王 琮

（天津市地下鐵道運營有限公司，300222，天津∥工程師）

城市軌道交通AFC系統(tǒng)票卡結(jié)構(gòu)及固定流程設(shè)計

王 琮

（天津市地下鐵道運營有限公司，300222，天津∥工程師）

基于現(xiàn)有技術(shù)，AFC（自動售檢票）系統(tǒng)很難實現(xiàn)票種的快速設(shè)計和發(fā)行。針對現(xiàn)有車票卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計以及票種處理方式的不足，提出了全新的卡片類型結(jié)構(gòu)設(shè)計思路和車票交易處理流程設(shè)計原則。將票卡類型參數(shù)劃分為6個區(qū)組，并通過各區(qū)組的信息組合實現(xiàn)票種信息描述。避免了新增票種帶來的各類開發(fā)問題和成本壓力，可幫助運營公司節(jié)約大量的開發(fā)費用，以有效縮短新增票種上線時間。

城市軌道交通；自動售檢票系統(tǒng)；票種卡結(jié)構(gòu)；交易流程；模板參數(shù)

Author＇s address Tianjin Metro O&M.Co.，Ltd.，300222，Tianjin，Chian

國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)普遍采用自動售檢票（AFC）系統(tǒng)來實現(xiàn)營運現(xiàn)金監(jiān)管和客流分析等功能。AFC系統(tǒng)一般采用非接觸IC卡作為車票介質(zhì)，通過讀卡器和票務(wù)規(guī)則來實現(xiàn)不同票制和票價的功能需求。但是，現(xiàn)有車票結(jié)構(gòu)技術(shù)很難快速實現(xiàn)新增票種的設(shè)計、測試和發(fā)行。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大，此類工作的經(jīng)濟(jì)成本和時間成本都難以被接受。針對現(xiàn)有車票卡片結(jié)構(gòu)設(shè)計以及票種處理方式的不足，本文討論全新的卡片類型結(jié)構(gòu)設(shè)計思路和車票交易處理流程設(shè)計原則，以避免新增票種帶來的各類開發(fā)問題和成本壓力。

1　設(shè)計思路

現(xiàn)有票卡類型采用編碼方式配合交易流程實現(xiàn)票種的處理。這需要復(fù)雜的規(guī)劃和設(shè)計。這種開發(fā)方式不能幫助需求主體掌握需求開發(fā)的核心要素，也不能擺脫開發(fā)商的技術(shù)束縛。因此，本文提出以票卡參數(shù)模板和固定交易流程算法取代原有編碼方式，通過設(shè)置1組參數(shù)和交易流程來實現(xiàn)各類票種的動態(tài)開發(fā)。這便于業(yè)主自主設(shè)計車票種類，以滿足軌道交通運營過程中對票種的各種變化需求。

票卡類型參數(shù)模板將覆蓋各種票卡類型的交易特性（如更新方式、車票價格和折扣等）。通過歸納不同類型票卡的使用特點，可將車票類型的特征提取出來，形成條件特征集合，并制定條件特征參數(shù)模板。票卡類型根據(jù)實際使用特性的主、輔功能劃分。票卡設(shè)計主卡和子卡兩個邏輯信息區(qū)。主卡對應(yīng)公共交通信息處理，子卡對應(yīng)軌道交通專用信息處理。票卡類型參數(shù)模板經(jīng)交易特性分解歸納后，主要由公共信息組、卡類型編碼組、有效期組、主卡現(xiàn)金區(qū)組、子卡乘次有效期組、子卡現(xiàn)金區(qū)組等6個關(guān)鍵信息區(qū)組成。票卡類型參數(shù)模板最終將以通用參數(shù)字段的形式規(guī)劃入票卡結(jié)構(gòu)中去。

通過組合現(xiàn)有各類型交易流程的關(guān)鍵步驟，建立一套完整的固定票卡交易流程算法模型。該模型可根據(jù)票卡類型的參數(shù)模板信息計算出當(dāng)前票卡的唯一交易處理分支路徑，以實現(xiàn)各類票種的統(tǒng)一處理。交易流程包含卡片邏輯處理主流程、主卡邏輯處理流程和子卡邏輯處理流程。交易流程在讀卡器完成車票合法性驗證且讀取車票信息后開始執(zhí)行。

