手机支付在城市轨道交通自动售检票系统中的应用

陈青云 顾 洋

(贵阳市城市轨道交通有限公司,550081,贵阳//第一作者,工程师)

手机支付在城市轨道交通自动售检票系统中的应用

陈青云 顾 洋

(贵阳市城市轨道交通有限公司,550081,贵阳//第一作者,工程师)

介绍了手机支付在城市轨道交通自动售检票(AFC)系统中的设计应用,包括手机支付AFC系统设计目标、各参与方需完成的功能及对接方案、系统部署方案,以及手机支付AFC系统终端设备应满足的条件及支付流程。通过移动互联网技术构建新型手机支付AFC系统,对推动城市轨道交通AFC系统的创新、降低运维管理成本、加快传统行业的互联网+升级、全面提升轨道交通行业的创新服务水平具有重要意义。

城市轨道交通; 自动售检票系统; 手机支付

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

1 自动售检票系统及其存在的问题

传统的城市轨道交通自动售检票(AFC)系统是基于计算机、通信、自动控制等技术实现购票、检票、计费、收费、设备状态监控、统计、财务结算、客流数据统计分析等功能的自动化系统[1]。其包括轨道交通AFC清分中心(ACC)、线路中心(LC)、车站中心(SC)、车站终端设备(SLE)、培训系统、维修系统、模拟测试开发系统、车票及相关通信网络等。车站AFC终端设备包括自动售票机(TVM)、半自动售票机(BOM)、自动检票机(AG)、自动验票机和便携式验票机等[2]。

经过多年的发展,AFC系统在提供乘客交通便利、促进城市发展的同时,开始形成一个个影响自身发展的瓶颈,主要有以下几个方面:

(1) 系统运营的困难:每天运营结束后,清点硬币和纸币耗费大量的人力和物力。现金交易时,若售票机设备调整精度过高,将给乘客带来巨大困扰,给车站带来混乱和拥挤;而自动售票机设备调整精度过低,将可能收到假币,给地铁运营带来经济损失。

(2) 车站购票的困难:乘客对AFC设备的使用成熟度不同,使得整个购票流程存在不确定性,特别是大型人流密集型车站,集中购票给车站带来混乱和拥挤,存在很大的安全隐患。

(3) 系统结构已不适合现阶段运营要求:SC-LC-ACC多层次结构在网络通信手段成熟稳定的情况下,已成为建设、调试、运行、维护的负担。车站、线路、路网每一层次的核心工作不清晰,对信息系统的需求也不同。

(4) 既有线路运行维护、改造成本增加:大量现金、车票处理模块的故障率不断增高,维修成本居高不下,多层次的系统架构使得改造牵一发而动全身,技术风险和管理风险增加。

(5) 轨道交通储值卡充值要在车站或指定地点办理,办卡需交押金且卡片不记名不挂失,一旦丢失,持卡人将遭受一定的经济损失。

2 手机支付AFC系统设计目标

考虑到现有AFC系统支付方式中存在的问题与不足,为了实现更为便捷、满足运营要求、方便乘客使用的新型AFC系统,在满足传统支付方式的基础上,设计实施了AFC手机支付系统。手机支付AFC系统主要包括手机车票管理、手机车票应用、业务数据交换等功能。

2.1 手机车票管理

(1) 车票规则制定:设计一种专门的手机支付车票业务规则,其既要满足交通部制定的《城市公共交通IC卡技术规范》,又要满足贵阳轨道交通1号线AFC系统对车票生产、使用、数据清分的需要。

(2) 手机车票生产:作为ACC车票管理功能的一个组成部分,专门用于手机车票的生产。手机车票生产需同时支持批量预制手机车票(即线下手机车票的批量预制)和单张车票空中发行(即在线车票发行)。其中包含车票数据准备和制卡订单监管。为了实现以上功能,需单独设计一套发卡子系统,与ACC的票务管理系统、密钥管理系统(KMS)对接,以满足制卡的需要。

2.2 手机车票应用

(1) 空中圈存:通过各参与方(ACC和移动运营商)系统间的数据对接,借助移动互联网络,在线更新用户使用的Applet中的电子钱包余额,实现钱包加值处理。

(2) 空中锁卡/解锁:通过手机支付APP (应用软件)后台服务器与手机支付APP的配合,在线完成对车票的锁卡、解锁操作,进而改变卡片的应用状态。

(3) 手机车票使用:通过与读写器配合,完成手机车票特定票种的消费业务、更新业务,并产生相应的交易数据,满足系统数据管理和交易核算的需要。

2.3 业务数据交换

(1) 参数数据交换:空中发卡、空中圈存中,需要为用户提供相应的票价查询、站点选择等服务,为了获取这些信息,需与ACC 的运营管理中心对接,获取相应的线网运行参数。

(2) 交易数据交换:空中圈存、空中锁卡/解锁过程中,会产生相应的车票充值交易、锁卡/解锁交易,同时,用户在使用手机车票过程中,也会在终端设备上产生消费交易数据,这些数据需要上传到ACC的数据处理系统中,作为后续交易核算的依据。

