交通一卡通技术用于电子通票的应用研究

苏浩伟　温晓丽　唐云琪　宋秉麟

摘要：为支撑日渐多样化的出行服务模式，文章借助非接触式IC卡的优势，提出将交通一卡通用于电子通票的应用技术，通过在一张卡内存储多种票务方案并根据场景自动无感切换的方式，为城市公共交通服务提供更加灵活多样的支付选择，满足差异化的服务需求。

关键词：交通一卡通；电子通票；卡片规划

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0052-02

随着城市线网发展，公共交通逐渐成为居民出行的主要方式。以广州为例，2017年12月常规公交日均客运量662万人次、轨道交通日均客运量816万人次、水上巴士日均客运量5万人次。城市规模的扩张、区域经济的一体化，使得出行诉求日趋差异化、个性化。如何在一票制的服务基础上，提供更“智慧”的支付服务，满足不同年龄和不同身份的出行诉求、提升出行体验，是社会发展对公共交通提出的更高要求。

1 现状分析

1.1 交通一卡通发展现状

公共交通出行的体量大、频次高。为了解决乘车购票问题，国内外城市陆续推出了交通一卡通应用。交通一卡通凭借支付快捷、免密、安全以及解決零钞散钞问题的优势被迅速推广。中国已有400多个城市建立了规模不一的交通一卡通系统。交通一卡通应用成熟、场景广。以广州为例，截至2017年底，交通一卡通发卡6100万张，应用覆盖广州所有市内公共交通工具，出行使用率超过80%。基于跨区域互联互通的需要，广东省于2011年启动并最终实现了全省公交的一卡通行，交通一卡通成为区域经济交流的重要保障。

1.2 多模式交通出行需求增加

公共交通客源主要分为通勤、休闲两类。（1）通勤族有刚性出行需求，大中城市职住分离普遍，以广州为例，平均通勤路程8.8公里，常采用多种方式组合出行，譬如公交地铁换乘、公交间换乘等。随着城镇化进程，城市聚集的通勤人口日益增加，衍生出定制公交、班车、大站快车的公共交通新服务。（2）旅客学者是休闲出行的主要群体，伴随旅游产业发展，旅客学者渐增，以广州为例，月接待旅客1680万人次，广州水巴超50%的出行是休闲、娱乐需要。为满足该需求，公共交通在通达性之上发展出多元化业务，譬如观光巴士、一日票等。传统的交通一卡通基于钱包支付模式，卡片技术只负责防伪和记录交易，难以支撑多种票价方案，因此需要研究更加灵活多样的电子通票服务。

2 技术研究

2.1 射频通信技术

交通一卡通是一种非接触式IC卡，利用无线电传输，执行国际标准射频卡协议ISO/IEC14443。该标准包括四部分：（1）ISO/IEC14443-1，规定了卡片的物理特性；（2）ISO/IEC14443-2：规定了卡片与读写设备（耦合式）之间的射频功率和相互通讯特性，其中根据相互通讯的信号接口方式，又可分为Type A和Type B等；（3）ISO/IEC14443-3：为多张卡片同时出现在读卡设备时规定了防冲突特性；（4）ISO/IEC14443-4：传输协议。

2.2 芯片技术

根据卡片中所镶嵌的集成电路的类型不同，IC卡主要分为存储器卡、逻辑加密卡、智能卡三类：存储器卡，卡片的集成电路为EEPROM（电可擦除存储器）；逻辑加密卡，卡片的集成电路具有加密逻辑功能和EEPROM存储器；智能卡，卡片的集成电路包括了中央微处理器CPU、程序存储器、数据存储器RAM以及相应的操作系统软件COS（Chip Operating System）。智能卡由于安全性高、定制性好，是国内交通一卡通的主要卡种。

3 业务模式研究

电子通票业务借助虚拟化技术，实现将单程票、联程票等不同客票信息同时嵌入到一张卡片中，即交通一卡通支持根据不同场景自动选用合适的票务方案。以一日票业务为例，卡片激活电子通票功能并购票后，当天可无限次刷卡通行特定线路。在一日票适用范围外，刷卡时自动切换到普通扣费流程。智能卡可反复读写的特点，使得电子通票支持反复购买和使用。业务逻辑图1所示。

4 系统构建研究

以交通一卡通平台为基础，提出电子通票技术方案，设计应用平台，为公共交通行业提供更灵活的通票服务及产品。

4.1 卡空间规划

卡空间规划图2所示，交通一卡通存储空间，根据不同应用场景划分为基础应用和扩展应用。其中，基础应用由发卡方严格管控，包括钱包和计次等功能，扩展应用由零售、医疗、教育、金融等各业务方申请权限独立管理空间。为了实现电子通票与卡片存量业务的兼容，为交通一卡通实现电子通票划分独立的存储空间，用于记录不同行业的通票数据，包括服务商标识、业务类型、生效时间、失效时间、交易记录。除了卡空间规划、通票文件格式定义外，系统设计上还需要解决密钥体系扩展、终端机具兼容等问题。

4.2 技术架构研究

电子通票平台架构在交通一卡通核心支付系统的基础上，通票平台完成虚拟票证的购买、生成、核销和管理工作，核心支付系统提供交易环节的基础服务。接入公交、地铁等交通相关应用场景，前置于各业务场景的刷卡终端内置PSAM（Purchase Secure Access Module，终端安全控制模块），购票时终端通过AFC系统（Auto Fare Collection，自动售检票系统）接入平台，拉取生成的虚拟通票写入卡内，使用时借助卡片的安全访问机制和防伪、防碰撞技术完成离线校验，达到验票目的。电子通票平台架构图3所示。

（1）电子通票平台：包括发行系统、激活及充值系统、预订及验票系统。其中，发行系统负责制作支持电子通票功能的交通一卡通，并将发卡数据提交核心支付系统进行入库管理；激活及充值系统完成使用通票前的准备工作，譬如卡片身份认证、功能激活、应用空间分配、联机圈存；预订及验票系统主要职责包括生成虚拟通票、扣减票款、向卡内写入通票数据、核销通票，解决了不同票务方案的自动适配和无感切换问题。（2）核心支付系统：提供基础的圈存、圈提功能。结合多级分散密钥，完成与终端及卡片的握手认证、读写指令生成、数据加密传输、交易数据采集、数据清算核查，实现交易的安全控制和快速便捷。（3）应用终端：主要职责是卡功能激活和购验票。卡片操作的具体指令由核心支付系统生成并加密，通过互联网透传到各应用终端，终端利用PSAM实现对卡片进行直接读写，实现电子通票的加载和核验。

5 结语

本文提出了基于交通一卡通的电子通票模式，并对交通一卡通技术进行研究，分析和设计了电子通票的业务模式、卡空间规划和技术架构。项目技术已经应用在广州水巴领域，推出了“水巴日通游”产品以及面向旅游观光群体“广州城市旅游卡”产品，丰富了电子通票的应用场景，并取得较好的效果。通过将交通一卡通技术用于电子通票，有助于促进多元交通支付体系的构建，推动交通服务能力的提升，满足居民日益差异化的出行需求。