交通IC卡收费管理系统的设计与实现

本科学生毕业论文 2011 年 5 月 25 日 论文题目 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 学 院 电子工程学院 年 级 2007 级 专 业 自动化 姓 名 马聪聪 学 号 指导教师 孙逢玖 I 摘 要 城市交通 IC 卡自动收费管理系统中的验卡设备是整个系统中的重要组成部分 按城市交通管理现代化的要求 将 IC 卡应用于公共交通管理系统中 在吸收国内外 IC 卡管理技术的基础上 结合国家公共交通管理的实际研究和设计出公共交通 IC 卡 自动收费管理系统 把人工操作变成了自动操作 把现金交易变成了 IC 卡数字信息支 付交易 提高了资金管理的可靠性和安全性 本文详细介绍了在城市公共交通系统实 施自动收费管理的方案 方案关键技术涉及非接触式 IC 卡应用 计算机网络及大规模 数据处理 该系统的实现有利于提高公交企业的经济效益和社会效益 进一步深化公共 交通的全面改革 公共交通 IC 卡自动收费管理系统正是将信息技术有效地融入公交系 统的营运中 以方便市民乘车 巩固无人售票成果和提高车辆营运速度和效率 实现 公共交通收费管理现代化 关键词 公共交通 智能 IC 卡 自动收费管理系统 非接触 道路交通运营管理 II Abstract Urban traffic IC card charge management system of automatic check card equipment is an important part of the whole system of city traffic management modernization according to the requirements the IC is applied to public traffic management system in absorbing the IC card management technology based on national public traffic management combining with the actual research and design the public traffic IC card management system automatic charge the artificially operation became automatic operation put cash transactions become an IC card digital information payment transactions improved the reliability and safety of money management This paper introduces the city public traffic system in the implementation of automatic tolling management solutions scheme key technology involves contactless IC card application computer network and mass data processing The realization of the system is helpful to improve the public transport enterprise economic benefits and social benefits of public transport further comprehensive reform Public transportation IC card management system will be automatic charge is information technology effectively into the bus system in operations to facilitate public bus and consolidate automated achievements and improve vehicle operation