手機支付在城市軌道交通自動售檢票系統中的應用

陳青云 顧 洋

(貴陽市城市軌道交通有限公司,550081,貴陽//第一作者,工程師)

手機支付在城市軌道交通自動售檢票系統中的應用

陳青云 顧 洋

(貴陽市城市軌道交通有限公司,550081,貴陽//第一作者,工程師)

介紹了手機支付在城市軌道交通自動售檢票(AFC)系統中的設計應用,包括手機支付AFC系統設計目標、各參與方需完成的功能及對接方案、系統部署方案,以及手機支付AFC系統終端設備應滿足的條件及支付流程。通過移動互聯網技術構建新型手機支付AFC系統,對推動城市軌道交通AFC系統的創新、降低運維管理成本、加快傳統行業的互聯網+升級、全面提升軌道交通行業的創新服務水平具有重要意義。

城市軌道交通; 自動售檢票系統; 手機支付

Author′s address Guiyang Urban Rail Transit Co.,Ltd.,550081,Guiyang,China

1 自動售檢票系統及其存在的問題

傳統的城市軌道交通自動售檢票(AFC)系統是基于計算機、通信、自動控制等技術實現購票、檢票、計費、收費、設備狀態監控、統計、財務結算、客流數據統計分析等功能的自動化系統[1]。其包括軌道交通AFC清分中心(ACC)、線路中心(LC)、車站中心(SC)、車站終端設備(SLE)、培訓系統、維修系統、模擬測試開發系統、車票及相關通信網絡等。車站AFC終端設備包括自動售票機(TVM)、半自動售票機(BOM)、自動檢票機(AG)、自動驗票機和便攜式驗票機等[2]。

經過多年的發展,AFC系統在提供乘客交通便利、促進城市發展的同時,開始形成一個個影響自身發展的瓶頸,主要有以下幾個方面:

(1) 系統運營的困難:每天運營結束后,清點硬幣和紙幣耗費大量的人力和物力。現金交易時,若售票機設備調整精度過高,將給乘客帶來巨大困擾,給車站帶來混亂和擁擠;而自動售票機設備調整精度過低,將可能收到假幣,給地鐵運營帶來經濟損失。

(2) 車站購票的困難:乘客對AFC設備的使用成熟度不同,使得整個購票流程存在不確定性,特別是大型人流密集型車站,集中購票給車站帶來混亂和擁擠,存在很大的安全隱患。

(3) 系統結構已不適合現階段運營要求:SC-LC-ACC多層次結構在網絡通信手段成熟穩定的情況下,已成為建設、調試、運行、維護的負擔。車站、線路、路網每一層次的核心工作不清晰,對信息系統的需求也不同。

(4) 既有線路運行維護、改造成本增加:大量現金、車票處理模塊的故障率不斷增高,維修成本居高不下,多層次的系統架構使得改造牽一發而動全身,技術風險和管理風險增加。

(5) 軌道交通儲值卡充值要在車站或指定地點辦理,辦卡需交押金且卡片不記名不掛失,一旦丟失,持卡人將遭受一定的經濟損失。

2 手機支付AFC系統設計目標

考慮到現有AFC系統支付方式中存在的問題與不足,為了實現更為便捷、滿足運營要求、方便乘客使用的新型AFC系統,在滿足傳統支付方式的基礎上,設計實施了AFC手機支付系統。手機支付AFC系統主要包括手機車票管理、手機車票應用、業務數據交換等功能。

2.1 手機車票管理

(1) 車票規則制定:設計一種專門的手機支付車票業務規則,其既要滿足交通部制定的《城市公共交通IC卡技術規范》,又要滿足貴陽軌道交通1號線AFC系統對車票生產、使用、數據清分的需要。

(2) 手機車票生產:作為ACC車票管理功能的一個組成部分,專門用于手機車票的生產。手機車票生產需同時支持批量預制手機車票(即線下手機車票的批量預制)和單張車票空中發行(即在線車票發行)。其中包含車票數據準備和制卡訂單監管。為了實現以上功能,需單獨設計一套發卡子系統,與ACC的票務管理系統、密鑰管理系統(KMS)對接,以滿足制卡的需要。

