智能公交IC卡系统的设计与应用

admin

    摘  要  利用成熟的IC卡技术，针对公交系统的组织架构和运行模式，设计了一种智能化IC卡管理系统，通过该系统的应用，有效地提高了公交公司的工作效率并降低了运营成本。
    关键词  公交；IC卡；管理；网络架构


  1  引言

      智能公交IC卡系统是为建设现代化的“城市一卡通”系统而提出的系统集成解决方案，它集IC卡制造、计算机网络、大型数据库处理、数据安全保密、银行数据接口对接等现代高科技技术于一体，充分发挥了智能卡技术在现实领域中的应用，显著提高了公交系统的工作效率和运营秩序。
2  智能公交IC卡系统的设计与实现

2.1  系统层次及网络架构

    通过对城市公交系统的需求分析，以满足公交系统的实际需要，智能公交IC卡系统将采用一级管理模式，即一个公司汇总中心，多个分站点和多个IC卡售卡充值点。
系统的层次模型如图1所示。

图1  智能公交IC卡系统层次图

    系统汇总中心是整个系统的运营管理中心，其中的IC卡数据服务器对数据具有双备份功能，每天从车载机下载的数据汇总后进入IC卡数据服务器中进行计算处理；同时，新卡的注册和初始化数据也保存在IC卡数据服务器上。
    IC卡服务器中的数据经过处理后，生成各种统计报表。网络中的各有关部门和单位可以根据其权限在主服务器中获得相关的生产营运数据。为了保证IC卡系统的相对独立性，以提高其安全性和效率，网络上的其它电脑不能进入IC卡子系统。
    根据以上设计得到的IC卡系统的网络结构图如图2所示。

图2  智能公交IC卡系统网络结构图

2.2  汇总中心

    汇总中心负责系统的安全管理、智能公交IC卡的制卡和发行，负责汇总收集各个分公司的营运数据，对营运收支进行结算管理，集中管理发卡、充值所得的资金，协调处理各个分公司之间的问题，提供客户服务功能。同时，汇总中心还负责对乘客卡票种的设定和针对各票种的折扣的设定，这是因为政策和营运等方面的要求，线路或票价是可以变动的，其变动由公交公司决定，并通过汇总中心予以执行。
    汇总中心保留有整个公交收费系统的所有数据，并对这些数据管理和存储。与各分公司重合部分的数据，应以处理中心的数据为准，各分公司处理子系统只能查看、下载与自己相关的数据。汇总中心在收集所有营运数据后，建立供财务和营运管理分析应用数据库，为公交系统的运行和发展提供决策分析数据。
2.3  售卡充值子系统

    各售卡充值点使用该子系统销售乘客卡和对乘客卡进行充值，并记录相应的信息，以及负责客户的乘客卡查询工作；公交的售卡充值点的原始数据通过网络直接上传给公交处理结算中心，并从结算中心下载或查询黑名单数据，以及完成其他的客户查询业务。
2.4  票卡模式

    公交现在共发行三类不同的用户卡，分别为普通卡、员工卡、司机卡。考虑到将来的需要，系统保留纪念卡、老人卡、学生卡等卡类，事实上系统可以使用32类不同的用户卡，由公交公司自己定义和产生。除普通卡外，一律配印个人彩色照片，并进行年检。
2.5  收费模式

    公交的IC卡收费模式将采用一票制的方式。
2.6  管理卡模式

2.6.1  管理卡种类

    管理卡按其种类分有接触式CPU卡和非接触式M1卡两种类型。其中CPU卡包括初始化卡、售卡充值卡、设备授权卡、数据转换卡、控制专用卡等，车载机的交易安全控制PSAM卡（或模块）也包含在系统卡内，它们实现密钥的传递、下载、应用等。
    非接触式卡则直接负责对车载机的控制设置，如车号、线路、数码设置、票价、时间、显示及刷卡延迟、票价调整、收费启动、发车、到站、司机卡、机数据采集等。系统卡与乘客卡都是非接触式卡，但他们互不通用，系统卡不能乘车交易。现对几种主要卡类的功能设置进行简述。
2.6.2  CPU系统卡类

    1）CPU母卡
    用于承载整个公交公司最高级的密钥。CPU母卡不可重复再生。CPU母必须与母卡认证卡配套一起才能使用卡内的密钥，而母卡认证卡受个人密码PIN控制，在使用时必须输入正确的PIN，才能合法使用母卡认证卡中的母卡认证主密钥，从而打开母卡实现系统密钥的使用。
    2）CPU控制专用卡
    用于生成各种M1型系统卡的母卡。
    3）CPU充值专用卡
    用于售卡充值时，对操作员身份的合法性进行认证。同时，在离线式代理售卡充值方式下，也可在充值专用卡中设定最大充值金额；每次充值时该值递减，直到该值减为零后，代理人员需到处理中心交纳费用，并重新对充值专用卡充值后，才能继续对乘客卡充值。
    4）CPU初始化专用卡
    用于对新卡初始化。新卡经初始化以后成为白卡。
    5）CPU数据转换卡
    用于对加密数据包文件的解密。车载机上的交易数据在被采集到采集盒上时，是以特定名称的加密文件包的形式保存。为保证系统数据的安全性，只有专门的密钥才能对其解密。而数据转换卡上装载有包文件的解密密钥。
    6）CPU设备授权卡
    用于对设备的授权操作。设备必须经过授权才能在公交系统中使用。
    7）车载机PSAM卡
    用于车载机上，负责对乘客卡进行验证、密码计算、交易验证等。
2.6.3  M1系统卡类

