基于数据驱动的铁路客运报销凭证数字化转型研究

Digital Transformation of Railway Passenger Invoice Vouchers Based on Data-Driven Approach

Abstract

In the era of rapid development of informatization and digitization, making business data digitized and driving business development with data play an important role in the construction of smart cities and the development of intelligent transportation. There are abundant products in railway passenger transportation and numerous types of invoice vouchers. The real name information is stated on the ticket purchase invoice voucher, but there is some invoice voucher information not recorded in the ticket system. Therefore, it is difficult to be associated with corresponding railway tickets and passenger information, which may cause inconvenience for the passenger. As a result, research on the digital transformation of railway passenger transport invoice vouchers based on a data-driven approach was conducted. The current situation of passenger transport invoice vouchers was analyzed, and the digital model of invoice vouchers was constructed using the five-step method of "information backtracking, metadata establishment, data precipitation, data application, and services improvement". The core technologies such as edge computing, privacy protection, and transaction integrity were used to achieve the digitalization of invoice vouchers. The effectiveness of the digital model was verified through practical applications. The digital transformation of invoice vouchers provided technical conditions for business interoperability, laid the data foundation for the comprehensive promotion of electronic invoice business, and offered ideas and references for the digital transformation of other passenger transportation products.

Graphical abstract

关键词

铁路客运 / 数据驱动 / 报销凭证 / 数字化 / 元数据 / 数据沉淀

Key words

Railway Passenger Transport / Data Drive / Invoice Voucher / Digitization / Metadata / Data Precipitation

0　引言

在系统互通、数据驱动、智能化决策的数字时代，建立健全铁路客运报销凭证信息系统，成为智能铁路发展的目标之一。目前，对报销凭证信息系统的研究，主要体现在如何与增值税发票管理对接、如何进行发票风险管理、如何建立税务共享服务等方面，对报销凭证数字化转型的研究比较少，为此，研究侧重在铁路客运报销凭证数字化转型方面，为与税务系统互通打好数据基础。

交通运输行业发展快，业务覆盖面广，在数字化转型驱动下有很多方面的研究。张伯驹等^[1]认为铁路行业的数字化转型应以“铁路交通即服务”为目标进行设计，并依据数字化转型MAX成熟度模型，初步判定铁路信息系统正处在由“技术中心系统运营”向“业务中心数据运营”过渡的状态；苏璇^[2]建立铁路数据共享模型，整合铁路数据资源，支撑铁路产业数字转型；李樊^[3]提出轨道交通数字化转型的关键性技术点，以业务为导向，以数据为基石，以共享为价值推动城轨企业智能化转型；徐瑞等^[4]提出从分析、设计、实施三步走的数据战略，为打通航空企业间价值链做好技术支持；朱晓园^[5]提到2025年68%的航空旅客将成为数字化旅客，要求旅程中每个环节的信息服务更有针对性。

对于数字化转型中的关键技术也有很多研究，卢睿等^[6]研究基于区块链技术保障铁路工程信息安全问题；潘红芹等^[7]将国内的先进密码技术应用在铁路数字化业务中；杜潇骁^[8]深入分析轨道交通数字化转型技术发展趋势，包括人工智能、虚拟仿真、边缘计算等技术的应用。

借鉴相关研究经验，通过“信息倒推—>建立元数据—>数据沉淀—>数据应用—>提升服务”五步法进行铁路客运报销凭证数字化转型研究。

1　铁路客运报销凭证的现状

客户通过铁路部门办理客运业务后，对于在铁路完结的服务可以开具相应的报销凭证，有些报销凭证在全路客票发售和预订系统(以下简称“客票系统”)中记载数据，有些报销凭证数据独立于客票系统，票面无相关车票及乘车人信息，在报销时无法确认真伪。

