西安地鐵AFC系統(tǒng)與西安城市一卡通接口設(shè)計(jì)

李文慧，侯久望，王艷麗

（西安市地下鐵道有限公司，西安710018）

根據(jù)西安市城市軌道交通發(fā)展規(guī)劃以及西安城市十二五建設(shè)規(guī)劃，到2015年西安將建成軌道交通1、2、3號(hào)線，總里程將達(dá)到近百公里，西安軌道交通線網(wǎng)由原規(guī)劃設(shè)計(jì)的6條線路擴(kuò)展為10多條，十二五期間完成6條線路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，屆時(shí)西安將實(shí)現(xiàn)輻射城區(qū)和城市組團(tuán)的立體交通網(wǎng)。隨著西安城市軌道交通主骨干交通網(wǎng)絡(luò)的建成，軌道交通將承擔(dān)城市公共交通的主客流，為城市公共交通提供更快速、更高效的服務(wù)。

西安地鐵2號(hào)線是西安地鐵線網(wǎng)建設(shè)中的第1條線，由于地鐵AFC系統(tǒng)的建設(shè)與西安市城市一卡通工程具有非同步性。在2號(hào)線的初步設(shè)計(jì)文件中僅對(duì)AFC專業(yè)提出預(yù)留與一卡通的接口，當(dāng)時(shí)一卡通的外部條件還不太成熟。本文主要對(duì)該部分接口設(shè)計(jì)、組織、施工及接口技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行論述。

1 籌劃與組織

工程籌劃與組織對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施是至關(guān)重要的，為更好地推進(jìn)西安市一卡通工程，確保地鐵開通時(shí)，長(zhǎng)安通卡在地鐵AFC（Automatic Fare Collection），自動(dòng)售檢票系統(tǒng)中順利使用，地鐵公司與一卡通公司成立長(zhǎng)安通卡應(yīng)用地鐵AFC系統(tǒng)的工作小組，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的籌劃、組織與實(shí)施。具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 一卡通應(yīng)用地鐵組織與實(shí)施框圖

2 設(shè)計(jì)接口結(jié)構(gòu)

地鐵AFC系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、封閉的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)接口上僅在終端讀寫設(shè)備上安裝一卡通系統(tǒng)的消費(fèi)密鑰SAM卡，在人工充值、售票點(diǎn)設(shè)置授權(quán)管理卡；在地鐵清分中心與一卡通清算中設(shè)計(jì)有冗余的物理鏈路，用于消費(fèi)數(shù)據(jù)的傳送、參數(shù)的下達(dá)、充值的認(rèn)證等；具體設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 一卡通與地鐵AFC設(shè)計(jì)界面

根據(jù)上述兩個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面，一卡通與地鐵AFC系統(tǒng)接口的施工主體是地鐵AFC方，一卡通公司配合提供足夠的PSAM和ISAM卡，并協(xié)助地鐵進(jìn)行該部分的安裝、調(diào)試。

3 清分對(duì)賬

西安城市一卡通有限公司與西安市地下鐵道有限公司是獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，為保證后期技術(shù)接口方案的制定、實(shí)施，在西安市政府的協(xié)調(diào)和促進(jìn)之下，雙方達(dá)成清分對(duì)帳協(xié)議，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。該部分主要內(nèi)容涉及地鐵公司代理長(zhǎng)安通卡的售卡、充值的資費(fèi)；使用長(zhǎng)安通卡的服務(wù)費(fèi)；資金對(duì)帳劃撥周期；雙方對(duì)帳協(xié)議合作周期等。

4 業(yè)務(wù)規(guī)則

票務(wù)規(guī)則是AFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。長(zhǎng)安通卡應(yīng)用地鐵的業(yè)務(wù)規(guī)則在一定程度上影響著AFC系統(tǒng)讀寫器的設(shè)計(jì)、開發(fā)；在兩家公司達(dá)成的清分協(xié)議的基礎(chǔ)之上，雙方共同探討研究制定了長(zhǎng)安通卡應(yīng)用地鐵的業(yè)務(wù)規(guī)則，該業(yè)務(wù)規(guī)則包括長(zhǎng)安通卡的消費(fèi)業(yè)務(wù)規(guī)則、充值售卡業(yè)務(wù)規(guī)則； 具體內(nèi)容包括票卡管理、票卡交易規(guī)則、票卡交易（其中對(duì)充值、售卡交易包括簽到、簽退；對(duì)消費(fèi)交易包括消費(fèi)數(shù)據(jù)組包上傳等）、系統(tǒng)結(jié)算等。

5 長(zhǎng)安通卡及地鐵AFC讀寫器的設(shè)計(jì)

