基于12306客票系统的港铁跨境电子客票设计与实现

Design and Implementation of Cross-border E-Ticket for Hong Kong Railway Based on 12306 Ticketing System

摘要

在分析香港西九龙车站跨境列车运营现状以及实施电子客票融合需求的基础上，通过对国铁集团、铁路局集团公司、车站三级架构系统的改造，设计并实现以旅客服务记录(PSR)为主要载体的港铁跨境电子客票票务系统。采用隐私保护技术、多币种支付、系统应急处置等关键技术，实现香港西九龙车站窗口发售电子客票，打破港铁12306网站、APP与车站人工窗口一体化办理旅客出行业务的壁垒。通过改造香港西九龙站的检票设备，支持旅客使用可机读识别的购票证件刷证或扫描12306APP动态二维码进行检票，实现无纸化出行。自2023年1月香港与内地恢复互通以来，港铁跨境列车运营的实践表明，港铁跨境电子客票的实现满足了港铁的运营需求及国铁集团的电子客票融合需求，极大地提升铁路跨境旅客的出行体验。

Abstract

This study examined the current operations at Hong Kong's West Kowloon Station and the demand for integrating electronic ticketing. By revamping the hierarchical system of the China Railway Group, railway bureaus, and stations, the study developed a cross-border E-ticketing system for the Hong Kong Railway, with passenger service records (PSR) as its core component. Leveraging key technologies such as multi-currency payment and data privacy protection, this system enabled E-ticket sales at West Kowloon Station, overcoming the barriers between the 12306 website, mobile app, and manual ticketing offices. Upgrades to the station's gate equipment facilitated paperless travel by allowing passengers to scan readable ticketing documents or 12306App QR codes for gate access. Since the restoration of connectivity between Hong Kong and the mainland in January 2023, the operation of cross-border trains by Hong Kong Railway has demonstrated that the E-ticket system meets operational needs and aligns with China Railway's E-ticketing standards, significantly enhancing the travel experience for cross-border railway passengers.

Graphical abstract

关键词

电子客票 / 港铁 / 跨境 / PSR / 隐私 / 多币种

Key words

E-Ticket / Hong Kong Railway / Cross-border / PSR / Privacy / Multi-currency Payment

0　引言

近年来电子客票已成为国内外交通行业的发展方向，尤其是民航与铁路等领域已经广泛应用，在大幅提升旅客出行体验的同时，有效节约了运营成本。结合我国铁路行业特点，中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)根据自身业务发展需要，于2020年6月在全路范围施行了全面电子客票，旅客可以通过12306网站、手机APP、人工售票窗口(含代售点)、自动售取票机等渠道购买铁路电子客票，各渠道可通退通签，进站乘车无需换取纸质/磁介质火车票，旅客可通过刷购票证件或扫描手机APP的动态二维码完成自助检票，实现无纸化出行^[1-6]。

广深港高速铁路(广州南—香港西九龙)，北起广州南站、南至香港西九龙站。2018年9月香港段开通运营，2019年12月广深港高速铁路全线内地车站相继实施电子客票制度，由香港铁路有限公司(以下简称“港铁”)运营的香港西九龙站作为接入国铁集团高速铁路网络的跨境车站，其车站人工售票窗口、自动售票机(TVM)对跨境旅客发售的车票仍为传统的磁介质车票。香港西九龙站依然面临着纸质车票时代存在着的诸多问题，如电子客票生命周期短，旅客仍需换取纸质车票后才能乘车；各渠道车票信息无法互通：人工售票窗口(含代售点)、TVM等发售的传统纸质车票只能在窗口办理退改签业务，12306网站、APP发售的电子客票在换取纸质车票后的退改签业务须持纸质车票去窗口办理；纸质车票易丢失易伪造等。中国内地全面实施电子客票后绝大部分车站检票设备已取消磁通道不再支持刷纸质车票检票，需在内地与香港进行跨境铁路出行的旅客在购票与乘车时的体验与中国内地差异巨大。