    1）线路设置卡
    用于设置车载机所属车辆的线路、分线路、票价折扣、附加费折扣等信息。
    2）司机卡
    用于车载机对司机身份确认，也可作员工卡使用。司机卡刷卡一次，则在车载机中产生一条管理记录，该记录中含有时间信息，记录该司机开始运营的时间，同时车载机的收费功能被开启，车载机随后记录的交易记录都属于该司机的运营业绩。当该司机再次刷卡后，车载机机上也产生一条带时间信息的管理记录，同时收费功能关闭。
    3）数据采集卡
    用于将车载机上的数据采集到采集盒中。
    4）设备设置卡
    设置车载机的设备号。车载机的设备号一般与其所在车辆的标识号相对应。该对应关系也记录在后台数据库管理系统中。
    5）数码设置卡
    与设备设置卡、线路设置卡配合使用，设定车载机某个参数的具体数值。
2.7  关于黑名单

    黑名单卡有两大来源。一是乘客卡类，如各种伪造卡、欠费卡、非法卡等等；二是内部管理卡。而内部管理卡特别是车载机的设置卡，由于跟票价、优惠等敏感参数息息相关，因此如果被恶意使用对公交公司造成的经济损失会更大。内部管理卡变为黑名单卡有以下几种可能性：
    （1）持卡的员工离职或调离原工作岗位而未上缴管理卡。
    （2）卡片丢失或失窃。
    （3）故障卡未立即回收处理。
    （4）因此公交公司在系统卡的管理上必须十分严格，并建立完善的管理卡管理制度。
    车载机在确认合法乘客卡时，其工作流程如下：
    检查该卡有无黑名单标志（已标记为黑卡）、充值金额是否为零，若条件满足，则车载机发出报警信号，停止交易；没有黑名单标志时，再检查该卡卡号是否在车载机黑名单记录中出现，若该卡卡号是黑名单卡号，则进行相应的处理：
    （1）在该卡上作黑名单标志，同时将卡中钱包金额扣减为零。
    （2）车载机发出报警信号，停止交易。
    （3）将该卡卡号从黑名单记录中删除（已不需要），黑名单记录数少一。
    在以上两步通过后，开始正常的收费记录。可见，车载机须保留的仅是“未作标志”的黑名单记录，且在具体交易中黑名单记录数会减少。
3  智能公交IC卡系统的性能及特点

3.1  高强的安全设计

    （1）密钥管理系统。
    （2）网络与系统的安全控制。
    （3）系统安全控制。
    （4）数据安全。
3.2  技术先进

    （1）模块化结构：可以使用已经检验是正确可用的功能模块，以使系统稳定与安全，同时方便用户在不同条件下的功能搭建。
    （2）技术的标准化：完全符合建设部、人民银行的要求，采用国密指定的产品，符合要求，可让用户充分信任。
    （3）技术的开放性：向用户提供全面的技术设计文档和源代码，便于用户掌握，易于今后的扩展。
    （4）强大的数据处理能力：我们为公交应用所选择的设备和数据处理系统，加上后台处理精心采用的优化算法，可以让用户获得强大的数据处理能力和快捷的速度，即使在系统今后作为一卡通扩展，也有充足的能力。
    （5）易操作性：从公交公司人员使用的特点出发，具有易用易懂、方便使用的特点，极具人性化的设计，对于那些刚接触电脑的工作人员也能快速掌握。
    （6）系统具有的远程维护能力：为系统的维护提供了先进的手段，更加减轻用户的负担。
    （7）始终贯穿的一卡多用的一卡通思想。
3.3  设备性能的优越性

    在核心设备车载机中，包含了多项优良性能或高新技术：
    （1）优良的稳压直流电源：车载机配套使用的直流转换、稳压电源，所采用的技术，严格保证了所输出电源的稳定性和抗干扰性，完全适用于公交车辆的强干扰环境。
    （2）强大的抗干扰能力：系统设计中所采用的车载机有良好抗干扰能力，可以很好地工作于目前所有类型的公交车辆中，稳定准确地工作。
    （3）良好的防水、防震、防颠的能力：车载机长期与公交车一起服务，能很好地在各种天气和路况上稳定的工作。
4  结束语

    智能公交IC卡系统是为解决庞大复杂的公交运营管理需要而设计的系统，系统的应用减轻了公交系统的运营压力，提高了公司的管理效率，真正实现了公交公司的科学化管理，并降低了运营成本，创造了更高的经济效益，同时也方便了广大市民的出行。
参考文献

    [1] 中华人民共和国国家技术监督局. GB/T 20851.1-2007 电子收费专用短程通信第 1 部分：物理层. 北京：中国标准出版社，2007
    [2] 陆永宁.非接触IC 卡原理与应用[M] .电子工业出版社.2006.9
    [3] 杨丽娟，牛玲.公交优先是城市公共交通的战略方针[J]城市公共交通. 2001，（03）
    [4] 黄解军，潘和平，万幼川.构建智能交通推动数字城市的发展[J]城市规划汇刊. 2002，（03）

李小路

谢谢分享！