非接触IC卡在京石高速公路的应用———非接触IC卡在京石高速公路

　
  摘要　将先进的非接触IC卡技术应用于京石高速公路（北京段）的收费业务管理中，实现了对硬件设备和使用人员的科学管理。收费中心采用集中式管理模式，由管理员统一管理所有IC卡及卡箱，并配合卡箱移动员办理通行卡以及使卡箱在各个收费站的收费车道之间的协调移动（卡箱安装与拆卸）。收费车道由收费员操作，通过发卡天线和收卡机具体办理通行卡的发出与收回以及按卡收费操作。通过在京石高速公路（北京段）试运行，证明该系统具有推广价值。?
   关键词　京石高速公路　非接触IC卡　收费系统管理
   
  　　一、非接触IC卡的特性与使用背景
   
  　　1?非接触IC卡的特性?
   
  　　非接触IC卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，由于它解决了IC卡中无电源和读写器免接触识别的难题，更具有独特的存储芯片和加密方式，因此它比磁卡、条码卡以及光电卡等更具有发展优势。京石高速公路（北京段）封闭式收费、监控管理系统使用的非接触IC卡就是这样一种高效低故障率的通行信息载体，它使用光电技术作为数据操作和管理的媒介，彻底克服了纸票或磁票设备需要人为干涉和机械运作的缺点，具有物理性能可靠，不易损坏，可反复循环使用，存储数据安全、保密，相关设备简单、使用寿命长，易于维护和管理等诸多优点，是适合高速公路使用的理想操作设备。?
   
  　　2?使用背景
   
  　　目前，国内外许多待建高速公路都将非接触IC卡及其相关设备作为收费系统使用的必要设备，同时许多将纸票、磁券作为收费依据的高速公路则计划改用非接触IC卡及其相关设备替换已有设备，以适应全球高速公路收费系统统一使用非接触IC卡的大趋势，并为未来“一卡通”收费及不停车收费做好前期准备。?
   
  　　在我国，交通部关于发展中国智能化交通系统的下一步设想中，也将“一卡通”联网收费作为目前需要集中发展的收费系统运营方面的一项重点任务，而要实现高速公路收费“一卡通”，必须首先在高速公路内部实现按卡收费，然后才能发展不同高速公路之间的收费“一卡通”。按计划，我国将在2002年建成两纵两横的高等级公路网络系统，为此更需要加速推广非接触IC卡在高速公路收费系统中的应用。京石高速公路（北京段）原先使用纸票作为收费依据和凭证，为适应形势的要求，现在改用非接触IC卡及其相关设备管理收费业务。该工程作为北京运通路安科技发展有限公司在高速公路收费业务管理上的一个范例工程，其既是高科技前沿技术在收费系统中的应用，也符合交通部“统筹规划、打好基础”的高速公路发展方针。
   
  　　二、京石高速公路（北京段）应用非接触IC卡的设计思路
   
  　　1?非接触IC卡管理系统的体系结构?
   
  　　京石高速公路（北京段），北起六里桥，南至北京南站，共有一个收费中心，一个主线站，八个匝道站，全线为人工判别车型、全封闭收费方式，由收费中心统一对全线各收费站进行收费业务的实时监控和管理。
   
   
  在设计京石高速公路（北京段）非接触IC卡管理系统时，考虑到以下三个方面的实际情况：
   
  　　第一，非接触IC卡按用途分为两种类型：身份卡和通行卡。其中，身份卡是操作车道设备的有关人员的身份识别专用IC卡，它由收费中心统一编制和管理,发给收费人员使用。收费员必须持卡在车道控制器上验证身份后，才能上岗操作车道设备，而且其所有操作数据均含有其身份信息，便于收费中心统一管理。
   
  　　通行卡是记录车辆通行数据的专用IC卡，它由入口车道发出出口车道收回，并可循环使用，出口车道收费员依据其记录的入口信息收取车辆通行费。除了紧急车辆或车队外，无论交费车还是免费车，都需要从入口领取通行卡，行驶至出口交回通行卡。?
   
