論城市公共交通一卡通系統(tǒng)應用發(fā)展趨勢
文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者：上海華騰軟件系統(tǒng)有限公司 高雪峰 徐亦書 人氣： 發(fā)表時間：2011年12月01日
一、引言
近年來，全國許多城市陸續(xù)建立了公共交通一卡通系統(tǒng)，如北京、上海、深圳、南京、大連等，極大地推進了城市信息化建設的進程。該系統(tǒng)的目標是以交通IC卡為主線，連接公交、地鐵、出租等公共交通行業(yè)和水、電、煤、物業(yè)、超市等非公共交通行業(yè)，形成“一卡通用、一卡多用”的綜合網絡服務體系，最終實現“一卡在手，走遍全城”的夢想，并且能夠解決長期困惑公共交通行業(yè)和部分非公共交通行業(yè)的自動收費問題。
使用公共交通一卡通系統(tǒng)，可以減少手持現金的流量，方便市民出行，同時也提高了營運單位的營運效率。市民持有一張交通卡可以在公共交通行業(yè)和部分非公共交通行業(yè)通用，乘坐常用的交通工具只需以卡代幣，無需支付現金，換乘交通工具也不用換卡，同時市民還可以使用交通卡支付水、電、煤等日常生活費用以及超市、便利店等小額消費支出；營運單位通過開辦一卡通業(yè)務大大減少了收費業(yè)務量，使收費過程自動化，節(jié)省了人力和物力，加速了資金的流動和周轉。因為一卡通系統(tǒng)由統(tǒng)一的機構來管理，有助于對營運單位的監(jiān)督，避免了逃稅和漏稅現象的出現，也有助于上層管理者了解各個營運單位的營運情況，從而更好地從宏觀上對行業(yè)發(fā)展進行調控。
國內城市公共交通一卡通系統(tǒng)的建設還屬于起步階段，對各城市而言，如何建立和建立什么樣的交通一卡通系統(tǒng)都沒有一個完全可以參照的標準，各地交通一卡通系統(tǒng)都具有較強的本地特色，其系統(tǒng)架構、管理模式、業(yè)務模式和技術應用標準等都不盡相同。具體哪個城市的公共交通一卡通系統(tǒng)能夠反映該系統(tǒng)的未來的發(fā)展趨勢，目前尚無定論，但各個城市的系統(tǒng)建設方法和建設經驗卻是一筆寶貴的財富，其間必定隱含了交通一卡通系統(tǒng)的某種發(fā)展方向。 本文將結合上海城市公共交通一卡系統(tǒng)的設計思想和發(fā)展規(guī)劃從應用拓展的角度綜合論述該系統(tǒng)的體系結構和應用發(fā)展趨勢，力求探索一種比較合理的系統(tǒng)架構和業(yè)務模式，以供各城市在規(guī)劃和建設交通一卡通系統(tǒng)時參考。
二、體系結構
城市公共交通一卡通系統(tǒng)一般由持卡人、售卡充值點、消費點、數據采集點、營運單位、售卡充值代理機構、清算中心和清算銀行等要素組成，持卡人是交通卡的使用者，售卡充值點是交通卡出售和充資的經營場所，消費點是交通卡使用場所，數據采集點是原始交易數據采集和匯總的場所，營運單位是為持卡人提供消費等服務的業(yè)主，售卡充值代理機構是交通卡出售和充值的代理單位，結算中心是交通卡發(fā)行和清算的管理部門，清算銀行是交通卡營運資金劃撥的金融機構。因系統(tǒng)要素種類較多，對各種要素進行不同的布局會形成多種體系結構，哪種體系結構屬于比較合理的結構還需經過系統(tǒng)籌建單位論證。為了使交通一卡通系統(tǒng)結構清晰、職責明確，將該系統(tǒng)按如圖一所示的方法自上而下劃分為五層是一種比較好的選擇。由各層分別處理各自的事項，由上層管理其下層充分體現了集中管理和分布處理的原則。
圖一 城市公共交通一卡通系統(tǒng)的體系結構
1、第一層
第一層由清算中心和清算銀行組成。清算中心統(tǒng)一發(fā)卡，負責一卡通系統(tǒng)的密鑰生成、發(fā)行和管理體系，負責系統(tǒng)的日常運行和維護，建立持卡人帳戶、各營運單位的帳戶和清算中心的帳戶，負責每天的售卡、充值、退卡數據的匯總，消費數據的核對和清分，此外向持卡人及營運單位提供技術服務，負責仲裁持卡人糾紛。清算銀行管理一卡通系統(tǒng)中所發(fā)生的現金以及根據清算中心提供的清算結果對營運單位、售卡充值代理機構的應收或應付款進行劃撥。
