浅论地铁自动售检票系统的互联标准

1地铁AFC系统概述

随着中国城市化进程的飞速发展和机动车数量的迅猛增长,作为城市交通的重要交通工具,地铁的规划建设也在快速发展。随着地铁线路的增加,地铁网络化建设得到人们的重视。地铁网络是指地铁线路以交织成网的形式覆盖城市的各个区域,最大限度地改善城市交通状况,方便人民群众。地铁自动售检票(AFC)系统是一种由计算机集中控制的自动售票(包括半自动售票)、自动检票以及自动收费和统计的封闭式自动化网络系统,是地铁不可缺少的一个非常重要的系统,是实现地铁票务运营体系先进科学管理的必要手段,是现代化地铁的重要标志之一,是智能运输系统(ITS)中的一项具体服务内容和关键技术。

地铁自动售检票(AFC)系统网络建设是地铁网络化运营的前提,但在其形成的同时提出一些新的问题,如乘客在各地铁线路间的无障碍换乘、各运营实体间安全合理的票款拆分问题、地铁统一的票价体系、地铁统一的服务界面、地铁统一的票务金融安全体系等。地铁AFC系统互联标准制定一套完整的AFC系统技术和管理规范,为实现线路间无障碍换乘、提高公共交通的服务和管理水平提供技术保障。因此,对地铁AFC系统互联标准的研究十分必要。

2研究系统互联标准的重要性

城市地铁交通的发展趋势是地铁交通以交织成网的方式覆盖城市的各个区域,自动售检票(AFC)系统是城市地铁交通实现票务管理的先进手段。随着地铁线路的不断建设,AFC系统互联问题已经提上议事日程,为了提高AFC系统的运行效率、方便用户、避免投资浪费,研究地铁AFC系统互联标准的重要性表现在如下几个方面。

(1)对地铁交通联网收费技术进行总体规划设计,从长远考虑地铁交通联网收费技术标准,为地铁交通线路AFC系统的建设提供依据,可以避免重复投资,提高地铁交通的使用效率和服务质量。

(2)制定一个统一的设备和软件的技术规范,规定地铁交通联网收费系统的各级设备硬件,为新建地铁交通线路的收费系统设备招投标提供参考,既保证新设备满足地铁交通系统的收费要求,又为现有收费系统的设备维护提供依据,方便系统的维护、升级,使设备具有互换性。技术规范还对软件技术提出要求,确保地铁交通收费系统功能的完善,同时为地铁AFC系统网络化运营奠定基础。

(3)详细规定卡片应用要求、密钥管理体系,制定统一的数据交换接口、票卡处理模块。制定技术规范,明确规定密钥管理和卡片的技术要求,为以后多条地铁交通收费系统联网运行提供保障。

(4)制定统一的操作流程,规范地铁AFC系统操作,提供统一、友好的用户界面,更好地为用户服务。

3系统互联标准的内容

地铁AFC系统互联标准应充分考虑国内已经建设的地铁AFC系统,并结合其发展趋势及相关技术的发展,包含以下内容。

3.1地铁AFC系统体系结构功能

地铁AFC系统分为4级,包括地铁清结算系统(ACC)、地铁线路系统(LC)、地铁车站系统(SC)和地铁AFC设备。

3.1.1ACC系统

ACC系统是地铁联网系统的心脏,包括AFC收费数据、设备状态数据、客流量数据的采集,并生成相应的报表。ACC系统还包括票卡的密钥管理、智能票卡的发行和AFC维护管理系统,负责收集所有LC系统的数据,同时和城市一卡通系统连接。

3.1.2LC系统

LC系统负责本线路系统的AFC收费数据、设备状态数据、客流量数据的采集,完成本线路票务管理、票卡的库存管理、票卡的调配,并生成相应的报表,监视和控制本线路的AFC系统。

3.1.3SC系统

SC系统对车站的每一台设备实施监督、控制、参数化、数据采集和审计;接收LC系统的指令和参数,并下发到相应的设备;同时采集设备的交易、事件和审计数据,上传到LC系统。SC系统和LC系统之间发生通信故障时,SC将进入独立工作模式,此时所有必须传输至LC的数据储存在本机,并在线路恢复时发送出去。如果需要,可以采用软盘(CD)或膝上型电脑将数据发至LC。