speed and efficiency realize the public transportation charges administration modernization Keywords Public transportation Smart IC card Automatic charges administration system Non contact Road traffic operation management III 目录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1 1 IC 卡简介 2 1 1 1 我国 IC 卡工程的发展 2 1 1 2 IC 卡的应用性 3 1 2 IC 卡的分类 3 1 3 IC 卡的基本原理 5 第二章 IC 卡系统工作流程 5 2 1 收集数据 5 2 2 传导数据 6 2 3 处理数据 6 2 4 IC 卡充值 6 第三章系统总体设计方案 6 3 1 系统设计的优越性 6 3 2 系统设计的原理 7 3 3 系统设计的结构方案 8 3 4 设计结构图的说明 10 第四章系统结构划分 12 4 1 结算中心系统 12 4 2 汇总传输点子系统 14 4 3 数据采集子系统 15 4 4 IC 卡收费管理子系统 15 4 4 1 管理子系统流程描述 16 4 4 2 管理子系统模块 18 总结 20 IV 参考文献 21 致谢 22 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 1 第一章 绪论 随着微电子技术及信息安全技术的不断发展 智能 IC 卡日趋成熟 目前 在美国 法国 意大利 瑞典等发达国家 智能 IC 卡技术广泛应用于金融 电信 医疗 商业 交通等各个行业 在道路交通管理中 非接触智能 IC 卡技术的应用已使无需停车的收 费管理方式成为现实 我国目前采用的收费管理多为人工收费或半自动收费模式 在 面向 21 世纪发展道路交通的今天 为减少收费时间 提高通车效率 制止收费舞弊 以适应不断增长的交通运营管理的智能化的自动收费管理是大势所趋 公共交通是城市基础事业的重要组成部分 与城市经济 文化发展和广大市民的 生活息息相关 是国家 社会在基础建设领域重点发展的基础产业之一 随着社会经 济体制改革的进行 公交企业从原来靠国家财政拨款补贴逐步过渡到自主经营 自负 盈亏 因此 如何加强企业管理 改善服务质量 降低运营成本 提高经济效益越来 越成为公交企业面临的急待解决的难题 近年来 很多城市公交实行的 无人售票 是一个很大的进步 但也存在着找零困难 残币假币现象严重 点钞工作量依然很大 等问题 因此 交通智能 IC 卡管理系统是现代城市的重要组成部分 实现城市公交现代化 不仅是城市整体现代化的要求 更是公交公司树立行业品牌 提高服务质量 吸引客 流 在激烈的市场竞争中稳步发展的要求 纵观全球较发达的现代都市 无不具有完 善的公交系统 智能交通系统是一个新兴的综合研究体系 对我国建立高效的交通运输管理系统 保障交通安全 改善环境质量和提高能源利用率具有极其重大的意义 智能交通系统 是指将先进的信息技术 数据通讯技术 电子控制技术及计算机技术 忘了技术等高 新技术有效的运用于整个运输管理体系 使人 车 路密切配合 和谐统一的一种在 大范围内 全方位发挥作用的实施 准确 高效的综合管理系统 保障交通安全 改 善环境质量和提高能源利用率 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 2 1 1 IC 卡简介 IC 是集成电路卡的简称 它随着半导体技术的发展和社会对信息性安全的要求的 日益提高而应运而生 是一种集成电路芯片嵌装于塑料等制成的基片上而制成的卡片 1 1 1 我国 IC 卡工程的发展 随着全国信息化的开展 尤其是金卡工程的实施 不仅推动了我国金融电子化的 建设 而且促进了各行各业的 IC 卡事业的发展 纵观全国 IC 卡的进展 有喜也有忧 交通 IC 卡的应用作为金卡工程的一个重要应用领域 也在迅速发展 方兴未艾 我们 面临挑战同时也面临着机遇 如何组织好这项重大的系统工程是我们面临的新课题 单 纯从技术上讲 IC 卡技术发展以日趋成熟 推广使用 IC 卡有利于促进市场经济发展 