由于實際應(yīng)用中的交易流程會涉及多種AFC系統(tǒng)設(shè)備的交易，為了突出交易流程算法模型設(shè)計思路，本文以閘機進(jìn)、出站交易流程設(shè)計為示例，其它流程可以此參考設(shè)計。

2　票卡類型參數(shù)結(jié)構(gòu)

票卡類型參數(shù)結(jié)構(gòu)是在原有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對票卡類型描述的不足的基礎(chǔ)之上進(jìn)行更加詳細(xì)的定義。票卡類型的存儲空間可根據(jù)實際情況設(shè)計，并不改變票卡的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計。故只需對票卡類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)討論，票卡中的其它字段信息仍按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

由于現(xiàn)有軌道交通車票的使用需求繁雜，故票卡的類型結(jié)構(gòu)會非常復(fù)雜。為了便于分析和設(shè)計將票卡類型參數(shù)劃分為公共信息組、卡類型編碼組、有效期組、主卡現(xiàn)金區(qū)組、子卡乘次區(qū)組、子卡現(xiàn)金區(qū)組等6組。通過各區(qū)組信息屬性的組合來實現(xiàn)票種的信息描述。主卡和子卡的設(shè)計是提供卡片行為優(yōu)先級使用，子卡的優(yōu)先級高于主卡，子卡的有效期依賴主卡。

（1）公共信息組。用于設(shè)定車票類型結(jié)構(gòu)的通用信息，描述關(guān)鍵狀態(tài)和特殊標(biāo)志。該區(qū)域信息不區(qū)分主卡和子卡類型。

（2）卡類型編碼組。用于表示車票類型的編碼參數(shù)，是車票類型的關(guān)鍵標(biāo)識，是交易過程的關(guān)鍵信息。由主卡類型編碼和子卡類型編碼，組成不可重復(fù)的唯一卡類型編碼。

（3）有效期組。分別設(shè)定主卡類型和子卡類型的最長使用期限，以及有效期延長的規(guī)則和允許延長有效期的設(shè)備等。主卡和子卡分別設(shè)計有效期參數(shù)。主卡有效期級別高于子卡有效期，主卡有效期過期則卡片過期。

（4）主卡現(xiàn)金區(qū)組。存儲當(dāng)前卡片內(nèi)錢包現(xiàn)金信息，以及卡片充值和發(fā)售時所必須的參數(shù)信息?，F(xiàn)金余額和余額標(biāo)志可改寫，并設(shè)有余額冗余保護(hù)。

（5）子卡乘次區(qū)組。并不存放現(xiàn)金余額等信息，而僅對應(yīng)特殊需求。乘次方式是用于不采用計程收費制的一票制收費模式，不計里程只記進(jìn)出站次數(shù)。這一區(qū)組記錄子卡錢包中乘次相關(guān)信息，以及充值和發(fā)售時所必需的參數(shù)信息。員工票的設(shè)計就是在這一區(qū)組實現(xiàn)的，且增加了使用區(qū)段信息。

（6）子卡現(xiàn)金區(qū)組。作為主卡折扣類型的補充設(shè)計。

由于篇幅所限，無法表示全部信息組的參數(shù)類型設(shè)計，僅以下文使用到的公共信息組、卡類型編碼組和有效期組為例簡要描述（見表1～表3）。為了方便后續(xù)設(shè)計，還需公用交易信息交換區(qū)和軌道交通專用信息區(qū)的設(shè)計。由于這兩個區(qū)通常在應(yīng)用中都有相關(guān)參考設(shè)計，形式也類似，且參考其它地方規(guī)范都會有很詳細(xì)的解釋，故這里不再贅述。

