票在地铁行业的整体解决方案和产品级落地，从而改善乘客的购票体验。

关键词:地铁;互联网购票;研发

1概述

近年来上海地铁线网规模不断延伸，运营里程总长达到673公里，共有395座车站，换乘车站增至53座。随着轨道交通作为城市骨干交通的作用日益显现，上海地铁客流节节攀升，从2011年的12．8亿人次激增到2017年的20．4亿人次，年均增幅保持在1亿人次以上。然而与之形成鲜明对比的是，地铁单程票发售数每年的增幅，正在逐年减少，2017年首次出现了负增长。单程票式微的原因是多方面的，除了受到手机APP二维码、手机交通卡等移动支付的影响之外，单程票购票步骤较为繁琐，需要准备零钱，不支持虚拟支付，不能适应现代移动支付的发展趋势。售票设备本身不能提供查询服务，一些对地理信息不熟悉的差旅为主的乘客群体往往不能准确地选择目的地车站，不能精准购票也影响了市民乘客选择购买单程票的意愿。单程票发售量受到二维码过闸等移动支付的影响，需求量略有下降，但仍然是外地来沪乘客和差旅人士的乘车票证，单程票这一票种票制有保留的必要，但需用先进技术对传统购票方式进行流程再造。针对单程票购票效率不高的问题，需要解决售票设备提供地理信息问询的自助服务，外地来沪乘客在人工窗口购票主要也是利用人工问询服务，以及采用虚拟支付取代现金购票，实现新技术在地铁购票中的应用。据统计，不同乘客群体在自动售票机上购买单程票的平均时间为30秒，和刷二维码进出站和手机交通卡熄屏刷卡相比，传统的购票方式支付效率较低。造成购票时间较长的原因，人为因素往往是决定性的，对售票设备操作不熟悉，对如何摆放纸币、如何取票，如何取走找零等思考时间过长。购票时间长和购票方式差异也有关，纸币购票时间相对较长，因为纸币识别率低于硬币识别率，并且纸币还有找零的步骤，这些都是影响单程票购票效率的因素。与线上购票可参与营销促销活动相比，乘客使用传统支付方式不能享受到营销优惠，这也影响到了乘客使用单程票的积极性，制约了单程票的销售。现在全国地铁争相进入互联网支付新时代，二维码支付、银联云闪付方兴未艾，说明移动支付符合都市无现金一族的出行方式。新一代人工智能正在全球范围内蓬勃兴起，为经济社会发展注入新动能，正在深刻改变人们的生产生活方式。为支持智慧地铁、智慧票务的发展，上海地铁洞察变革趋势，乘势而为，决定提高地铁购票的智能化水平，有效增强公共交通服务能力和运营管理能力。

2问题的提出

据不完全统计，乘客在自动售票机前选择目的站点用时接近20秒，完成支付用时也要近20秒。在乘客智慧服务方面，坚持问题导向，要针对乘客在购票过程中“目的地站点不熟悉、支付不便”的问题重点发力，精准施策，为乘客提供高品质的出行体验。市民乘客在支付方式已发生根本性变化，由原来“现金+IC卡”方式转变为现在采用移动支付、手机直接进出站的方式。上海地铁在进出站的移动支付受理环境日趋完善，与之形成鲜明对比的是，上海地铁仍以现金购票为主，在全网3800余台自动售票机种仅有16台云购票机支持二维码购票，已不能满足乘客移动支付的需求。扫码购票已在郑州地铁、高铁实现应用，上海地铁在这方面有必要加以完善。上海地铁目前日均客流1077万人次，今年3月全网单日总客流连续三周创新高，3月23日最高超过1235万人次。由于乘客购票时间较长，增加了车站客流的密度、拥挤程度，降低客流流动的速度。今年底上海轨道交通运营里程总长将突破700公里，2020年将形成20条线，800多公里的超大网络运营规模。聚焦安全高效、舒适便捷的超过规模网络的运营管理，利用人工智能和互联网技术，方便乘客快速购票进站，减轻车站客运组织压力，帮助乘客提高购票效率，增加购票体验势在必行。上海地铁单程票购票量较大的站点主要有虹桥火车站、虹桥2号航站楼、上海火车站、人民广场、豫园、陆家嘴等站，发售量最多的车站单程票日发售量约有3万余张。TVM前排队购票等待时间长，不利于大客流安全风险防范，有的车站为加快购票速度因此保留了人工售票窗口。乘客选择人工售票窗口购买单程票，主要是利用了在查询目的地的功能，同时不必在TVM上操作设备，需要利用智能化系统自动查询地理信息，帮助乘客快速选站，提高购票效率。2017年上海地铁全网单程票发售现金达到13．24亿元，车站现金流量较大，票款缴交和现金管理有一定难度。通过互联网支付取代现金购票以后，预计可降低现金流转量30%以上。上海地铁2016年试点的云购票机，乘客反响较好，但是其采用乘客手机APP二维码被扫的方式，决定了设备硬件改动较大。采用其它非现金购票方式以后，TVM只改动软件而不对硬件作任何改动，减少硬件投入。结合互联网支付技术，提高支付效率，加大对新的购票业务的拓展力度。

