中国科技馆新馆的电子门票系统

在中国科技馆新馆信息化建设中，选用无源超高频RFID建立了一套较完整的RFID应用系统。它以观众手中的一张RFID门票为基础，涵盖了教育、服务、管理等多方面的应用。

　　本文重点介绍中国科技馆新馆电子门票的相关技术及中国科技馆在选用此门票过程中的思考与研究，望与同行共同探讨。

    一、RFID电子票务系统

　　RFID（Radio Frequency Identification）是无线射频识别技术的简称，常被称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等等。是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用和发展，被视为本世纪最重要的信息技术之一，近年来在各领域显示出了大规模发展的态势。

　　RFID系统由读写器及天线和标签两部分构成，我们用的RFID门票即为标签的一种表现形式。RFID标签如果按频段分类，可分为低频、高频、超高频和微波标签，相应的典型频段分别为125KHz、13.56MHz、923.5MHz和2.45GHz；如果按数据传输的形式分类，可分为主动式和被动式两种标签，主动式即为有源标签，典型的频段为2.45GHz，被动式为无源或半无源标签，频段包括低频、高频和超高频；如果按标签内是否有电池分类，可分为无源、半无源和有源三种标签，无源标签的状态激活和数据传输的能量全部来自读写器，所以也叫被动式标签，半无源标签内的电池只起到激活标签的作用，并不给数据传输提供能量，而有源标签则与无源的正好相反，所以也叫主动式标签。

　　电子门票是一种将智能芯片和天线嵌入纸质门票或PVC卡等介质中，用于快捷检票/验票并能实现对持票人查询管理的新型门票。其核心是采用RFID射频识别技术、具有一定存储容量的芯片，将这种芯片和特制的天线连接在一起就构成了常说的电子标签。将电子标签封装在特定的票卡中，即构成了电子门票。

　　电子票务系统是一个网络构架系统，由以下几个子系统组成：

　　售票系统：零售票、团体票、会员卡、免费票、预打票等制票模块，退换票、结账统计和查询等管理模块，自助售票系统；

　　检票系统：条码及RFID自助式的通道检票、条码及RFID无线手持机检票；

　　后台管理系统：用户权限管理，售检票数据查询，在馆人数实时监控，自动财务报表，票种设置、检票通道设置、影院场次设置、卡务管理等系统参数维护；

　　网络平台：票务系统的信息传输由无线和有线局域网共同组成的专网完成。

　　电子票务系统的优势在于：安全防伪、实时数据交换、自动结算统计、门票功能的拓展性强并可实现观众自助售检票。在科技馆中，电子门票更凸现其自身的功能优势和高科技特点，更好的为观众提供个性化的服务，并可以轻松地与展品很好的结合，不但增强了展品的互动性、趣味性，并能实现客观的展项评估、观众调查分析等业务功能。

二、电子门票是否回收？

　　当前社会上的RFID电子票（卡）普遍应用于公共交通领域、临时展会、演唱会、餐饮业、大厦门禁等方面，在各个行业中的使用方式和表现形式都不尽相同。RFID交通卡为城市公交以及相关行业建立了功能强大的一卡通金融系统，展现了其安全便捷的特性，与电子身份证、大厦门禁等系统类似，它们均采用了以PVC卡式封装并具有加密处理器芯片的CPU卡，可以重复使用、循环使用；高速铁路系统利用电子票提高了客票防伪的水平，无论在售票或检票环节，都能很好的防止假票的出现，与演唱会、体育比赛等门票类似，均采用了纸质封装的一次性门票，降低了电子票的消耗成本和PVC卡带来的环境污染。

　　科技馆的电子门票如果采用循环使用的管理方式，虽然门票的消耗成本降低了，但管理成本有增无减，在日常维护中增加了门票的存储、回收、消毒、清洁、重写数据等多个环节。根据统计分析，科技馆在每年的寒暑假、十一、五一等参观高峰均会出现售检票压力，即使在周六、日也经常会出现场馆饱和、售检票排大队的状况。如果科技馆的门票需要回收，会跟地铁的客票回收出现完全不同的状况。因为在科技馆，观众参观和离场的时间大多比较集中，会出现大量观众排队购票、排队离场的现象，管理不当还会频繁出现观众纠纷。电子票务系统的首要任务就是为观众提供便捷、多渠道的售检票服务，体现人性化、个性化的宗旨，回收环节反而使电子票相对于传统纸票的优势大大降低。