表1　公共信息組字段定義

表2　卡類型編碼組字段定義

表3　有效期組字段定義

3　固定交易流程處理設(shè)計

原有AFC系統(tǒng)車票復(fù)合交易流程必須與車票類型一一對應(yīng)。固定交易流程后無論是進(jìn)站、出站還是更新的復(fù)合交易流程，都只對應(yīng)一個車票類型處理流程。票卡類型根據(jù)用途和功能劃分設(shè)計為主卡和子卡，邏輯處理流程也遵循這兩部分完成相關(guān)設(shè)計。主卡和子卡交易流程包括卡片邏輯處理主流程、主卡邏輯處理流程；子卡邏輯處理流程三個部分。

卡片邏輯處理主流程，是固定交易流程的入口部分，實現(xiàn)對票卡類型信息中的發(fā)行狀態(tài)、啟用狀態(tài)、主卡類型、子卡類型、有效期等公共信息進(jìn)行有效性檢查。在確定卡片信息有效后，再根據(jù)有效期和卡片狀態(tài)信息選擇執(zhí)行主卡邏輯或是子卡邏輯處理流程。卡片邏輯處理流程不會對主卡和子卡的內(nèi)部信息進(jìn)行有效性檢查，可減少各流程間的耦合程度。當(dāng)出現(xiàn)不滿足繼續(xù)處理的異常時，會退出當(dāng)前邏輯處理流程。而進(jìn)站、出站、更新、年檢等用例設(shè)計均放在主卡和子卡邏輯處理流程中實現(xiàn)，還可根據(jù)不同的用例再細(xì)分流程。

固定交易處理流程的總體流程如圖1所示。在進(jìn)入交易邏輯處理后，由卡片邏輯主流程負(fù)責(zé)檢查卡片生效狀態(tài)、卡類型和有效期等有效性信息。通過有效性檢查后，再根據(jù)票卡類型條件選擇執(zhí)行主卡類型或子卡類型交易處理。限于篇幅，主卡和子卡邏輯處理流程不再重復(fù)描述。

4　邏輯驗證和演示

邏輯驗證過程可測試?yán)碚撛O(shè)計是否達(dá)到預(yù)期效果。演示測試程序如圖2所示。測試程序模擬天津地鐵1號線雙林站至劉園站的閘機進(jìn)、出過程，并測試各類票種的運行結(jié)果。

篇幅所限，現(xiàn)僅以儲值票為例進(jìn)行邏輯驗證和演示。測試程序已經(jīng)實現(xiàn)交易處理和界面示意功能。圖3是儲值票的參數(shù)設(shè)置。

圖4和圖5是普通儲值票模擬刷卡的部分截圖。固定交易流程按照普通儲值票設(shè)定的參數(shù)執(zhí)行進(jìn)、出站處理。測試結(jié)果顯示，儲值票進(jìn)出站費率正確，折扣正確；交易指針循環(huán)增加無異常；交易記錄顯示正常；重復(fù)進(jìn)出站檢查結(jié)果反饋正確；軌道交通專用區(qū)信息更新正確。異常測試中，可正確處理重復(fù)進(jìn)、出站的異常情況。

同樣模擬各種票卡類型用例的結(jié)果證明，新型卡結(jié)構(gòu)能完全滿足現(xiàn)有用例需求，可實現(xiàn)多類不同性質(zhì)票種的開發(fā)，在合理運用交易邏輯特性的前提下能實現(xiàn)較復(fù)雜的卡片應(yīng)用特征設(shè)計。固定交易流程在測試過程中表現(xiàn)良好，對卡片類型參數(shù)的執(zhí)行過程較為順利，在錯誤條件檢查方面能夠反映出足夠的容錯特性。在遍歷參數(shù)范圍的測試中，沒有出現(xiàn)邏輯分支無法到達(dá)的情況。各類用例在固定交易流程中，均能按照需求的特點順利執(zhí)行全部流程并生成結(jié)果，達(dá)到設(shè)計之初所期望的要求。交易流程在處理公共區(qū)域信息上也滿足實際使用要求，可以實現(xiàn)兼容設(shè)計。

