南京地鐵AFC系統(tǒng)建設(shè)思路的研究
南京地鐵南北線一期工程項(xiàng)目經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)，于2000年開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2005年正式開通運(yùn)營(yíng)，是南京市重點(diǎn)工程，省、市領(lǐng)導(dǎo)對(duì)這項(xiàng)工程非常重視，由市政府親自領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)。南北線一期工程總長(zhǎng)21公里，建成后實(shí)際客運(yùn)能力將達(dá)到101萬人次/每天，是南京城市客流交通的重要通道，票務(wù)運(yùn)營(yíng)采用基于非接觸式智能IC卡的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC），地鐵AFC系統(tǒng)性能的好壞直接影響到城市公共交通系統(tǒng)的形象，影響到城市暢通工程的順利實(shí)施。鑒于城市公共交通實(shí)現(xiàn)一卡通是城市交通管理現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，為確保將來順利實(shí)施城市交通一卡通，為將來逐步拓展IC卡一卡多用功能創(chuàng)造條件，南京地鐵指揮部組織相關(guān)人員和單位展開“城市交通一卡多用基礎(chǔ)”課題的研究，以形成南京地鐵AFC系統(tǒng)建設(shè)的指導(dǎo)思想。
一、一卡多用的意義
一卡多用指利用智能卡技術(shù)（如IC卡、非接觸式IC卡等），通過一種支付方式對(duì)多種應(yīng)用服務(wù)付費(fèi)，如公共交通、銀行業(yè)務(wù)、零售等，或一種應(yīng)用服務(wù)但包含多個(gè)服務(wù)提供商，如公共交通，包括地鐵，巴士等公司。實(shí)際上就是將多種應(yīng)用集中于一張卡上，以減少持卡人攜帶卡的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)“一卡通”。智能卡在多應(yīng)用方面包含兩個(gè)子類：多用途卡與金融卡。這些卡的核心功能是卡具有一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)值區(qū)域用來作為電子錢包。多用途卡可以含有一個(gè)或多個(gè)電子錢包，并且也具有其它一些重要的功能如身份標(biāo)識(shí)、信息存儲(chǔ)等；金融卡僅具有電子錢包功能，用來存錢并用于各種商業(yè)消費(fèi)，如購(gòu)物等。多用途卡應(yīng)是交通行業(yè)應(yīng)用IC卡的發(fā)展方向。
一卡多用可以在政府，金融機(jī)構(gòu)，交通，電信，醫(yī)療，教育，零售業(yè)、市政等部門中實(shí)施。一卡多用是對(duì)系統(tǒng)用戶而言，允許不同制造商制造的卡及機(jī)具進(jìn)入系統(tǒng)，但用戶持一張卡即可實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用。
收費(fèi)技術(shù)的發(fā)展，特別是智能卡技術(shù)的逐漸普及城市管理信息化的要求，使得以公共交通應(yīng)用為基礎(chǔ)、支持個(gè)人信息管理及小額支付的城市交通一卡多用成為城市交通綜合管理的發(fā)展趨勢(shì)，城市交通一卡多用可帶來的巨大社會(huì)效益和潛在的市場(chǎng)增值：
1、利用IC卡存儲(chǔ)量較大，保密性較強(qiáng)的特性，通過整體合理的規(guī)劃，在一張卡上實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用，將各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用信息安排在IC卡的不同存貯區(qū)，使它們之間既能共享相同的信息，又有各自獨(dú)立的空間去存放專用的信息，可以有效地分?jǐn)傁到y(tǒng)的發(fā)行和營(yíng)運(yùn)費(fèi)用，降低成本，減少重復(fù)投資；
2、推廣城市交通一卡多用將會(huì)提高城市公共服務(wù)設(shè)施的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平，提高參與一卡多用的企、事業(yè)單位的管理能力，符合建設(shè)現(xiàn)代化信息城市的目的。 推廣城市交通一卡多用，必然要對(duì)有關(guān)行業(yè)的服務(wù)手段、信息處理手段進(jìn)行現(xiàn)代化的改革，而且必須建立健全一系列新的高效服務(wù)內(nèi)容，建立一系列信息收集、傳輸、處理、結(jié)算、統(tǒng)計(jì)等技術(shù)手段，這些都必將極大地提高社會(huì)服務(wù)的效益和效率，從而提高服務(wù)質(zhì)量，信息處理能力的加強(qiáng)，又必然增強(qiáng)社會(huì)的管理能力，這些都是建設(shè)現(xiàn)代化城市所必需的；
3、方便市民、減少社會(huì)現(xiàn)金流量，便于金融方面的宏觀控制。采用IC卡收費(fèi)后，將可大量減少現(xiàn)金的交易量，緩解市民對(duì)零錢的要求，即便于杜絕貪污、假鈔等現(xiàn)象，也便于加快車輛周轉(zhuǎn)速度或服務(wù)的速度，進(jìn)而提高運(yùn)營(yíng)效率；