　　如果采用一次性门票的管理方式，首要的问题就是电子票的消耗成本。门票只有采用纸质封装，并选择不带加密机制的无源RFID才能满足低成本的需求，有源标签和无源CPU卡虽然在性能上远超无源RFID，但是单价却是它的几十倍。无源RFID纸票具有如下优点：

　　1.可以在门票上打印展馆、场次、日期、票号、金额等信息；

　　2.纸质门票和铜质天线均可自然降解，满足环保门票的要求；

　　3.实现了门票电子化和自动化，为观众服务和统计管理提供便捷；

　　4.低成本的电子门票不用回收，观众可以收藏留念。

三、超高频与高频RFID应用对比

　　电子门票根据RFID频段不同，分为两类：13.56MHz高频电子票务系统、923.5MHz超高频电子票务系统。按芯片的级别和价格来分的话，高频票分为：无加密机制的存储卡、逻辑加密卡和具有加密运算处理器的CPU卡三种；超高频票分为：无加密机制的存储卡和具有全球唯一ID号的UID卡两种。

　　无论是高频、超高频电子门票，如果采用同样级别的低成本芯片、纸质门票的封装形式，二者的应用成熟度是相当的，芯片价格也是最低的。由于超高频RFID长期应用于物流行业，需求量非常大，芯片的成本反而比高频的较低。高频RFID受到读写距离的限制，只能面向一些非接触卡类的简单应用，而超高频RFID技术经过多年的研究发展，表现出的潜力很大，应用领域越来越广。

　　目前社会上成熟应用的高频RFID非接触卡，多数使用了高成本的逻辑加密芯片或CPU卡，并采用PVC卡片封装的形式，从用户的信息安全和卡片本身的耐损度上都得到了一定的保证，但这种卡片的高成本和不可降解无法满足一次性门票的基本需求。

四、超高频与高频电子门票基本性能对比

　　高频与超高频RFID基本性能的比较如下表所示：   

表1：超高频与高频电子门票基本性能对比

五、超高频与高频电子门票价格对比

　　由于超高频系统的特性，RFID标签芯片的大小要小于高频标签芯片的大小，单个芯片使用决定着标签成本的硅晶元也要小，因此超高频RFID标签的成本要低于高频标签的成本。另一方面，超高频无源RFID标签目前多为一次性使用，因此消耗量要大于高频RFID标签，这个原因也降低了超高频RFID标签的成本。

　　对于门票系统来讲，门票成本包含标签、层合、纸张、印刷的成本。在其他三方面，超高频与高频系统均相同，标签的成本直接影响门票的价格。因此，在门票价格方面，超高频系统有着很强的优势。

　　科技馆现馆的测试电子票系统采用了13.56MHz的高频RFID门票，芯片采用了低成本、低安全加密级别的产品，封装形式是满足环保要求的可降解的纸质门票，经过4色印刷后，最终的批量单价为2.7元。

　　新馆的测试电子票系统拟采用923.5MHz的超高频RFID门票，芯片同样是低成本、低安全加密级别的产品，纸质封装并经过4色印刷，最终的百万级批量单价为1.7元。

六、超高频与高频电子门票应用效果对比

　　RFID门票系统，通过现馆的高频门票测试和新馆的超高频门票测试，两种频段的RFID门票在售、检票过程中的表现都很稳定，都能够达到非接触式电子门票的基本要求。基本性能对比如表2所示：

表2：超高频与高频电子门票基本性能对比

　　检票速度

　　超高频RFID系统的工作频率在920－925MHz，高频系统的工作频率在13.56MHz，因此超频系统的载波频率是高频系统载波频率的68倍左右，超高频系统的传输速率也就是高频系统的68倍。在电子门票系统的应用中，检票速度超高频系统比高频系统具有很大的优势。

　　门票读取范围

　　超高频RFID系统的应用范围一般在0－10米可调，根据不同的设备和标签配合读取范围都有差异。高频RFID系统一般应用在0－10厘米的距离。超高频系统与高频系统相比，读取范围大、可调精度高。

　　超高频系统针对远、近读取的不同应用，专门设计出远场、近场的天线相配合。配合远场天线应用，读取可达数米；配合近场天线读取在0－1米可微调，微调精度达到厘米级别。同时，读写器天线的输出功率可调，配合远、近场天线精确控制读取范围。