圖1　固定交易處理流程總體流程

圖2　演示測試程序界面

圖3　儲值票參數(shù)設(shè)置

圖4　儲值票交易處理

圖5　儲值票軌道交通信息區(qū)

5　結(jié)語

綜上所述，本文設(shè)計的固定卡片類型結(jié)構(gòu)和交易流程能實現(xiàn)動態(tài)設(shè)定票卡類型及靈活發(fā)行票種的目的，達(dá)到了設(shè)定的目標(biāo)，能滿足現(xiàn)有軌道交通各類票卡的靈活發(fā)行。

經(jīng)過理論設(shè)計和驗證測試，固定卡片類型結(jié)構(gòu)已滿足現(xiàn)有軌道交通常用票卡類型的設(shè)計需求，基本覆蓋了基礎(chǔ)票卡類型的各個行為特征和參數(shù)范圍，可提供各類參數(shù)的檢查條件和處理順序要求。在票卡類型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的交易流程設(shè)計，能滿足現(xiàn)有各類票卡類型的邏輯處理要求。票卡類型處理結(jié)果的驗證，證明交易流程符合票卡特征處理要求，且在容錯方面有較好的設(shè)計思路。

演示程序所提供的票卡設(shè)計界面能保證實際運營單位只需通過簡單的符合邏輯的參數(shù)設(shè)定，就能開發(fā)出滿足實際所需的票卡類型。通過演示程序，可基本測試票卡的使用過程，展示出對費率和行為等的各項特征測試結(jié)果。只需稍作培訓(xùn)，運營單位的維護(hù)人員即可掌握票種的設(shè)計方法和測試流程。

固定卡片類型結(jié)構(gòu)和交易流程設(shè)計的應(yīng)用前景較為樂觀。以目前的金融IC卡和手機支付發(fā)展趨勢判斷，未來的小額支付系統(tǒng)將打破現(xiàn)有以城市為單位的局部消費模式，逐步轉(zhuǎn)向省級甚至是國家級范圍的移動支付模式。在這種發(fā)展趨勢下，現(xiàn)有的以城市一卡通為主的票卡結(jié)構(gòu)設(shè)計將很難實現(xiàn)未來的移動支付卡片結(jié)構(gòu)的落地設(shè)計。各城市的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很難達(dá)到統(tǒng)一，這導(dǎo)致國家級的交易聯(lián)網(wǎng)清算，甚至是國家級的互聯(lián)互通都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而本文所提出的設(shè)計思路，可從根本上解決這一問題。銀行或者移動運營商只需發(fā)行卡片，并構(gòu)建票卡結(jié)構(gòu)即可；而車票類型則在當(dāng)?shù)剀壍澜煌ǎɑ蛘呤切☆~支付）進(jìn)行參數(shù)類型初始化。由于票卡類型和處理流程是標(biāo)準(zhǔn)的，其生成的交易也是規(guī)范的，故可實現(xiàn)國家級的統(tǒng)一清算。如果需要多城市互聯(lián)互通，則各城市只需明確互通的票卡類型編碼參數(shù)，就可在讀卡器終端實現(xiàn)互聯(lián)。

可見，本文所提出的設(shè)計思路如能借助當(dāng)前小額支付介質(zhì)的發(fā)展勢頭，則可為運營公司節(jié)約大量的開發(fā)費用，能有效縮短票種上線時間，簡化城市間互聯(lián)互通難度，為下一代支付系統(tǒng)設(shè)計做好理論研究。

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Structure and Fixed Process Design of the AFC System in Urban Rail Transit

Wang Cong

Technologies commonly used today are difficult to achieve rapid design and issue of ticket species in AFC system.In this paper a new type of card with creative design ideas and design principle is proposed to cover the shortage in the existing card design and processing.The parameters of card types are divided into 6 groups，ticket information is described on the basis of the combination of all the information in each group.This new type of card could solve the development issues and fund shortage，help the companies to save a lot of operational development cost，and effectively shorten the on-line time of new ticket types.

urban rail transit；AFCsystem；card structure；transaction processing；template parameters

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2016.03.024

（2014-08-04）