4、乘客通過使用單一的車票實(shí)現(xiàn)無縫交通出行，用作公共交通的智能卡可拓展用來為停車、電話、零售、出租車、甚至網(wǎng)上購(gòu)物付費(fèi)以及某些部門的信息管理，極大地方便了乘客出行，同時(shí)也擴(kuò)大了公共交通用戶市場(chǎng)，緩解日益增長(zhǎng)的交通擁擠的壓力；
5、增強(qiáng)了對(duì)整個(gè)城市的乘客交通流信息采集、分析的能力，通過實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)，可迅速采取措施匹配公共交通出行趨勢(shì)，為進(jìn)行宏觀調(diào)控，制定政策等提供了快速可靠的資料，可進(jìn)一步緩解交通擁擠。
二、南京地鐵AFC系統(tǒng)的建設(shè)指導(dǎo)思想
正是由于一卡多用能帶來巨大的效益，以及為避免重復(fù)開發(fā)、盲目發(fā)卡，建設(shè)部早在99年就下發(fā)文件明確規(guī)定：建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用應(yīng)按照“一卡多用”的原則實(shí)施，因此南京地鐵AFC系統(tǒng)的建設(shè)將建立在一卡多用的基礎(chǔ)之上，為將來真正實(shí)現(xiàn)南京城市交通一卡通貢獻(xiàn)力量。由于我國(guó)在城市交通一卡通領(lǐng)域起步較晚，在多應(yīng)用參與情況下缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和指導(dǎo)，客觀上對(duì)實(shí)現(xiàn)一卡多用需要解決的關(guān)鍵問題往往認(rèn)識(shí)不足，特別是對(duì)一卡多用的概念理解上都存在很大的誤區(qū)，造成很多地方基于IC卡的收費(fèi)系統(tǒng)盲目上馬、各自為政的混亂局面，既浪費(fèi)了大量資金進(jìn)行重復(fù)建設(shè)，也使用戶群眾感到極大的不便，有些地方在這種混亂的情況下只能靠行政命令強(qiáng)行推行新的統(tǒng)一的IC卡，使很多IC卡應(yīng)用部門的IC卡系統(tǒng)被廢棄，甚至有的是剛剛建設(shè)完運(yùn)營(yíng)沒多長(zhǎng)時(shí)間。為了尋求適合南京實(shí)際情況的公共交通電子收費(fèi)技術(shù)與方案，降低投資風(fēng)險(xiǎn)并帶來可觀的市場(chǎng)增值，南京地鐵指揮部組織課題組在地鐵AFC系統(tǒng)建設(shè)初期就開始對(duì)建設(shè)城市交通一卡通的一些關(guān)鍵要素，如組織制度、條文規(guī)范、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理運(yùn)營(yíng)以及用戶等方面進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，希望提出有利于各應(yīng)用（包括地鐵、公交巴士、小額消費(fèi)等）健康發(fā)展的一卡通實(shí)施指導(dǎo)方針、規(guī)劃建議，并促成一卡通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的形成。
最近幾年，在世界各地一卡多用項(xiàng)目得到了迅速發(fā)展，既有交通部門發(fā)起的項(xiàng)目又有銀行部門或電信部門發(fā)起并組織實(shí)施的工程。綜合這些項(xiàng)目可以看出一卡多用運(yùn)作模式不外乎以下幾種：
（1）由幾個(gè)主要的交通運(yùn)營(yíng)商自動(dòng)聯(lián)合發(fā)起并組織，典型的例子是香港；
（2）由政府部門出面組織一卡通運(yùn)營(yíng)公司，主要交通運(yùn)營(yíng)商參與，典型例子是上海、巴黎；
（3）由銀行或電信部門發(fā)起并組織，典型例子是瑞士；
（4）由系統(tǒng)集成商、私營(yíng)企業(yè)聯(lián)合發(fā)起，其它應(yīng)用參與，典型例子是悉尼。由于公共交通并不是完全市場(chǎng)化運(yùn)作，我國(guó)目前現(xiàn)狀表明應(yīng)采用第（2）種方式，即在政府的支持下實(shí)施一卡多用，并且應(yīng)該形成大交通體系框架，以便在整個(gè)城市的交通出行上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、綜合管理。
由于目前南京市還沒有一個(gè)在政府支持下、包含各種潛在應(yīng)用參與、多方充分協(xié)商的一卡通組織，南京地鐵在建設(shè)AFC系統(tǒng)的前期，在一卡多用的前提下，即對(duì)采用的卡和系統(tǒng)進(jìn)行了充分的研究，保證將來一卡多用平臺(tái)能夠以南京地鐵AFC系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其結(jié)論稍后論述，課題組今后的研究重點(diǎn)是進(jìn)行充分的規(guī)劃與研究，內(nèi)容涵蓋一卡多用環(huán)境下的組織制度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式、用戶市場(chǎng)調(diào)查等，包括與可能的應(yīng)用進(jìn)行充分的協(xié)商，否則會(huì)為今后的一卡通運(yùn)營(yíng)帶來隱患。
