交通一卡通技術(shù)用于電子通票的應(yīng)用研究

蘇浩偉　溫曉麗　唐云琪　宋秉麟

摘要：為支撐日漸多樣化的出行服務(wù)模式，文章借助非接觸式IC卡的優(yōu)勢(shì)，提出將交通一卡通用于電子通票的應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)在一張卡內(nèi)存儲(chǔ)多種票務(wù)方案并根據(jù)場(chǎng)景自動(dòng)無(wú)感切換的方式，為城市公共交通服務(wù)提供更加靈活多樣的支付選擇，滿足差異化的服務(wù)需求。

關(guān)鍵詞：交通一卡通；電子通票；卡片規(guī)劃

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0052-02

隨著城市線網(wǎng)發(fā)展，公共交通逐漸成為居民出行的主要方式。以廣州為例，2017年12月常規(guī)公交日均客運(yùn)量662萬(wàn)人次、軌道交通日均客運(yùn)量816萬(wàn)人次、水上巴士日均客運(yùn)量5萬(wàn)人次。城市規(guī)模的擴(kuò)張、區(qū)域經(jīng)濟(jì)的一體化，使得出行訴求日趨差異化、個(gè)性化。如何在一票制的服務(wù)基礎(chǔ)上，提供更“智慧”的支付服務(wù)，滿足不同年齡和不同身份的出行訴求、提升出行體驗(yàn)，是社會(huì)發(fā)展對(duì)公共交通提出的更高要求。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 交通一卡通發(fā)展現(xiàn)狀

公共交通出行的體量大、頻次高。為了解決乘車購(gòu)票問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外城市陸續(xù)推出了交通一卡通應(yīng)用。交通一卡通憑借支付快捷、免密、安全以及解決零鈔散鈔問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)被迅速推廣。中國(guó)已有400多個(gè)城市建立了規(guī)模不一的交通一卡通系統(tǒng)。交通一卡通應(yīng)用成熟、場(chǎng)景廣。以廣州為例，截至2017年底，交通一卡通發(fā)卡6100萬(wàn)張，應(yīng)用覆蓋廣州所有市內(nèi)公共交通工具，出行使用率超過(guò)80%?；诳鐓^(qū)域互聯(lián)互通的需要，廣東省于2011年啟動(dòng)并最終實(shí)現(xiàn)了全省公交的一卡通行，交通一卡通成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)交流的重要保障。

1.2 多模式交通出行需求增加

公共交通客源主要分為通勤、休閑兩類。（1）通勤族有剛性出行需求，大中城市職住分離普遍，以廣州為例，平均通勤路程8.8公里，常采用多種方式組合出行，譬如公交地鐵換乘、公交間換乘等。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程，城市聚集的通勤人口日益增加，衍生出定制公交、班車、大站快車的公共交通新服務(wù)。（2）旅客學(xué)者是休閑出行的主要群體，伴隨旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，旅客學(xué)者漸增，以廣州為例，月接待旅客1680萬(wàn)人次，廣州水巴超50%的出行是休閑、娛樂(lè)需要。為滿足該需求，公共交通在通達(dá)性之上發(fā)展出多元化業(yè)務(wù)，譬如觀光巴士、一日票等。傳統(tǒng)的交通一卡通基于錢(qián)包支付模式，卡片技術(shù)只負(fù)責(zé)防偽和記錄交易，難以支撐多種票價(jià)方案，因此需要研究更加靈活多樣的電子通票服務(wù)。

2 技術(shù)研究

2.1 射頻通信技術(shù)

交通一卡通是一種非接觸式IC卡，利用無(wú)線電傳輸，執(zhí)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)射頻卡協(xié)議ISO/IEC14443。該標(biāo)準(zhǔn)包括四部分：（1）ISO/IEC14443-1，規(guī)定了卡片的物理特性；（2）ISO/IEC14443-2：規(guī)定了卡片與讀寫(xiě)設(shè)備（耦合式）之間的射頻功率和相互通訊特性，其中根據(jù)相互通訊的信號(hào)接口方式，又可分為T(mén)ype A和Type B等；（3）ISO/IEC14443-3：為多張卡片同時(shí)出現(xiàn)在讀卡設(shè)備時(shí)規(guī)定了防沖突特性；（4）ISO/IEC14443-4：傳輸協(xié)議。

2.2 芯片技術(shù)

根據(jù)卡片中所鑲嵌的集成電路的類型不同，IC卡主要分為存儲(chǔ)器卡、邏輯加密卡、智能卡三類：存儲(chǔ)器卡，卡片的集成電路為EEPROM（電可擦除存儲(chǔ)器）；邏輯加密卡，卡片的集成電路具有加密邏輯功能和EEPROM存儲(chǔ)器；智能卡，卡片的集成電路包括了中央微處理器CPU、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM以及相應(yīng)的操作系統(tǒng)軟件COS（Chip Operating System）。智能卡由于安全性高、定制性好，是國(guó)內(nèi)交通一卡通的主要卡種。