1.1　报销凭证类型

铁路客运业务产品众多，已完结的服务可以开具报销凭证，主要包括销售类、变更类和延伸服务类3种类型，报销凭证类型如图1所示。

（1）销售类。销售类主要指在铁路购买了客运产品，以车票为主，不同的产品类型，可开具不同的报销凭证。2020年8月起电子客票在全路推广后，旅客乘车凭证载体发生变化，除身份证件外，新增了检票二维码、人脸识别等方式^[9-10]，这些载体也具备快速找到“旅客—车票”对应信息的功能。在铁路实施电子客票之前，车票同时兼备乘车和报销作用；采用电子客票后，车票仅作为报销凭证使用。实际提供的服务超过所购买车票应享受的服务时，如购买儿童票但实际年龄超过14周岁、乘坐区间超过购买区间、乘坐席别高于购买席别等情况，须办理补票业务，补票后可开具补票发票；通过中铁银通卡预付票款，直接刷卡乘车，对于银通卡完成的购买、变更、补卡等服务可以开具发票；2020年底开始推出新型票制产品，包括计次票和定期票，为通勤旅客和铁路常旅客提供了便利^[11]，购买后可开具相关发票；港铁、中老等跨境列车可以购买跨境车票并开具发票，中老发票^[12]需打印中文、老挝文、英文3种语言，并且票制长度与内地不同；城际铁路适应公交化运营^[13]，具有检票二维码、可识读证件、一卡通等多种进站方式，购买后可开具相应发票；依托学校、企业、旅行社可以为学生、职工、农民工等特定人群以团体方式购买火车票，并可开具车票发票。

（2）变更类。变更类指对已购买的铁路产品进行了变更服务产生的报销凭证种类，主要包括退票、退差、改签3种变更服务。当旅客需取消行程时，可以办理退票，办理后仅产生退票费报销凭证；当旅客因病因伤、铁路责任、自然灾害等特殊情况导致行程中止，可以办理退差，办理后会产生已享服务对应的票款报销凭证，因病因伤发生时还会对未乘车的区间票款收取退票费；当旅客不能按照原车票出行，但仍需出行时，可在规定时间内办理改签，改签可能会产生改签费、退票费、新车票3类报销凭证，其中，改签费、退票费属于变更类报销凭证，新车票属于销售类报销凭证，当旅客改签后的新车票乘车日期大于原车票的乘车日期，会按照原车票、新车票中较低票价收取阶梯改签费，当改签新车票票价低于原车票票价时会对退款部分收取阶梯退票费。

（3）延伸服务类。延伸服务类指除正常的车票票务服务外，扩展的出行服务。旅客在乘车前购买意外伤害险，在旅行前或旅程中订购餐饮，乘坐铁路专车完成一日或多日旅游，完成这些服务后可以开具相应的报销凭证。

1.2　报销凭证数据

不同类型的报销凭证，数据特征不同，报销凭证数据如图2所示，依据报销凭证类型进行数据分类。

销售类以车票为主要特征，包括乘车日期、车次、发站、到站、车厢号、席位号、席别等票信息以及实名制对应的旅客信息、购买车票的交易信息，新产品、银通卡、补票、城际、团体以及跨境等还包括各自的服务特征；变更类以变更后产生报销凭证的服务为主，对于不产生发票数据的暂不研究，以车票为例，可以办理退票、改签和退差3类变更服务，退票包含票信息、旅客信息以及完成退票需要收取的退票费和退款交易，改签包括原车票信息、新车票信息、旅客信息、完成改签需要收取的退票费和改签费、新支付票款交易以及退款交易，退差除与退票一致的数据外，还需要退差特征数据，比如区段停运，实际到站发生变化；延伸服务类包括与车票关联并扩展的服务，保险包括票信息、旅客信息、投保人信息、保险类型、保费等；餐费包括票信息、旅客信息、餐费、运费以及商品特征；旅游包括票信息、旅客信息、旅游信息、住宿信息以及门票信息等。

2　铁路客运报销凭证数字化模型

为契合数字经济的时代特征，需将报销凭证信息系统数字化转型纳入研究，将铁路客运报销凭证数字化，为未来凭证载体变化做好技术和数据支撑。客运报销凭证数字化模型如图3所示，采用“信息倒推—>建立元数据—>数据沉淀—>数据应用—>提升服务”五步法。

（1）信息倒推。信息倒推主要实现将业务按照由粗到细粒度的拆解，目标为要开具一张报销凭证，分解实现过程。①是什么类型的报销凭证；②具有什么样的特征；③需要具备什么样的要素，是所有报销凭证共同具备的还是个性化的要素。为此，信息倒推主要包括业务分类、特征分解、确定核心要素和个性要素流程。以退票费报销凭证为例进行描述。首先，明确报销凭证类型为退票费；其次，分析哪些业务产生退票费，旅客办理退票、退差、高票价车票改签低票价车票时，根据阶梯费率规则，如果满足收取退票费的时间，则需要在所办理车票的票价基础上扣除退票费后办理退款，改签时因可能涉及改签费，最终可能是扣款；第三，分析给旅客开具退票费报销凭证需要哪些要素，车票信息、旅客信息是票务类凭证的核心共同要素，办理事由、实际区间、实际席别等个性化要素，也需要作为退票费凭证数据一并记录。

