基于IC卡的铁路货物押运安全监控系统的研究

王华伟，蒋 荟，朱 槿

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

基于IC卡的铁路货物押运安全监控系统的研究

王华伟，蒋 荟，朱 槿

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

为了改变铁路货物押运安全监控与管理的传统模式，满足货运安全保障的应用需求，提出了基于非接触式IC卡铁路货物押运安全监控系统的技术方案，包括系统的总体架构、流程设计和功能设计等，阐述了系统关键技术。系统的应用将提高押运质量和效率，为铁路货运安全保障提供技术支撑。

货运；押运；非接触式IC卡；信息系统

铁路货物押运作为保证货物运输安全的重要措施之一，是铁路货运安全工作的一个重要环节。对于危险、贵重、鲜活等货物若在押运途中发生问题，将很可能威胁到铁路货车乃至客车的运输安全和秩序，甚至会对社会造成不良影响。目前，我国铁路对货物押运安全的监控管理主要依赖于人工纸质记录的传统方式，无法对押运过程进行实时监控,对押运相关记录的查询也存在很大困难。

非接触式IC卡是近年来应用比较普遍且愈加成熟的技术，利用IC 卡取代目前押运员持有的押运资质证，实现押运过程中对押运人员资质检查，并对押运签认、违章信息的信息化记录，再结合计算机网络传输信息和信息处理技术，研发一套全路统一的基于IC卡的铁路货物押运安全监控管理系统，对于实现押运全程的实时监控、押运质量的客观评价，全面保障铁路货物押运安全具有重要的现实意义。

1 系统业务流程

铁路货物押运安全监控管理的业务流程贯穿于发站、途中站、到站各个押运的环节，系统建立后，以危险货物押运为例，其改进优化后的业务流程设计如图1所示。

2 系统技术方案

2.1 总体架构

依据我国铁路押运业务需求，铁路货物押运安全监控系统采用基于SOA的软件架构设计，搭建铁路总公司、铁路局、车站的三级联网应用系统，铁路总公司、铁路局设置应用服务器，在铁路总公司、铁路局、车站分别设置系统应用终端、IC卡读写终端，通过非接触式IC卡实现押运全程相关信息的串联。车站级系统主要提供基于IC卡的押运资质检查、押运受理、押运签认、押运违章记录等主要功能，完成押运作业环节的信息采集和逐级上传，实现押运作业流程的信息化管理。铁路局和铁路总公司级系统可实时监控管内货物押运动态，共享相关联网车站的全程押运签认信息，提供货运押运质量、效率的统计分析，为押运管理提供辅助决策支持。系统的总体架构如图2所示。

2.2 逻辑架构

图1 系统押运业务流程图

图2 系统总体架构图

为保证系统的前瞻性、先进性和可扩展性，按照服务组件的设计理念，将整个系统按层次划分为应用层、业务逻辑层、数据层和设备层4个逻辑层次，如图3所示。

应用层主要是为各级用户提供信息卡管理、押运员管理、押运全程管理、统计分析、系统维护等业务应用服务。

业务逻辑层主要包括统一的应用系统模式、统一的应用界面设计规范、标准的业务逻辑模型和统一的对外应用集成接口。构建业务逻辑层，可以使得系统具有良好的伸缩性和扩展性。

数据层的整合目的在于建立集中数据存储，包括统一规划的数据存储、数据库设计规范等内容，为应用提供一个构成简洁、有利于高效访问、能以集成方式查看数据的数据环境。

基础层包括系统必备的软硬件资源，包括操作系统、数据库、押运卡读写设备等。

这样层次化的优点实现了高内聚、低耦合。一旦系统因某种原因必须进行修改，只需调整相关的层次，而不会影响整个系统。

2.3 IC卡比选方案

非接触式IC卡也称为射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。卡片在一定距离范围（通常为5～10 cm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

目前，非接触式IC卡常用的是逻辑加密卡和CPU卡。两者的主要区别如表1所示。

综上所述，对于逻辑加密卡和CPU卡来说，CPU卡不仅具有逻辑加密卡的所有功能，更有逻辑加密卡所不具备的高安全性、灵活性以及支持与应用扩展等优良性能，从降低系统建设的复杂程度和提高设备通过能力的角度考虑，结合货运押运安全业务管理的需要，本系统选用非接触式CPU卡。

2.4 功能设计

系统应用功能分为信息卡管理、押运员管理、押运全程监控和统计分析4个功能模块。根据用户所在的单位为各类系统用户配置不同的功能。车站级功能主要是押运的签认、检查等押运全程作业监控管理功能，铁路总公司、铁路局级功能主要是押运的作业质量管控和押运质量统计分析等功能，为押运管理提供辅助决策。

