南京地鐵AFC系統建設思路的研究

　　南京地鐵南北線一期工程項目經國務院批準立項，于2000年開工建設，預計2005年正式開通運營，是南京市重點工程，省、市領導對這項工程非常重視，由市政府親自領導建設。南北線一期工程總長21公里，建成后實際客運能力將達到101萬人次/每天，是南京城市客流交通的重要通道，票務運營采用基于非接觸式智能IC卡的自動售檢票系統（AFC），地鐵AFC系統性能的好壞直接影響到城市公共交通系統的形象，影響到城市暢通工程的順利實施。鑒于城市公共交通實現一卡通是城市交通管理現代化的發展趨勢，為確保將來順利實施城市交通一卡通，為將來逐步拓展IC卡一卡多用功能創造條件，南京地鐵指揮部組織相關人員和單位展開“城市交通一卡多用基礎”課題的研究，以形成南京地鐵AFC系統建設的指導思想。

一、一卡多用的意義
　　一卡多用指利用智能卡技術（如IC卡、非接觸式IC卡等），通過一種支付方式對多種應用服務付費，如公共交通、銀行業務、零售等，或一種應用服務但包含多個服務提供商，如公共交通，包括地鐵，巴士等公司。實際上就是將多種應用集中于一張卡上，以減少持卡人攜帶卡的數量，從而實現“一卡通”。智能卡在多應用方面包含兩個子類：多用途卡與金融卡。這些卡的核心功能是卡具有一個或多個儲值區域用來作為電子錢包。多用途卡可以含有一個或多個電子錢包，并且也具有其它一些重要的功能如身份標識、信息存儲等；金融卡僅具有電子錢包功能，用來存錢并用于各種商業消費，如購物等。多用途卡應是交通行業應用IC卡的發展方向。
　　一卡多用可以在政府，金融機構，交通，電信，醫療，教育，零售業、市政等部門中實施。一卡多用是對系統用戶而言，允許不同制造商制造的卡及機具進入系統，但用戶持一張卡即可實現所有應用。
　　收費技術的發展，特別是智能卡技術的逐漸普及城市管理信息化的要求，使得以公共交通應用為基礎、支持個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展趨勢，城市交通一卡多用可帶來的巨大社會效益和潛在的市場增值：
　　1、利用IC卡存儲量較大，保密性較強的特性，通過整體合理的規劃，在一張卡上實現多個應用，將各個行業的應用信息安排在IC卡的不同存貯區，使它們之間既能共享相同的信息，又有各自獨立的空間去存放專用的信息，可以有效地分攤系統的發行和營運費用，降低成本，減少重復投資；
　　2、推廣城市交通一卡多用將會提高城市公共服務設施的服務質量和服務水平，提高參與一卡多用的企、事業單位的管理能力，符合建設現代化信息城市的目的。 推廣城市交通一卡多用，必然要對有關行業的服務手段、信息處理手段進行現代化的改革，而且必須建立健全一系列新的高效服務內容，建立一系列信息收集、傳輸、處理、結算、統計等技術手段，這些都必將極大地提高社會服務的效益和效率，從而提高服務質量，信息處理能力的加強，又必然增強社會的管理能力，這些都是建設現代化城市所必需的；
　　3、方便市民、減少社會現金流量，便于金融方面的宏觀控制。采用IC卡收費后，將可大量減少現金的交易量，緩解市民對零錢的要求，即便于杜絕貪污、假鈔等現象，也便于加快車輛周轉速度或服務的速度，進而提高運營效率；
　　4、乘客通過使用單一的車票實現無縫交通出行，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、甚至網上購物付費以及某些部門的信息管理，極大地方便了乘客出行，同時也擴大了公共交通用戶市場，緩解日益增長的交通擁擠的壓力；
　　5、增強了對整個城市的乘客交通流信息采集、分析的能力，通過實時的統計，可迅速采取措施匹配公共交通出行趨勢，為進行宏觀調控，制定政策等提供了快速可靠的資料，可進一步緩解交通擁擠。