根據(jù)西安市政府的有關(guān)文件，地鐵公司可制作內(nèi)部“員工卡”以及不能再次充值的“次卡”、“紀(jì)念卡”；地鐵公司不再制售可重復(fù)充值使用的儲(chǔ)值卡，此類卡統(tǒng)一由“一卡通”公司制售；因此，作為城市的一卡通工程的長(zhǎng)安通卡其卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地鐵AFC系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)則、AFC系統(tǒng)上層軟件的開發(fā)有影響。

長(zhǎng)安通卡片結(jié)構(gòu)由密鑰文件、目錄數(shù)據(jù)文件、發(fā)卡基本信息文件以及公用錢包應(yīng)用組成。如圖3。

圖3 一卡通卡片結(jié)構(gòu)

在公用錢包應(yīng)用文件中分別給公交、地鐵、出租等自行定義和使用的字段。公用錢包應(yīng)用是長(zhǎng)安通卡設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在這個(gè)文件中，預(yù)留了“地鐵信息文件”、“本地復(fù)合交易文件”以及對(duì)長(zhǎng)安通卡的“充資明細(xì)記錄文件”。

在“地鐵信息文件”中，由地鐵自行定義長(zhǎng)安通卡作為地鐵儲(chǔ)值票時(shí)的卡片結(jié)構(gòu)，采用BCD碼進(jìn)行編碼，定義卡片類型、標(biāo)識(shí)、證件號(hào)等用戶信息； 在“本地復(fù)合交易文件”主要用于當(dāng)?shù)罔F與公交聯(lián)乘優(yōu)惠時(shí)，進(jìn)行乘客信息記錄文件；“充資明細(xì)記錄文件”是在地鐵AFC系統(tǒng)承載長(zhǎng)安通卡的售卡、充值功能時(shí)，對(duì)充資明細(xì)進(jìn)行記錄的文件，該記錄格式、類型要與AFC系統(tǒng)要求一致。這3個(gè)文件的設(shè)計(jì)是AFC系統(tǒng)與一卡通接口設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

AFC讀寫器的設(shè)計(jì)在AFC整個(gè)系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在正常卡片讀寫過程中，每次卡片要經(jīng)過尋卡、判斷、讀取基本信息，業(yè)務(wù)處理等，僅針對(duì)地鐵發(fā)行的單程票卡或長(zhǎng)安通卡消費(fèi)處理，讀寫器的開發(fā)與常規(guī)的商業(yè)領(lǐng)域的小額消費(fèi)的POS消費(fèi)區(qū)別不太大，讀寫器功能開發(fā)相對(duì)容易一點(diǎn)；在2號(hào)線AFC系統(tǒng)中承擔(dān)長(zhǎng)安通卡的售卡、充值業(yè)務(wù)，在充值業(yè)務(wù)中，必須經(jīng)一卡通系統(tǒng)的授權(quán)，對(duì)于讀寫器的底層軟件需要經(jīng)過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)；調(diào)用規(guī)則須和一卡通的充值售卡流程相一致，而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)與一卡通的API有關(guān)系，且該部分動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)是在AFC系統(tǒng)中進(jìn)行的，與AFC讀寫器的上層調(diào)用采用的操作系統(tǒng)有一定關(guān)聯(lián)，從一個(gè)城市AFC線網(wǎng)互通性的角度考慮，對(duì)讀寫器底層軟件調(diào)用的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，通用的模塊，這部分設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)雙放充值功能實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)之一。

6 地鐵ACC與一卡通清算中心接口規(guī)范

根據(jù)“設(shè)計(jì)接口結(jié)構(gòu)”中圖2“一卡通與AFC設(shè)計(jì)界面”可以看出，地鐵的清分中心（ACC）是與一卡通清算中心唯一的物理和業(yè)務(wù)接口。長(zhǎng)安通卡在AFC系統(tǒng)終端設(shè)備進(jìn)行交易以后（含售卡、充值）形成交易數(shù)據(jù)，經(jīng)AFC的網(wǎng)絡(luò)上傳至地鐵AFC清分中心，由地鐵清分中心提供交易數(shù)據(jù)給一卡通清算中心，對(duì)賬確認(rèn)；一卡通清算中心下發(fā)黑名單、參數(shù)等給地鐵清分中心，由ACC在AFC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)下發(fā)給各AFC系統(tǒng)設(shè)備終端。

因此，地鐵清分中心與一卡通清算中心物理鏈路、通信數(shù)據(jù)的接口設(shè)計(jì)是兩個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接需要規(guī)范的主要內(nèi)容。經(jīng)過地鐵公司與一卡通公司組織參建各方多次討論最后形成《西安市城市一卡通軌道交通應(yīng)用接口規(guī)范Version 2.0》，該接口規(guī)范文檔是在前期清分對(duì)賬原則、票務(wù)規(guī)則基礎(chǔ)上編制而成的，在工作程序上也存在交叉、反復(fù)，認(rèn)識(shí)的一個(gè)不斷提高和升華的過程。

