王 琮

（天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，300222，天津∥工程師）

城市軌道交通AFC系統(tǒng)票卡結(jié)構(gòu)及固定流程設(shè)計(jì)

王 琮

（天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，300222，天津∥工程師）

基于現(xiàn)有技術(shù)，AFC（自動(dòng)售檢票）系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)票種的快速設(shè)計(jì)和發(fā)行。針對(duì)現(xiàn)有車(chē)票卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及票種處理方式的不足，提出了全新的卡片類(lèi)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和車(chē)票交易處理流程設(shè)計(jì)原則。將票卡類(lèi)型參數(shù)劃分為6個(gè)區(qū)組，并通過(guò)各區(qū)組的信息組合實(shí)現(xiàn)票種信息描述。避免了新增票種帶來(lái)的各類(lèi)開(kāi)發(fā)問(wèn)題和成本壓力，可幫助運(yùn)營(yíng)公司節(jié)約大量的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，以有效縮短新增票種上線時(shí)間。

城市軌道交通；自動(dòng)售檢票系統(tǒng)；票種卡結(jié)構(gòu)；交易流程；模板參數(shù)

Author＇s address Tianjin Metro O&M.Co.，Ltd.，300222，Tianjin，Chian

國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)普遍采用自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)營(yíng)運(yùn)現(xiàn)金監(jiān)管和客流分析等功能。AFC系統(tǒng)一般采用非接觸IC卡作為車(chē)票介質(zhì)，通過(guò)讀卡器和票務(wù)規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)不同票制和票價(jià)的功能需求。但是，現(xiàn)有車(chē)票結(jié)構(gòu)技術(shù)很難快速實(shí)現(xiàn)新增票種的設(shè)計(jì)、測(cè)試和發(fā)行。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，此類(lèi)工作的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本都難以被接受。針對(duì)現(xiàn)有車(chē)票卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及票種處理方式的不足，本文討論全新的卡片類(lèi)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和車(chē)票交易處理流程設(shè)計(jì)原則，以避免新增票種帶來(lái)的各類(lèi)開(kāi)發(fā)問(wèn)題和成本壓力。

1　設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)有票卡類(lèi)型采用編碼方式配合交易流程實(shí)現(xiàn)票種的處理。這需要復(fù)雜的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。這種開(kāi)發(fā)方式不能幫助需求主體掌握需求開(kāi)發(fā)的核心要素，也不能擺脫開(kāi)發(fā)商的技術(shù)束縛。因此，本文提出以票卡參數(shù)模板和固定交易流程算法取代原有編碼方式，通過(guò)設(shè)置1組參數(shù)和交易流程來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)票種的動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)。這便于業(yè)主自主設(shè)計(jì)車(chē)票種類(lèi)，以滿(mǎn)足軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)票種的各種變化需求。

票卡類(lèi)型參數(shù)模板將覆蓋各種票卡類(lèi)型的交易特性（如更新方式、車(chē)票價(jià)格和折扣等）。通過(guò)歸納不同類(lèi)型票卡的使用特點(diǎn)，可將車(chē)票類(lèi)型的特征提取出來(lái)，形成條件特征集合，并制定條件特征參數(shù)模板。票卡類(lèi)型根據(jù)實(shí)際使用特性的主、輔功能劃分。票卡設(shè)計(jì)主卡和子卡兩個(gè)邏輯信息區(qū)。主卡對(duì)應(yīng)公共交通信息處理，子卡對(duì)應(yīng)軌道交通專(zhuān)用信息處理。票卡類(lèi)型參數(shù)模板經(jīng)交易特性分解歸納后，主要由公共信息組、卡類(lèi)型編碼組、有效期組、主卡現(xiàn)金區(qū)組、子卡乘次有效期組、子卡現(xiàn)金區(qū)組等6個(gè)關(guān)鍵信息區(qū)組成。票卡類(lèi)型參數(shù)模板最終將以通用參數(shù)字段的形式規(guī)劃入票卡結(jié)構(gòu)中去。

通過(guò)組合現(xiàn)有各類(lèi)型交易流程的關(guān)鍵步驟，建立一套完整的固定票卡交易流程算法模型。該模型可根據(jù)票卡類(lèi)型的參數(shù)模板信息計(jì)算出當(dāng)前票卡的唯一交易處理分支路徑，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)票種的統(tǒng)一處理。交易流程包含卡片邏輯處理主流程、主卡邏輯處理流程和子卡邏輯處理流程。交易流程在讀卡器完成車(chē)票合法性驗(yàn)證且讀取車(chē)票信息后開(kāi)始執(zhí)行。

