南京地铁AFC系统建设思路的研究
南京地铁南北线一期工程项目经国务院批准立项，于2000年开工建设，预计2005年正式开通运营，是南京市重点工程，省、市领导对这项工程非常重视，由市政府亲自领导建设。南北线一期工程总长21公里，建成后实际客运能力将达到101万人次/每天，是南京城市客流交通的重要通道，票务运营采用基于非接触式智能IC卡的自动售检票系统（AFC），地铁AFC系统性能的好坏直接影响到城市公共交通系统的形象，影响到城市畅通工程的顺利实施。鉴于城市公共交通实现一卡通是城市交通管理现代化的发展趋势，为确保将来顺利实施城市交通一卡通，为将来逐步拓展IC卡一卡多用功能创造条件，南京地铁指挥部组织相关人员和单位展开“城市交通一卡多用基础”课题的研究，以形成南京地铁AFC系统建设的指导思想。
一、一卡多用的意义
一卡多用指利用智能卡技术（如IC卡、非接触式IC卡等），通过一种支付方式对多种应用服务付费，如公共交通、银行业务、零售等，或一种应用服务但包含多个服务提供商，如公共交通，包括地铁，巴士等公司。实际上就是将多种应用集中于一张卡上，以减少持卡人携带卡的数量，从而实现“一卡通”。智能卡在多应用方面包含两个子类：多用途卡与金融卡。这些卡的核心功能是卡具有一个或多个储值区域用来作为电子钱包。多用途卡可以含有一个或多个电子钱包，并且也具有其它一些重要的功能如身份标识、信息存储等；金融卡仅具有电子钱包功能，用来存钱并用于各种商业消费，如购物等。多用途卡应是交通行业应用IC卡的发展方向。
一卡多用可以在政府，金融机构，交通，电信，医疗，教育，零售业、市政等部门中实施。一卡多用是对系统用户而言，允许不同制造商制造的卡及机具进入系统，但用户持一张卡即可实现所有应用。
收费技术的发展，特别是智能卡技术的逐渐普及城市管理信息化的要求，使得以公共交通应用为基础、支持个人信息管理及小额支付的城市交通一卡多用成为城市交通综合管理的发展趋势，城市交通一卡多用可带来的巨大社会效益和潜在的市场增值：
1、利用IC卡存储量较大，保密性较强的特性，通过整体合理的规划，在一张卡上实现多个应用，将各个行业的应用信息安排在IC卡的不同存贮区，使它们之间既能共享相同的信息，又有各自独立的空间去存放专用的信息，可以有效地分摊系统的发行和营运费用，降低成本，减少重复投资；
2、推广城市交通一卡多用将会提高城市公共服务设施的服务质量和服务水平，提高参与一卡多用的企、事业单位的管理能力，符合建设现代化信息城市的目的。 推广城市交通一卡多用，必然要对有关行业的服务手段、信息处理手段进行现代化的改革，而且必须建立健全一系列新的高效服务内容，建立一系列信息收集、传输、处理、结算、统计等技术手段，这些都必将极大地提高社会服务的效益和效率，从而提高服务质量，信息处理能力的加强，又必然增强社会的管理能力，这些都是建设现代化城市所必需的；
3、方便市民、减少社会现金流量，便于金融方面的宏观控制。采用IC卡收费后，将可大量减少现金的交易量，缓解市民对零钱的要求，即便于杜绝贪污、假钞等现象，也便于加快车辆周转速度或服务的速度，进而提高运营效率；
4、乘客通过使用单一的车票实现无缝交通出行，用作公共交通的智能卡可拓展用来为停车、电话、零售、出租车、甚至网上购物付费以及某些部门的信息管理，极大地方便了乘客出行，同时也扩大了公共交通用户市场，缓解日益增长的交通拥挤的压力；
5、增强了对整个城市的乘客交通流信息采集、分析的能力，通过实时的统计，可迅速采取措施匹配公共交通出行趋势，为进行宏观调控，制定政策等提供了快速可靠的资料，可进一步缓解交通拥挤。
二、南京地铁AFC系统的建设指导思想
正是由于一卡多用能带来巨大的效益，以及为避免重复开发、盲目发卡，建设部早在99年就下发文件明确规定：建设事业IC卡应用应按照“一卡多用”的原则实施，因此南京地铁AFC系统的建设将建立在一卡多用的基础之上，为将来真正实现南京城市交通一卡通贡献力量。由于我国在城市交通一卡通领域起步较晚，在多应用参与情况下缺乏统一规划和指导，客观上对实现一卡多用需要解决的关键问题往往认识不足，特别是对一卡多用的概念理解上都存在很大的误区，造成很多地方基于IC卡的收费系统盲目上马、各自为政的混乱局面，既浪费了大量资金进行重复建设，也使用户群众感到极大的不便，有些地方在这种混乱的情况下只能靠行政命令强行推行新的统一的IC卡，使很多IC卡应用部门的IC卡系统被废弃，甚至有的是刚刚建设完运营没多长时间。为了寻求适合南京实际情况的公共交通电子收费技术与方案，降低投资风险并带来可观的市场增值，南京地铁指挥部组织课题组在地铁AFC系统建设初期就开始对建设城市交通一卡通的一些关键要素，如组织制度、条文规范、技术、经济、管理运营以及用户等方面进行详细的调查研究，希望提出有利于各应用（包括地铁、公交巴士、小额消费等）健康发展的一卡通实施指导方针、规划建议，并促成一卡通系统标准的形成。