2.2 手機車票應用

(1) 空中圈存:通過各參與方(ACC和移動運營商)系統間的數據對接,借助移動互聯網絡,在線更新用戶使用的Applet中的電子錢包余額,實現錢包加值處理。

(2) 空中鎖卡/解鎖:通過手機支付APP (應用軟件)后臺服務器與手機支付APP的配合,在線完成對車票的鎖卡、解鎖操作,進而改變卡片的應用狀態。

(3) 手機車票使用:通過與讀寫器配合,完成手機車票特定票種的消費業務、更新業務,并產生相應的交易數據,滿足系統數據管理和交易核算的需要。

2.3 業務數據交換

(1) 參數數據交換:空中發卡、空中圈存中,需要為用戶提供相應的票價查詢、站點選擇等服務,為了獲取這些信息,需與ACC 的運營管理中心對接,獲取相應的線網運行參數。

(2) 交易數據交換:空中圈存、空中鎖卡/解鎖過程中,會產生相應的車票充值交易、鎖卡/解鎖交易,同時,用戶在使用手機車票過程中,也會在終端設備上產生消費交易數據,這些數據需要上傳到ACC的數據處理系統中,作為后續交易核算的依據。

3 系統對接各參與方要求

為了實現手機支付AFC系統的業務功能,需要以下各參與方共同配合,完成相關功能的對接。

·ACC。手機支付作為完整的軌道交通AFC系統車票業務,需由ACC參與制定相應的規則,并搭建滿足車票管理、數據管理所需的業務子系統。具體功能包括:

(1) 與手機支付業務服務提供商共同商定,明確手機車票相關業務規則及手機車票應用系統間的數據交互規則;

(2) 開發滿足車票發行所需的手機車票發行系統,以及滿足手機車票管理所需的相關功能需要;

(3) 提供獨立的票卡密鑰封裝接口供手機支付系統調用,以滿足手機車票的發行、空圈、鎖卡/解鎖功能;

(4) 提供相應的讀寫器軟件,滿足手機車票的消費使用;

(5) 提供前置業務處理服務器,負責與手機支付系統對接,完成AFC系統與手機支付系統之間的數據交換。

·交通部清分結算中心。作為交通部卡片標準的制定方,主要負責提供以下功能:

(1) 交通部密鑰的授權和發放:通過必要的申請流程,發放交通部標準的票卡密鑰,滿足車票管理、車票應用的需要;

(2) 數據清分結算:接收滿足《城市公共交通IC卡技術規范》的交易數據,并依據這些交易數據進行數據審核、清分、對賬。

·手機APP應用平臺。作為手機刷卡業務應用服務提供商,主要負責串聯整個業務鏈路上的所有系統,并為用戶提供可操作的移動應用平臺。平臺的主要職能包括:

(1) 提供滿足城市軌道交通手機車票標準的applet:參與設計并研發手機車票的applet,并保證applet可與讀寫器配合,完成車票業務規則中規定的各種業務流程;

(2) 卡片管理:負責完成applet的在線管理,包括在線下發、更新、刪除(有條件下)等相關功能;

(3) 為移動用戶提供訪問入口:為用戶提供app下載、注冊、支付,以及后續的applet管理等相關功能;

(4) 為移動用戶提供業務響應:響應移動端用戶的業務處理請求,完成后臺業務的觸發。同時,與相關對接方進行交易統計、財務清算;

(5) 數據交換:分別與地鐵ACC系統、交通部清分清算系統進行對接,上傳手機車票對應的交易數據,并參與數據審核對賬。

·移動運營商平臺。負責提供支持NFC(近場通信)功能的SWP SIM卡(單線協議SIM卡)以及相應的應用管理平臺,進而實現遠程卡片支付和管理[3]。

·第三方支付通道。第三方支付通道專指能夠提供在線支付業務的第三方支付機構。其主要配合手機APP應用平臺完成電子錢包賬戶的充值功能。

4 業務設計

4.1 票卡結構定義

手機票的票卡結構和普通票卡一樣,都遵循交通部的《城市公共交通IC卡技術規范》。在此規范的“發卡機構自定義區”中,可補充地鐵自定義的業務數據,以滿足地鐵本地化的一些業務需求。自定義的業務數據主要包括地鐵專屬子卡類型(擴展支持地鐵的全票種)、進出站點模式、線路限制模式、乘次/月票控制參數等數據結構。