减少现金流通 提高资金利用率 方便用户 可以获得良好的社会效益和经济效益 在 某些非银行卡的应用中还可以杜绝应征漏征 提高工作效率降低漏征率 方便个人和 单位 可以获得社会效益和经济效益的双丰收 所以短短几年 IC 卡的应用如雨后春笋 迅速发展起来 IC 卡的开发 研制与应用是一项系统工程 涉及到计算机 通讯 网络 软件 卡的读写设备 应用机具等多种产品领域的多种技术学科 因此 全球 IC 卡产业在技 术 市场及应用的竞争中迅速发展起来 IC 卡已是当今国际电子信息产业的热点产品 之一 除了在商业 医疗 保险 交通 能源 通讯 安全管理 身份识别等非金融 领域得到广泛应用外 在金融领域的应用也日益广泛 影响十分深远 1 通讯方面 主要应用于移动通信和公用电话 2 医疗卫生和计划生育管理方面 卫生部计划发行医疗 IC 卡 主要用于记录或 查询医疗特征信息等 国家计生委等准备组织实施育龄妇女计划生育 IC 卡 3 交通领域 主要用于汽车驾驶员管理 公路收费 公交或地铁自动售票等方面 目前公安部已开始组织实施 中华人民共和国 96 式机动车驾驶员违章处理 IC 卡 计划 已完成标准 规范起草 并通过专家审定 4 社会保险方面 主要用于医疗保险 失业保险 养老保险 儿童免疫接种等 目前海南 深圳 大连等地已发行保险 IC 卡 北京 大庆 江苏 浙江等已计划实施 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 3 5 企事业内部管理方面 国家工商局准备发行工商企业监管 IC 卡 目前已在部 分省市试点 技术监督局开始发行组织机构代码卡等 6 税务卡 许多省市已开始使用 IC 卡进行纳税的征收 管理和稽查 目前国税 总局已与电子产业部门共同研发 IC 卡在税务系统的应用 7 加油卡 中国石化总公司和许多地方石油公司都在组织建立 IC 加油卡收费系统 8 公用事业收费卡 目前 IC 卡电表 煤气表 水表已在许多城市使用 今后 将会在更多领域大面积推广使用 9 其他各类卡 如会员卡 优惠卡 购物卡等 此外在食品卫生监督等许多行业 和领域也都有大量应用 1 1 2 IC 卡的应用性 IC 卡的性能随型号不同而有差异 大同小异都具有以下特点 存储容量大 其存储类型有 ROM RAM EPROM EEPROM 等 容量从几个字 节到几兆字节 目前国内生产的最大容量的 IC 卡是 1 兆字节 体积小 重量轻 携带方便 抗干扰能力强等 安全性高 存储器本身带有控制密码 三次输入错误则卡片会自毁 不能 再进行读写 另外从应用软件上可以加设安全措施 所以软 硬两方面的 措施使 IC 卡具有很高的安全性 能以脱机的方式使用 对网络要求不高 尤其是对网络实时性 敏感性要 求不高 故投资较小 寿命长 循环读写的寿命大于十万次 可靠性高 运用技术高 可防止作弊行为 利用复杂的智能 IC 卡密保系统可防止欺骗和破坏行为 易于操作实施 系统自动化程度高 收费更方便 1 2 IC 卡的分类 IC 卡 又名智能卡 芯片卡 是 80 年代以来随着大规模集成电路和大容量存储芯片 技术的发展而产生的一种运用新型预付费技术的集成电路卡 是继磁卡之后出现的又 一种新型信息工具 一般用于指一张给定大小的塑料卡片 上面封装了集成电路芯片 用于存储和处理数据 常用的智能卡大致 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 4 有几种 存储卡 加密存储卡 CPU 卡和超级智能卡 实际上 只有具备了微处理器 的 IC 卡才是智能卡 但是人们习惯上把 IC 卡统称为智能卡 智能卡包括 3 个部分 塑料基片 有或没有磁条 接触面 集成电路 从应用上讲 IC 卡分为乘客卡和控制卡两大类 乘客卡即乘客储值卡 按照不同的需求 乘客卡又分为普通卡 月票卡 学生卡等 为了适应各种情况 系统预留了多种不同类型的乘客卡 以方便在应用中进行安排 这 些乘客卡类型可以由公交公司按照需要自己定义 系统同时提供按照需要设置每条公 共汽车线路对同类型的乘客卡采取不同的收费标准 可以设置某条线路不能使用某种 卡 如月票卡 乘客卡的生成 使用过程参见图 4 1 源卡源卡初始化初始化乘车卡乘车卡源卡源卡白卡白卡购买购买售卡充值售卡充值 公交仓库公交仓库发卡组发卡组充值组充值组 充值充值 乘客乘客 工厂工厂 