2、第二層
第二層由營運單位和售卡充值代理機構組成。公交公司、地鐵、出租車公司、自來水公司、煤氣公司、商場等都是一卡通系統(tǒng)的營運單位，對持卡人而言，他們是持卡人的業(yè)主，公共交通一卡通系統(tǒng)為這些業(yè)主提供服務。各營運單位的消費點裝有消費終端（如車載機、出租車IC卡計價器、IC卡水表、IC卡氣表、商場POS機等），持卡人用IC卡消費后，交易數據經營運單位上傳到清算，清算中心根據營運單位的消費記錄進行清分結算，及時將各營運單位的營業(yè)收入劃到其帳戶上。售卡充資代理機構為一卡通系統(tǒng)提供售卡充值點的經營單位，該單位可以是銀行，也可以是公交公司、地鐵、出租車公司等營運單位。售卡充值代理機構匯總售卡充資點的營業(yè)資金上交到清算銀行并將售卡充資點上送的售卡、充值數據轉發(fā)到清算中心，清算中心日終清算后通過清算銀行進行資金劃撥。
3、第三層
第三層由數據采集點組成。數據采集點用于采集消費點發(fā)生的交易數據并上送到營運單位，采集固定消費點的交易數據，一般采用線路通訊方式，采集移動消費點的交易數據需通過采集器，采集器通過無線、采集卡等方式采集移動消費點的交易數據。
4、第四層
第四層由售卡充值點和消費點組成。這些點都是機具的使用點，售卡充值點可借用銀行、公交公司、地鐵、超市等單位的營業(yè)場所，也可由清算中心在人口較集中的地點自行設立。根據連接方式可將售卡充值點分為間接售卡充值點和直聯(lián)售卡充值點，從營運角度分析，間聯(lián)售卡充值點完全屬于代理方式，而直聯(lián)售卡充值點雖然與清算中心直接相聯(lián)，但它可以由其他單位代理，也可由清算中心自理。售卡充值點將營業(yè)資金匯總后上交到本單位相關部門并將售卡、充值數據傳送到本單位營運系統(tǒng)。消費點可分為移動消費點和固定消費點，對于一卡通系統(tǒng)而言，公交車、出租車等屬于移動消費點，地鐵通道閘機、輪渡入口、商場收銀臺、停車場收費處等屬于固定消費點，這些消費點為持卡人提供消費或支付的場所并通過POS機采集消費等交易數據。
5、第五層
第五層由交通卡和持卡人組成。交通卡最終發(fā)放給持卡人，持卡人可到售卡充資網點的任一處去購買交通卡或去充資，持有交通卡后就可乘坐公交車、地鐵、出租車等交通工具，也可繳納水費、電費、煤氣費等費用，系統(tǒng)自動將持卡人的消費計入相應的消費項中去。交通卡就是持卡人的電子錢包，可在系統(tǒng)的任一個消費終端上進行消費，避免了現金交易和找零的麻煩，充資時可到分布在全市的任何一個充資點進行充資，方便快捷、安全可靠。
三、跨行業(yè)發(fā)展趨勢
城市公共交通一卡通系統(tǒng)運行初期一般是在公共交通行業(yè)內一卡通用，隨著系統(tǒng)的不斷完善和規(guī)模的不斷擴大，憑借交通卡的諸多優(yōu)點，系統(tǒng)將逐漸延伸到部分非公共交通行業(yè)，形成跨行業(yè)發(fā)展的趨勢。
由于交通卡具有安全性高、可脫機操作、能在一張卡上提供多種應用并能在各應用之間實現數據的有效隔離以保證數據區(qū)安全等特征，所以交通卡能夠在許多非公共交通行業(yè)內使用。
1、在非公共交通行業(yè)內使用交通卡的支付功能和控制功能
本小節(jié)以交通卡在高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)中的應用為例，論述如何在非公共交通行業(yè)內使用交通卡的支付功能和控制功能。為了達到有效收取高速公路通行費的目的，全國許多城市已建立了高速公路聯(lián)網絡收費系統(tǒng)，統(tǒng)一對行駛在本市高速公路網內的車輛進行收費。交通卡可以作為帶金卡在該系統(tǒng)中使用，如果高速公路采用封閉式收費制，交通還可以作為通行證在該系統(tǒng)中使用，這充分利用了交通卡的支付功能和控制功能。當車輛駛入入口收費車道，系統(tǒng)在交通卡中寫入入口信息，車輛到達出口收費車道，系統(tǒng)從交通卡中扣除車輛通行費。