《西安市城市一卡通軌道交通應(yīng)用接口規(guī)范Version 2.0》主要包括以下3方面內(nèi)容：

（1）系統(tǒng)接入構(gòu)架

主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行約束，含結(jié)算日、對(duì)賬統(tǒng)計(jì)要求、掛賬與銷賬、交易組包等；

（2）數(shù)據(jù)交換內(nèi)容、流程及報(bào)文約定

主要對(duì)物理鏈路層傳輸進(jìn)行約定，簽到、簽退流程、業(yè)務(wù)處理、文件命名進(jìn)行約定，對(duì)通知報(bào)文、完成報(bào)文、簽到、簽退報(bào)文、連接確認(rèn)報(bào)文等進(jìn)行規(guī)定，對(duì)售卡、充值、消費(fèi)交易文件、機(jī)具、黑名單、業(yè)務(wù)參數(shù)文件等進(jìn)行定義和規(guī)定；

（3）編碼規(guī)則及加密算法的約定等

考慮西安地鐵AFC系統(tǒng)目前采用的小清分的方案，《西安市城市一卡通軌道交通應(yīng)用接口規(guī)范Version 2.0》文檔編制有一定包容性，對(duì)后續(xù)清分中心的建設(shè)的接口也有相同約制作用。

7 安裝與測(cè)式

一卡通應(yīng)用地鐵的工程安裝、調(diào)式與地鐵AFC系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作基本同步，主要體現(xiàn)在AFC設(shè)備終端PSAM卡的安裝、一卡通清算中心到地鐵ACC的線路敷設(shè)。地鐵AFC系統(tǒng)的讀寫器預(yù)留4個(gè)SAM卡插槽，除了單程票的PSAM使用之外，能夠滿足長(zhǎng)安通卡PSAM卡及BOM中讀寫器ISAM卡的使用。

測(cè)試的工作主要在長(zhǎng)安通卡對(duì)地鐵AFC讀寫器的測(cè)試和ACC與一卡通清算中心的測(cè)試。長(zhǎng)安通卡對(duì)地鐵讀寫器的測(cè)試主要針對(duì)一卡通公司已發(fā)行的不同廠家提供的長(zhǎng)安通卡片，主要包括尋卡測(cè)試、讀卡距離、寫卡距離測(cè)試、進(jìn)出站驗(yàn)證和交易記錄、參數(shù)下載測(cè)試等；清分中心與一卡通清算中心的測(cè)試，主要進(jìn)行通信鏈路、基本數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試；清分中心到一卡通清算中心的測(cè)試要經(jīng)歷模擬測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)通信數(shù)據(jù)壓力測(cè)試，大客流演練。前期技術(shù)工作是基礎(chǔ)，技術(shù)方案、雙方籌劃合理、方案落實(shí)到位，安裝、測(cè)試工作就相對(duì)容易一點(diǎn)。

8 技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）西安地鐵AFC系統(tǒng)與西安城市一卡通工程的建設(shè)籌劃是非同步的，在前期有很多不確定的因素，使得雙方在技術(shù)接口談判中非同步性的工程技術(shù)方案商談在存在一定難度，如長(zhǎng)安通卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一卡通公司成立以后首先對(duì)公交系統(tǒng)進(jìn)行改造，在卡結(jié)構(gòu)中給地鐵預(yù)留的相關(guān)字段是否能滿足地鐵業(yè)務(wù)的需求，而地鐵的業(yè)務(wù)規(guī)則此時(shí)正處在籌劃之中，卡結(jié)構(gòu)字段還沒來得及設(shè)計(jì)，對(duì)長(zhǎng)安通卡地鐵應(yīng)用區(qū)段進(jìn)行確認(rèn)和設(shè)計(jì)是該接口的難點(diǎn)之一；對(duì)讀寫器的接口技術(shù)對(duì)接也存在相同的問題，這在本文的第5部分“長(zhǎng)安通卡及地鐵讀寫器的設(shè)計(jì)”已進(jìn)行了論述。

（2）在該接口中，《西安市城市一卡通軌道交通應(yīng)用接口規(guī)范Version 2.0》是整個(gè)接口中的難點(diǎn)和關(guān)鍵的。其中兩者之間的通信鏈路、協(xié)議存在分歧，一卡通工程和地鐵AFC系統(tǒng)在接口設(shè)計(jì)上采用的技術(shù)路線上不同，對(duì)工程的投入成本、時(shí)間會(huì)有一定的增加，雙方經(jīng)多次協(xié)調(diào)后，采用雙方互相能夠接受的方案：清算中心與軌道交通ACC系統(tǒng)通信采用基于TCP/IP長(zhǎng)連接的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；地鐵ACC與一卡通清算系統(tǒng)之間以文件或報(bào)文方式交換數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)消息傳輸采用socket協(xié)議進(jìn)行通信，文件傳輸采用FTP傳輸協(xié)議進(jìn)行通信等原則進(jìn)行。該部分內(nèi)容在本文的第6部分“地鐵ACC與一卡通清算中心接口規(guī)范”進(jìn)行了論述。

