交通一卡通技術用于電子通票的應用研究

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模式，文章借助非接觸式IC卡的優勢，提出將交通一卡通用于電子通票的應用技術，通過在一張卡內存儲多種票務方案并根據場景自動無感切換的方式，為城市公共交通服務提供更加靈活多樣的支付選擇，滿足差異化的服務需求。

關鍵詞：交通一卡通；電子通票；卡片規劃

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0052-02

隨著城市線網發展，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月常規公交日均客運量662萬人次、軌道交通日均客運量816萬人次、水上巴士日均客運量5萬人次。城市規模的擴張、區域經濟的一體化，使得出行訴求日趨差異化、個性化。如何在一票制的服務基礎上，提供更“智慧”的支付服務，滿足不同年齡和不同身份的出行訴求、提升出行體驗，是社會發展對公共交通提出的更高要求。

1 現狀分析

1.1 交通一卡通發展現狀

公共交通出行的體量大、頻次高。為了解決乘車購票問題，國內外城市陸續推出了交通一卡通應用。交通一卡通憑借支付快捷、免密、安全以及解決零鈔散鈔問題的優勢被迅速推廣。中國已有400多個城市建立了規模不一的交通一卡通系統。交通一卡通應用成熟、場景廣。以廣州為例，截至2017年底，交通一卡通發卡6100萬張，應用覆蓋廣州所有市內公共交通工具，出行使用率超過80%。基于跨區域互聯互通的需要，廣東省于2011年啟動并最終實現了全省公交的一卡通行，交通一卡通成為區域經濟交流的重要保障。

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。隨著城鎮化進程，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。（2）旅客學者是休閑出行的主要群體，伴隨旅游產業發展，旅客學者漸增，以廣州為例，月接待旅客1680萬人次，廣州水巴超50%的出行是休閑、娛樂需要。為滿足該需求，公共交通在通達性之上發展出多元化業務，譬如觀光巴士、一日票等。傳統的交通一卡通基于錢包支付模式，卡片技術只負責防偽和記錄交易，難以支撐多種票價方案，因此需要研究更加靈活多樣的電子通票服務。

2 技術研究

2.1 射頻通信技術

交通一卡通是一種非接觸式IC卡，利用無線電傳輸，執行國際標準射頻卡協議ISO/IEC14443。該標準包括四部分：（1）ISO/IEC14443-1，規定了卡片的物理特性；（2）ISO/IEC14443-2：規定了卡片與讀寫設備（耦合式）之間的射頻功率和相互通訊特性，其中根據相互通訊的信號接口方式，又可分為Type A和Type B等；（3）ISO/IEC14443-3：為多張卡片同時出現在讀卡設備時規定了防沖突特性；（4）ISO/IEC14443-4：傳輸協議。

2.2 芯片技術

根據卡片中所鑲嵌的集成電路的類型不同，IC卡主要分為存儲器卡、邏輯加密卡、智能卡三類：存儲器卡，卡片的集成電路為EEPROM（電可擦除存儲器）；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、程序存儲器、數據存儲器RAM以及相應的操作系統軟件COS（Chip Operating System）。智能卡由于安全性高、定制性好，是國內交通一卡通的主要卡種。

3 業務模式研究

電子通票業務借助虛擬化技術，實現將單程票、聯程票等不同客票信息同時嵌入到一張卡片中，即交通一卡通支持根據不同場景自動選用合適的票務方案。以一日票業務為例，卡片激活電子通票功能并購票后，當天可無限次刷卡通行特定線路。在一日票適用范圍外，刷卡時自動切換到普通扣費流程。智能卡可反復讀寫的特點，使得電子通票支持反復購買和使用。業務邏輯圖1所示。

4 系統構建研究

以交通一卡通平臺為基礎，提出電子通票技術方案，設計應用平臺，為公共交通行業提供更靈活的通票服務及產品。

4.1 卡空間規劃

卡空間規劃圖2所示，交通一卡通存儲空間，根據不同應用場景劃分為基礎應用和擴展應用。其中，基礎應用由發卡方嚴格管控，包括錢包和計次等功能，擴展應用由零售、醫療、教育、金融等各業務方申請權限獨立管理空間。為了實現電子通票與卡片存量業務的兼容，為交通一卡通實現電子通票劃分獨立的存儲空間，用于記錄不同行業的通票數據，包括服務商標識、業務類型、生效時間、失效時間、交易記錄。除了卡空間規劃、通票文件格式定義外，系統設計上還需要解決密鑰體系擴展、終端機具兼容等問題。

4.2 技術架構研究

電子通票平臺架構在交通一卡通核心支付系統的基礎上，通票平臺完成虛擬票證的購買、生成、核銷和管理工作，核心支付系統提供交易環節的基礎服務。接入公交、地鐵等交通相關應用場景，前置于各業務場景的刷卡終端內置PSAM（Purchase Secure Access Module，終端安全控制模塊），購票時終端通過AFC系統（Auto Fare Collection，自動售檢票系統）接入平臺，拉取生成的虛擬通票寫入卡內，使用時借助卡片的安全訪問機制和防偽、防碰撞技術完成離線校驗，達到驗票目的。電子通票平臺架構圖3所示。

（1）電子通票平臺：包括發行系統、激活及充值系統、預訂及驗票系統。其中，發行系統負責制作支持電子通票功能的交通一卡通，并將發卡數據提交核心支付系統進行入庫管理；激活及充值系統完成使用通票前的準備工作，譬如卡片身份認證、功能激活、應用空間分配、聯機圈存；預訂及驗票系統主要職責包括生成虛擬通票、扣減票款、向卡內寫入通票數據、核銷通票，解決了不同票務方案的自動適配和無感切換問題。（2）核心支付系統：提供基礎的圈存、圈提功能。結合多級分散密鑰，完成與終端及卡片的握手認證、讀寫指令生成、數據加密傳輸、交易數據采集、數據清算核查，實現交易的安全控制和快速便捷。（3）應用終端：主要職責是卡功能激活和購驗票。卡片操作的具體指令由核心支付系統生成并加密，通過互聯網透傳到各應用終端，終端利用PSAM實現對卡片進行直接讀寫，實現電子通票的加載和核驗。

5 結語

本文提出了基于交通一卡通的電子通票模式，并對交通一卡通技術進行研究，分析和設計了電子通票的業務模式、卡空間規劃和技術架構。項目技術已經應用在廣州水巴領域，推出了“水巴日通游”產品以及面向旅游觀光群體“廣州城市旅游卡”產品，豐富了電子通票的應用場景，并取得較好的效果。通過將交通一卡通技術用于電子通票，有助于促進多元交通支付體系的構建，推動交通服務能力的提升，滿足居民日益差異化的出行需求。