4.2 手機車票空中發行

ACC票務管理系統需提前向手機車票發卡系統分配手機車票卡的邏輯卡號范圍數據,供空中發卡使用。乘客在手機APP上發起發卡請求,發卡系統調用手機車票專用KMS接口,進行發卡數據準備;數據準備完成后,手機APP后臺服務器發送發卡數據指令流,由手機APP后臺服務器完成空中寫卡操作;寫卡成功后,反饋發卡結果給手機車票發行系統,產生的交易數據上傳到ACC的數據管理系統中,進行數據校驗、解析入庫處理。

5 手機支付AFC系統方案

由于地鐵建設工期緊張,為保證在傳統支付方式的AFC系統順利開通的基礎上實現手機支付AFC系統,必須繞開傳統AFC系統的復雜性。本文在傳統AFC系統復雜的專用網絡之外,利用移動互聯網旁路,優化傳統支付方式的AFC系統層級結構,考慮數據集中、管理集中的思路構建手機支付的AFC系統。

5.1 手機支付AFC系統的對接設計方案

手機支付系統設計主要考慮與ACC、移動運營商平臺以及第三方支付機構的系統對接設計。手機支付AFC系統相關業務參與方之間的系統對接關系如圖1所示。

圖1 手機支付AFC系統各參與方對接方案

在ACC中,需單獨設立手機車票發行系統,該系統與ACC相關業務系統直接對接,具備同時支持手機車票批量預制發行和空中發卡的功能。手機車票發行系統需與ACC票務管理系統、手機車票專用KMS對接,獲取必要的訂單數據和密鑰數據。同時,配備批量預制手機票卡設備,用于批量發卡操作。

數據交換系統作為手機APP后臺服務器的前置業務服務器,與ACC進行數據交換。為保證手機支付系統不對傳統AFC系統造成過大的影響,將數據交換系統作為一條虛擬線路的LC系統服務器,由ACC分配一個線路節點,這樣,ACC與數據交換系統之間的數據交換就可按照ACC-LC之間的交換協議進行,只需限定雙方的數據交換范圍即可。

手機支付APP后臺服務器作為業務交互平臺,需與ACC完成各類數據的交換、與第三方支付機構完成支付和結算,同時與運營商提供的SE TSM (安全模塊可信服務管理)平臺完成安全模塊SE狀態通知,以及與SWP SIM卡完成APDU (應用協議數據單元)指令流的通信功能,從而完成手機支付業務的整體流程。

各個系統參與方根據自身系統設計、實現的需要,設置相應的系統對接方式。系統間只需保證數據傳輸的完整性和安全性。對接的原則要保證不影響各自既有的實現方式。

5.2 手機支付AFC系統部署方案

(1) 手機票發行系統和數據交換系統均遵循ACC 統一的系統部署要求,實際的物理服務器部署在ACC 生產系統環境內;

(2) 手機車票發行系統和數據交換系統作為ACC 生產系統的一個組成部分,直接通過局域內網的方式,與其他ACC 模塊進行數據交換;

(3) 在ACC 生產系統內部,可進行內部局域網隔離,以保證對ACC 系統其他模塊的安全運行不造成影響;

(4) 手機車票發行系統和數據交換系統同樣需與手機支付APP移動平臺進行數據交換。為了保證交換的可靠性,需要在網絡的兩端增設網絡防火墻和防入侵檢測系統。同時,使用專網(虛擬私密網)接入的方式,與ACC進行數據交換,進而保證數據交換效率以及可靠性。