（2）建立元数据。元数据为描述数据的数据，其作用是帮助业务从信息向知识进行转化，实现对信息倒推的输出进行描述和结构化，为信息沉淀数据做好过渡。元数据包括要素结构体、结构数据的存储位置、与其他结构数据的关系等内容，通过元数据可以建立各结构体的关系链路，形成数据网便于数据使用者清晰了解。客运报销凭证元数据结构如图4所示，包括业务元数据和技术元数据2部分。具体的业务通过信息倒推会得到核心公共要素和个性要素，可作为建立业务元数据的依据，主要包括车票、旅客、车票交易、产品特征、产品交易和列车组织调整6部分，其中，车票即为乘车信息；旅客为车票对应的乘坐者；车票交易为购买车票的支付，包括支付渠道、支付金额、支付卡等信息；产品特征为购买渠道、服务类型、服务内容等；产品交易为享受产品服务发生的交易，比如退票后的应退票款；列车组织调整为购买服务后列车信息发生变化，比如晚点、甩车、停运等不可抗力发生导致服务调整或中止。技术元数据包括存储位置、数据表、关系链路，其中，存储位置可以为数据库服务器、集群服务器、虚拟服务器等类型；数据表包括基础定义表、单一功能表、交叉功能表，根据表的作用设计字段、类型及相应长度；关系链路为各数据表的关系，形成由点到线到网的组织结构。

（3）数据沉淀。依据凭证元数据进行数据沉淀，形成有价值的可用数据。数据沉淀流程包括数据采集、清洗、处理和存储4部分，通过各渠道、系统采集数据，初步加工为符合规范的数据；对数据进行清洗，去掉冗余、无效数据；按照数据表的字段、类型和长度要求进行处理；将处理后的数据存储到指定服务器指定数据表。

（4）数据管理。对数据沉淀形成的数据表中的数据进行管理，包括应用、安全、备份清理3部分。其中，应用指使用数据办理业务；安全指通过加密、同一事务、访问控制等方式确保数据查询、传输、修改的安全和完整性；备份清理指定义历史数据的清理日期，按全表、关键字段方式备份到文件、历史数据库和存储设备，减轻运行数据库的压力，同时保障数据长期可用性。

（5）提升服务。业务沉淀为数据后，对数据的有效分析助力服务提升，包括数据分析、数据价值提升、凭证载体智能化3部分。首先，对落地数据进行多维度分析；其次，通过聚合、分组、共享等方式对数据整合，实现数据价值提升；最后，借鉴信息载体的发展^[14-15]，研究智能化的凭证载体。

3　铁路客运报销凭证数字化实现与应用

3.1　数字化关键技术

（1）边缘计算技术。边缘技术是一种新兴的计算模型^[16-17]，将计算资源布置在更靠近数据源的位置，以减少延迟，提高响应速度。边缘计算与云计算是互补技术，云计算更适合集中计算和大规模数据处理，对于需要集中大规模计算的处理采用云计算技术。因此，在铁路客运报销凭证数字化转型中，为避免凭证数据在存储服务器端计算造成资源紧张，将计算力下沉，对于实时性要求强的处理采用边缘计算技术。凭证业务使用边缘计算技术流程如图5所示。

部署边缘服务器组，在边缘服务器组上可收集元数据资源，经过清洗、处理后，按照不同旅客或办理的终端设备采用哈希算法进行分布式存储，并接收从数据库服务器组返回的凭证订单数据，用于与终端快速交互。

（2）隐私保护技术。隐私保护是对业务敏感数据的保护措施，报销凭证实名制数据以及交易数据均为敏感数据，在数据传输到云端进行存储时，通过关键值校验和加密技术^[18]确保数据不会被篡改；在数据应用时，通过访问控制技术确保访问者的身份，通过差分隐私保护技术对数据进行扰动，避免被攻击者获取隐私信息；在数据备份清理时，通过双机热备和加密技术确保服务器故障时，能获得安全可靠的隐私和交易数据。

旅客实名制证件信息、联系方式、交易银行卡号等为受保护的数据，从用户访问、清洗、传输、落地、清理等全链路各环节进行加密保护，通过校验值的监控可以及时对异常数据进行控制，保障旅客无忧办理客运业务，并在需要时开具客运产品报销凭证。

（3）交易完整性技术。交易完整性是指在一笔交易过程中业务完整、数据完整，业务与数据相辅相成。铁路客运交易是分布式处理，通过多节点服务器协同完成，在交易完成的全生命周期中数据需保持一致性和完整性，通过哈希算法离散数据存储的节点服务器，避免海量数据存储拥堵，使得数据安全落地；通过一致性算法在相关交易数据存储时全部成功或全部失败；通过在应用过程中业务控制，将与数据库交互结果及时在业务处理流程中增加确认或控制，避免出现数据已存储成功，但业务无法获知、重复办理的异常情况，提升用户体验。