三、地鐵AFC系統(tǒng)技術(shù)選型
按卡與外界數(shù)據(jù)傳送形式IC卡可分為：接觸式卡、非接觸式卡、雙界面卡、混合卡。由于一卡多用中應(yīng)用各有各的特點(diǎn)，因此對(duì)系統(tǒng)和卡的要求也不盡相同，在跟銀行聯(lián)名的各業(yè)務(wù)中，安全性要求比較高，往往要求采用接觸式CPU卡，并需要對(duì)交易進(jìn)行在線確認(rèn)；而在公交、地鐵等公共交通領(lǐng)域往往強(qiáng)調(diào)刷卡的快捷性，所以大多采用非接觸式IC卡。而根據(jù)IC卡中所鑲嵌的集成電路的不同可以分成三類：存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡、 CPU卡。存儲(chǔ)卡缺乏安全保障機(jī)制，邏輯加密卡是存儲(chǔ)卡與CPU卡的中間過渡產(chǎn)品，CPU卡是發(fā)展方向；邏輯加密卡利用特定的邏輯函數(shù)關(guān)系來防止非授權(quán)人員對(duì)數(shù)據(jù)的讀取或修改，卡的加密方式是在芯片設(shè)計(jì)過程中通過電路實(shí)現(xiàn)的，一旦芯片制造完成，其加密形式也就固定下來，不容易對(duì)其進(jìn)行修改；而CPU卡通過內(nèi)置的中央處理器完成對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)和管理，通過內(nèi)置的芯片操作系統(tǒng)COS，發(fā)行商可以方便地修改文件系統(tǒng)以及加密算法等等，這些是邏輯加密卡無法做到的。因此CPU卡比邏輯加密卡安全性更高，更適合在有更高的安全性要求的多應(yīng)用環(huán)境下使用；邏輯加密卡功能單一，卡內(nèi)數(shù)據(jù)按扇區(qū)為單位進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)組織的方式比較呆板，新應(yīng)用加入不方便；而CPU卡片內(nèi)的數(shù)據(jù)按文件管理，實(shí)現(xiàn)各種功能的方式更靈活、更有效，因此其適用的范圍更廣，更適合做“一卡通”的信息載體。
根據(jù)以上分析，為了便于今后拓展多應(yīng)用，地鐵AFC系統(tǒng)對(duì)卡技術(shù)總體要求是采用CPU卡。當(dāng)然僅僅這一點(diǎn)是不夠的，地鐵AFC系統(tǒng)以一卡多用為前提，而一卡多用覆蓋的社會(huì)范圍非常廣泛，系統(tǒng)中任何一個(gè)方面出現(xiàn)問題，都會(huì)造成極壞的社會(huì)影響，特別是面向廣大用戶的卡及讀寫機(jī)具是應(yīng)用部門對(duì)公眾的一個(gè)形象宣傳窗口，其性能的好壞直接影響到公眾使用的積極性、一卡多用的可持續(xù)發(fā)展。因此，南京地鐵AFC系統(tǒng)技術(shù)選型及將來的運(yùn)營(yíng)堅(jiān)持以下一些原則：
(1)對(duì)卡的要求是卡發(fā)行量充足、卡不易受損、卡充值方便、卡交易速度快（250ms左右）、出錯(cuò)率低等。這樣在地鐵AFC系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展南京城市交通一卡通，公眾的積極性才會(huì)高漲；
（2）運(yùn)營(yíng)機(jī)制上對(duì)卡收取保證金，將保證金作為備用金，在特殊情況下顧客可以使用。這樣方便了市民，更容易調(diào)動(dòng)市民使用熱情；
（3）技術(shù)支持有保障，包括卡和機(jī)具的升級(jí)及卡片的大批量供貨，以及適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要而進(jìn)行的系統(tǒng)改造，因此要求采用主流產(chǎn)品，并且建設(shè)過程中培養(yǎng)一批本地研發(fā)人員；
（4）符合建設(shè)部相關(guān)規(guī)范、規(guī)定；
（5）卡的存儲(chǔ)容量應(yīng)足夠大，以便于多應(yīng)用環(huán)境下的信息存儲(chǔ)，以前常用的1K位顯然是不夠用的。
四、結(jié)論
對(duì)于一卡多用的需求應(yīng)是大型建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用規(guī)劃的重點(diǎn)，一卡多用的系統(tǒng)平臺(tái)建立在南京地鐵AFC系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上是可行的，地鐵AFC系統(tǒng)采用CPU卡充分滿足了便于今后拓展多應(yīng)用的關(guān)鍵要求，南京地鐵AFC系統(tǒng)前期及正在開展的的技術(shù)選型、一卡多用規(guī)劃研究將為今后南京城市交通一卡通的順利實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
東南大學(xué)交通學(xué)院張寧 博士南京地鐵有限責(zé)任公司房堅(jiān)王健
參考文獻(xiàn):
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Jorge Ferrari, Robert Mackinnon, Susan Poh, Lakshman Yatawara. Smart Cards: A Case Study. IBM Corporation, Oct.1998