  　　第二，为了有效管理京石高速公路（北京段）上使用的大量通行卡（近10万张通行卡），需要用卡箱来存储所有的通行卡和移动管理通行卡。卡箱内装通行卡500张，分别用在入口车道（人工发卡）和出口车道（收卡机）处，收费中心配置一定数量的卡箱供收费车道收费员随时使用。?
   
  　　第三，由于京石高速公路（北京段）在人员管理上采用的是集中式管理模式，因此在对非接触IC卡的管理上，也相应采取了集中模式。即在收费中心集中管理全线所有的通行卡及卡箱，负责通行卡在各个收费车道之间的平衡分配、循环使用（通过卡箱）以及坏卡、备用卡、丢卡等特殊情况处理等，其也是管理层，而九个收费站和收费车道一起是通行卡的具体使用层，负责通行卡的具体发出、收回操作，基本不涉及通行卡的循环和管理。
  
  
  　　2?京石高速公路（北京段）使用的非接触IC卡相关设备?
   
  　　京石高速公路（北京段）所采用非接触IC卡相关硬件设备如下：?
   
  　　(1)收费中心非接触IC卡管理计算机?
   
  　　收费中心设置一台非接触IC卡管理计算机，主要负责各种身份卡的制作，管理通行卡、卡箱的移动，并具有数据存储、实时查询、统计报表等功能。?
   
  　　(2)卡箱?
   
  　　将通行卡做批量存储和移动管理的集中设备。?
   
  　　(3)收卡机?
   
  　　在入口收费车道设有发卡天线，用于接受收费员通过键盘输入的入口车辆信息，并将有关信息写入通行卡后，发出通行卡。收卡机放置在出口收费车道，收费员接受司机交回的通行卡后，将卡推入收卡机，收卡机自动将有效通行卡收入卡箱，并在显示屏上显示车辆入口信息可作为出口收费员收取通行费的依据。?
   
  　　3?非接触IC卡的使用流程?
   
  　　如前所述，京石高速公路（北京段）非接触IC卡管理系统从整体上看分为两层：管理层和使用层（见图1）。从通行卡的流动过程上分析，其使用经过了三个环节：收费中心、收费车道和司机。除了与司机交互操作的这个环节以外，其余三个环节中的通行卡都是以存放在卡箱中的状态出现的（坏卡除外），因此在流程图中，有两条移动主线，即卡箱的移动和IC卡的移动。我们用实心箭头表示卡箱的移动，用空心箭头表示单独的IC卡的移动。图右侧的操作人员分别负责左侧相应的设备管理或具体操作。
   
   
  
4?非接触IC卡的使用人员
  
   
  　　通过上述收费系统设备的描述和使用流程的分析，可以看出京石高速公路（北京段）收费系统的非接触IC卡及卡箱操作人员包括：?
   
  　　1?收费中心管理员?
   
  　　收费中心管理员全面负责全线所有非接触IC卡及卡箱的存储和维护，保证通行卡（通过卡箱）从收费中心发出时的正确使用状态，通过与卡箱移动员联络，维持通行卡及卡箱在各个收费站之间的调度平衡，保证全线通行卡及卡箱的正常循环运转。?
   
  　　2?卡箱移动员?
   
  　　卡箱移动员有专职移动员和兼职移动员（由收费员兼任）两种,具体办理卡箱在收费中心和收费站各收费车道之间的移动。卡箱移动员不能打开任何卡箱（有锁），而且卡箱移动员的姓名、移动的卡箱等有关信息将存入收费中心IC卡管理计算机，以备核查。?
   
  　　3?收费员
   
  
　　收费员必须持身份卡验证身份后上岗,具体办理每一笔通行车辆的操作。当即将发生卡箱空和卡箱满事件时，及时通知收费中心管理员更换卡箱。收费员下班时，将收到的坏卡上交收费中心并与其当日班次报表进行核对。
   
  　三、具体实现技术
   
  　　1?收费中心管理系统?
   