系统的功能结构如图4所示。

图3 系统逻辑架构图

图4 系统功能结构图

表1 逻辑加密卡与CPU卡对比分析表

（1）信息卡管理：以IC卡作为每个押运员的资质标识，经过培训考核合格、参加押运工作的押运员将配备押运员IC卡，系统将建立一人一卡的对应关系。本功能可为押运资质授予单位提供对押运员IC卡的初始化、更新维护、注销等功能，实现对押运员IC卡的卡片管理。

（2）押运员管理：建立全路押运员档案信息库，记录具备押运资质的人员档案信息，可对押运员的基本信息、押运证件信息、培训考核信息、违章信息等进行维护。可按照不同级别、不同角色的用户需求，提供按多角度的押运人员查询功能，全面查询押运人员的押运相关档案信息。

（3）押运全程管理：利用押运人IC卡，完成发站押运受理、途中押运签认和到站押运销号的押运全程监控管理。可对在途押运车辆、押运货物或押运员押运质量进行押运全程追踪及监控管理。

（4）统计分析：按照押运管理需要，对管内的押运作业量、作业质量进行统计分析，也可对押运人员的押运质量、人员构成、押运违章情况等进行对比分析，为铁路押运安全管理提供辅助决策依据。

3 关键技术

3.1 非接触式押运IC卡实现技术

装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。本系统选用非接触式CPU卡，主要存储的信息包括：存储押运员的基本信息、资质信息、押运信息和违章记录。非接触式CPU IC卡的生命周期示例如图5所示。

图5 IC卡生命周期流程变化示意图

IC卡的个人化是非接触式押运IC卡的实现的关键，个人化就是要根据押运业务应用的需要对卡片所进行文件结构的创建、基本文件数据的装载等，主要包括：创建应用所需要的文件结构、完成应用所需要的密钥的装载、写入应用需要的文件数据等内容非接触式押运IC卡的个人化流程如图6所示。

图6 押运IC卡个人化流程图

押运IC卡执行完个人化命令后，就可以进入使用阶段。押运人的基本信息、资质信息作为卡片初始化时的固定信息写入，每次的押运信息、押运过程的违章信息作为动态信息在每次的押运过程中动态读写。

3.2 多层体系的软件架构

分层架构可以使系统层次清晰，降低模块之间的耦合度，同时使系统开发维护过程分工责任明确。根据对系统业务需求等各方面因素的分析，本系统采用三层架构模式，并在其基础上，为每一层又划分了相应的功能模块，分别实现不同的功能和作用，如图7所示。

图7 系统三层架构图

采用这种面向对象的分层架构，在现有的条件下可最大限度地降低系统的耦合度，层与层之间通过稳定的接口进行交互，而参数传递也尽量采用对象的形式，架构模块之间相互独立，使得开发和维护难度降低，节省了时间和成本。

3.3 基于Web Service的信息共享技术

Web Service是支持使用基于XML的标准进行B2B集成的一种全新范式，通过使用最广泛接受的、开放的Web规范技术，以服务的形式实现了数据、业务和应用的封装。

Web Service的关键技术有3项：（1）简单对象访问协议（SOAP）：Web Service建好以后，SOAP提供了标准的RPC方法调用Web Service，SOAP是基于XML的。（2）Web Service描述语言 （WSDL）：是一种基于XML的语言，用于描述Web Service及其函数、参数和返回值。因为是基于XML的，所以WSDL文档既可供人来阅读，又可供机器来阅读。（3）通用发现、描述和整合（UDDI）：UDDI规范定义了这样的注册中心，Web Service的提供者可以在其中发布相应的WSDL文档，Web Service的使用者可以在其中找到需要的服务，并获得如何调用相应Web Service的方法。

在本系统中，押运相关的动态信息按业务管理需要存在于各铁路局的服务器中，并逐级上传至铁路总公司服务器。为了实现押运的动态监控和全程追踪，需要将押运货车押运途中涉及的各相关车站的押运信息集成，因此，系统利用Web Service技术实现了跨铁路局的货物押运安全信息的集成共享，如图8所示，系统将押运受理信息、签认信息、违章记录信息等信息查询功能包装成Web Service并发布，各铁路局使用者通过该Web Service获取跨铁路局信息，实现全路押运信息的共享应用。

Railway Freight Escort Safety Monitoring System based on IC card

WANG Huawei,JIANG Hui,ZHU Jin
( Institute of Computing Technologies,Chinese Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

In order to change the traditional model of railway freight escort safety monitoring and management,meet the requirements for cargo security,it was put forward the technical proposal of the Railway Freight Escort Safety Monitoring System including the general frame,process design,function design,the System was based on contactless IC card.The application of the System could improve the quality and effciency of the escorting,provide a technical support for the railway freight transport security.

railway freight;escort;contactless IC card;Information System

U294：TP39

A

1005-8451（2016）04-0010-05

2015-09-29

王华伟 ，副研究员；蒋 荟，研究员 。