大連市公交一卡通管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月15日

　　“城市一卡通”是隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展“，電子商務(wù)”和“電子貨幣”支付手段的日益成熟而提出的新概念。它是將城市公用事業(yè)各個(gè)行業(yè)統(tǒng)一起來，采用一致的付費(fèi)方式，方便市民消費(fèi)、提高運(yùn)營(yíng)企業(yè)的工作效率;在一定區(qū)域內(nèi)，居民或游客持同一張IC卡能實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證、流動(dòng)消費(fèi)支付、存儲(chǔ)各類信息等功能。

　　IC卡的種類可分為存儲(chǔ)卡、邏輯加密存儲(chǔ)卡和帶微處理器的智能卡(CPU卡)三類，按讀寫方式分可分為接觸式、非接觸式和雙界面卡(即可用接觸式也可用非接觸式讀寫)三類。從目前國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況看，由于不同的應(yīng)用采用不同的IC卡和系統(tǒng)而無法通用，出現(xiàn)了重復(fù)建設(shè)和一人要持有多張卡等使用不便的問題，因此在IC卡的應(yīng)用中采用一卡多用和“一卡通”方式已成為社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。但隨著IC卡的不斷普及和應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，各種存儲(chǔ)卡因缺乏足夠的保密措施日益受到安全性的挑戰(zhàn)。20世紀(jì)90年代初期，帶微處理器的CPU卡問世，隨后又將射頻技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了非接觸式CPU卡和雙界面 CPU卡，大大提高了IC卡的安全性，使其在應(yīng)用中可以更有效地進(jìn)行文件管理，更方便地實(shí)現(xiàn)各種功能，使一卡多用和“一卡通”得以實(shí)現(xiàn)。

　　本系統(tǒng)IC卡選型充分地考慮到系統(tǒng)的開放性和數(shù)據(jù)的安全性，采用雙界面CPU卡?？ǖ姆謪^(qū)和密鑰管理由其操作系統(tǒng)控制，并且卡內(nèi)內(nèi)置硬件加密算法(DES算法)[1]。實(shí)現(xiàn)城市一卡通IC卡應(yīng)用內(nèi)容包括公交車、出租車、地鐵、輕軌、輪渡、自來水收費(fèi)、煤氣收費(fèi)等，因此使用的IC卡要求既可以在非接觸式的讀寫器上使用，又可以在接觸式的讀寫器上使用，只有雙界面的IC卡就可以滿足這個(gè)要求。同時(shí)，用IC卡進(jìn)行各種消費(fèi)，它屬于電子錢包的應(yīng)用，同時(shí)又應(yīng)用于各個(gè)不同的行業(yè)，必須要保證使用的IC卡本身具有很高的數(shù)據(jù)讀寫安全性，只有CPU卡才具有這個(gè)特性。

　　作為城市一卡通系統(tǒng)的IC卡必須采用雙界面CPU卡。大連在國(guó)內(nèi)率先提出了城市一卡通的新概念。并將城市一卡通系統(tǒng)首先在公交系統(tǒng)應(yīng)用，其首期工程為大連市公交一卡通系統(tǒng)。

　　1　管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　大連市公交一卡通系統(tǒng)是城市一卡通系統(tǒng)的首項(xiàng)工程，系統(tǒng)具有先進(jìn)性、可靠性、安全性和可擴(kuò)展性。大連市“公交一卡通”的總體結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次，一層為用戶層，主要包括持卡用戶的乘車消費(fèi)和充值，二層為各公交公司的結(jié)算中心，主要用來結(jié)算每日用戶的實(shí)際消費(fèi)，三層是專門用于消費(fèi)與充值清算的城市一卡通公司用戶層的持卡乘客，必須先到售卡充值網(wǎng)點(diǎn)去購(gòu)IC卡或充值，持有IC卡后就可以乘公交車消費(fèi)，系統(tǒng)自動(dòng)地將用戶的消費(fèi)計(jì)入相應(yīng)的消費(fèi)項(xiàng)中去，同時(shí)將扣除用戶卡上的金額。全市各公交公司為用戶的業(yè)主，公交一卡通系統(tǒng)為這些業(yè)主提供服務(wù)。各公交公司在他們的公交車上裝有由一卡通公司統(tǒng)一管理編號(hào)的消費(fèi)終端，即車載機(jī)。乘客用IC卡消費(fèi)后，一卡通公司清算管理中心收集消費(fèi)終端中的消費(fèi)數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶的消費(fèi)記錄進(jìn)行清分結(jié)算，及時(shí)將各公交公司的營(yíng)業(yè)收入劃到其帳戶上。

