上海鹰捷智能科技有限公司
摘要：自动售检票(AFC)系统在地铁、高铁等领域发挥着重要的作用。基于条码在AFC上具有举足轻重的作用，本文针对自主设计的嵌入式智能条码设备的功能与性质，简单描述条码设备设计的关键技术，更重要的是提供了如何更好地将条码设备适用于AFC系统的参考方法。本设计具有成本低，体积小，识别率高，检测速度快和在识别条码的类型上具有功能齐全的特点，为AFC系统的完善提供了更好的选择。
关键字：AFC系统;条码设备
1、背景
智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感器技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时，准确，高效的综合交通运输管理系统。智能交通未来发展将更加关注公众出行、交通安全等民生需求，更加适合我国国情、地域和行业特点，更需要企业和社会力量的参与，并将自主创新与集成创新结合起来，通过对现在信息。通信、控制等技术的集成应用，以构建安全、便捷、高效、绿色的交通运输体系为目标，充分满足公众出行和货物运输多样化需求，是现代交通运输业的重要标志。
自动售票系统(Automatic Fare Collection system,AFC)属于ITS的一部分，是实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动处理。通常的售检票过程是由售票员全程着手完成。近年来，尽管在发达的一线城市(如：北京，上海，广州，深圳，南京等大城市)的轨道交通系统广泛使用了AFC作为重要客运管理应用，但未能广泛地应用于二线城市甚至三线城市，这归因于现阶段的AFC系统需要高成本，高运维的缺陷， 在实现轨道交通售票、检票、计费、收费等过程中仍需继续优化，使其更加便捷、高效、绿色。
目前AFC系统中，自动售票机可支持银行卡购票，现金识别器购票，手持智能终端扫码购票等，支持找零和显示基本信息和资料的功能；自动检票通常由闸机(GATE)完成，主要有进站检票机、出票检票机、双向检票机。主要功能是检查该车票是否为本运输系统的车票？是否在有效期内？主要识别方式包括刷卡，证件扫描，条码识别和生物识别等等。不管是自动售票机还是自动检票机，都用到条码识别技术，可以看出条码识别技术在AFC系统中具有举足轻重的作用，因此，能够快速高准确率的识别条码是应用在AFC系统中首要解决的问题。
本文致力于研究快速高准确率的条码识别设备，在保障有快速与高准确率的功能下，开发低成本，功能齐全，体积小，便携，绿色的智能嵌入式条码扫描设备也是开发产品的重中之重，使其在AFC系统中更好地便携嵌套使用，降低整个系统的成本，有利于AFC系统的快速推广与使用。
2、产品设计
使用条码设备的最终目的是对条码图片的采集与解码，并将解码后的数据交予相应的需求方做相应的处理。整个产品的开发由软件设计，硬件设计和工装设计三部分组成，每个部分都有相应的分工团队，在各自的专业基础上钻研相应的部分，做到层层细化分工，精益求精，所谓精致为之广大。
2.1 条码设备用于AFC系统
本条码设备具有成本低，体积小，识别率高，检测速度快和在识别条码的类型上具有功能齐全的特点，使其能在AFC系统上的使用提供了先决条件。如何更好地将条码设备应用于AFC系统，可以根据AFC系统架构的主要功能中深入考虑。车票是乘客的车票支付没接和进出站的交易媒介，也是AFC系统基础数据的采集媒介。AFC系统的所有功能都是围绕车票来展开，因此，针对车票中的条码信息设计也是应用条码设备的必要条件。
条码信息中能做到防止伪造车票和车票复制使用的功能；打印条码车票时，考虑到打印结束后信息无法添加进条码车票本身，所以一个完整的车票的生存周期内所需要使用的信息字段都必须包含在内。相应的读取规则也应该事先制定，保证系统能完成完整的购票-进站-出站行为。如单程车票，主要针对的是购票车站到目的车站的乘车过程，因此，除了购买车票时需要记录的购票时间、车票版本、购票流水等基本信息外，还应该包含购票进站和允许出站的站点和允许进出站的时间等[1]。
对于规范化设计后的并且能都应用于AFC的售检系统的条码，本设计能够在高准确度和快速的前提下识别条码中的存储信息，这为条码在AFC系统上的使用提供不可或缺的保障作用。
使用流程可以为：传统车票凭证的内容及持有者的信息通过加密并编码后，成为一个条码图片，用户可以短信、手机APP软件的形式下载保存至手机上；使用时，乘客持条码电子图片在专用闸机的读码设备本文的智能条码设备)上进行识读，部署在中央清分系统(ACC)的联网售票后台系统通过通信专网解密入口闸机传来的识读码，并判断电子票是否可用，入口站信息是否匹配，是否已刷过入口站信息等条件，然后将电子车票有效性判断的结果通过通信专网，以加密方式返回至入口闸机的工控机，入口闸机工控机通过解码决定开闸放行或提示报警。识读和通信交互时间可实现在5s内，以保证大客流在进出站时站级系统的实施高效性。这种方式不仅解决了传统媒介的弊端，节约了材料和物流成本，节省了乘客排队购票的时间，提高了售检票效率，而且非常环保[2]。