从分析国铁与港铁票务系统的融合工程需求出发，给出港铁跨境电子客票设计与实现方案，为港铁建立完整稳健高效的电子客票票务系统提供技术支撑。

1　港铁跨境电子客票设计

针对香港地区实名制车票的发售与自身运营需求，港铁跨境电子客票的设计需要充分考虑港铁的运营需求及国铁集团的电子客票融合需求。

1.1　主要功能需求

中国铁路全面电子客票的实质就是把既有纸质车票承载的旅客运输合同凭证、乘车凭证、报销凭证功能分离，实现运输合同凭证电子化，乘车凭证无纸化，报销凭证按需提供，为旅客提供购票、变更、乘车全程电子化服务。因此，港铁跨境电子客票设计与实施首先要实现全面电子客票的发售，支持线上线下售退改签等业务的一体化办理；其次，实现无纸化出行包括刷脸进站、刷证检票、电子化查验等；最后需要满足香港《个人资料(隐私)条例》要求。

（1）全面电子客票发售。设计港铁线下人工窗口等渠道既有票务交易功能，使旅客可通过线下渠道购买电子客票，其交易数据与线上渠道统一，增加人民币、港币多币种支付功能，线下窗口实现多币种售、退、改、废电子票，并完成港铁全渠道电子支付的电子客票在线退票改签的业务办理。

（2）无纸化出行。设计智能出行功能，改造升级既有自助设备，支持已购电子客票的可机器识读证件在各类自助设备上刷证取票、核验、检票。成功购买铁路电子客票的旅客，其手机12306APP同时生成手机动态二维码作为乘车凭证，旅客也可以在各类自助设备上扫码进行核验、检票完成出行。

（3）实名制隐私保护。设计港铁票务系统的隐私方案，通过数据加密、数据脱敏的方式满足香港西九龙车站各终端设备、应用服务器、数据库服务器在数据显示、数据存储、数据传输过程中对隐私数据保护的需求，达到隐私保密标准^[7-9]。

1.2　总体架构设计

港铁跨境电子客票的总体架构设计基于国铁集团既有的12306系统框架以及前期内地全面电子客票的技术积累，复用其软硬件资源。电子客票系统架构如图1所示，港铁跨境电子客票系统架构由国铁集团级一/二中心、港铁票务中心、香港西九龙车站三级组成。

港铁的管理角色与内地铁路局集团公司保持一致，如图1所示称为港铁票务中心，共用国铁集团级的双中心系统资源。为提升香港西九龙站电子客票的售检可靠性及应急处置能力，设计港铁票务中心管理角色的系统架构及业务规则，并于香港西九龙站重构“车站级”票务系统，升级改造车站售票及验检票终端。

2　港铁跨境电子客票实现

港铁跨境电子客票为满足与中国内地电子客票的融合，从设计上采用国铁集团既有的12306客票系统进行改造，同时为了满足香港地区对个人隐私数据保护的需求，需要对基于国铁集团、铁路局集团公司、车站三级架构的客票系统进行设计，从而实现港铁跨境电子客票。

2.1　国铁集团级业务

（1）电子客票票务交易功能实现。为实现港铁全渠道发售电子客票以及线上线下业务的一体化办理，对线下渠道发售纸质车票的流程进行较大的调整。国铁集团级既有的电子客票集群(如图1中①所示)源于内地全面电子客票实施，将线下电子客票集群与原有的线上电子客票集群合并，统一存放线上线下的售票存根交易数据和电子票订单等数据，打破之前铁路局级路局中心服务器存放线下存根交易数据的模式。对于港铁跨境电子客票，继续沿用此架构设计，将香港西九龙车站线下发售的电子客票上移，统一存放在国铁集团级电子客票集群，同时为支持人民币、港币多币种售票交易，在国铁集团级电子客票集群中新建数据结构，用于存放香港西九龙车站售票产生的多币种存根交易数据。将香港西九龙车站电子客票销售数据集中存放管理，打通港铁线上线下电子客票发售、变更时的数据壁垒。由图1国铁集团级服务的架构部署来看，应用双中心双活结构，双中心数据实时同步，单个集群故障时可自动切换，保障系统的高可用。

