城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)車票選型探討

梁 笛

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

自動售檢票（AFC）系統(tǒng)是軌道交通的關(guān)鍵組成部分，操作員可通過AFC系統(tǒng)監(jiān)控軌道交通網(wǎng)絡(luò)上的乘客流量，管理乘客的費(fèi)用收取、記錄現(xiàn)金和票卡在AFC系統(tǒng)處理過程各個階段的使用情況、簡單而高效地完成乘客與AFC系統(tǒng)之間的互動操作。

目前國內(nèi)外城市軌道交通已建和在建線路的AFC系統(tǒng)都是按照“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)充靈活、經(jīng)濟(jì)合理、管理方便”的原則設(shè)計，基于此原則構(gòu)建的五層架構(gòu)AFC系統(tǒng)能滿足線網(wǎng)AFC網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營管理的需要，五層架構(gòu)AFC系統(tǒng)是：第一層：軌道交通清分管理中心；第二層：線路中央計算機(jī)系統(tǒng)；第三層：車站計算機(jī)系統(tǒng)；第四層：車站終端設(shè)備；第五層：車票[1-2]。車票是乘客與AFC系統(tǒng)之間的媒介，車票的合理選型對整個軌道交通線網(wǎng)AFC系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營都起著非常重要的作用。

1 車票媒介選型分析

車票的有效性是通過車票媒介攜帶的信息識別的。識別方式可以是人工視讀識別，也可以是自動識別。人工識別是通過人的眼睛獲取車票的可視信息，確定車票的有效性。自動識別是通過識別裝置和被識別物之間的信息交互，自動地獲取被識別物的相關(guān)信息，并提供給計算機(jī)處理系統(tǒng)完成相關(guān)處理的一種技術(shù)。

目前常見的車票媒介有三種：紙質(zhì)、磁卡和智能卡（又名IC卡、smart card或integrated circuit card，本文中稱之為IC卡[3]）。

紙質(zhì)車票分為普通車票和條形碼車票，不同的售檢票方式需要的車票媒介是不同的，目前國內(nèi)城市軌道交通基本都采用自動售檢票方式，紙質(zhì)車票中的普通車票是不能進(jìn)行機(jī)器識別的，因此一般不予以考慮。條形碼技術(shù)雖然有數(shù)據(jù)輸入快速、可靠，可機(jī)器識別且識別設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，但由于條形碼紙票只能在購票時記錄站名和發(fā)售時間，無法記錄進(jìn)站時間和檢票機(jī)編號等即時統(tǒng)計信息，對計時制管理等管理模式會產(chǎn)生影響，由于目前國內(nèi)城市軌道交通普遍將計時制納入自身的票價結(jié)構(gòu)中[4]，因此不建議采用條形碼印刷票[3]。

AFC系統(tǒng)在世界軌道交通系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，封閉式的AFC系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代到80年代均以磁卡作為信息載體。磁卡車票雖然技術(shù)比較成熟，但存在磁卡信息存儲容量小、安全保密性差、車票傳輸機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、故障率和維修費(fèi)用高等缺點(diǎn)。

非接觸式IC卡是近年來發(fā)展起來的新一代技術(shù)。非接觸式IC卡不再以磁介質(zhì)作為信息載體，而是由微型處理集成電路芯片經(jīng)封裝制成。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展、芯片成本的降低、制作工藝的成熟、成品率的提高、多應(yīng)用的需求，非接觸式IC卡將逐步取代磁卡。

非接觸式IC卡與磁卡從技術(shù)上相比，主要優(yōu)點(diǎn)為：信息存儲量大，為以后多應(yīng)用的發(fā)展帶來了好處；信息安全性高，有完善的密鑰體系，最大程度地保證了運(yùn)營商的利益；非接觸式讀寫，不需要復(fù)雜的車票傳輸機(jī)構(gòu)，設(shè)備可靠性也大大提高，同時減少了設(shè)備維護(hù)的工作量，降低了維護(hù)成本；讀寫失效率低，設(shè)備通過能力高，降低了設(shè)備購置成本；車票壽命高，不需要頻繁更換車票，較好地降低了運(yùn)營成本；抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。相關(guān)比較見表1[3]。

非接觸式IC卡與接觸式IC卡比較，有可靠性高、操作方便、防沖突、加密性能好、適用于多種應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)[3，5]。

綜上所述，建議AFC系統(tǒng)采用非接觸式IC卡作為城市軌道交通AFC系統(tǒng)的車票媒介。

2 票卡制式選型分析

非接觸IC卡的選型在各個城市的軌道交通和其他公共交通行業(yè)都是一個關(guān)鍵性的問題，因?yàn)槠渖婕暗焦こ痰耐顿Y、服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營成本和將來的擴(kuò)展。目前國際標(biāo)準(zhǔn)組織頒布的標(biāo)準(zhǔn)為ISO/IEC14443-TYPE A和ISO/IEC14443-TYPE B。另外還有很多廠家的產(chǎn)品未納入ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，其中最具代表性的為SONY公司產(chǎn)品，其在香港、新加坡等地的軌道交通得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)得到了市場的普遍認(rèn)可，業(yè)內(nèi)俗稱“C標(biāo)準(zhǔn)”。