3关键问题的研究与解决

围绕研发远场人机交互高识别率的智能化售票设备，首先对其它选站的购票方式进行了分析。线上查询购票线下承兑这一方式，手机端需要多次操作购票环节复杂，售票设备需要进行兑票码扫码器的硬件投入以及联机兑票的改造，部分车站蜂窝信号不佳影响手机端查询效果。在自助查询机上查询和在售票设备上购票这一方式，需要在不同设备上操作，购票效率不高，车站增加的自助查询机占用站厅空间增加了大客流防范风险，查询机需要手工输入目的地，输入方式较为单一。较前两种方式，在现有自动售票机上智能查询并购票这一方式，可获得查询购票一站式服务，具有较高便捷性。利用人工智能进行人机交互，理解购票者要去的目的地，提高查询效率。不需要手工输入目的地，不同乘客群体都能使用。地铁互联网购票需解决以下关键问题。

3．1人机交互方式

购票人利用智能化方式将目的地信息在售票设备上输入，售票设备识别购票人的语音语意表达。在这个基础上，智能化售票设备会通过云端电子地图查询到离目的地最近的地铁站，列出候选车站，并显示换乘路径。市面上主流语音识别技术采用单独麦克风阵列，上海地铁采用了阿里巴巴达摩院拥有的麦克风阵列加摄像头这种“语音+视觉”多模态融合技术。前一种技术需要手工选择语音功能，后一种技术摄像头感知到购票人走近，免唤醒语音输入，标准普通话识别率接近100%。前一种技术只能适用于办公室、家居等比较安静的环境，后一种技术适用于公共场所嘈杂环境，通过后台算法软件排除噪声。与前一种技术离线或在线都不能使用电子地图相比，后一种技术可使用部署在云端的电子地图。前一种技术只能识别上海地铁全网317个车站名(截止到浦江线)，后一种技术除地铁站名外，可输入上海景点、地标、商业中心等信息。“语音+视觉”多模态融合技术，可在地铁站等公共场所嘈杂环境下使用，达到大规模商用水平远场语音交互。

3．2摄像头和麦克风阵列安装位置

以语音购票体验者所提供的身高数据为依据，购票者身高主要分布在150cm-180cm，确定摄像头安装高度在150cm-180cm之间，采用广角景深3D摄像头，可以清晰拍摄到购票者面部。为识别购票人的口语化表达，需要在售票设备上安装麦克风阵列，为排除噪声，增强语音语意识别效果，在自动售票机前面板上横向安装一组麦克风阵列。售票设备最窄机型作为语音阵列最长长度0．6米，出于工控机性能原因，麦克风数量控制在8个。通过内部声学设计，将8个麦克风的位置排列达到最好的声学效果。中间4个麦克风为主收音区，两边各2个麦克风对购票人进行定位。售票设备语音选站的具体工作流程为:购票人走近售票设备，摄像头自动唤醒语音功能。麦克风阵列收录所有人的声音，摄像头辅助判断谁是主购票人。对购票人的语音进行收录，售票设备工控机把音频文件发给云端语音识别引擎。云端语音识别引擎将识别购票人口述的目的地，售票设备显示语音引擎的识别结果。语音识别引擎将购票人口述的目的地识别结果告诉云端电子地图。目的地可能是车站名，也可能是其它地址，电子地图对目的地地址进行检索。云端电子地图检索出的候选车站和换乘路径通过语音引擎发给售票设备，售票设备将这些内容显示在屏幕上，供购票人选择。如果是车站名，售票设备直接跳到支付页面。购票人选择其中一个候选车站后，售票设备跳转到支付页面。