交通卡清算中心與高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)的連接如圖二所示，高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)由收費車道、收費站、各營運公司收費中心以及高速公路收費結算中心組成。收費結算中心的主要職責是執(zhí)行通行費的清分、與交通卡清算中心對帳、組織聯(lián)網收費系統(tǒng)正常運行等；營運公司的收費中心主要負責收集、存儲和管理所屬收費車道和收費站的各種數據，負責對涉及本營運公司的收費數據進行核查、統(tǒng)計，對收費站進行監(jiān)督管理以及對通行卷的調配管理；收費站對所屬車道進行管理，負責采集所屬車道的各種原始數據并與收費結算中心以及收費中心交換數據；收費車道處理聯(lián)網收費系統(tǒng)網絡結構的最低層，負責各種收費的直接操作及特殊情況的處理，原始數據由收費車道產生并上送到收費站。
交通卡在高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)中的交易數據由收費結算中心匯總后傳送到交通卡清算中心，交通卡清算中心日終處理時對高速公路收費結算中心的資金進行清算，清算結束后通知清算銀行將應付款劃撥到高速公路收費結算中心的開戶銀行。
圖二 交通卡在高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)中的應用
2、在非公共交通行業(yè)內開發(fā)交通卡的專用功能
本小節(jié)以交通卡在校園收費系統(tǒng)中的應用為例，論述如何利用交通卡跨行業(yè)開發(fā)專用功能。交通卡清算中心可以與本市的校園聯(lián)網，使交通卡作為校園卡在校園內使用，該卡除了具有交通卡的通用功能外，還具有校園內部的專用功能。發(fā)行校園卡可以方便廣大校園師生，逐步實現校園貨幣流通無紙化。交通卡清算中心與校園收費系統(tǒng)的連接如圖三所示，校園收費系統(tǒng)由校園收費中心、食堂收費處、醫(yī)療收費處、上機/上網收費處、帶門禁的通道等組成，交通卡可作為一種專用卡在該系統(tǒng)中使用。校園收費中心從交通卡清算中心領到交通卡，通過自身的系統(tǒng)將交通卡與校園師生的身份證關聯(lián)并建立卡帳戶信息，使交通卡變成記名卡。當交通卡在校園POS機上使用時，POS機將交易信息實時上送到校園收費中心系統(tǒng)，校園收費中心系統(tǒng)驗證卡的合法性并作相應處理。
如果校園卡丟失，校園師生需到校園收費中心掛失，掛失后的卡不再具有校園專用功能，但該卡還具有交通卡的通用功能，除非交通卡清算中心將該卡設置為黑卡。
交通卡在校園收費系統(tǒng)中的交易數據由校園收費中心匯總后傳送到交通卡清算中心，交通卡清算中心日終處理時對校園收費中心的資金進行清算，清算結束后通知清算銀行將應付款劃撥到校園收費中心的開戶銀行。
圖三 交通卡在校園收費系統(tǒng)中的應用
四、跨地區(qū)發(fā)展趨勢
城市公共交通一卡通系統(tǒng)的建立和發(fā)展給本市常住人口的出行帶來了極大的便利，但給非本市常住人口卻造成了一些麻煩，非本市常住人口入城時由于不熟悉售卡充資點的分布，買卡困難，出城時，由于不熟悉退卡流程，退卡繁瑣。如何才能解決上述問題，最好的辦法是將各地的城市公共交通一卡通系統(tǒng)通過一定的規(guī)則聯(lián)網，實現交通卡跨地區(qū)消費。由于建設部已出臺了建設事業(yè)IC卡應用的相關規(guī)范，規(guī)范中要求各地交通卡的消費密鑰必須由建設部按規(guī)定標準統(tǒng)一向下離散，這使交通卡跨地區(qū)發(fā)展成為可能。城市公共交通一卡通系統(tǒng)跨地區(qū)聯(lián)網的常用方法有以下幾種：
1、無區(qū)域交換中心的對等模式