3.1.4地铁AFC设备

地铁AFC设备包括半自动售票机、闸机、自动售票机等设备,这些设备是系统的终端设备与用户的界面。

1)半自动售票机

半自动售票机是辅助售票员来处理各种售票及查询业务,其主要功能是:乘客可以购买一张或多张车票并且给出当前交易的收据,对相应的票卡进行操作,如单程票、纪念票及储值、多程票等的发售,单程票的回收,储值卡的充值,有效或失效票的退票、替换和退钱及越站超乘的补票等。

2)闸机

闸机可对各类车票进行读写操作和合法性确认,入站时在车票上写入入站信息,出站时回收车票或扣除车费、显示余额。闸机的主要功能包括:乘客出入口控制(包括乘客在出、入口处刷卡交易时,闸机对票卡的读写),交易成功后对旅客的放行,出口对票卡的回收,交易数据的生成、保存和上传,黑名单卡的截获等。

3)自动售票机

自动售票机用于乘客自助式购买非接触式IC卡车票或为储值票充值,可接受人民币硬币、纸币并出售一张或多张车票,具备硬币找零功能。自动售票机支持使用储值票购买单程票,也支持银行卡支付方式,可以用银行卡为储值票充值。

3.2系统之间的数据接口规范

系统之间的数据接口规范是AFC系统互联的重要部分,没有统一的接口,系统之间无法交换数据。数据接口规范包括:LC向ACC上传的数据接口、ACC下载到LC的数据接口、SC向LC上传的数据接口、LC下载到SC的数据接口、SC下载到设备的数据接口和设备上传到SC的数据接口等。

数据接口按照传输时间要求分为实时数据和非实时数据,实时数据一般采用消息方式传输,非实时数据采用文件方式传输。

3.3密钥管理系统规范

密钥管理是地铁AFC系统互通的一个重要因素,如果密钥管理系统没有统一的标准,各个线路之间的票卡兼容性就不好。目前,大部分密钥管理采用SAM(securityaccessmodule)卡的方式发行密钥,一般参考建设部密钥管理体系。考虑单程票比较适合采用PKI(publickeyinfrastructure)体系的密钥管理,所以建立一套能兼容SAM卡方式和PKI体系的密钥体系标准非常必要。

3.4票务系统规范

票卡发行系统在密钥系统的支持下,通过发卡机发行各种可以在地铁线路间使用的专用票卡,更好地方便不使用通卡的乘客。卡片发行与管理承担的工作是处理系统中与卡片有关的各项业务,以及其他功能模块与卡片管理模块的接口,主要为利用密钥系统产生的各种密钥母卡发行下级卡片,对空白卡片进行初始化,使其可以进入流通领域。

卡片发行与管理承担的工作主要包括以下内容:空白卡片管理、系统卡片设计的档案管理,空白卡片质量测试,卡片发行密钥的保管、使用和维护,卡片发行信息的管理和维护,卡片初始化,卡片下发、安全管理,卡片业务信息的统计,卡号资源的管理和回收,卡片有效性的测试,发行设备的管理和维护保养,无效卡片的销毁,发行数据的统计和查询功能。

3.5票卡结构规范和票卡交易流程规范

票卡结构规范制定各种票卡的详细结构,票卡交易流程规范制定对票卡操作的详细流程,包括交易异常的处理方法。在制定单程票的票卡结构和票卡交易流程规范时,要充分考虑单程票的安全性。在制定储值类票卡结构和票卡交易流程规范时,要充分考虑其快速性、安全性和容错性。

3.6业务流程规范

为保证地铁AFC系统的内部结算和操作的一致性,地铁AFC系统的业务流程必须规范统一,才能实现数据的共享,达到系统的互联要求。AFC系统的业务流程很多,如票务管理中的车票补票流程、车票遗失处理流程、车票破损替换流程、车票退票流程、预付卡挂失流程、预付卡充值流程、预付卡注销流程等。

3.7面向客户界面的规范

多条地铁线路系统对于用户来说,希望只有一种交互界面、一种操作方式。制定面向客户界面的规范可以方便用户,是地铁AFC系统互联的一个重要组成部分,包括半自动售票机的用户界面和操作流程规范、闸机的用户界面和操作流程规范、自动售票机的用户界面和操作流程规范。

3.8信息结构体系和编目编码规划

地铁AFC系统信息结构体系和编目编码规划,是对地铁AFC系统所涉及到的各种信息的定义标准、传输标准、使用标准进行全面规划,建立统一、可扩展的信息结构体系,为地铁AFC系统的信息管理、业务流程处理、决策分析奠定信息基础;可以统一各个地铁AFC系统,提高系统运行效率。