　　大連市“公交一卡通”系統(tǒng)有兩套售卡充值系統(tǒng)，一是大連市商業(yè)銀行的營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，通過銀行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與一卡通公司清算管理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。一是公交系統(tǒng)的6個(gè)售票網(wǎng)點(diǎn)，直接與一卡通公司清算管理中心相連，業(yè)務(wù)上由兩個(gè)票務(wù)中心管理。系統(tǒng)中每個(gè)公交公司下設(shè)一個(gè)結(jié)算中心，負(fù)責(zé)收集車載機(jī)中下載的消費(fèi)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到一卡通公司清算管理中心。同時(shí)將消費(fèi)數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．

　　2　系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，按售卡充值、公交公司結(jié)算中心、、一卡通公司清算管理中心、車載機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)五個(gè)部分來設(shè)計(jì)的。圍繞公交管理的業(yè)務(wù)內(nèi)容，體現(xiàn)出管理科學(xué)、用戶方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基本思想。

　　大連公交一卡通應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括售卡充值系統(tǒng)、票務(wù)中心系統(tǒng)、公交公司結(jié)算系統(tǒng)和一卡通公司清算管理系統(tǒng)四部分。共包括13個(gè)子系統(tǒng)。見軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(圖1)。下面簡(jiǎn)要的介紹大連市公交一卡通部分軟件系統(tǒng)。

圖1 大連市公交一卡通軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　售卡充值系統(tǒng)

　　售卡點(diǎn)主要的功能是進(jìn)行售卡，充值，退卡和壞卡處理，它的業(yè)務(wù)量比較大。售卡點(diǎn)除本地通訊外還和清算中心、票務(wù)中心有數(shù)據(jù)交換，因此本地庫和中心庫數(shù)據(jù)的一致性非常重要。每天的售卡充值數(shù)據(jù)，壞卡處理數(shù)據(jù)，營(yíng)業(yè)數(shù)據(jù)都需要傳輸?shù)角逅阒行?，?duì)數(shù)據(jù)的保密性和安全性要求高。每個(gè)售卡點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備上都是一個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)，在該子網(wǎng)系統(tǒng)中有一臺(tái)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，同時(shí)每個(gè)充值單機(jī)在物理上都和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在同一個(gè)子網(wǎng)上，可以相互快速的訪問。

　　售卡充值系統(tǒng)包括售卡充值、售卡充值點(diǎn)庫存管理和售卡充值點(diǎn)MIS三部分。

　　票務(wù)中心系統(tǒng)

　　票務(wù)中心在邏輯上是連接清算中心和售卡點(diǎn)的紐帶，在物理上只是和清算中心連接，與售卡點(diǎn)的業(yè)務(wù)交流都要通過清算中心進(jìn)行。售卡點(diǎn)的主要業(yè)務(wù)生成的數(shù)據(jù)都是直接傳輸?shù)角逅阒行?。票?wù)中心的數(shù)據(jù)都來自于清算中心，所以票務(wù)中心只保存部分必要的數(shù)據(jù)，另一部分不常用的數(shù)據(jù)可以通過遠(yuǎn)程查詢獲得。這樣可使票務(wù)中心的數(shù)據(jù)和清算中心的數(shù)據(jù)保持一致，也可使得票務(wù)中心的數(shù)據(jù)庫易于管理和維護(hù)。票務(wù)中心主要功能是票務(wù)中心庫存管理、卡片領(lǐng)取(從清算中心到票務(wù)中心)、卡片分配(從票務(wù)中心到售卡點(diǎn))、卡片調(diào)撥(從票務(wù)中心到票務(wù)中心)、卡片回收(從售卡點(diǎn)到票務(wù)中心和從票務(wù)中心到清算中心)、卡片往來情況查詢、售卡點(diǎn)卡分布查詢、售卡點(diǎn)營(yíng)業(yè)匯總查詢、學(xué)生檔案信息管理、單位信息管理。

　　結(jié)算中心系統(tǒng)

　　結(jié)算中心系統(tǒng)包括消費(fèi)數(shù)據(jù)加載傳輸和結(jié)算中心MIS兩部分。結(jié)算中心MIS主要完成車載機(jī)的管理、管理卡和數(shù)據(jù)下載盒管理、數(shù)據(jù)采集情況的統(tǒng)計(jì)、消費(fèi)數(shù)據(jù)的處理及相應(yīng)的查詢統(tǒng)計(jì)、處理與清算中心的通訊數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加載傳輸分為結(jié)算中心數(shù)據(jù)加載程序和撥號(hào)傳輸程序兩部分，前者是系統(tǒng)的消費(fèi)數(shù)據(jù)入口管理模塊，負(fù)責(zé)采集消費(fèi)數(shù)據(jù)生成本地?cái)?shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)生成上傳的數(shù)據(jù)包。后者實(shí)現(xiàn)通過調(diào)用操作系統(tǒng)的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)與清算中心通信，完成結(jié)算中心數(shù)據(jù)的上傳和下載。