（3）關(guān)于充值方式的選擇。在業(yè)務(wù)規(guī)則中規(guī)定了長(zhǎng)安通卡可利用AFC終端設(shè)備自動(dòng)售票機(jī)（TVM）和半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）實(shí)現(xiàn)充值。長(zhǎng)安通卡采用CPU卡，住建部尚無(wú)對(duì)CPU卡充值的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一卡通從自身資金數(shù)據(jù)安全的角度考慮建議采用在線充值方式，而西安地鐵二號(hào)線AFC系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)終端設(shè)備的管理不是采取中斷事件的管理模式，而是采用輪詢的管理模式：由車站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)每隔一定時(shí)間對(duì)終端設(shè)備查詢管理，定期對(duì)交易數(shù)據(jù)包含充值數(shù)據(jù)打包上傳給線路計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（LCC），由線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)給地鐵清分中心。

這種技術(shù)模式很難保證充值事件的充值數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，考慮工期的要求，如果系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)路線的改動(dòng)會(huì)對(duì)地鐵AFC系統(tǒng)帶來系統(tǒng)分險(xiǎn)，為保證工程的可實(shí)施性，經(jīng)雙方協(xié)商采用傳統(tǒng)的離線充值方式，實(shí)行加密認(rèn)證、簽到、簽退機(jī)制，由一卡通公司提供離線充值技術(shù)要求，地鐵AFC系統(tǒng)負(fù)責(zé)一卡通的認(rèn)證終端與地鐵AFC讀寫器的接口的開發(fā)，接口模塊采用標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，用于一卡通系統(tǒng)與AFC讀寫器之間的通信。

9 結(jié)束語(yǔ)

在一卡通與地鐵AFC系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)在卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、讀寫器的設(shè)計(jì)、地鐵清分中心與一卡通清算中心的接口設(shè)計(jì)。因此，對(duì)于新建地鐵的城市來說，選擇擁有卡設(shè)計(jì)、讀寫器設(shè)計(jì)自主產(chǎn)權(quán)的集成供應(yīng)商對(duì)項(xiàng)目的順利推進(jìn)至關(guān)重要。AFC系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求都體現(xiàn)在卡設(shè)計(jì)與讀寫器設(shè)計(jì)中，而對(duì)于西安這種情況來說，儲(chǔ)值卡由是利用了一卡通公司的長(zhǎng)安通卡介質(zhì)，這就需要AFC系統(tǒng)商對(duì)長(zhǎng)安通卡結(jié)構(gòu)有很好的理解和把控；另外，目前在AFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，大讀寫器是一種趨勢(shì)，即把業(yè)務(wù)處理全部放在讀寫器進(jìn)行處理，而不是上傳到上位機(jī)中處理，這對(duì)維護(hù)、維保、系統(tǒng)升級(jí)很有好處；這也是有AFC行業(yè)里有人把AFC系統(tǒng)理解六層結(jié)構(gòu)，把讀寫器作為單獨(dú)一層劃分處理，而作為一卡通與地鐵AFC接口一個(gè)重要點(diǎn)，讀寫器的開發(fā)、調(diào)試是整個(gè)項(xiàng)目重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

西安市一卡通工程與地鐵AFC系統(tǒng)接口建設(shè)已經(jīng)接近尾聲，在此對(duì)整個(gè)工程過程的組織、設(shè)計(jì)、測(cè)試及接口技術(shù)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了剖習(xí)和總結(jié)，以期望對(duì)有類似建設(shè)的城市能提供一點(diǎn)借鑒和幫助。

[1] 李文慧.陜西省軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)地方標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的若干思考[J] . 都市快軌交通， 2008，24（4）.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局—中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T20907-2007城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)技術(shù)條件[S] . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3] 陜西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. DB61/T 506.1—2010 城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng).總則[S] . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[4] 陜西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. DB61/T 506.2—2010城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng). 編碼規(guī)則[S] . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[5] 陜西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.DB61/T 506.3—2010城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)：終端設(shè)備及票卡技術(shù)規(guī)范[S] . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[6] 陜西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. DB61/T 506.4—2010城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)—通信數(shù)據(jù)部分[S] . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[7] 楊玉娟. 地鐵AFC系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、維護(hù)和優(yōu)化[J] . 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，20（3）.