表1 磁卡與非接觸IC卡優(yōu)缺點(diǎn)比較

表2 各種票卡比較表

以上非接觸IC卡類型中，Sony FeliCa的數(shù)據(jù)傳輸速度高、讀寫速度快，非常適合城市軌道交通這種大客流的應(yīng)用，但其芯片供貨廠家就只有SONY一家，卡供貨商也不過2家，很難形成良好的競爭形式和獲得更高的性價比，這對將來的運(yùn)營有一定的潛在風(fēng)險，因此建議慎重使用。

TYPE A型卡與TYPE B型卡從技術(shù)角度來說，互有優(yōu)缺點(diǎn)，TYPE A型卡的抗干擾能力和讀寫速度要優(yōu)于TYPE B型卡；從供貨廠家來說，TYPE A型卡有著眾多的供貨廠家，可以形成良好的競爭形勢，以獲得更高的性價比；從兼容性角度來說，TYPE A型卡要優(yōu)于TYPE B型卡，更高的兼容性對將來的運(yùn)營是有好處的；從單程票的角度來說，TYPE A型卡和TYPE B型卡都有適用于單程票的卡種（前者為Ultra-Light，后者為ASK的CTS），但是TYPE A型卡的選擇余地較大，有卡式封裝和TOKEN封裝，而TYPE B型卡目前應(yīng)用的為紙質(zhì)封裝；從目前國內(nèi)軌道交通需求量來說，TYPE A型卡要大于TYPE B型卡。

3 票卡類型選型

城市軌道交通中非接觸式IC卡目前使用最多的就是邏輯加密卡與CPU卡，它們的主要區(qū)別在于以下方面。

（1）技術(shù)方面（非接觸式IC卡）

邏輯加密卡又叫存儲卡，卡內(nèi)的集成電路具有加密邏輯和EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲器）。

CPU卡又叫智能卡，卡內(nèi)的集成電路包括中央處理器（CPU）、EEPROM、隨機(jī)存儲器(ROM)、以及固化在只讀存儲器（ROM）中的片內(nèi)操作系統(tǒng)(COS)，有的卡內(nèi)芯片還集成了加密運(yùn)算協(xié)處理器以提高安全性和工作速度，使其技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于邏輯加密卡。CPU卡由于具有微處理功能，使得在交易速度以及數(shù)據(jù)干擾方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于邏輯加密卡，且允許多張卡片同時操作，具有防沖突機(jī)制。

兩者在技術(shù)方面的最大區(qū)別在于：CPU卡是一種具有微處理芯片的IC卡，可執(zhí)行加密運(yùn)算和其他操作，存儲容量較大，能應(yīng)用于不同的系統(tǒng)；邏輯加密卡是一種單一的存儲卡，主要特點(diǎn)是內(nèi)部有只讀存儲器，但存儲容量較CPU卡小，使其在用途方面沒有擴(kuò)展性。

（2）安全方面（非接觸式IC卡）

邏輯加密卡是具有防止對卡中信息隨意改寫功能的存儲IC卡，當(dāng)對加密卡進(jìn)行操作時必須首先核對卡中密碼，只有核對正確，卡中送出一串正確的應(yīng)答信號時，才能對卡進(jìn)行正確的操作，但由于只進(jìn)行一次認(rèn)證，且無其他的安全保護(hù)措施，容易導(dǎo)致密碼的泄露和偽卡的產(chǎn)生，其安全性能很低。

CPU卡中有微處理機(jī)和IC卡操作系統(tǒng)（COS），當(dāng)CPU卡進(jìn)行操作時，可進(jìn)行加密和解密算法（算法和密碼都不易破解），用戶和IC卡系統(tǒng)之間需要進(jìn)行多次的相互密碼認(rèn)證（且速度極快），提高了系統(tǒng)的安全性能，對于防止偽卡的產(chǎn)生有很好的效果。

綜上所述，對于邏輯加密卡和CPU卡來說，CPU卡不僅具有邏輯加密卡的所有功能，更具有邏輯加密卡所不具備的高安全性、靈活性以及支持與應(yīng)用擴(kuò)展等優(yōu)良性能，也是今后IC卡發(fā)展的主要趨勢和方向。