　　一卡通公司清算管理系統(tǒng)

　　清算中心數(shù)據(jù)庫是該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心，主要進(jìn)行大數(shù)據(jù)量集中處理和統(tǒng)計(jì)查詢，對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理能力要求很高，并且對(duì)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)性和安全性要求很高。由于該系統(tǒng)的售卡充值業(yè)務(wù)要實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以該系統(tǒng)采用集群技術(shù)，由一臺(tái)小型機(jī)充當(dāng)主數(shù)據(jù)庫和臨時(shí)數(shù)據(jù)庫的備份機(jī)，當(dāng)主數(shù)據(jù)庫和臨時(shí)數(shù)據(jù)庫一臺(tái)或兩臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫自動(dòng)切換到備用機(jī)，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用RAID-5技術(shù)(主數(shù)據(jù)庫)和磁盤鏡像技術(shù)(臨時(shí)數(shù)據(jù)庫)，從物理上保證數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全性。該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程參閱了數(shù)據(jù)庫三范式理論和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用理論，并且針對(duì)系統(tǒng)的特殊需要，對(duì)某些數(shù)據(jù)庫表采取了非規(guī)范的設(shè)計(jì)來提高數(shù)據(jù)的處理能力和查詢能力。

　　清算管理系統(tǒng)包括:充值消費(fèi)數(shù)據(jù)校驗(yàn)解包系統(tǒng)、清分系統(tǒng)、發(fā)卡系統(tǒng)、IC卡發(fā)行管理系統(tǒng)、設(shè)備發(fā)行管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)和清算中心MIS。

　　清分子系統(tǒng)是該系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的清分核算功能。主要功能是開設(shè)用戶個(gè)人帳戶，并且能夠針對(duì)個(gè)人帳戶進(jìn)行充值、消費(fèi)、退卡和換卡處理;能夠及時(shí)準(zhǔn)確地核算出每個(gè)售卡點(diǎn)的收入支出情況，能夠自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)售卡點(diǎn)的充值手續(xù)費(fèi)，并能查詢統(tǒng)計(jì)每個(gè)售卡點(diǎn)的日營(yíng)業(yè)情況。對(duì)每日大量的消費(fèi)數(shù)據(jù)的能夠完成清分工作，能準(zhǔn)確地核算出每個(gè)公交公司每日的營(yíng)業(yè)額和手續(xù)費(fèi)。提供對(duì)售卡點(diǎn)業(yè)務(wù)和結(jié)算中心業(yè)務(wù)多種方式的查詢和統(tǒng)計(jì)。發(fā)卡系統(tǒng)主要功能為發(fā)行用戶卡，發(fā)行管理卡，用戶卡信息查詢，管理卡信息查詢。

　　IC卡發(fā)行管理系統(tǒng)的主要功能是用戶卡和管理卡的初始化、發(fā)行、回收以及相關(guān)的查詢和統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)主要分為用戶卡管理、管理卡管理、回收管理和查詢統(tǒng)計(jì)四部分。設(shè)備發(fā)行管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)設(shè)備的審批管理、發(fā)行管理、更換管理、回收管理和維護(hù)管理，以及相應(yīng)的查詢統(tǒng)計(jì)。庫存管理系統(tǒng)主要功能是商品(主要為設(shè)備和卡片)的出入庫管理，以及庫存管理(包括盤點(diǎn)處理和本子系統(tǒng)運(yùn)行的字典維護(hù)管理)和相應(yīng)查詢和統(tǒng)計(jì)。清算中心MIS的主要功能是數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計(jì)，以及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的字典維護(hù)和系統(tǒng)操作的管理。

　　操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

　　清算管理中心操作系統(tǒng)采用SolarisUNIX。該操作系統(tǒng)為多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)滿足C2級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)。公交公司結(jié)算中心和售卡充值系統(tǒng)采用WindowsNT。前端應(yīng)用開發(fā)使用PowerBuilder、C/C++、TimeCos等。

　　3　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及通訊設(shè)計(jì)

　　城市一卡通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是利用當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)全市范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一卡通業(yè)務(wù)的全市計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。公交一卡通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是其中的子網(wǎng)之一。公交一卡通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括:清算中心、結(jié)算中心、票務(wù)中心、售卡點(diǎn)等幾大部分。

　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主干網(wǎng)為千兆以太網(wǎng)，百兆到桌面，廣域網(wǎng)采用DDN(DigitalDataNetwork)和 PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)。其中清算中心是大連市公交一卡通系統(tǒng)的關(guān)鍵部門，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)等任務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。清算中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是公交一卡通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、傳送，對(duì)消費(fèi)數(shù)據(jù)和售卡、充值進(jìn)行清分處理，IC卡初始化、IC卡發(fā)行等關(guān)鍵任務(wù)。下面以清算中心系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為例，詳細(xì)介紹。