由于實(shí)際應(yīng)用中的交易流程會(huì)涉及多種AFC系統(tǒng)設(shè)備的交易，為了突出交易流程算法模型設(shè)計(jì)思路，本文以閘機(jī)進(jìn)、出站交易流程設(shè)計(jì)為示例，其它流程可以此參考設(shè)計(jì)。

2　票卡類(lèi)型參數(shù)結(jié)構(gòu)

票卡類(lèi)型參數(shù)結(jié)構(gòu)是在原有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)票卡類(lèi)型描述的不足的基礎(chǔ)之上進(jìn)行更加詳細(xì)的定義。票卡類(lèi)型的存儲(chǔ)空間可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，并不改變票卡的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。故只需對(duì)票卡類(lèi)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)討論，票卡中的其它字段信息仍按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

由于現(xiàn)有軌道交通車(chē)票的使用需求繁雜，故票卡的類(lèi)型結(jié)構(gòu)會(huì)非常復(fù)雜。為了便于分析和設(shè)計(jì)將票卡類(lèi)型參數(shù)劃分為公共信息組、卡類(lèi)型編碼組、有效期組、主卡現(xiàn)金區(qū)組、子卡乘次區(qū)組、子卡現(xiàn)金區(qū)組等6組。通過(guò)各區(qū)組信息屬性的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)票種的信息描述。主卡和子卡的設(shè)計(jì)是提供卡片行為優(yōu)先級(jí)使用，子卡的優(yōu)先級(jí)高于主卡，子卡的有效期依賴(lài)主卡。

（1）公共信息組。用于設(shè)定車(chē)票類(lèi)型結(jié)構(gòu)的通用信息，描述關(guān)鍵狀態(tài)和特殊標(biāo)志。該區(qū)域信息不區(qū)分主卡和子卡類(lèi)型。

（2）卡類(lèi)型編碼組。用于表示車(chē)票類(lèi)型的編碼參數(shù)，是車(chē)票類(lèi)型的關(guān)鍵標(biāo)識(shí)，是交易過(guò)程的關(guān)鍵信息。由主卡類(lèi)型編碼和子卡類(lèi)型編碼，組成不可重復(fù)的唯一卡類(lèi)型編碼。

（3）有效期組。分別設(shè)定主卡類(lèi)型和子卡類(lèi)型的最長(zhǎng)使用期限，以及有效期延長(zhǎng)的規(guī)則和允許延長(zhǎng)有效期的設(shè)備等。主卡和子卡分別設(shè)計(jì)有效期參數(shù)。主卡有效期級(jí)別高于子卡有效期，主卡有效期過(guò)期則卡片過(guò)期。

（4）主卡現(xiàn)金區(qū)組。存儲(chǔ)當(dāng)前卡片內(nèi)錢(qián)包現(xiàn)金信息，以及卡片充值和發(fā)售時(shí)所必須的參數(shù)信息。現(xiàn)金余額和余額標(biāo)志可改寫(xiě)，并設(shè)有余額冗余保護(hù)。

（5）子卡乘次區(qū)組。并不存放現(xiàn)金余額等信息，而僅對(duì)應(yīng)特殊需求。乘次方式是用于不采用計(jì)程收費(fèi)制的一票制收費(fèi)模式，不計(jì)里程只記進(jìn)出站次數(shù)。這一區(qū)組記錄子卡錢(qián)包中乘次相關(guān)信息，以及充值和發(fā)售時(shí)所必需的參數(shù)信息。員工票的設(shè)計(jì)就是在這一區(qū)組實(shí)現(xiàn)的，且增加了使用區(qū)段信息。

（6）子卡現(xiàn)金區(qū)組。作為主卡折扣類(lèi)型的補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

由于篇幅所限，無(wú)法表示全部信息組的參數(shù)類(lèi)型設(shè)計(jì)，僅以下文使用到的公共信息組、卡類(lèi)型編碼組和有效期組為例簡(jiǎn)要描述（見(jiàn)表1～表3）。為了方便后續(xù)設(shè)計(jì)，還需公用交易信息交換區(qū)和軌道交通專(zhuān)用信息區(qū)的設(shè)計(jì)。由于這兩個(gè)區(qū)通常在應(yīng)用中都有相關(guān)參考設(shè)計(jì)，形式也類(lèi)似，且參考其它地方規(guī)范都會(huì)有很詳細(xì)的解釋?zhuān)蔬@里不再贅述。