（2）智能出行方案实现。基于系列集群技术，实现跨境旅客以港澳通行证等身份证件、手机二维码作为车票载体的毫秒级候进检的无纸化出行体验。港铁跨境电子客票利用国铁集团已构建的PSR集群(如图1中②所示)，PSR以乘车人为中心组织数据，它是以乘车人的购票、候车、进站、乘车、出站等信息为基础，以保险、约车、餐饮、住宿、旅游等信息为外延的多维数据模型，依托数据大集中和分散存取的思想，多节点分布式存储于电子客票集群中的电子客票数据通过数据库复制和业务中间件等技术实现了各业务系统的生产数据向PSR集群的高速汇聚，港铁出行旅客在客票系统中所有操作如购票、变更、进出站、订餐等操作均实时传输至PSR集群^[10-11]。采用开源分布式内存数据库Redis存储数据，PSR集群实现海量数据高并发存储及访问，解决港铁跨境电子客票信息在海量数据中的快速查询难题，为所有业务办理提供导航和依据，实现了实名制旅客全行程信息高效处理。

港铁跨境电子客票利用国铁集团既有的电子客票识别码集群(如图1中③所示)，实现售检全行程多形态二维码多场景的安全高效的应用。售票时通过软硬件双因子加密算法，将业务信息加密存储于行程信息提示单、报销凭证、手机动态二维码等多种行业二维码中。线下办理退改签业务时，工作人员可借助扫码设备快速解读“二维码”，避免人工输入带来的失误和低效；在进站检票时，旅客可出示12306手机APP上的动态二维码，实现“扫码”快速自助便捷检票。

2.2　港铁票务中心业务

将港铁作为一个铁路局集团公司级票务中心管理单位，其发售的电子客票数据将集中在国铁集团级，为兼容港铁下属的香港西九龙车站人工售票窗口、代售点、TVM等售票渠道的每日结账以及保障其电子客票系统在国铁集团级网络或集群故障之后，车站客票系统应急平稳健壮运行，需调整港铁票务中心的资源配置以实现此设计目标。

（1）每日结账所需销售数据的同步。电子客票系统产生的客票销售数据均在国铁集团级多数据节点分散存储，为兼容既有的香港西九龙车站线下财收结账业务，通过数据实时双写、定时复制补偿方案(如图1中⑥⑦所示)，将电子客票销售产生的存根及交易数据实时地双写到港铁票务中心服务器(如图1中⑨所示)，结合定时复制补偿服务(如图1中⑦所示)，完成国铁集团级与港铁票务中心的数据同步，从而满足车站对人工售票窗口、代售点、TVM等售票渠道发生的票及款的高效、准确结算^[12]。

（2）提升应急处置能力。为避免因国铁集团级PSR集群故障导致港铁候进检业务无法正常办理，定时从国铁集团PSR集群向港铁票务中心服务器备份港铁的电子客票数据(如图1中⑧所示)。在国铁集团级PSR集群故障应急期间，港铁候进检业务可由港铁票务中心服务器接管，支撑突发应急情况下电子客票业务的正常开展。

2.3　车站级港铁票务系统业务

重构车站级港铁票务系统，支撑香港西九龙车站发售及验检电子客票。港铁车站级票务系统部署在香港西九龙车站，提供香港西九龙站各客户终端设备的应用服务和应急服务，包括检票应用服务器、核验应用服务器(支持人工核验台、核验闸机)、自动售票应用服务器、应急售票服务器、应急验检服务器。由安全平台提供港铁票务系统接入的安全控制和接口服务，港铁车站级票务系统架构如图2所示。

部署电子客票二维码前置服务，提供对香港西九龙车站窗口、验检票设备等各终端的权限认证、监控并管理各终端设备的运行状态；处理各终端二维码操作数据与国铁集团间的数据中转实现二维码在线加解密；同时也支持应急模式自动检测与恢复等功能。当售票窗口和验检票需要处理二维码数据时，各终端首先连接到电子客票二维码前置服务完成权限认证后跳转至国铁集团电子客票集群，发起二维码处理请求，二维码生成服务通过调用密钥数据库与加密算法模块来完成电子客票数据的加密、调用解密接口还原出原始业务数据。同时为了加强二维码生成和还原过程的应急能力，减少对网络条件的依赖，在无法完成在线处理的情况下也支持线下各终端基于终端安全控制模块卡(Purchase Secure Access Module，PSAM)的离线加解密二维码数据。