3．3体系结构

体系结构是指在售票设备语音购票、模糊查询的云端服务部署方式，云端服务是指语音识别、语音理解，把语音转换成文字，以及地点模糊查询、换乘路经查询。主要有公有云和私有云两种部署方式，公有云是指第三方提供商通过自己的基础设施向外部用户提供服务，外部用户通过互联网访问服务。此处指互联网企业拥有云端语音引擎和电子地图，以有偿的方式向上海地铁提供语音识别和地点模糊查询的服务。私有云是指客户拥有基础设施，并在基础设施上部署应用程序。此处指上海地铁在防火墙内的服务器上部署语音引擎和电子地图的应用。从更新的及时性上看，公有云随时可以更新，随着乘客数据上升，语音算法趋于完善，私有云只能固定时间更新。从排除网络故障时间来看，公有云具有不确定性，私有云在一定时间内排除故障方面相对可控。公有云的方式需要上海地铁租赁云端服务，每年需要不菲费用，私有云的方式上海地铁具有语音识别引擎、电子地图在内的一整套解决方案，费用上只需要项目建设一次性投入。因此，私有云提供的服务比较稳定，只要私有云服务器与AFC专网无故障，就不会大面积影响运营服务。

3．4支付方式

支付方式是指乘客在选择目的车站后，进入支付页面时，采用二维码取代现金购票，分为被扫付和主扫付两种方案。被扫付是指手机客户端展示二维码被售票设备扫码，主扫付是指用手机客户端扫描售票设备屏幕上的二维码。被扫付是一种线下对线上的支付方式，在不联网的情况下也能刷码支付。2016年上海地铁试点的云购票机即采用被扫付方案，为减少TVM购票现金管理的压力，给予乘客更丰富的购票体验，上海地铁进一步研究TVM设备互联网购票模式，为减少硬件的投入，TVM扫码付方案由原来的被扫付到主扫付，仅通过软件功能的修改即可实现TVM主扫付款。

3．5支付入口

售票设备的购票码采用统一的聚合码，而不是采用不同支付机构的二维码。聚合码是指融合了多种渠道支付工具聚合支付的二维码，一般由商户提供聚合码，乘客用多种的手机客户端扫码支付。为拓宽各类第三方支付渠道，乘客用不同的APP扫聚合码完成购票支付，进一步增加扫码购票数量，从而减少TVM现金购票量。以进一步拓宽第三方支付在售检票系统应用范围为目标，从而减少车站现金的使用，降低票款缴交等现金管理的难度和风险。聚合码的优势在于系统建设难度小，不用对接多家支付机构，只需与聚合支付平台对接，只需与统一的聚合支付平台结算票款。在接入一个新的支付机构时，系统升级没有开发工作量。不再由各支付机构发码，地铁ACC可按照地铁标准发码。售票设备界面较为简洁，只需显示一个聚合码标识。聚合码争议在于由一家支付平台收单后在其它支付平台上再次下单，其它支付机构的交易数据集中在一个支付平台上。