表1　公共信息組字段定義

表2　卡類(lèi)型編碼組字段定義

表3　有效期組字段定義

3　固定交易流程處理設(shè)計(jì)

原有AFC系統(tǒng)車(chē)票復(fù)合交易流程必須與車(chē)票類(lèi)型一一對(duì)應(yīng)。固定交易流程后無(wú)論是進(jìn)站、出站還是更新的復(fù)合交易流程，都只對(duì)應(yīng)一個(gè)車(chē)票類(lèi)型處理流程。票卡類(lèi)型根據(jù)用途和功能劃分設(shè)計(jì)為主卡和子卡，邏輯處理流程也遵循這兩部分完成相關(guān)設(shè)計(jì)。主卡和子卡交易流程包括卡片邏輯處理主流程、主卡邏輯處理流程；子卡邏輯處理流程三個(gè)部分。

卡片邏輯處理主流程，是固定交易流程的入口部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)票卡類(lèi)型信息中的發(fā)行狀態(tài)、啟用狀態(tài)、主卡類(lèi)型、子卡類(lèi)型、有效期等公共信息進(jìn)行有效性檢查。在確定卡片信息有效后，再根據(jù)有效期和卡片狀態(tài)信息選擇執(zhí)行主卡邏輯或是子卡邏輯處理流程?？ㄆ壿嬏幚砹鞒滩粫?huì)對(duì)主卡和子卡的內(nèi)部信息進(jìn)行有效性檢查，可減少各流程間的耦合程度。當(dāng)出現(xiàn)不滿(mǎn)足繼續(xù)處理的異常時(shí)，會(huì)退出當(dāng)前邏輯處理流程。而進(jìn)站、出站、更新、年檢等用例設(shè)計(jì)均放在主卡和子卡邏輯處理流程中實(shí)現(xiàn)，還可根據(jù)不同的用例再細(xì)分流程。

固定交易處理流程的總體流程如圖1所示。在進(jìn)入交易邏輯處理后，由卡片邏輯主流程負(fù)責(zé)檢查卡片生效狀態(tài)、卡類(lèi)型和有效期等有效性信息。通過(guò)有效性檢查后，再根據(jù)票卡類(lèi)型條件選擇執(zhí)行主卡類(lèi)型或子卡類(lèi)型交易處理。限于篇幅，主卡和子卡邏輯處理流程不再重復(fù)描述。

4　邏輯驗(yàn)證和演示

邏輯驗(yàn)證過(guò)程可測(cè)試?yán)碚撛O(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)期效果。演示測(cè)試程序如圖2所示。測(cè)試程序模擬天津地鐵1號(hào)線雙林站至劉園站的閘機(jī)進(jìn)、出過(guò)程，并測(cè)試各類(lèi)票種的運(yùn)行結(jié)果。

篇幅所限，現(xiàn)僅以?xún)?chǔ)值票為例進(jìn)行邏輯驗(yàn)證和演示。測(cè)試程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)交易處理和界面示意功能。圖3是儲(chǔ)值票的參數(shù)設(shè)置。

圖4和圖5是普通儲(chǔ)值票模擬刷卡的部分截圖。固定交易流程按照普通儲(chǔ)值票設(shè)定的參數(shù)執(zhí)行進(jìn)、出站處理。測(cè)試結(jié)果顯示，儲(chǔ)值票進(jìn)出站費(fèi)率正確，折扣正確；交易指針循環(huán)增加無(wú)異常；交易記錄顯示正常；重復(fù)進(jìn)出站檢查結(jié)果反饋正確；軌道交通專(zhuān)用區(qū)信息更新正確。異常測(cè)試中，可正確處理重復(fù)進(jìn)、出站的異常情況。