　　二、南京地鐵AFC系統的建設指導思想
　　正是由于一卡多用能帶來巨大的效益，以及為避免重復開發、盲目發卡，建設部早在99年就下發文件明確規定：建設事業IC卡應用應按照“一卡多用”的原則實施，因此南京地鐵AFC系統的建設將建立在一卡多用的基礎之上，為將來真正實現南京城市交通一卡通貢獻力量。由于我國在城市交通一卡通領域起步較晚，在多應用參與情況下缺乏統一規劃和指導，客觀上對實現一卡多用需要解決的關鍵問題往往認識不足，特別是對一卡多用的概念理解上都存在很大的誤區，造成很多地方基于IC卡的收費系統盲目上馬、各自為政的混亂局面，既浪費了大量資金進行重復建設，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行推行新的統一的IC卡，使很多IC卡應用部門的IC卡系統被廢棄，甚至有的是剛剛建設完運營沒多長時間。為了尋求適合南京實際情況的公共交通電子收費技術與方案，降低投資風險并帶來可觀的市場增值，南京地鐵指揮部組織課題組在地鐵AFC系統建設初期就開始對建設城市交通一卡通的一些關鍵要素，如組織制度、條文規范、技術、經濟、管理運營以及用戶等方面進行詳細的調查研究，希望提出有利于各應用（包括地鐵、公交巴士、小額消費等）健康發展的一卡通實施指導方針、規劃建議，并促成一卡通系統標準的形成。
　　最近幾年，在世界各地一卡多用項目得到了迅速發展，既有交通部門發起的項目又有銀行部門或電信部門發起并組織實施的工程。綜合這些項目可以看出一卡多用運作模式不外乎以下幾種：
　?。?）由幾個主要的交通運營商自動聯合發起并組織，典型的例子是香港；
　?。?）由政府部門出面組織一卡通運營公司，主要交通運營商參與，典型例子是上海、巴黎；
　?。?）由銀行或電信部門發起并組織，典型例子是瑞士；
　?。?）由系統集成商、私營企業聯合發起，其它應用參與，典型例子是悉尼。由于公共交通并不是完全市場化運作，我國目前現狀表明應采用第（2）種方式，即在政府的支持下實施一卡多用，并且應該形成大交通體系框架，以便在整個城市的交通出行上實現統一調度、綜合管理。
　　由于目前南京市還沒有一個在政府支持下、包含各種潛在應用參與、多方充分協商的一卡通組織，南京地鐵在建設AFC系統的前期，在一卡多用的前提下，即對采用的卡和系統進行了充分的研究，保證將來一卡多用平臺能夠以南京地鐵AFC系統為基礎，其結論稍后論述，課題組今后的研究重點是進行充分的規劃與研究，內容涵蓋一卡多用環境下的組織制度、技術標準、商業運營模式、用戶市場調查等，包括與可能的應用進行充分的協商，否則會為今后的一卡通運營帶來隱患。

　　三、地鐵AFC系統技術選型
　　按卡與外界數據傳送形式IC卡可分為：接觸式卡、非接觸式卡、雙界面卡、混合卡。由于一卡多用中應用各有各的特點，因此對系統和卡的要求也不盡相同，在跟銀行聯名的各業務中，安全性要求比較高，往往要求采用接觸式CPU卡，并需要對交易進行在線確認；而在公交、地鐵等公共交通領域往往強調刷卡的快捷性，所以大多采用非接觸式IC卡。而根據IC卡中所鑲嵌的集成電路的不同可以分成三類：存儲卡、邏輯加密卡、　CPU卡。存儲卡缺乏安全保障機制，邏輯加密卡是存儲卡與CPU卡的中間過渡產品，CPU卡是發展方向；邏輯加密卡利用特定的邏輯函數關系來防止非授權人員對數據的讀取或修改，卡的加密方式是在芯片設計過程中通過電路實現的，一旦芯片制造完成，其加密形式也就固定下來，不容易對其進行修改；而CPU卡通過內置的中央處理器完成對數據的保護和管理，通過內置的芯片操作系統COS，發行商可以方便地修改文件系統以及加密算法等等，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用環境下使用；邏輯加密卡功能單一，卡內數據按扇區為單位進行管理，數據組織的方式比較呆板，新應用加入不方便；而CPU卡片內的數據按文件管理，實現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。
　　根據以上分析，為了便于今后拓展多應用，地鐵AFC系統對卡技術總體要求是采用CPU卡。當然僅僅這一點是不夠的，地鐵AFC系統以一卡多用為前提，而一卡多用覆蓋的社會范圍非常廣泛，系統中任何一個方面出現問題，都會造成極壞的社會影響，特別是面向廣大用戶的卡及讀寫機具是應用部門對公眾的一個形象宣傳窗口，其性能的好壞直接影響到公眾使用的積極性、一卡多用的可持續發展。因此，南京地鐵AFC系統技術選型及將來的運營堅持以下一些原則：
　　(1)對卡的要求是卡發行量充足、卡不易受損、卡充值方便、卡交易速度快（250ms左右）、出錯率低等。這樣在地鐵AFC系統基礎上發展南京城市交通一卡通，公眾的積極性才會高漲；
　?。?）運營機制上對卡收取保證金，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，更容易調動市民使用熱情；
　?。?）技術支持有保障，包括卡和機具的升級及卡片的大批量供貨，以及適應形勢發展的需要而進行的系統改造，因此要求采用主流產品，并且建設過程中培養一批本地研發人員；
　?。?）符合建設部相關規范、規定；
　?。?）卡的存儲容量應足夠大，以便于多應用環境下的信息存儲，以前常用的1K位顯然是不夠用的。

　　四、結論
　　對于一卡多用的需求應是大型建設事業IC卡應用規劃的重點，一卡多用的系統平臺建立在南京地鐵AFC系統的基礎之上是可行的，地鐵AFC系統采用CPU卡充分滿足了便于今后拓展多應用的關鍵要求，南京地鐵AFC系統前期及正在開展的的技術選型、一卡多用規劃研究將為今后南京城市交通一卡通的順利實施奠定堅實的基礎。

東南大學交通學院張寧 博士南京地鐵有限責任公司房堅王健

參考文獻:

陸永寧. IC卡應用系統. 南京: 東南大學出版社，2000年5月
Jorge Ferrari, Robert Mackinnon, Susan Poh, Lakshman Yatawara. Smart Cards: A Case Study. IBM Corporation, Oct.1998