從降低系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜程度和提高設(shè)備通過能力的角度考慮[4]，建議車票采用TYPE A型卡，并可考慮采用CPU卡。另外，考慮到區(qū)域城市的互聯(lián)互通及系統(tǒng)的適應(yīng)性，可建議讀寫器兼容TYPE B、Sony FeliCa型卡。

4 單程票封裝形式選型分析

單程票的封裝型式往往決定了整個城市軌道交通單程票方案和車票處理機(jī)構(gòu)的型式，影響范圍廣且久遠(yuǎn)。目前普遍采用的封裝樣式主要有：卡式封裝、籌碼式（TOKEN）封裝；封裝的材質(zhì)主要有PVC、PET等。

目前，單程票普遍采用的封裝型式主要有PVC或PET卡式封裝、TOKEN封裝和紙質(zhì)封裝。紙質(zhì)封裝投資成本較低，主要應(yīng)用于歐洲，但其壽命較短、運(yùn)營成本較高，不適合我國國情。

卡式封裝和TOKEN封裝在我國都有所應(yīng)用。采用TOKEN封裝的有廣州、深圳、南京、武漢、長沙等城市；采用卡式封裝的有上海、大連、重慶、杭州等城市。[6]

TOKEN式單程票和標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票比較如表3、表4所示。

通過以上比較，TOKEN式單程票的優(yōu)點(diǎn)是：壽命長；相應(yīng)設(shè)備機(jī)構(gòu)簡單；維護(hù)成本低等。缺點(diǎn)是：容易丟失；在廣告增值業(yè)務(wù)方面，籌碼式單程票票面印刷面積小，其廣告增值業(yè)務(wù)的開發(fā)較一般。

標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票的優(yōu)點(diǎn)是：不易丟失；便于軌道交通運(yùn)營的廣告增值業(yè)務(wù)開發(fā)。缺點(diǎn)是車票本身的保護(hù)問題：薄型IC卡內(nèi)的天線容易刮斷、擰斷，卡內(nèi)芯片也較容易破碎，另外，標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票相應(yīng)的售檢票設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、不易于維護(hù)，價格高，整個系統(tǒng)造價較高。

表3 TOKEN式單程票和標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票比較表

表4 TOKEN式單程票和標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票設(shè)備比較表

基于上述對TOKEN式單程票和標(biāo)準(zhǔn)卡式單程票及其使用設(shè)備的比較，可結(jié)合不同城市城市交通定位及特點(diǎn)等各個方面的分析，對不同城市的單程票封裝形式給出不同建議。

以廣州為例，目前廣州市軌道交通AFC系統(tǒng)單程票采用籌碼型單程票，主要可歸納為以下原因。

廣州市地處中國大陸南部、廣東省中南部、珠江三角洲北緣。屬邊南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候特點(diǎn)是氣溫高、降水多、霜日少、日照多、風(fēng)速小、雷暴頻繁。一方面乘客在持單程票乘車時較易因汗?jié)n污染車票表面，而由于卡式單程票對車票表面的清潔度要求較高，因此使用時產(chǎn)生一定的影響。

由于廣州氣候溫暖，無寒冬，因此乘客不會由于冬季帶厚型手套而產(chǎn)生持票困難的困擾，卡式單程票的易持有，不易丟失的優(yōu)點(diǎn)在東莞發(fā)揮不明顯。

由于廣州軌道交通線網(wǎng)客流較大，且廣州流動人口較多，組成復(fù)雜，因此單程票使用量較大，而卡式單程票較易折損，會使車站運(yùn)營人員的工作量加大，且運(yùn)營成本亦會增大。

5 結(jié)論與建議

目前，國內(nèi)城市軌道交通已建和在建城市中，車票選型基本上都選擇了非接觸式IC卡作為車票媒介，但在票卡制式和票卡類型選型中卻不盡相同，在票卡制式和票卡類型選型中，應(yīng)對城市中既有“交通卡”或“市民卡”進(jìn)行調(diào)研分析，深入分析既有城市交通卡的制式和類型后，結(jié)合目前票卡發(fā)展方向，考慮周邊城市的票卡制式及類型的選型，從乘客使用方便及互聯(lián)互通的角度全方位、多角度的考慮票卡制式及類型的選型。最后，可結(jié)合城市人口組成、交通特征、氣候特征等因素考慮單純票的封裝形式，并應(yīng)注意在考慮單程票封裝形式的同時應(yīng)考慮周邊城市軌道交通的單程票封裝形式對自身的影響。

［1］GB 50157－2003.地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB/T20907-2007.城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件［S］.

［3］趙時旻.軌道交通自動售檢票系統(tǒng)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

［4］蔡順利.地鐵計程制票價方案研究［J］.城市軌道交通研究，1999（2）：48-52.

［5］魏曉東.城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［6］朱效潔.上海城市軌道交通的票價票制探討［J］.城市軌道交通研究，2003（4）：24-26.