　　针对电子门票系统，超高频RFID可以满足售、检票的应用：

　　在售票环节，超高频系统的打印机可以控制读取距离为1cm，从而有效控制对整卷RFID门票的写入操作。这种应用在沃尔玛和麦德龙的供应商提供的商品标签上已经拥有超级使用量。

　　在检票环节，检票通道内的RFID设备，配合标签的近场天线，实现了0－30cm识读范围，精度为厘米级可调。手持检票设备可以达到0－1米的识读范围，精度为厘米级可调。

　　防伪性能

　　超高频RFID系统的电子标签芯片的内部存储空间一般由以下几部分组成：TID、USER MEM0RY、UID。

　　其中TID为tag ID，用于RFID标签防碰撞时的标签区分，厂商将这部分空间不对最终用户开放。

　　USER MEM0RY是对用户开放的空间，用于用户存储数据。

　　UID是标签的唯一ID号，芯片出厂时，每个标签的ID号都不相同，因此UID是该标签在世界上的唯一的ID号码，不可改写，只可读取，UID具有唯一性。

　　超高频RFID系统的防伪是根据标签的UID，配合加密算法，将加密后的MAC值存储于该芯片内。在验证真伪环节，系统读出MAC，并利用本系统密钥解密，得出标签的UID对照读出标签的UID判断真伪。利用UID和加密双重防伪，超高频系统具有较强的防伪性能。

　　虽然高频系统以防伪功能著称，大范围的应用于金融、消费等行业。而在门票系统中，从防伪需求来看，并没有必要达到金融行业同等水平，超高频系统的防伪性能完全可以满足需求。

七、超高频与高频电子门票应用扩展对比

　　在科技馆新馆的电子门票系统中，门票除了自身的基本功能之外，还需要满足观众用此唯一身份的标签完成馆内多种RFID应用，应用范围包括近距离刷卡操作和远距离的被动识别。RFID门票的远距离应用包括：展区内的观众流量监控、展项受欢迎度的客观评估、观众参观浏览的行迹追溯，由于高频RFID受到只能近距离读写的限制，所以只有超高频RFID系统才能同时满足近、远距离读写的需求。

八、观众流量高峰期的测试结果

　　2009年“五一”期间，在中国科技馆旧馆对超高频RFID门票系统测试的结果：

　　共售出门票4700张；

　　在售票过程中，平均出票时间为2.5秒；

　　在检票过程中，平均检票时间为1秒；

　　问题门票为15张，坏票率约为3%。

　　经过观众流量高峰期的压力测试，超高频与高频电子门票系统对比结果：

　　超高频电子门票的售票速度更快，比高频系统的售票时间快约1倍；

　　由于在打印机上加了自动切刀，售到观众手中的是单张票，省去在检票口手动分隔多张门票过程，加快了检票速度；

　　超高频检票通道的门票识别区域更大，方便观众刷票，可以省去工作人员辅助刷票的过程，实现了自助检票。

九、电子门票系统的优势

　　传统纸票在科技馆业务拓展以及日常管理中存在的主要的问题：

　　1.传统纸质门票无法在售票过程中实时统计数据，在新馆多窗口售票的情况下，不能承担影院售票的任务；

　　2.人工结算、数据统计的工作量很大，在观众参观高峰时很难保证业务报表的准确度；

　　3.无法实时统计观众在馆内的密集度；

　　4.纸质门票在馆内应用的拓展性很小；

　　5.业务系统、管理系统彼此孤立，信息化程度参差不齐，公共数据共享困难，存在信息孤岛。

　　针对传统纸票存在的问题，超高频RFID票务系统创建平台化应用的解决方案，整合人工及自助售检票、科普教育、流量密度、观众研究、展项评估等应用以及日常管理，有效的解决了传统纸票存在的问题。电子门票系统的个性化因素能更好的体现以人为本的服务理念，提升服务水平，提高管理能力。电子门票系统作为RFID技术在科技馆中应用的基础和平台，有利于改善科技馆的信息化水平，带动行业的整体进步。RFID技术在科技馆中的应用形式有利于发挥科普展馆的资源优势，展示高新技术、创新应用，切实提高全民科学文化素养。