图 2 1 乘客卡的生成 使用过程示意图 控制卡用于对有关设备 车载收费机 充值机 初始化机等 和人员的操作进行控 制 按照数据读写方式 智能卡又可分为接触式 IC 卡和非接触式 IC 卡两类 1 接触式 IC 卡 接触式 IC 卡由读写设备的触点和卡片上的触点相接触进行数据读写 国际标准 ISO7816 系列对此类 IC 卡进行了规定 2 非接触式 IC 卡 非接触式 IC 卡与读写设备无电路接触 由非接触式的读写技术进行读写 例如光或 无线电技术 其内嵌芯片除了存储单元 控制逻辑外 增加了射频收发电路 这类卡 一般用在存取频繁 使用环境恶劣的场合 国际标准也对非接触 IC 卡技术作了规范 按照其组成结构 智能卡可以分为一般 CPU 卡 超级智能卡 存储卡和加密存储卡 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 5 1 CPU 卡 CPU 卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机 内部除了带有控制器 存储器 时 序控制逻辑等外 还带有算法单元和操作系统 由于 CPU 卡有存储容量大 处理能力 强 信息存储安全等特性 广泛用于信息安全性要求特别高的场合 2 超级智能卡 在卡上具有 MPU 和存储器并装有健盘 液晶显示器和电源 有的卡上还具有指纹识 别装置等 3 存储器卡 其内嵌芯片相当于普通串行 E2PROM 存储器 这类卡信息存储方便 使用简单 价 格便宜 很多场合可替代磁卡 但由于其本身不具备信息保密功能 因此 只能用于 保密性要求不高的应用场合 4 逻辑加密卡 加密存储器卡内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑 在访问存储区之前需要核对密 码 只有密码正确 才能进行存取操作 这类信息保密性较好 使用与普通存储器卡 相类似 1 3 IC 卡的基本原理 IC 卡工作的基本原理是 射频读写器向 IC 卡发一组固定频率的电磁波 卡片内 有一个 IC 串联谐振电路 其频率与读写器发射的频率相同 这样在电磁波激励下 LC 谐振电路产生共振 从而使电容内有了电荷 在这个电荷的另一端 接有一个单向 导通的电子泵 将电容内的电荷送到另一个电容内存储 当所积累的电荷达到 2V 时 此电容可作为电源为其它电路提供工作电压 将卡内数据发射出去或接受读写器的数 据 IC 卡接口电路向卡提供时钟信号 时钟信号的实际频率范围在复位应答期间 应 在以下范围内 A 类卡 时钟应在 1 5MHZ B 类卡 时钟应在 1 4MHZ 复位后 由收到的 ATR 复位应答 信号中的 F 时钟频率变换因子 和 D 比特率调整因子 来确定 时钟信号的工作周期应为稳定操作期间周期的 40 60 当频率从一个值转换到另一 个值时 应注意保证没有比短周期的 40 更短的脉冲 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 6 第二章 IC 卡系统工作流程 2 1 收集数据 乘客在发卡充值点购买 IC 卡 乘车时在车上的 IC 卡读写器 车载收费机 前掠过 车载收费机即可对该卡进行相应类别 普通卡 老人卡 学生卡 特别卡 的扣款操作 扣款类型除在车载收费机上有显示外 还用不同声响通知司机以便检查 正确的扣款 信息 简称乘客信息 含日期 时间 扣款类型 扣款数 IC 卡号 存于车载收费机 上 车载收费机经规定的运行时间后回到汇总传输点 由管理员用手持式数据采集器 连通车载收费机 把乘客信息下载到手持式数据采集器上 再把该数据转存入汇总传 输点数据库中 2 2 传导数据 汇总传输点按规定的通讯时间通过公共电话网与总公司结算中心数据库服务器建 立通信连接 通过 Sybase SQL Remote 的复制技术把数据复制到结算中心数据库中 另外 当线路出现故障时 也可以通过磁盘 光盘形式将数据上报到结算中心 2 3 处理数据 结算中心通过对汇总传输点传来的数据进行计算 汇总 形成公司营运 财务核算 等方面的报表 用来与分公司进行财务结算 2 4 IC 卡充值 由于 IC 卡使用寿命长 可重复读写 又因为 IC 卡成本 相对车费而言 较高 乘客的 IC 卡使用一段时间后可以 补充 金额重复使用 这一过程称之为充值 充 