最近几年，在世界各地一卡多用项目得到了迅速发展，既有交通部门发起的项目又有银行部门或电信部门发起并组织实施的工程。综合这些项目可以看出一卡多用运作模式不外乎以下几种：
（1）由几个主要的交通运营商自动联合发起并组织，典型的例子是香港；
（2）由政府部门出面组织一卡通运营公司，主要交通运营商参与，典型例子是上海、巴黎；
（3）由银行或电信部门发起并组织，典型例子是瑞士；
（4）由系统集成商、私营企业联合发起，其它应用参与，典型例子是悉尼。由于公共交通并不是完全市场化运作，我国目前现状表明应采用第（2）种方式，即在政府的支持下实施一卡多用，并且应该形成大交通体系框架，以便在整个城市的交通出行上实现统一调度、综合管理。
由于目前南京市还没有一个在政府支持下、包含各种潜在应用参与、多方充分协商的一卡通组织，南京地铁在建设AFC系统的前期，在一卡多用的前提下，即对采用的卡和系统进行了充分的研究，保证将来一卡多用平台能够以南京地铁AFC系统为基础，其结论稍后论述，课题组今后的研究重点是进行充分的规划与研究，内容涵盖一卡多用环境下的组织制度、技术标准、商业运营模式、用户市场调查等，包括与可能的应用进行充分的协商，否则会为今后的一卡通运营带来隐患。
三、地铁AFC系统技术选型
按卡与外界数据传送形式IC卡可分为：接触式卡、非接触式卡、双界面卡、混合卡。由于一卡多用中应用各有各的特点，因此对系统和卡的要求也不尽相同，在跟银行联名的各业务中，安全性要求比较高，往往要求采用接触式CPU卡，并需要对交易进行在线确认；而在公交、地铁等公共交通领域往往强调刷卡的快捷性，所以大多采用非接触式IC卡。而根据IC卡中所镶嵌的集成电路的不同可以分成三类：存储卡、逻辑加密卡、 CPU卡。存储卡缺乏安全保障机制，逻辑加密卡是存储卡与CPU卡的中间过渡产品，CPU卡是发展方向；逻辑加密卡利用特定的逻辑函数关系来防止非授权人员对数据的读取或修改，卡的加密方式是在芯片设计过程中通过电路实现的，一旦芯片制造完成，其加密形式也就固定下来，不容易对其进行修改；而CPU卡通过内置的中央处理器完成对数据的保护和管理，通过内置的芯片操作系统COS，发行商可以方便地修改文件系统以及加密算法等等，这些是逻辑加密卡无法做到的。因此CPU卡比逻辑加密卡安全性更高，更适合在有更高的安全性要求的多应用环境下使用；逻辑加密卡功能单一，卡内数据按扇区为单位进行管理，数据组织的方式比较呆板，新应用加入不方便；而CPU卡片内的数据按文件管理，实现各种功能的方式更灵活、更有效，因此其适用的范围更广，更适合做“一卡通”的信息载体。
根据以上分析，为了便于今后拓展多应用，地铁AFC系统对卡技术总体要求是采用CPU卡。当然仅仅这一点是不够的，地铁AFC系统以一卡多用为前提，而一卡多用覆盖的社会范围非常广泛，系统中任何一个方面出现问题，都会造成极坏的社会影响，特别是面向广大用户的卡及读写机具是应用部门对公众的一个形象宣传窗口，其性能的好坏直接影响到公众使用的积极性、一卡多用的可持续发展。因此，南京地铁AFC系统技术选型及将来的运营坚持以下一些原则：
(1)对卡的要求是卡发行量充足、卡不易受损、卡充值方便、卡交易速度快（250ms左右）、出错率低等。这样在地铁AFC系统基础上发展南京城市交通一卡通，公众的积极性才会高涨；
（2）运营机制上对卡收取保证金，将保证金作为备用金，在特殊情况下顾客可以使用。这样方便了市民，更容易调动市民使用热情；
（3）技术支持有保障，包括卡和机具的升级及卡片的大批量供货，以及适应形势发展的需要而进行的系统改造，因此要求采用主流产品，并且建设过程中培养一批本地研发人员；
（4）符合建设部相关规范、规定；
（5）卡的存储容量应足够大，以便于多应用环境下的信息存储，以前常用的1K位显然是不够用的。
四、结论
对于一卡多用的需求应是大型建设事业IC卡应用规划的重点，一卡多用的系统平台建立在南京地铁AFC系统的基础之上是可行的，地铁AFC系统采用CPU卡充分满足了便于今后拓展多应用的关键要求，南京地铁AFC系统前期及正在开展的的技术选型、一卡多用规划研究将为今后南京城市交通一卡通的顺利实施奠定坚实的基础。
东南大学交通学院张宁 博士南京地铁有限责任公司房坚王健
参考文献:
陆永宁. IC卡应用系统. 南京: 东南大学出版社，2000年5月
Jorge Ferrari, Robert Mackinnon, Susan Poh, Lakshman Yatawara. Smart Cards: A Case Study. IBM Corporation, Oct.1998