3 業(yè)務(wù)模式研究

電子通票業(yè)務(wù)借助虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將單程票、聯(lián)程票等不同客票信息同時(shí)嵌入到一張卡片中，即交通一卡通支持根據(jù)不同場(chǎng)景自動(dòng)選用合適的票務(wù)方案。以一日票業(yè)務(wù)為例，卡片激活電子通票功能并購(gòu)票后，當(dāng)天可無(wú)限次刷卡通行特定線路。在一日票適用范圍外，刷卡時(shí)自動(dòng)切換到普通扣費(fèi)流程。智能卡可反復(fù)讀寫(xiě)的特點(diǎn)，使得電子通票支持反復(fù)購(gòu)買(mǎi)和使用。業(yè)務(wù)邏輯圖1所示。

4 系統(tǒng)構(gòu)建研究

以交通一卡通平臺(tái)為基礎(chǔ)，提出電子通票技術(shù)方案，設(shè)計(jì)應(yīng)用平臺(tái)，為公共交通行業(yè)提供更靈活的通票服務(wù)及產(chǎn)品。

4.1 卡空間規(guī)劃

卡空間規(guī)劃圖2所示，交通一卡通存儲(chǔ)空間，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景劃分為基礎(chǔ)應(yīng)用和擴(kuò)展應(yīng)用。其中，基礎(chǔ)應(yīng)用由發(fā)卡方嚴(yán)格管控，包括錢(qián)包和計(jì)次等功能，擴(kuò)展應(yīng)用由零售、醫(yī)療、教育、金融等各業(yè)務(wù)方申請(qǐng)權(quán)限獨(dú)立管理空間。為了實(shí)現(xiàn)電子通票與卡片存量業(yè)務(wù)的兼容，為交通一卡通實(shí)現(xiàn)電子通票劃分獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，用于記錄不同行業(yè)的通票數(shù)據(jù)，包括服務(wù)商標(biāo)識(shí)、業(yè)務(wù)類型、生效時(shí)間、失效時(shí)間、交易記錄。除了卡空間規(guī)劃、通票文件格式定義外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上還需要解決密鑰體系擴(kuò)展、終端機(jī)具兼容等問(wèn)題。

4.2 技術(shù)架構(gòu)研究

電子通票平臺(tái)架構(gòu)在交通一卡通核心支付系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通票平臺(tái)完成虛擬票證的購(gòu)買(mǎi)、生成、核銷和管理工作，核心支付系統(tǒng)提供交易環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)服務(wù)。接入公交、地鐵等交通相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景，前置于各業(yè)務(wù)場(chǎng)景的刷卡終端內(nèi)置PSAM（Purchase Secure Access Module，終端安全控制模塊），購(gòu)票時(shí)終端通過(guò)AFC系統(tǒng)（Auto Fare Collection，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)）接入平臺(tái)，拉取生成的虛擬通票寫(xiě)入卡內(nèi)，使用時(shí)借助卡片的安全訪問(wèn)機(jī)制和防偽、防碰撞技術(shù)完成離線校驗(yàn)，達(dá)到驗(yàn)票目的。電子通票平臺(tái)架構(gòu)圖3所示。

（1）電子通票平臺(tái)：包括發(fā)行系統(tǒng)、激活及充值系統(tǒng)、預(yù)訂及驗(yàn)票系統(tǒng)。其中，發(fā)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)制作支持電子通票功能的交通一卡通，并將發(fā)卡數(shù)據(jù)提交核心支付系統(tǒng)進(jìn)行入庫(kù)管理；激活及充值系統(tǒng)完成使用通票前的準(zhǔn)備工作，譬如卡片身份認(rèn)證、功能激活、應(yīng)用空間分配、聯(lián)機(jī)圈存；預(yù)訂及驗(yàn)票系統(tǒng)主要職責(zé)包括生成虛擬通票、扣減票款、向卡內(nèi)寫(xiě)入通票數(shù)據(jù)、核銷通票，解決了不同票務(wù)方案的自動(dòng)適配和無(wú)感切換問(wèn)題。（2）核心支付系統(tǒng)：提供基礎(chǔ)的圈存、圈提功能。結(jié)合多級(jí)分散密鑰，完成與終端及卡片的握手認(rèn)證、讀寫(xiě)指令生成、數(shù)據(jù)加密傳輸、交易數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清算核查，實(shí)現(xiàn)交易的安全控制和快速便捷。（3）應(yīng)用終端：主要職責(zé)是卡功能激活和購(gòu)驗(yàn)票?？ㄆ僮鞯木唧w指令由核心支付系統(tǒng)生成并加密，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)透?jìng)鞯礁鲬?yīng)用終端，終端利用PSAM實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片進(jìn)行直接讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)電子通票的加載和核驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于交通一卡通的電子通票模式，并對(duì)交通一卡通技術(shù)進(jìn)行研究，分析和設(shè)計(jì)了電子通票的業(yè)務(wù)模式、卡空間規(guī)劃和技術(shù)架構(gòu)。項(xiàng)目技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在廣州水巴領(lǐng)域，推出了“水巴日通游”產(chǎn)品以及面向旅游觀光群體“廣州城市旅游卡”產(chǎn)品，豐富了電子通票的應(yīng)用場(chǎng)景，并取得較好的效果。通過(guò)將交通一卡通技術(shù)用于電子通票，有助于促進(jìn)多元交通支付體系的構(gòu)建，推動(dòng)交通服務(wù)能力的提升，滿足居民日益差異化的出行需求。