值可到公共场所中的发卡充值点进行 对乘客卡进行充值的数据信息的传输与上述汇 总传输点数据的传输完全相同 IC 卡的初始发行 充值等工作由总公司统一管理和负 责 乘客要了解所持 IC 卡剩余的款值时 有两个方法 到设于公共场所的发卡充值点余额检验机上去检验 乘客在每次乘坐公共汽车时 在车载收费机扣款后会看到余额的显示 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 7 第三章系统总体设计方案 3 1 系统设计的优越性 设计一个良好 妥当经营的非接触 IC 卡收费管理系统 其公交支付要具备以下优 点 1 安全可靠 采用先进的 IC 卡电子技术 以及一系列的安全加密措施 使得此卡具有良好的安 全性 2 使用简便 所有操作无需接触 乘客只需携带一张 IC 卡 即可随时搭乘公共汽车 电车 客 轮 地铁等不同的交通工具 不必携带现金零钞或不同的月票 使出行更加方便 安 全 3 管理简单快捷 除售卖 充值 IC 卡 经营者无须再收回现金 从而大大减少了现金交易引起的残 钞 伪钞及贪污 盗窃 不安全等现象 也减少了工作量 通过高效的网络系统可方 便高效地进行资金结算 大大加快了资金流动 减少资金周转时间 由于收入全部电 子化 因此 可以直接统计 监控交通流量及收入情况 方便了资源调度及经营管理 乘客流量也会因使用方便而增加 从而提高效益 增加收入 4 系统良好的对外开放性和应用普遍性 采用良好的 MIFARE 卡通用读写设备 系统可以接受多家卡厂的符合 MIFARE 标 准的卡 5 收拢大量闲散资金 采取预付卡的形式 银行能够回笼大量闲散资金 并对公交企业的结算 信贷更 易控制 零钞 硬币的流通减少 也可减少银行的工作量 6 亮丽国家政府的新方案 采用 IC 卡自动收费管理系统可间接获得社会安全 交通状况改善 群众满意等诸 方面益处 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 8 IC 卡工程的组织实施 离不开计算机系统的支持 其中涉及到计算机应用 大规 模数据处理 信息处理 网络技术等多项高科技技术的集成 IC 卡技术是一项成熟的 技术 关键在于应用 3 2 系统设计的原理 1 采用公开的基于 MIFARE 技术的设备及卡片 使系统有良好的扩展性 防垄 断性 设备及卡片的成本有下降的空间 2 清算中心根据国内大型城市五年后的发展预计 以日处理 800 万次交易数据而 设计 3 采用非接触式 IC 卡 4 结算管理中心集中处理发卡 充值 数据采集 数据处理等 以保证系统的一 致性 安全性 数据的完整性 5 选择一流的 IC 卡读写设备 使系统具有 高的准确率 极低的出错率 大的存储容量 可存储大量的黑名单及交易数据 操作简捷 使用方便 高可靠电源 确保车载设备适应各种车辆 路况下长期使用 模块化的设计 便于安装 维护 6 结算管理中心与各营运公司 数据采集点 发卡 充值点均采用实时专线数据通 讯 DDN 及备用拨号 MODEM 通讯方式 以保证系统的安全 可靠 7 计算中心的设计考虑到可处理多收费业务 多家银行介入 多种应用环境 8 具有全方位的系统监控措施 9 根据需要 提供详尽的统计信息 完善的管理图表 最少的人工参与 10 采用完善的加密体系 在密钥的生成 密钥的保管及发放 数据的传输 发卡 充值等阶段均有加密措施 系统密钥做到定期更换 保证系统的安全性 3 3 系统设计的结构方案 从管理关系上又可把公交 IC 卡智能管理系统的结构分为公交总公司 营运分公司 营运场站构成 如图 3 1 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 9 图 3 1 系统结构图 由总公司直属的成卡中心 卡销售点 持卡消费的 乘客构成 IC 卡消费环节 其中 成卡中心负责将外购的空白成品 IC 卡初始化为本公司的专用卡 结算中心作为 在经济上沟通总公司 成卡中心与营运分公司 含场站 的纽带 在经济上对总公司 负责 对成卡中心 营运分公司实现监管 营运中心作为在业务上沟通总公司 营运 分公司与场站的纽带 在营运业务上对总公司负责 对营运分公司及其下属的场站实 现业务监管 按功能来分系统结构包括密钥管理系统 结算管理中心 传输网络及数据加密系 统 发卡 充值系统 数据采集系统 非接触式 