6 手機支付AFC系統終端設備應滿足的條件和支付流程

6.1 支付條件

(1) 內置在手機中的支持NFC功能的SWP SIM卡需分配帶有密鑰保護的安全區域,包含AFC系統車票應用所需要的密鑰數據和信息字段。手機支付采用基于對稱密鑰體系的電子錢包模式。

(2) 手機需要具備支持NFC功能,通過手機支付APP移動平臺配合SWP SIM卡添加儲值票充值,并能與讀寫器進行數據交互,刷手機進出站。

(3) TVM、AG的讀寫器應安裝相應的PSAM卡并能夠識別手機NFC車票應用,通過NFC與手機進行通信。AFC設備通過調用讀寫器提供的標準協議接口完成手機支付車票的業務處理。整個業務處理由讀寫器獨立完成。讀寫器完成業務處理后返回執行狀態值和回傳參數,AFC設備根據讀寫器返回的信息完成通行邏輯處理及行政業務處理。

6.2 支付流程

手機支付方式是乘客持手機在AG上按照進出站順序完成乘車的過程,其通過ACC和移動平臺運營商制定的相關技術標準和規范實施。具體流程如下[4]:

(1) 乘客通過手機APP在線充值手機儲值卡車票,充值信息存入移動運營商平臺,并通過ACC手機車票管理系統上傳至ACC。

(2) 乘客使用手機在進站AG上讀寫信息后進站,交易信息寫入SWP SIM卡的電子錢包區,且進站檢票信息由AG→SC→LC→ACC上傳。

(3) 乘客使用手機出站時,出站AG根據SWP SIM卡上的進站記錄,結合票價規則和預先指定的優惠條件,計算乘車費用并扣費。同時,出站信息由出站AG→SC→LC→ACC上傳。

(4) 進、出站結束后,ACC將乘客進出站消費交易數據從后臺通過手機支付AFC系統網絡上傳至移動運營商平臺。

(5) 在結算日由ACC統計所有線路中使用手機刷卡進、出站的記錄,并統計所有的手機車票乘車費用。

(6) 在結算日,移動運營商平臺統計不同線路中所有手機刷卡進出站消費交易的記錄,并統計出所有手機號碼的乘車費用。

(7) ACC與移動運營商平臺進行對賬,無誤后,根據事先商定好的商業與結算規則,由移動運營商平臺通過銀行向軌道交通運營公司劃賬。

7 結語

隨著城市軌道交通線網的不斷發展壯大,票務的運營管理將成為關注的重點[5]。手機支付AFC系統通過使用專業的支付通道,為用戶提供安全的在線支付交易方式;通過手機刷卡進、出站,為乘客提供多樣化的乘車支付方式;且其不直接對既有的AFC系統造成影響,對推動軌道交通行業AFC系統支付方式的發展具有重要意義。

[1] 趙時旻.軌道交通自動售檢票系統[M].上海:同濟大學出版社,2007.

[2] 邱華瑞,張寧,徐文,等.城市軌道交通自動售檢票系統架構體系研究[J].都市快軌交通,2014,27(2):74.

[3] 孫虹.手機支付在軌道交通自動售檢票系統實現的方案分析[J].天津建設科技,2015,25(1):68.

[4] 李道全.城市軌道交通AFC系統支付方式現狀及發展[J].都市快軌交通,2016,29(1):59.

[5] 袁東.票務處理流程內置的標準化讀寫器在地鐵自動售檢票系統中的應用[J].通信與廣播電視,2010(2):38.

Application of Mobile Payment in Urban Rail Transit AFC System

CHEN Qingyun, GU Yang

The design and application of mobile payment in AFC System of urban rail transit,including the design goal,function and docking scheme,system deployment,requirements of AFC terminal equipment, as well as the process of mobile payment are introduced.The construction of new AFC mobile payment system via mobile Internet technology will significantly improve the innovation of metro AFC system,reduce operation and maintenance costs and speed up internet+upgrade,play important role in stimulating the overall and innovative service level of rail transit industry in China.

urban rail transit; automatic fare collection (AFC) system; mobile payment

U293.22

10.16037/j.1007-869x.2017.04.030

2016-05-05)