同樣模擬各種票卡類(lèi)型用例的結(jié)果證明，新型卡結(jié)構(gòu)能完全滿(mǎn)足現(xiàn)有用例需求，可實(shí)現(xiàn)多類(lèi)不同性質(zhì)票種的開(kāi)發(fā)，在合理運(yùn)用交易邏輯特性的前提下能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的卡片應(yīng)用特征設(shè)計(jì)。固定交易流程在測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)良好，對(duì)卡片類(lèi)型參數(shù)的執(zhí)行過(guò)程較為順利，在錯(cuò)誤條件檢查方面能夠反映出足夠的容錯(cuò)特性。在遍歷參數(shù)范圍的測(cè)試中，沒(méi)有出現(xiàn)邏輯分支無(wú)法到達(dá)的情況。各類(lèi)用例在固定交易流程中，均能按照需求的特點(diǎn)順利執(zhí)行全部流程并生成結(jié)果，達(dá)到設(shè)計(jì)之初所期望的要求。交易流程在處理公共區(qū)域信息上也滿(mǎn)足實(shí)際使用要求，可以實(shí)現(xiàn)兼容設(shè)計(jì)。

圖1　固定交易處理流程總體流程

圖2　演示測(cè)試程序界面

圖3　儲(chǔ)值票參數(shù)設(shè)置

圖4　儲(chǔ)值票交易處理

圖5　儲(chǔ)值票軌道交通信息區(qū)

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的固定卡片類(lèi)型結(jié)構(gòu)和交易流程能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)定票卡類(lèi)型及靈活發(fā)行票種的目的，達(dá)到了設(shè)定的目標(biāo)，能滿(mǎn)足現(xiàn)有軌道交通各類(lèi)票卡的靈活發(fā)行。

經(jīng)過(guò)理論設(shè)計(jì)和驗(yàn)證測(cè)試，固定卡片類(lèi)型結(jié)構(gòu)已滿(mǎn)足現(xiàn)有軌道交通常用票卡類(lèi)型的設(shè)計(jì)需求，基本覆蓋了基礎(chǔ)票卡類(lèi)型的各個(gè)行為特征和參數(shù)范圍，可提供各類(lèi)參數(shù)的檢查條件和處理順序要求。在票卡類(lèi)型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的交易流程設(shè)計(jì)，能滿(mǎn)足現(xiàn)有各類(lèi)票卡類(lèi)型的邏輯處理要求。票卡類(lèi)型處理結(jié)果的驗(yàn)證，證明交易流程符合票卡特征處理要求，且在容錯(cuò)方面有較好的設(shè)計(jì)思路。

演示程序所提供的票卡設(shè)計(jì)界面能保證實(shí)際運(yùn)營(yíng)單位只需通過(guò)簡(jiǎn)單的符合邏輯的參數(shù)設(shè)定，就能開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足實(shí)際所需的票卡類(lèi)型。通過(guò)演示程序，可基本測(cè)試票卡的使用過(guò)程，展示出對(duì)費(fèi)率和行為等的各項(xiàng)特征測(cè)試結(jié)果。只需稍作培訓(xùn)，運(yùn)營(yíng)單位的維護(hù)人員即可掌握票種的設(shè)計(jì)方法和測(cè)試流程。

固定卡片類(lèi)型結(jié)構(gòu)和交易流程設(shè)計(jì)的應(yīng)用前景較為樂(lè)觀。以目前的金融IC卡和手機(jī)支付發(fā)展趨勢(shì)判斷，未來(lái)的小額支付系統(tǒng)將打破現(xiàn)有以城市為單位的局部消費(fèi)模式，逐步轉(zhuǎn)向省級(jí)甚至是國(guó)家級(jí)范圍的移動(dòng)支付模式。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，現(xiàn)有的以城市一卡通為主的票卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將很難實(shí)現(xiàn)未來(lái)的移動(dòng)支付卡片結(jié)構(gòu)的落地設(shè)計(jì)。各城市的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很難達(dá)到統(tǒng)一，這導(dǎo)致國(guó)家級(jí)的交易聯(lián)網(wǎng)清算，甚至是國(guó)家級(jí)的互聯(lián)互通都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而本文所提出的設(shè)計(jì)思路，可從根本上解決這一問(wèn)題。銀行或者移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商只需發(fā)行卡片，并構(gòu)建票卡結(jié)構(gòu)即可；而車(chē)票類(lèi)型則在當(dāng)?shù)剀壍澜煌ǎɑ蛘呤切☆~支付）進(jìn)行參數(shù)類(lèi)型初始化。由于票卡類(lèi)型和處理流程是標(biāo)準(zhǔn)的，其生成的交易也是規(guī)范的，故可實(shí)現(xiàn)國(guó)家級(jí)的統(tǒng)一清算。如果需要多城市互聯(lián)互通，則各城市只需明確互通的票卡類(lèi)型編碼參數(shù)，就可在讀卡器終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