4研究成果特点

(1)设备端主动发起交互，实现了免唤醒的语音交互，使得人-机交互接近人-人交互。“语音+视觉”多模态融合技术判断逻辑如下:①自动售票机处于待机模式时，语音功能待机，语音阵列关闭，摄像头处于激活状态，应用程序处理摄像头观察到的图像信息。②当有人走近自动售票机，应用程序观察到摄像头有人走近，把其它所有模块唤醒，包括麦克风阵列、工控机中其它跟语音相关程序，通知TVM语音功能启动，自动售票机显示语音收音界面。③自动售票机处于语音收音状态，等乘客说话。视频流:a．确定1-2个主购票人。b．发现主购票人动嘴说话，对这段时间这个方位的音频进行标注。音频流:对每一个人声，作简单的位置标注。④应用程序结合2个数据流，对音频流中哪一个音频需要识别进行标注并上传。购票人口述完成到自动售票机上显示候选车站，延迟时间控制在2秒以内。(2)针对线路上多型号TVM设备，形成较为统一的硬件改造方案。由于语音阵列需安装在售票设备屏幕上方、摄像头下方，语音阵列中心在屏幕中心线上，同时支持内嵌式安装和外接式安装。经过对上海地铁现有各类型TVM调查排摸最终得出语音阵列设计:统一提供长48cm、含8个麦克风的长条形语音拾音阵列，语音阵列设计有效距离较远为80cm，在车站嘈杂环境下，以及人声干扰的场景，售票设备正前方80cm内79分贝以下稳定和突发生源，可准确识别。摄像头在麦克风阵列上方，和显示屏中心线对齐。拍摄距离较远为80cm，拍摄范围＞1㎡，可拍摄到不同方位的购票人脸部画面。(3)目的地信息识别逻辑方面，TVM设备作为轨道交通售票设备而非问询机，目的是为了提供购票服务，因此我们设定轨交车站名优先级大于景点名，提供轨交车站名优先识别的服务，有效提高了购票速度。我们从上海地铁内部部门获取了上海市3000多个热门景点名，通过对317个轨交站名和这些景点名进行优先识别，以及电子地图的模糊查询服务，对购票人查询目的地的覆盖率达到90%。目的地识别逻辑:对上海地铁317个车站名和上海3000多个景点、地标、商业中心作了强识别，所谓强识别，即语音功能反应较快的优先识别。白名单覆盖了上海地铁317个车站名和上海3000多个景点、地标、商业中心。剔除了便利店、连锁店、非地名的口头语，完善了黑名单。目的地识别优先级顺序:①上海地铁317个车站名。②上海3000多个主要景点、地标、商业中心等。③过滤算法，判断是否为口语化无效词。④如果在目的地列表中没有命中，进入电子地图搜索。(4)通过自动售票机软件功能优化，乘客从原来的手机第三方支付APP展示二维码，在自动售票机上刷二维码购票，变为现在乘客使用手机第三方支付APP扫描自动售票机屏幕上二维码完成购票，减少了自动售票机改造的硬件投入。扫码购票流程:乘客在自动售票机选择购票信息后，自动售票机逐一通过清分系统、地铁快付向第三方支付申请二维码数据，第三方支付将二维码数据原路返回给自动售票机，自动售票机在屏幕上展示二维码。乘客用第三方支付APP扫码支付。自动售票机自申请到二维码后进入超时等待，在超时时间内收到支付结果后进行出票，第三方支付逐一通过地铁快付、清分系统将支付结果通知自动售票机。自动售票机在等待支付超时内，因乘客取消支付或网络原因未收到支付通知，将逐一通过清分系统、地铁快付向第三方支付发起取消支付通知。自动售票机收到支付通知后，只要有1张或以上车票出票后需逐一经过清分系统、地铁快付向第三方支付上送出票结果通知。自动售票机收到支付通知后，因发卡模块故障或余票不足等原因，自动售票机逐一通过清分系统、地铁快付向第三方支付发起部分退款请求。(5)自动售票机根据乘客操作信息，计算票价，创建订单，售票界面上展示统一的购票码，乘客可使用3个及以上主流支付机构APP扫码购票。银联提供统一的链接，手机APP扫码后访问银联服务器，银联二维码平台根据APP_ID判断银联APP、银行APP或第三方支付APP，跳转到不同交易系统完成支付。聚合码扫码支付购票过程:自动售票机根据购票信息，将订单信息发送到清分系统，清分系统返回二维码至自动售票机，TVM展示聚合码等待乘客扫码，乘客扫描二维码，手机客户端访问银联服务器，银联二维码平台判断扫码APP为银联APP或第三方支付APP:乘客使用支持银联二维码标准的银联APP或银行APP，扫描自动售票机屏幕上的聚合码，交易上送到银联二维码平台，支付完成后银联将支付结果通知手机APP端，并将支付结果逐一通过地铁快付、地铁清分系统透传至自动售票机，自动售票机完成出票。乘客使用第三方支付APP扫描聚合码，手机客户端访问银联二维码平台，银联二维码平台识别扫码APP为第三方支付APP，将交易送往第三方支付系统并完成支付，将支付结果返回银联，并通知手机APP端交易完成，银联将支付结果逐一通过地铁快付、地铁清分系统透传至自动售票机，自动售票机完成出票。