3.9网络规划

地铁AFC系统互联技术标准应包含统一的IP地址与域名分配要求等网络规划。IP地址的规划和分配在整个网络维护和扩展中占了举足轻重的地位,会直接影响到后期维护、升级、运作的效率。

4系统互联标准的关键问题

地铁AFC系统互联标准主要解决各线路AFC系统互联。影响互联的问题很多,其中有些问题必须统一,有些问题可在地铁AFC系统建设到一定程度时再统一,下面主要针对影响互联的关键问题进行分析。

4.1可靠的数据传输

数据传输是地铁AFC系统清分结算的前提,是系统可靠运行的保障,直接影响数据的清分结算,因此是AFC系统互联互通的关键问题。数据传输系统常用方式有三种:数据库复制方式、消息中间件方式、Socket技术数据传输方式(由承包商自行开发软件)。

数据库复制方式根据南京地铁1号线运营经验,经常需要人工参与,不能完全自动传输,增加维护工作量,对维护人员的水平要求高,而且经常出现丢数据问题。消息中间件方式是采用成熟的第三方软件产品,保证数据的正确传输,此方式稳定可靠,但购买软件需要一定费用。

消息中间件软件产品,国内外厂家生产得比较多,而且都是经过长期的使用,在金融和通信行业内普遍采用,交通领域最近几年已经广泛使用,如江苏高速公路、山东高速公路、北京地铁、武汉地铁等。同时,消息中间件支持消息和文件传输,可提高系统的整合性。

Socket技术数据传输是传统的传输方法,由承包商根据技术规范要求,自行开发软件。由于AFC系统承包商的水平不一致、采用的技术不一致,容易产生差异性。

4.2密钥管理系统问题分析

密钥系统是保证地铁AFC系统互联互通的关键,若系统不统一,票卡就不能在多条线路共用,会直接影响AFC系统网络化进程。经过调用分析,密钥系统可能采用以下方式。

(1)地铁采用建设部密钥管理体系,此方式需要城市一卡通公司配合,现在还没有应用到地铁系统的案例。地铁采用建设部密钥管理体系是一种有效尝试,在国内还没有先例。由于地铁单程票与常用的公共事业票卡有本质区别,主要在安全性方面,因此需要对建设部密钥管理做部分改造。

(2)地铁制定独立的密钥管理体系,采用类似建设部密钥管理体系,此方式在国内地铁使用得比较多。

地铁制定独立的SAM卡密钥管理体系,类似建设部密钥管理体系。此方式在国内普遍采用,是离线式小额交易比较典型的方式。由于地铁单程票安全机制不是很完善,所以需要经常更换密钥,更换不方便,工作量大。

(3)PKI体系的密钥管理国内采用得比较少,除了南京地铁,其他地铁没有使用过,国外采用此方式比较多。

PKI体系是成熟、完善的密钥管理体系,已经成功应用到金融行业。PKI体系的优点是可以方便、灵活地更换密钥,特别适合地铁单程票的密钥管理。从理论上分析,PKI体系比SAM卡体系安全性高,使用方便,但需要完善网络支持,这一点对于南京地铁系统不是问题。

4.3统一IC卡读写设备

地铁AFC系统一般采用票卡处理型IC卡读写器,该读写器内置AFC系统业务规则以及票卡处理流程,是结合地铁AFC业务而发展起来的。在AFC系统中,票卡交易的主要处理流程由IC卡读写器完成。IC卡读写器根据需要读取相应的扇区或文件,对相应的数据进行处理,写入相应的信息,并把处理的结果返还给主机。

地铁AFC系统的票务处理业务规则是一个十分复杂的过程,在发生票卡结构的变更、票卡业务规则的变更、票卡密钥的更替等情况下,需要对程序进行变更。采用地铁AFC票卡处理型IC卡读写器,如发生上述变更,只需要求读写器厂商修改自己的软硬件,与系统集成商界面清楚、响应速度快,修改时对系统影响小,费用也相对较低。因此,地铁AFC系统采用统一的IC卡读写设备十分必要,可以避免系统升级维护带来的问题。

5结语

地铁AFC系统互联标准的研究已经应用到南京地铁AFC系统建设中,是在南京地铁1号线基础上、第二条地铁线路的建设之前进行的。从某种意义上说,南京地铁AFC系统互联标准是一个城市进入真正意义上网络化运营的主要标志之一,代表了一个城市地铁科技水平和管理水平的更高一个层次;也可以避免在以后地铁AFC系统建设中,因接口标准的不统一而造成的重复投资和可能导致的巨大建设资金浪费,并赢得地铁AFC系统分段分项目建设的主动。