IC 卡 车载系统 如图 3 2 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 10 密钥发行机密钥发行机生成密码生成密码密钥输入密钥输入 读卡器读卡器 管理员卡管理员卡 保存保存 CPU 卡卡 专用密钥生成存储器专用密钥生成存储器 密匙卡密匙卡 密钥管理系统密钥管理系统 查询服务器查询服务器发卡服务器发卡服务器清算主机清算主机数据采集主机数据采集主机监控工作站监控工作站 磁盘阵列磁盘阵列 CPU 卡卡 密匙卡密匙卡 结算管理中心结算管理中心 异地备份异地备份 路由器路由器 发卡发卡 充值机充值机 发卡发卡 充值终端充值终端 管理终端管理终端 DDN PSTN Internet网网 电话网电话网 数据采集点数据采集点 发卡充值点发卡充值点 中心路由器中心路由器 查询服务查询服务 发卡发卡 充值终端充值终端 公交车载机公交车载机乘车卡乘车卡 手持数据采集器手持数据采集器红外接收器红外接收器 采集电脑终端采集电脑终端 路由器路由器 发卡发卡 充值机充值机 发卡发卡 充值点充值点 车载系统车载系统 图 3 2 系统拓扑结构图 3 4 设计结构图的说明 1 数据采集系统 通过手持式红外数据采集器或在线方式 采集自动收费系统中 累计的交易数据 传输数据到采集电脑终端中 再经过网络传输到清算中心 此外 数据采集电脑终端从结算管理中心下载黑名单再传送到各收费机中 2 自动收费系统 由非接触式 IC 卡收费机和相应通讯设备组成 完成对 IC 卡的 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 11 扣款 显示余额 纪录交易数据 累计的交易数据由采集系统传输到数据采集电脑中 再通过网络传输到清算中心 3 发卡 充值系统 通过与数据采集电脑网络及银行网络 由专门的发卡 充值机完 成 并通过数据通讯网络与结算管理中心相联 4 密钥管理系统 负责产生 保存 更改系统密钥及 IC 卡密钥 5 传输网络 采用数据通讯 DDN 与备用拨号方式双重联接 使用 TCP IP 协议 6 结算管理中心 管理卡及其账户档案 以及所有卡账户的账务处理 IC 卡用户 及各营运公司的清算处理 IC 卡黑名单管理 系统授权管理 系统网络及设备运行监 控管理 客户服务系统管理以及公交系统营运管理的各项需求 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 12 第四章系统结构划分 4 1 结算中心系统 结算管理中心是整个系统的核心 担负系统营运管理 功能见图 4 2 图 4 1 结算管理中心功能 1 密钥管理系统 是非接触式 IC 卡自动收费系统内 IC 卡及 IC 卡设备以及通讯 系统的安全密钥产生 保管 检验 使用 更改 销毁的管理系统 密钥卡掌握在高级管理人员手中 完成系统密钥的设置及分配 使系统设备及通 讯皆经过加密处理 并做到定期更换系统密钥 2 发卡 充值管理 各发卡 充值点电脑终端要连接清算中心的发卡 充值服务器 经确认后 方能发卡 充值 3 数据采集管理 控制从数据采集电脑上传交易数据 下载黑名单 4 黑名单管理 通过分析发卡 充值数据和各收费数据 将预付卡上无预付金的卡 自动生成黑名单 同时由挂失系统提供挂失卡 产生黑名单 5 司机 车辆收费站管理 记录司机 车辆及各轮渡码头 地铁站的收费信息 自 动生成各类报表 6 挂失 查询 记录挂失人员资料 提供各种查询数据 7 清算系统 通过汇总各发卡 充值点的收入资料和各收费终端的交易资料 分别 计算出各营运机构的营运收入 通过银行 24h 内划拨到各营运公司账户 并完成各预 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 13 付卡的结算 8 系统设备 通讯系统监控 通过系统监控 了解通讯及设备运行状况 9 营运管理系统 管理各营运公司参与运作的车辆 线路等资料 自动生成各营运 线路客流量图表等资料 10 报表的生成 发放 自动生成各种报表 定时发送各营运单位 11 分析 决策管理 根据公交营运及管理的结构模型 通过分析系统提供的各种 原始资料 产生各种 各级综合管理报告 财务状况报告及可行的系统分析报告 对 整个公交系统的经营状况进行总体 分析 优化和预测 协助经营管理与决策 