3 系统对接各参与方要求

为了实现手机支付AFC系统的业务功能,需要以下各参与方共同配合,完成相关功能的对接。

·ACC。手机支付作为完整的轨道交通AFC系统车票业务,需由ACC参与制定相应的规则,并搭建满足车票管理、数据管理所需的业务子系统。具体功能包括:

(1) 与手机支付业务服务提供商共同商定,明确手机车票相关业务规则及手机车票应用系统间的数据交互规则;

(2) 开发满足车票发行所需的手机车票发行系统,以及满足手机车票管理所需的相关功能需要;

(3) 提供独立的票卡密钥封装接口供手机支付系统调用,以满足手机车票的发行、空圈、锁卡/解锁功能;

(4) 提供相应的读写器软件,满足手机车票的消费使用;

(5) 提供前置业务处理服务器,负责与手机支付系统对接,完成AFC系统与手机支付系统之间的数据交换。

·交通部清分结算中心。作为交通部卡片标准的制定方,主要负责提供以下功能:

(1) 交通部密钥的授权和发放:通过必要的申请流程,发放交通部标准的票卡密钥,满足车票管理、车票应用的需要;

(2) 数据清分结算:接收满足《城市公共交通IC卡技术规范》的交易数据,并依据这些交易数据进行数据审核、清分、对账。

·手机APP应用平台。作为手机刷卡业务应用服务提供商,主要负责串联整个业务链路上的所有系统,并为用户提供可操作的移动应用平台。平台的主要职能包括:

(1) 提供满足城市轨道交通手机车票标准的applet:参与设计并研发手机车票的applet,并保证applet可与读写器配合,完成车票业务规则中规定的各种业务流程;

(2) 卡片管理:负责完成applet的在线管理,包括在线下发、更新、删除(有条件下)等相关功能;

(3) 为移动用户提供访问入口:为用户提供app下载、注册、支付,以及后续的applet管理等相关功能;

(4) 为移动用户提供业务响应:响应移动端用户的业务处理请求,完成后台业务的触发。同时,与相关对接方进行交易统计、财务清算;

(5) 数据交换:分别与地铁ACC系统、交通部清分清算系统进行对接,上传手机车票对应的交易数据,并参与数据审核对账。

·移动运营商平台。负责提供支持NFC(近场通信)功能的SWP SIM卡(单线协议SIM卡)以及相应的应用管理平台,进而实现远程卡片支付和管理[3]。

·第三方支付通道。第三方支付通道专指能够提供在线支付业务的第三方支付机构。其主要配合手机APP应用平台完成电子钱包账户的充值功能。

4 业务设计

4.1 票卡结构定义

手机票的票卡结构和普通票卡一样,都遵循交通部的《城市公共交通IC卡技术规范》。在此规范的“发卡机构自定义区”中,可补充地铁自定义的业务数据,以满足地铁本地化的一些业务需求。自定义的业务数据主要包括地铁专属子卡类型(扩展支持地铁的全票种)、进出站点模式、线路限制模式、乘次/月票控制参数等数据结构。

4.2 手机车票空中发行

ACC票务管理系统需提前向手机车票发卡系统分配手机车票卡的逻辑卡号范围数据,供空中发卡使用。乘客在手机APP上发起发卡请求,发卡系统调用手机车票专用KMS接口,进行发卡数据准备;数据准备完成后,手机APP后台服务器发送发卡数据指令流,由手机APP后台服务器完成空中写卡操作;写卡成功后,反馈发卡结果给手机车票发行系统,产生的交易数据上传到ACC的数据管理系统中,进行数据校验、解析入库处理。

5 手机支付AFC系统方案

由于地铁建设工期紧张,为保证在传统支付方式的AFC系统顺利开通的基础上实现手机支付AFC系统,必须绕开传统AFC系统的复杂性。本文在传统AFC系统复杂的专用网络之外,利用移动互联网旁路,优化传统支付方式的AFC系统层级结构,考虑数据集中、管理集中的思路构建手机支付的AFC系统。

5.1 手机支付AFC系统的对接设计方案

手机支付系统设计主要考虑与ACC、移动运营商平台以及第三方支付机构的系统对接设计。手机支付AFC系统相关业务参与方之间的系统对接关系如图1所示。

图1 手机支付AFC系统各参与方对接方案

在ACC中,需单独设立手机车票发行系统,该系统与ACC相关业务系统直接对接,具备同时支持手机车票批量预制发行和空中发卡的功能。手机车票发行系统需与ACC票务管理系统、手机车票专用KMS对接,获取必要的订单数据和密钥数据。同时,配备批量预制手机票卡设备,用于批量发卡操作。