升级香港西九龙车站客票终端设备软硬件。在人工售票终端、自动售票机、人工核验台、核验闸机、检票闸机集成二维码软件开发工具包(Soft Development Kit，SDK)、PSAM卡。其中，PSAM卡是一个小型加密机，卡中保存加密密钥和加密算法，可以为隐私信息提供硬件加密功能，也可实现网络异常条件下的二维码离线加解密功能；二维码SDK为终端设备提供离线生成二维码的能力。升级人工售票终端及自动售票机终端软件，支持全面电子客票的发售；升级人工核验台软件，仍支持既有核验磁介质火车票，新增不可机器识读证件的电子客票二维码扫码验票、刷证验票等功能；升级检票闸机软件，支持电子客票的刷证、扫描动态二维码的无纸化检票功能^[13-14]。

3　港铁跨境电子客票关键技术

港铁跨境电子客票实现的重点是重构港铁车站级票务系统，其部署于香港地区，利用搭建的专线通过安全平台接入到中国内地12306客票系统，根据香港地区应用场景，系统支持人民币、港币多币种支付，基于香港《个人资料(隐私)条例》，同时保障系统的健壮性、可靠性、高可用性，系统加强个人隐私数据保护与电子客票应急处置^[15]。

3.1　多币种支付

根据香港地区可同时使用人民币现金、港币现金和电子支付的要求，设计港铁票务系统的多币种支付方案，通过与收单行中银香港合作，在香港西九龙站窗口、TVM、代售点等线下售票渠道配置香港POS刷卡、扫码设备，车票发售展示端分别显示人民币和港币票款，旅客在香港西九龙车站使用电子支付方式支付车票款时，自动通过中银香港进行港币票款收取，多币种交易数据存储在国铁集团级电子客票集群，一方面用以满足港铁公司对线下售票的车票及钱款进行统计，另一方港铁公司在审核人民币收入的同时，借助多币种交易数据完成港币现金和电子支付的审核工作。

3.2　数据隐私保护

根据香港《个人资料(私隐)条例》要求，设计了港铁票务系统的隐私保护方案，在重构香港西九龙车站级港铁票务系统时，采用成熟的商密算法对关键数据进行加密解密，以保证隐私信息在存储、传输过程中的安全性。车站终端设备如人工售票窗口、自动售取票机、人工核验台、检票闸机、核验闸机均采用PSAM卡实现数据加密，以密文形式进行后续的数据传输；内地电子客票系统的服务器采用加密机实现对隐私信息的加解密，服务器与加密机之间使用网络信道加密保证传输信息的安全性；当应用终端程序接收到服务器传回的加密数据时，使用PSAM卡对加密数据进行解密，再进行后续业务的办理。

3.3　数据同步

根据每日结账数据需求及应急处置需要，设计了港铁票务系统的数据同步方案。定时从12306客票系统向香港西九龙车站票务系统中部署的应急售票服务器同步票务基础数据以及香港西九龙车站当日及次日始发车次余票数据。实时从12306客票系统向香港西九龙车站票务系统中部署的应急售票服务器同步当日及次日始发到达的电子客票销售数据。通过数据实时双写、定时复制补偿方案，将电子客票销售产生的存根及交易数据实时地双写到港铁票务中心服务器，结合定时复制补偿服务，以电子客票集群记录数据为依据定时检测国铁集团电子客票集群与港铁票务中心服务器数据一致性，完成国铁集团级与港铁票务中心的电子客票销售数据同步。

4　结束语

基于12306客票系统的港铁跨境电子客票系统随着2023年1月香港与内地全面通关正式应用于实际生产运营，2023年1—2月，香港西九龙车站日均到发跨境旅客超2万人次，最高达4万人次，累计超130万人次，实现了广深港高速铁路全线含香港段的全面电子客票。港铁跨境电子客票推动了跨境旅客无纸化出行，乘车更加方便快捷，节约了旅客时间，降低了港铁运营成本，带来的社会效益不言而喻。随着科学技术不断进步，人脸识别、指纹识别、虹膜识别等生物特征识别技术已不断应用于各类场景，在港铁跨境电子客票的基础上，港铁跨境旅客未来有望实现基于生物特征识别技术的无需携带身份类证件的铁路出行。

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基金资助

中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所科研项目(DZYF21-73)