可見(jiàn)，本文所提出的設(shè)計(jì)思路如能借助當(dāng)前小額支付介質(zhì)的發(fā)展勢(shì)頭，則可為運(yùn)營(yíng)公司節(jié)約大量的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，能有效縮短票種上線時(shí)間，簡(jiǎn)化城市間互聯(lián)互通難度，為下一代支付系統(tǒng)設(shè)計(jì)做好理論研究。

［1］ 高朝暉，張寧，何鐵軍，等.城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)IC卡讀寫(xiě)器中間件研究［J］.城市軌道交通研究，2009，12（8）：13～16.

［2］ 陳子建，周世勇.上海軌道交通票價(jià)體制現(xiàn)狀與調(diào)整策略研究［J］.城市軌道交通研究，2009，12（12）：57～59.

［3］ 王麗波.接觸式IC卡讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（5）：87.

［4］ 周明保，黃亮，張寧，等.城市軌道交通票制分析及選擇［J］.城市軌道交通研究，2010，13（10）：30.

［5］ 周明保，張寧，何鐵軍，等.城市軌道交通票制與票種關(guān)系分析［J］.都市快軌交通，2009，22（4）：30.

［6］ 葉玉玲，劉福生，粟俊.我國(guó)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)初期票價(jià)制定與研究［J］.城市軌道交通研究，2010，12（3）：41.

［7］ 王子強(qiáng).關(guān)于上海軌道交通售檢票系統(tǒng)技術(shù)接口一致性的探討［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2007，5：1.

［8］ 李煜平.金融IC卡在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用研究［J］.城市軌道交通研究，2012，15（5）：28.

［9］ 康崇皓.軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)票卡發(fā)行方案探討［J］.城市軌道交通研究，2012，15（5）：26.

［10］ 任明.非接觸式IC卡智能消費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.光學(xué)精密工程，2000，8（4）：398.

［11］ 屈濤.金融IC卡文件結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)機(jī)制［J］.中國(guó)金融電腦，2001，5：62.

［12］ 張秋麗.城市新建軌道交通票制票價(jià)研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

［13］ 楊利強(qiáng).城市軌道交通票務(wù)管理策略關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2011.

［14］ 鄒松.城市軌道交通票價(jià)政策研究［D］.上海：華東師范大學(xué)，2007.

［15］ 吳秋萍.非接觸式IC卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2005.

［16］ 郭豫民.天津農(nóng)行IC卡應(yīng)用系統(tǒng)安全性研究［D］.成都：四川大學(xué)，2003.

［17］ Mark priestley.面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)UML實(shí)踐［M］.龔曉慶，卞雷，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［18］ Grady Booch，James Rumbaugh，Ivar Jacobson.UML用戶(hù)指南［M］.邵維忠，麻志毅，馬浩海，等譯.2版.北京：人民郵電出版社，2006.

［19］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用技術(shù)：CJ/T 166—2002［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［20］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市公用事業(yè)互聯(lián)互通卡通用技術(shù)要求：CJ/T 331—2010［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［21］ 楊柯，蘇竟.地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)等備體系法研究與實(shí)現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2014（5）：22.

［22］ 吳杰，徐俊善.地鐵自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中票務(wù)處理模塊的設(shè)計(jì)［J］.城市軌道交通研究，2013（11）：95.

［23］ 黎江，軌道交通自動(dòng)售檢票系可靠性設(shè)計(jì)探討［J］.城市軌道交通研究，2014（8）：28.

Structure and Fixed Process Design of the AFC System in Urban Rail Transit

Wang Cong

Technologies commonly used today are difficult to achieve rapid design and issue of ticket species in AFC system.In this paper a new type of card with creative design ideas and design principle is proposed to cover the shortage in the existing card design and processing.The parameters of card types are divided into 6 groups，ticket information is described on the basis of the combination of all the information in each group.This new type of card could solve the development issues and fund shortage，help the companies to save a lot of operational development cost，and effectively shorten the on-line time of new ticket types.

urban rail transit；AFCsystem；card structure；transaction processing；template parameters

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.03.024

（2014-08-04）