数据交换系统作为手机APP后台服务器的前置业务服务器,与ACC进行数据交换。为保证手机支付系统不对传统AFC系统造成过大的影响,将数据交换系统作为一条虚拟线路的LC系统服务器,由ACC分配一个线路节点,这样,ACC与数据交换系统之间的数据交换就可按照ACC-LC之间的交换协议进行,只需限定双方的数据交换范围即可。

手机支付APP后台服务器作为业务交互平台,需与ACC完成各类数据的交换、与第三方支付机构完成支付和结算,同时与运营商提供的SE TSM (安全模块可信服务管理)平台完成安全模块SE状态通知,以及与SWP SIM卡完成APDU (应用协议数据单元)指令流的通信功能,从而完成手机支付业务的整体流程。

各个系统参与方根据自身系统设计、实现的需要,设置相应的系统对接方式。系统间只需保证数据传输的完整性和安全性。对接的原则要保证不影响各自既有的实现方式。

5.2 手机支付AFC系统部署方案

(1) 手机票发行系统和数据交换系统均遵循ACC 统一的系统部署要求,实际的物理服务器部署在ACC 生产系统环境内;

(2) 手机车票发行系统和数据交换系统作为ACC 生产系统的一个组成部分,直接通过局域内网的方式,与其他ACC 模块进行数据交换;

(3) 在ACC 生产系统内部,可进行内部局域网隔离,以保证对ACC 系统其他模块的安全运行不造成影响;

(4) 手机车票发行系统和数据交换系统同样需与手机支付APP移动平台进行数据交换。为了保证交换的可靠性,需要在网络的两端增设网络防火墙和防入侵检测系统。同时,使用专网(虚拟私密网)接入的方式,与ACC进行数据交换,进而保证数据交换效率以及可靠性。

6 手机支付AFC系统终端设备应满足的条件和支付流程

6.1 支付条件

(1) 内置在手机中的支持NFC功能的SWP SIM卡需分配带有密钥保护的安全区域,包含AFC系统车票应用所需要的密钥数据和信息字段。手机支付采用基于对称密钥体系的电子钱包模式。

(2) 手机需要具备支持NFC功能,通过手机支付APP移动平台配合SWP SIM卡添加储值票充值,并能与读写器进行数据交互,刷手机进出站。

(3) TVM、AG的读写器应安装相应的PSAM卡并能够识别手机NFC车票应用,通过NFC与手机进行通信。AFC设备通过调用读写器提供的标准协议接口完成手机支付车票的业务处理。整个业务处理由读写器独立完成。读写器完成业务处理后返回执行状态值和回传参数,AFC设备根据读写器返回的信息完成通行逻辑处理及行政业务处理。

6.2 支付流程

手机支付方式是乘客持手机在AG上按照进出站顺序完成乘车的过程,其通过ACC和移动平台运营商制定的相关技术标准和规范实施。具体流程如下[4]:

(1) 乘客通过手机APP在线充值手机储值卡车票,充值信息存入移动运营商平台,并通过ACC手机车票管理系统上传至ACC。

(2) 乘客使用手机在进站AG上读写信息后进站,交易信息写入SWP SIM卡的电子钱包区,且进站检票信息由AG→SC→LC→ACC上传。

(3) 乘客使用手机出站时,出站AG根据SWP SIM卡上的进站记录,结合票价规则和预先指定的优惠条件,计算乘车费用并扣费。同时,出站信息由出站AG→SC→LC→ACC上传。

(4) 进、出站结束后,ACC将乘客进出站消费交易数据从后台通过手机支付AFC系统网络上传至移动运营商平台。

(5) 在结算日由ACC统计所有线路中使用手机刷卡进、出站的记录,并统计所有的手机车票乘车费用。

(6) 在结算日,移动运营商平台统计不同线路中所有手机刷卡进出站消费交易的记录,并统计出所有手机号码的乘车费用。

(7) ACC与移动运营商平台进行对账,无误后,根据事先商定好的商业与结算规则,由移动运营商平台通过银行向轨道交通运营公司划账。

7 结语

随着城市轨道交通线网的不断发展壮大,票务的运营管理将成为关注的重点[5]。手机支付AFC系统通过使用专业的支付通道,为用户提供安全的在线支付交易方式;通过手机刷卡进、出站,为乘客提供多样化的乘车支付方式;且其不直接对既有的AFC系统造成影响,对推动轨道交通行业AFC系统支付方式的发展具有重要意义。

[1] 赵时旻.轨道交通自动售检票系统[M].上海:同济大学出版社,2007.

[2] 邱华瑞,张宁,徐文,等.城市轨道交通自动售检票系统架构体系研究[J].都市快轨交通,2014,27(2):74.

[3] 孙虹.手机支付在轨道交通自动售检票系统实现的方案分析[J].天津建设科技,2015,25(1):68.

[4] 李道全.城市轨道交通AFC系统支付方式现状及发展[J].都市快轨交通,2016,29(1):59.

[5] 袁东.票务处理流程内置的标准化读写器在地铁自动售检票系统中的应用[J].通信与广播电视,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)