  　　收费中心的管理功能主要分为三大类：日常业务处理、查询事务处理和特殊事务处理。?日常业务，包括接受并核实收费车道上缴的卡箱、将存储在收费中心的卡箱及时下发至收费车道使用、处理收费车道上交的坏卡等。?
   
  　　查询事务，用于对全线通行卡及卡箱进行查询，包括卡箱在各个收费车道及收费中心的分布与状态信息等，为收费中心管理员平衡全线卡箱提供相关信息。特殊事务，只能由持特别密码的收费中心管理员才能办理。?
   
  　　2?收费车道的操作?
   
  　　在收费车道安装的车道控制器，只有识别收费员或维护员身份卡正确之后，才能启动。当卡箱将满或者卡箱将空时，有关信息会出现在收费员操作屏幕上，提示收费员与收费中心管理员联系更换卡箱。在入口车道，收费员通过IC卡读写器天线将入口过车信息写入IC卡并交给司机，在出口车道，收费员操纵收卡机，自动完成收卡-读卡-卡入卡箱的操作，整个过程不需要人为的特殊控制。收费员下班后，回到收费中心办理清帐手续，核实收发通行卡的有关情况。这样，通行卡在发出前和回收后都存储在卡箱中，收费员不能留存，此举既减少了收费员的工作量，又杜绝了收费作弊的可能性。?
   
  　　四、结论与展望
   
  　　1?结论?
   
  　　随着我国高速公路的建设与发展，收费业务自动化及对硬件设备和操作人员的科学管理已成为高速公路收费业务管理中急待解决的问题。京石高速公路（北京段）使用非接触IC卡管理收费员和通行车辆后，有效降低了管理运行成本，尤其是在设备维护和耗材使用方面，发卡机和收卡机的故障率明显低于原先使用的磁券收发机。可循环使用的非接触IC卡，比手工撕票或磁票收发更加便于管理，能大幅度降低运营成本。从整体上看，使用非接触IC卡将带来较大的经济效益。?
   
  　　在人员管理方面，由于使用了身份卡管理收费员，收费中心彻底实现了全面的人员管理，即使出现了收费员岗位流动或其他情况，也能及时通过身份卡收发、黑名单下发予以处理，进而实现人员管理的科学化。
   
  　　在收费业务管理方面，所有通行卡的发出与收回操作都由发卡设备和收卡机自动完成，同时有关数据自动上传收费站和收费中心，收费员和司机在持卡期间不能擅自更改车辆通行信息数据，所以不仅收费作弊的情况被有效遏止，而且在收费中心能方便的打印各种收费业务数据报表，以加强收费中心对收费业务的管理。
   
   
  　2?展望?
   
  　　从今后的发展上看，非接触IC卡是高速公路收费系统发展的大趋势，符合国内高速公路迅速发展对收费系统严格管理的需求。高速公路联网实现“一卡通”收费，并率先在每一条高速公路上实现用非接触IC卡收费，这将为今后发展“一卡通”收费积累管理经验。另外，由于非接触IC卡有一卡多用的特点，其信息存储量很大，目前作为通行卡使用只是开发了非接触IC卡应用的一小部分功能，今后还可以将不停车收费系统进行普及推广并进一步开发司机与使用人员的电子钱包功能及其它功能，这样不仅有利于更多的司机通行高速公路，扩大高速公路的影响，而且能通过与银行合作，更大程度的提高经济效益，同时还能回收一大部分非接触IC卡的投入成本，从这些点看京石高速公路（北京段）使用的非接触IC卡管理系统确实具有推广价值。
   
  　　参考文献
   
  　　1?A foundation course on smart card technology , GEMPLUS , 1999.
   
  　　2?Developing database applications on smart card－based database management system, GEMPLUS,1999.
   
  　　3?张智文.《中国ITS战略发展构想》.科技部高新司.
   
  　　4?《京石高速公路（北京段）收费系统工程改造详细设计》.北京运通路安科技发展有限公司.