無區(qū)域交換中心的對等模式如圖四所示，這種模式是兩兩互聯(lián)的模式，每個節(jié)點的交通卡清算中心的作用都是相同的。每個節(jié)點在處理交通卡消費交易時，首先根據城市代碼區(qū)分交通卡的發(fā)卡方，如果發(fā)卡方屬于本城市，則在本城市處理，如果發(fā)卡方不屬于本城市，則將該類交易按城市代碼分類并另行存放，當所有交易處理完成后，然后根據城市代碼將異地交通卡消費交易批量發(fā)送到對應的發(fā)卡方交通卡清算中心，交由發(fā)卡方交通卡清算中心處理。節(jié)點之間的對帳以發(fā)卡方處理結果為準，但受理方可以在第二天對可疑帳務提出調整，對帳結束后，每個節(jié)點對應收應付款進行軋差，由付款方通知結算銀行劃帳。
由于該模式連接方式復雜，對帳和資金劃撥也較繁瑣，所以只適用于小范圍的跨地區(qū)聯(lián)網。
圖四 無區(qū)域交換中心的對等模式
2、無區(qū)域交換中心的從屬模式
無區(qū)域交換中心的從屬模式種類較多，本小節(jié)著重論述主節(jié)點發(fā)卡的從屬模式，該模式如圖五所示，根據業(yè)務處理方式，可將該模式分為兩種，一種是由主節(jié)點發(fā)卡，次節(jié)點不建立卡帳戶只作為主節(jié)點的一個行業(yè)中心接入，另一種是由主節(jié)點發(fā)卡，次節(jié)點從主節(jié)點處接收卡帳戶信息并建立卡帳戶，從而作為交通卡清算中心接入。
第一種模式的業(yè)務處理類似于高速公路管理結算中心接入，前提是次節(jié)點的讀卡機具能識別主節(jié)點發(fā)放的交通卡。第二種模式的業(yè)務處理類似于區(qū)域交換中心模式的業(yè)務處理。
主節(jié)點發(fā)卡的從屬模式的優(yōu)點是系統(tǒng)方法簡單、次節(jié)點不需發(fā)卡，所以比較適合大城市連接小城市的跨地區(qū)聯(lián)網，如上海交通卡清算中心與無錫、蘇州聯(lián)網就可采用該種模式。
圖五 無區(qū)域交換中心的從屬模式
3、區(qū)域交換中心模式
區(qū)域交換中心模式如圖六所示，參與聯(lián)網的各城市交通卡清算中心相互獨立，它們只與區(qū)域交換中心連接，由區(qū)域交換中心負責轉發(fā)和清算交通卡跨地區(qū)業(yè)務。
每個交通清算中心在處理交通卡消費交易時，首先根據城市代碼區(qū)分交通卡的發(fā)卡方，如果發(fā)卡方屬于本城市，則在本城市處理，如果發(fā)卡方不屬于本城市，則將該類交易另行存放，當所有交易處理完成后，然后將異地交通卡消費交易批量發(fā)送到區(qū)域交換中心，由區(qū)域交換中心根據城市代碼將該類交易轉發(fā)到相應的發(fā)卡方交通卡清算中心。交通卡清算中心每天與區(qū)域交換中心對帳，對帳以發(fā)卡方處理結果為準，但受理方可以在第二天對可疑帳務提出調整，對帳結束后，區(qū)域交換中心對每個交通卡清算中心的應收應付款進行軋差然后通知結算銀行劃帳。
該模式結構清晰，連接簡單，對帳和資金劃撥方便，適用于所有城市公共交通一卡通系統(tǒng)的互聯(lián)。
圖六 區(qū)域交換中心模式
五、增值服務發(fā)展趨勢
公共交通一卡通的普及使用，使得原來需要手工收集的公共交通管理、使用方面的信息實現了電子化，電子化數據與手工數據統(tǒng)計相比，在數據采集的方便性、準確性，以及數據深度開發(fā)和利用上，有著明顯的優(yōu)勢。
城市交通一卡通系統(tǒng)在運營過程中積累了大量的公共交通設施的使用信息、客戶信息和其他相關信息，這些與其他領域的信息相結合，如國家的經濟政策、政府的城市整體規(guī)劃、城市人口的統(tǒng)計信息等，形成了豐富的交通信息資源的寶藏，為深層次、多角度的數據分析和數據挖掘，以及利用數據分析和挖掘技術開發(fā)信息增值服務產品打下堅實的基礎，對管理決策起到輔助的支持作用，提高交通系統(tǒng)內各行業(yè)的獲利能力。
信息增值服務產品從分析層次上可以分為當前情況分析和發(fā)展趨勢分析兩個部分，包括時段交通情況、行業(yè)發(fā)展情況和趨勢預測等。信息增值服務產品的服務對象包括政府部門、負責公共交通規(guī)劃的政府管理部門、交通領域的商業(yè)機構、相關的零售服務機構和金融機構。