2.3 软件设计
智能扫描设备集成1D和2D条码解码功能，能识读Code39、QR、PDF417、Data Matrix等国际主流二维码，扫码设备已经不单单局限于一种条码，多种条码图像获取后也可以解码得到数据，能使条码设备的功能更齐全，同时大大降低了设备成本，同时具有简单灵活，实现一物多用的优点。
软件设计包括图像处理算法、条码解码算法、图像采集和数据通信四部分，将图像处理算法和条码解码算法这两部分合称为条码识别算法。识别算法分为硬解码与软解码，硬解码设备即是条码识别算法出厂时固定在芯片上，通过芯片本身的硬件资源实现的解码功能；软解码即是条码算法经相应的编译器交叉编译后生成的能在芯片上运行的文件烧写在芯片上运行。目前设计的硬解码设备能集成有以下条码：Code128、UCC/EAN-128、EAN-8、EAN-13、ISSN、ISBN、UPC-E、UPC-A、InterLeaved 2 of 5、ITF-6、ITF-14、Matrix 2 of 5、Industrial 25、Standard 25、Code 39、Codebar、Code 93、Code 11、Plessey、MSI-Plessey、RSS-14、RSS-Limited、RSS-Expand、Data Matrix、QR Code、PDF417、Date Matrix。软解码设备同样可以集成上述条码的几种条码甚至更多种条码。
软解码中的图像处理算法和条码解码算法比较广泛使用源代码有ZBar、ZXing等，本条码设备在算法开发上综合这些开源码的思想，并且结合通用的图像处理算法和开源的条码解码算法，开发出能适应于嵌入式设备上的核心识别代码。图像处理算法指用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，在条码识别上，比较常用的算法有图像的变换，图像的增强与复原，图像分割，边缘提取，轮廓提取，几何校正，形态学处理，小波变换，时空域变换等方法，甚至在模式识别和机器学习领域也有相关联系。相信在未来平台允许的情况下，可以更多的使用模式识别、机器学习和深度学习等相关算法处理条码图像，使其在条码设备上更加精准地识别条码。条码解码算法的设计需要依据不同的条码编码规则来实现，解码过程中涉及到较多的数学知识，还涉及到信息论与编码的知识，因此，在这些解码算法的设计上，本文的条码解码代码是对已有的开源解码代码做进一步的优化工作，以尽可能的在嵌入式设备上提高识读速度。
图像采集主要是通过处理器对图像传感器进行数据采集，得到图像数据传送到条码识别算法处理与得到条码数据。
数据通信主要用于对数据的传输，目前可以使用USBKBW、USB虚拟串口、HIDPOS和串口模式等传输数据，多种传输方式可支持更多平台与系统。
2.4 硬件设计
处理器采用低功耗、高性能、高集成的应用处理器主频能达到1.0GHZ国际主流芯片。可适应于多款高低端图像传感器，支持30万像素至1000万像素高质量图像采集。电源采用MPS公司设计方案，转换效率可达到95%以上，发热量低损耗小，适用于多种低功耗应用场景，电池供电场景。数据接口可配置为USB，TTL-232，满足更多的接口要求。
电路板采用多层工艺制作电源线和地线的电感量大大减小，从而降低了电源线和地线的噪声电压，电源层和地层形成较大的分布电容，为电源提供了很好的高频解耦作用，从而减小了电源线上的噪声，对产品安全稳定工作起到极大的作用。
对于产品中重要的镜头采用高透光镜片，由多年设计经验光学专家设计出焦段范围、最优光圈、合适的焦距，配合无尘车间自动化调节焦距设备，对整体识读能力有非常大的提示。
2.5 产品图片
3、总结
本文先简单描述了AFC系统中售检票的设备应用需求情况，针对性地引入本条码设备在售检票系统的使用说明，还描述了设计产品的关键技术，包括条码识别中的软件设计与硬件设计部分。本文旨在说明智能条码识别设备在高准确度和快速识别的情况下，将适用于车票信息检测规则生成的条码，利用条码识别设备识读条码的信息，交予AFC系统中进行信息处理，也就是说智能条码识别设备能够嵌套于AFC系统中使用。
参考文献
[1] 韩雪松.二维码车票哎地铁AFC系统中的应用研究[C].第二十九届中国(天津)2015 IT/网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议,2015:63-66.
[2] 二维码电子车票在自动售检票系统中的应用[J].城市轨道交通研究，2016,19(4):78-82.