3.2　应用效果

退签报销凭证为退票、退差和改签业务办理后产生的报销凭证，包括退票费、改签费、退差票3种类型，以退签报销凭证为实例，从降低成本、提高资源配置效率、增强市场竞争力3方面进行数字化转型的应用效果研究。

（1）降低成本。数字化后退签报销凭证相应的数据经过清洗、整合并处理后，均存储到客票系统服务器上，依托这些数据可以实现对旅客的高精度画像，降低获取旅客出行特征的成本，便于更好地为旅客提供服务。此外，与发票系统、税务系统互通后，还可以实现对报销单位的画像，开展更优质的团体服务。

2023年上半年仍存在部分退签业务未数字化，2024年上半年已实现全部退签业务数字化，不同时段出行特征对分析结果的影响不同，为此，取2023年、2024年上半年同时段退签报销凭证数据进行分析，分析中对客票数据进行了脱敏处理。将2023年、2024年同一日期的数据采用归一化百分比处理后，退签报销凭证存储数据量相对变化如图6所示，包括已开具、未开具状态的所有报销凭证，退签报销凭证已开具数量相对变化如图7所示，退签报销凭证开具率相对变化如图8所示。

退签报销凭证数字化后，从图6可以看出，存储数据量涨幅明显，单日最高涨幅达到3.5倍以上，平均涨幅1.5倍；从图7可以看出，除个别单日外，开具数据几乎全部呈上浮趋势，单日最高开具涨幅达到12倍以上，平均涨幅3.5倍；从图8可以看出，1月和2月受春运特征影响，开具变化起伏，其他月份开具率稳定上涨。存储和开具翻倍的数据变化，体现了脱机凭证业务的数字化效果，不仅降低了对纸质票据的管理成本、人力成本，以及对精准化服务的研究成本，也提高了工作效率。业务全流程数字化为更加精确研究旅客出行，为更多旅客提供更加优质服务提供数据支撑，随着凭证开具的便利化程度的不断提升，开具率也会不断提高。

（2）提高资源配置效率。数字化转型前，系统内及系统间的信息获取和传递有较高的成本，并存在信息不对称、资源无法共享、业务拓展受限的问题。数字化转型后，业务数据均入库管理，脱机开具报销凭证已成历史，资源的获取、分配以及使用更加高效，便于大规模推动数据流动，减少信息不对称，与铁路内外各部门互通数据，实现资源共享；数字化电子发票成为现实，打破空间地域限制，可以实时响应旅客的开具需求。

（3）增强市场竞争力。旅客购买车票，并开具报销凭证后，因个人或铁路原因需要办理变更业务。在变更业务时，需要先将已开具的报销凭证收回作废，如果有退票费、改签费或办理了退差，办理后可开具变更类报销凭证。

取2024年上半年车票数据，对｛车票销售，开具报销凭证，开具报销凭证后退签，开具报销凭证后线上退票｝数据集进行归一化百分比处理后，得到｛1，12.5%，1.47%，39.78%｝结果集。其中12.5%为开具率，1.47%为开具报销凭证后退签数量在开具总量中的占比，39.78%为开具报销凭证后通过12306网站或12306 APP办理的退票数量在退票总量中的占比。凭证数字化转型后为电子发票提供了数据基础，从结果集可以看出，12.5%的旅客可以在线上开具电子发票，其中1.47%的旅客不用再到车站窗口交回发票，进一步深化服务举措，提升旅客体验。通过对业务全流程数据的实时监控和分析可实现按需提升服务质量；对落地数据进行多维度分析，进而驱动决策的进一步优化，提供更为便捷和个性化的服务；在报销凭证领域加入更加智能化的元素，从而增强市场竞争力。

4　结束语

在信息化高速发展的时代，业务数字化成为企业发展的必然趋势。通过对数据使用、分析和管理，驱动业务的进一步发展，并开拓创新。采用“信息倒推—>建立元数据—>数据沉淀—>数据应用—>提升服务”五步法构建铁路客运报销凭证数字化模型，并通过边缘计算、隐私保护以及交易完整等核心技术完成报销凭证数字化进程，最后从降低成本、提高资源配置效率、增强市场竞争力方面进行应用效果阐述，验证了数字化模型的有效性，为铁路客运其他产品数字化转型提供思路和参考。未来研究将不断纳入新型智能技术，实现数字化到数智化的转变，提高数据和业务的价值，提升企业竞争优势。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(P2023W002)