提高 公交系统的运作效率 12 人工收费录入 系统支持人工收费的资料输入 建立完善的公交系统管理 结算中心子系统是整个收费系统自动处理 运行的关键 其框图参见图 4 3 该子系统具有如下 8 个方面的功能 1 账户管理 IC 卡账户的注册 维护和注销 账户交易记录和修改 账户资料 的查询 同时负责系统黑名单管理 2 数据传输管理 在结算中心与汇总传输点和发卡充值点之间进行数据传输 3 结算管理 通过对汇总传输点和发卡充值点汇总上来的数据进行计算分析 产 生结算数据 根据结算数据给出相应报警 提供修改结算算法功能 以适应不同情况和 不同时期的结算要求 承担车费收费部分的财务管理 12 4 报表模块 产生和输出各种报表 通过报表生成器为用户提供自定义报表功能 5 设备管理 对公交车辆 车载系统 手持系统 IC 卡读写系统等设备进行管 理 记录设备的维护和保养记录 提高管理水平 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 14 图 4 2 结算中心系统框图 6 线路管理 制定 修改公交线路方案及其票价 7 系统管理 维护结算中心计算机 数据库和应用软件系统 8 决策支持模块 通过对历史数据的分析和统计 制定相应的政策和方案 提高 管理水平 4 2 汇总传输点子系统 除不具备账户 线路和决策支持模块之外 与结算中心子系统其他模块基本相同 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 15 4 3 数据采集子系统 数据采集系统由数据采集机 数据下载机及数据采集电脑组成 它实际上是收费 机与电脑系统的中介连接设备通过数据采集系统采集各个车载收费机保存的交易数据 工作数据等资料 通过电脑及通讯网络传送到结算管理中心 并接受结算管理中心的 运行调整指令 数据 对收费机进行各种参数 系统密钥及黑名单的调整 设置 数据采集机采用红外线进行数据交换 采集速度为 115K BPS 可采集 5 万笔流水 记录 并有备用 RS232 接口可与数据采集电脑连接 该子系统由车载收费机和手持数 据采集器两部分设备组成 完成以下基本功能 1 对乘客卡进行验证和扣款 2 将扣款信息传输到车载收费机记录设备中 3 将数据转载到汇总传输点系统中 4 将管理中心发布的黑名单下载到车载收费机中 并对乘客 IC 卡进行验证 4 4 IC 卡收费管理子系统 公共交通收费管理系统是将信息技术有效的营运到公交系统中 以方便市民乘车 巩固无人售票成果和提高车辆运营速度和效率 实现公共交通收费管理的现代化 1 车载收费机内部的数据主要来源有 1 车载收费机内部参数 车载收费机在正式投入使用之前 必须有数据采集机 对它进行参数设定 具体参数有 机内自动日历 时钟 机器编号 车号 路线 票 制票价 2 司机卡编号和营运起始时间 司机每次接班时 启动车载收费机卡机 这时 车载收费机从司机卡中读出司机卡号记录在内存中 同时将当前时间作为营运起始时 间记录在内存中 3 感应式 IC 卡消费信息 每次读取乘车卡时 将记载卡类型 卡编号 本次 交易额 卡内余额 交易时间等参数记录在内存数据区内 交班时司机再次持卡 机内自动记录营运结束时间 司机营运一次 必须在营运前和营运后刷两次卡 则卡中的运行文件相应增加一 条营运记录 包括营运起始时间 终止时间等信息 乘车卡消费一次 卡的钱包文件 中的余额会相应减少 卡的流水记录文件会增加一条记录 包括乘车时间 车号 路 线等信息 若是优惠卡 卡的标志文件中的优惠天数相应减少 若是车资不足时 卡 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 16 的标志文件中会记载透支金额数 4 4 1 管理子系统流程描述 1 新购卡的初始化 由于在购入的 IC 卡新卡中只有生产厂家的密码 密钥 所以为了保证应用系统 的安全 用户在使用卡前应将厂家密码 密钥 替换成自己定义的密码 即卡的初始 化发行 卡的发行可由授权微机和非接触卡读写器完成 同时 CPU 卡初始化在变更 发行密钥的同时也确定了卡上记录文件的操作属性 即确定了在具备何种授权条件下 可执行的操作 图 4 4 新购卡的初始化过程 2 卡定义 系统中使用的 IC 卡分为三类 乘车卡 包括普通卡 优惠卡 月票卡 学生卡 员工卡 