5TVM设备人工智能购票方式应用效果

TVM设备人工智能方式已实现四大功能，分别为语音购票、地点模糊查询、聚合码扫码支付、线上购票线下兑票码兑票，不仅完成实验室样机试制和功能验证，而且在部分站点试点运行，效果良好，具备进一步推广应用条件。乘客对TVM设备用自然的方式口述目的地后，云端语音引擎将乘客语音转成文字，识别出其中的地点名称，利用云端电子地图查询到目的地最近地铁站，屏幕展示候选车站列表提供乘客选择，并显示换乘路径、车站出口、步行距离。乘客口述车站名，直接进入支付页面。语音购票在TVM购票功能的基础上，增加地理查询的服务功能。通过探索智慧科技的应用，提高乘客购票效率，方便乘客快速购票进站。TVM设备向地铁后台申请聚合码数据，并在屏幕上显示聚合码，乘客可选择银联云闪付、银行APP、微信、京东、美团客户端等多种方式扫码支付，交易发送到银联二维码平台，二维码平台根据用户APP将交易送到对应支付系统完成支付，银联通知TVM设备出票，同时通知APP支付成功。人工智能购票设备语音识别正确性率高、识别距离远，目的地查询准确性高，反应时间短，运行稳定，基本满足乘客问询需要，降低了不熟悉购票设备的老年群体或者是不熟悉地理环境的商旅人士的购票难度，降低了车站工作人员的人工服务压力，达到提高轨道交通服务能级的目的，帮助乘客精准购票，提高了购票体验和购票效率。语音购票和扫码支付，是上海地铁利用人工智能和互联网技术优化服务的成功案例，在精准助力安全高效引导大客流组织上找到主攻方向，对人工智能领域进行积极探索和前瞻布局，将技术创新向科技成果转化和应用落地，推动地铁票务高质量发展。智能语音在机场、高铁站、电话客服等其它行业的应用，主要是起到自助问询和人机对话的作用，上海地铁将语音选站和互联网购票结合起来，实现智能语音更深一步的应用。在经济效益方面，人工智能购票方式上线后，单程票销售量有比较明显的跃升，提高票务收入，售票设备使用效率显著提高。在社会效益方面，解决了上海地铁线网复杂带来的购票问题，解决了外地来沪乘客只知道目的地却不知道坐到哪一站、不知道如何换乘的问题。查询地点前几名分别是人民广场、东方明珠、徐家汇、南京东路、外滩，在为乘客提供便民服务的同时，带动了上海商业景点旅游的经济发展。

6结语

地铁自动售票机语音识别、模糊查询、聚合码扫码支付新功能，是上海地铁利用人工智能和互联网技术对原有售票流程的升级改造，提高了主动服务意识和应用智慧科技的能力，走出了一条以乘客需求为导向、引领关键技术创新的独特发展路径，激发了微观主体创新活力。上海地铁正以面向未来的视野，把握机遇，营造环境，全力打造创新策源、应用示范和人才集聚的高地。

参考文献:

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［2］宋伟，金畅，盛四辈．我国智能语音行业专利战略研究————以科大讯飞为例．科技进步与对策，2011(21)．

［3］甘玉珏，苏军根，林健，洪博宇，鲁维．智能语音产品现状及展望．广东通信技术，2017(12)．

作者：钱小毅 龚迥 单位：上海轨道交通运营管理中心