它為政府部門在宏觀角度上為整體交通發(fā)展規(guī)劃提供信息依據，為交通管理部門提供按時間段劃分、按區(qū)域劃分的交通流量、流向和分布情況，為管理部門了解和調整交通工具和線路設置，進行公共交通的規(guī)劃提供信息依據，例如當交通管理部門需要增加新的交通線路或者工具，利用公共交通一卡通系統(tǒng)的歷史數據，就可以對這條線路或者交通工具未來的使用情況、投資回報等信息做出分析，比較采用不同的交通工具優(yōu)勢和缺點，幫助決策的做出；同時，交通領域內的其他商業(yè)機構也可以從面向他們的需求的數據分析結果尋找商業(yè)機會。 
在公共交通一卡通的增值服務產品開發(fā)中，相關的技術包括數據倉庫技術、統(tǒng)計分析技術和相關工具、建立不同用途的分析和預測模型所需要的分析技術。其中數據層庫技術為數據分析和挖掘技術的使用提供數據基礎，同傳統(tǒng)的應用型數據庫不同，數據倉庫按照業(yè)務分析的需要組織數據，如比較通用的星形和雪花型結構，它的數據性質是面向主題、集成、與時間相關和不可修改的數據集合；統(tǒng)計分析技術和工具在數據倉庫的基礎上，利用工具實現多角度多層次的查詢和OLAP分析，利用表格、圖形，得到業(yè)務數據的變化趨勢，排序，不同時段情況比較，在線數據生成等；模型建立技術利用公共交通一卡通系統(tǒng)積累的歷史數據，結合城市規(guī)劃、人口統(tǒng)計等信息，挖掘潛在數據運行規(guī)律，從整體和局部對未來的交通發(fā)展趨勢做出預測性的分析。
以分析交通卡的客戶使用情況為例，我們可以建立如右圖所示的星形結構，它有行業(yè)分布、時間、卡類型和結算情況等維度坐標，每個維度坐標中包含多個分層次設置的成員，交通卡的使用信息作為一個分析主題。行業(yè)分布層次包括交通工具的線路、站點設置，交通工具所屬的行業(yè)信息，它的層次可以如下設置，第一級是所有、第二級為地鐵，公交、出租和高速公路等不同的行業(yè)，地鐵的第三級為1號線和二號線，公交的第三級為不同線路，出租的第三級為不同出租車公司等，再細分等級可以地鐵站點設置、車號設置，時間層次可以分為年、季度、月、日、小時和分等。
同一個維度坐標可以有不同的層次結構，例如時間坐標可以是常規(guī)的年、季度、月、日、小時和分，也可以按照和非假日時段、一般假日和較長假日，在小時之上分成高峰時段和一般時段等等，根據具體的分析需求靈活確定。
星型結構的中心表為需要分析的變量，簡單的以交通卡客戶使用信息為例，包括上下地點、時間、消費金額，交通工具中轉情況等信息。
按照以上星型結構在數據倉庫中建立數據模型的物理結構，這樣的一個結構和多維分析工具結合，業(yè)務人員可以使用多維分析中的切片、旋轉和向上/向下鉆取技術，從不同層次、不同角度進行數據查詢。例如可以察看本年度在每天同一時間段內所有地鐵站點的客流量，或者某個區(qū)內各站點的客流量；相同和不同交通工具在某一時間段內客流量的分布趨勢等。
六、結束語
城市公共交通一卡通系統(tǒng)不僅能夠方便市民、促使公共交通行業(yè)和部分非公共交通行業(yè)的管理走向信息化、科學化和規(guī)范化，而且還能夠提高城市的整體形象，因而它具有廣闊發(fā)展前景，如：上海城市公共交通一卡通系統(tǒng)在1999年底試運行，截止到2002年8月底，發(fā)卡量已達400萬，日交易量已達140萬，連接的行業(yè)有公交、地鐵、輪渡、輕軌、出租、旅游集散點、高速公路等，系統(tǒng)呈迅猛發(fā)展之勢。各城市在籌建公共交通一卡通系統(tǒng)時，應從本市建設事業(yè)現狀出發(fā)，立足于市民，著眼于未來，采用合理的業(yè)務模式、管理模式和技術手段對系統(tǒng)進行統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施，相信系統(tǒng)一定能夠適應社會和市場的發(fā)展并在城市信息化建設中發(fā)揮其主導作用。