司机卡和管理卡 乘车卡为乘车交费的凭证 根据使用对象可以授权折扣和 限额优惠 在发售乘车卡的同时建立下面相关记录 个人档案文件 标志文件 允许挂失否 有效日期 提示金额 透支金额 优惠天数 优惠次 数 优惠比例 钱包文件 余额 充值记录文件 充值时间 充值点代码 操作员代码 流水记录文件 乘车时间 乘车路线 车号 消费金额 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 17 司机卡为驾驶员授权凭证及管理考核凭证 发出司机卡建立如下记录 个人档案文件 同乘车卡 运行文件 营运起始时间 营运终止时间 密码 密钥更换文件 启动更换密钥号 密钥密文 授权位 流水文件 卡编号 车号 班型 车次 管理卡是各级管理授权凭证及考核凭证 确认持卡人的授权级别及授权内容 发 出管理卡建立如下记录 个人档案文件 同乘车卡 工作文件 工作日期 授权代码 工作日志文件 密钥更换文件 启动更换密钥号 密钥密文 授权位 3 新卡发售和旧卡充值 乘车卡的发售和充值由发卡充值网点组成 负责新卡出售及卡的充值 发卡过程 由计算机运行发卡软件并配合联机式感应式 IC 卡读写器来完成 基本过程如下 1 新卡出售 1 待售卡由发卡中心统一进行初始化后交各发卡充值点 2 新卡发售由操作员根据用户的个人申请写入个人档案文件和标志文件 申请 挂失的卡还必须打印相片 其中 月票卡 员工卡必须具有挂失能力 月票卡的使用 期限应以下月的当前日期为截止日期 3 操作员手工键入发售金额 由充值机自动操作钱包文件和记录文件 4 充值机自动写入当前系统授权的应用密钥 5 购买新卡时 需缴纳一定的押金 例如 25 元 发卡时 打印发卡凭证 发 卡凭证上有购买金额 押金及姓名 卡编号 用户可以将卡编号和姓名写在卡的签名 条上 2 旧卡充值 由于 IC 卡使用寿命长 可重复读写 又因为 IC 卡成本 相对车费而言 较高 乘 客的 IC 卡使用一段时间后可以 补充 金额重复使用 这一过程称之为充值 1 新发行的卡或旧卡可通过发卡充值点配备充值机进行充值 2 由操作员键入充值金额 充值机自动修改标志文件 钱包文件和记录文件 3 如超过密钥使用期充值机提示变更密钥 如充值机经密钥变更授权 在确认 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 18 后自动更新密钥 4 4 2 管理子系统模块 此系统主要应用于发卡充值点对乘客 IC 卡账户进行管理 包括以下 3 个模块 1 初始发卡模块 初始化卡时 操作人员必须持有中心授权的初始化专用卡 在 通过口令字验证及内部验证后 才能具有真正初始化发卡的权利 初始发卡工作是整 个系统的安全关键点 应该在管理中给予高度重视 该模块的具体功能参见图 4 5 图 4 5 初始发卡模块的功能 2 充值模块 乘客经初始化 IC 卡设定基本参数后 可以在各个充值点进行充值 充值时 工作人员必须持有中心授权的充值专用卡 在通过口令字验证及内部验证后 才能具有充值 IC 卡的权利 每次执行充值时 系统均先检查充值员的充值金额是否已 经超过规定的充值限额 防止出现越权充值的现象 同时 结算中心要将充值金额记录 与用户实际消费金额进行比较 防止出现车费流失现象 具体功能参见图 4 6 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 19 图 4 6 充值模块的功能 3 完成 IC 卡的初始化 使新购进 IC 卡成为系统使用 IC 卡已完成初始化的非接触式 IC 卡 通过通用读写器读写 通用读写器经过 RS232 与发卡 充值电脑相连 电脑终端通过 DDN 数据通 讯 与管理结算中心通讯 另有备用拨号 MODEM 经中心在线确认完成发卡 充值控制卡发行模 块 对控制卡发行 领用和归还等情况进行跟踪和管理 防止出现重大责任事故 交通 IC 卡收费管理系统的设计与实现 20 总结 通过这次对 IC 卡系统功能的设计与实现使我对 IC 卡有了深刻的了解 经过认真 的查找资料及老师热心的帮助让我对各种 IC 卡的结构和功能都产生了浓厚的兴趣 本文在分析了 IC 卡的各种类型和相关知识的基础上 熟悉了公交 IC 卡的基本原理 仔细研究并设计了公交 IC 卡的系统结构 将 IC 卡应用于交通收费管理 对提高 IC