基于CPU卡的城市一卡通应用解决方案和总体设计思路

    “城市一卡通”系统的总体设计目标是建设一个以清算系统为中心的一级平台，以智能IC卡（非接触式CPU卡）为载体，以小额消费支付业务为基础，连接公交、出租车、加油站、停车场供水、供电等二级结算系统的网络信息系统，实现在众多领域的“一卡多用”，市民拥有“城市一卡通”IC卡后可用于乘坐公交车、出租车和路桥收费等，实现电子化收费，方便迅速，省却找零不便等诸多麻烦；同时，“一卡通”IC卡还可以用于水电煤、超市小额消费等领域，为市民、企业、市政部门以及其它商业组织提供方便快捷的支付、结算和服务，提高管理水平。从项目的实施目标来说就是要建设一个具有覆盖全市公共消费领域安全可靠、同时具有全国互通和区域互通的的清算与结算网络运行系统。利用日益成熟的射频IC卡技术和先进的计算机技术，在这个公共平台上实现公共消费领域内的电子化收费。

    一、指导思想

    1、坚持高起点，面向2l世纪。确保系统在今后一段时间的先进性和在国内同行业中的领先地位； 　　

    2、系统贯彻“实用、可靠、先进、经济”的八字方针，以应用为导向，推进管理上台阶，按照急用先上，分步到位的原则进行建设； 　　

    3、从实际情况出发，以发展需求为依据，总体规划、分步实施，确保系统高度集成、总体优化、安全可靠、稳步推进； 　　

    4、系统充分考虑功能扩容和技术升级，适应当代信息技术迅猛发展的要求，以求最佳效果； 　　

    5、确保系统的安全保密，立足于形成自主版权的IC卡产品，有利于现有系统的改造，有利于实现国产化；

    二、设计原则

    “城市一卡通”系统建设的目标是能建立一个先进的信息平台，并依托这个平台逐步完善相应的应用系统，因此是一个规模庞大、结构复杂、信息量大的综合信息系统建设项目。在开展本项目时，实行“统一规划、统一标准、统一制造、统一发卡、统一管理”五统一原则，同时实行严格的市场准入制度，对项目承包单位的资质和设备的性能提出要求，在进行系统设计、系统建设和实施过程中，应符合以下原则：

    1．实施的阶段性和兼容性

    考虑到本系统设计、开发、应用与维护是一项复杂的管理和技术工程，因此系统建设可以分成多个阶段来逐步实施。系统设计需要确定系统建设的整体架构、技术选型，并在此基础上构建系统平台框架以及开发当前最迫切需要的业务系统，随着时间和行业发展需要，逐渐开发新的应用领域，并将新的应用领域集成到系统平台框架中去，从而最终实现具有相互兼容、可扩展、可互连的一卡通应用系统。

    2．技术的先进性和成熟性

    系统设计要采用先进的技术和方法，能反映当今的先进水平，而且要具有发展潜力，能保证在未来若干年内占主导地位，并能顺利地过渡到下一代技术。其中，在IC卡的种类、型号和读写设备选型中，要研究技术的发展趋势，保证卡片和设备在今后技术重建过程中的兼容性。

作为一套庞大而复杂的应用系统建设，为降低系统的实施风险，在重视技术的先进性的同时，还必须要重视系统结构、设备的相对成熟。

    3．信息的安全性和准确性

   通过建立安全控制系统，对系统中的所有对象进行控制和保护，实现身份认证、访问控制、权限设置、通信保密等一系列措施，以确保系统数据的安全。系统应分别针对不同的应用和不同的网络通信环境，采取不同的措施，在数据采集、存储、传递、交换和使用过程中设置相应的安全机制，确保数据的准确和安全。无锡华捷在项目设计上主要应用建设事业IC卡密钥管理系统。

   4．系统的可靠性和稳定性

    系统的可靠性和稳定性直接影响交易业务的正常运行，是社会形象的保障。从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间；从消费数据到数据源的采集，从卡片售卡充值到数据上传清算等环节，都要求机具设备和软件系统具有高可靠性和高稳定性，能保证系统在高容量、长时间稳定有效工作。核心业务所涉及的软、硬件以及网络设备需采用冗余设计，核心数据库需设计合理的备份系统。

    5．系统的标准性与开放性

    为满足系统所选用技术和设备的协同运行能力、系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需求，系统必须具备开放性和标准性。系统总体结构设计要遵循国际及国家通用的规范标准，并将规范化、标准化贯穿于系统开发及建设的每一个阶段中。其中，在IC卡和机具设计方面要充分考虑多家设备提供商的产品特性，制定统一技术规范，实现不同机具的兼容。系统标准性可以充分保证系统的可扩展性，并且随着新技术的发展，无缝地将后续开发的子系统融入到整个系统之中。

    6．系统的管理性和维护性

    由于整个系统涉及众多功能和应用，因此要考虑系统应具有良好的可管理性和可维护性。应提供相应的手段和方法以实时监控系统的运行状态，并在必要时进行相应的操作。

    7．系统的实用性和经济性

    系统要保证技术上和经济上的可行性，系统建设应始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持实用、经济的原则，尽可能地做到边建设、边应用、边收效、边发展。

    三、系统整体架构体系

    城市一卡通管理系统消费领域包括公交汽车、出租车、路桥收费、小额消费、水电煤缴费等，要全面实现IC卡一卡通工程，应具备层次式体系结构及其清晰的数据处理流程。

    城市一卡通管理系统工程，设置城市一卡通清算系统（称为一级系统）；下设城市一卡通发卡充资系统和若干个分中心结算系统（称为二级系统），他们是公交、出租等行业结算系统；同时分系统下设有三级系统，他们是公交、出租、路桥、小额消费的子营运公司或站点；最后是POS机终端设备（包括POS消费终端和公交、出租系统设立的充资点及银行、超市系统所在的其他充资点及消费点）和IC卡乘客持卡消费。（见图1） 

图1 城市一卡通信息系统三级平台

    在“一卡通”公司运行的系统“一级平台”负责整个系统中软硬件基础平台和网络的正常运行。“一级平台”中设置了多个系统数据库，主要包括“充售数据库”、“回收数据库”、“清算数据库”和“查询数据库”。

    “一级平台”中的功能模块涵盖了“一卡通”公司在运营过程中所涉及的业务流程，包括：卡片档案管理、充售管理、数据回收管理、系统监控与管理、清算管理、结算与划拨管理、客户服务管理以及统计分析与查询等功能，这些功能支持“一卡通”公司开展各项业务活动。

    “一级平台”中的行业接口按照应用单位行业划分，每一种行业接口都可以支持多个独立公司和代理银行网点，其中“小额消费接口”还可支持超市、商场、报亭等各种规模的商户开展“一卡通”消费。

    系统“二级平台”支持各应用单位开展“一卡通”业务，配合“一级平台”进行资金清分和结算，提供消费数据信息，为应用单位在运营决策提供准确的数字依据，以降低成本、提高效率、提升服务质量。

    “二级平台”中对应的公交、出租等应用单位具有较复杂的组织结构，因此相应的信息需求和信息处理过程都较复杂。系统针对这些行业企业提供了“三级平台”，负责公交分公司、出租车公司车队和个人等结算单位的消费数据采集回收以及营运收入的分配划拨等业务。

    系统“用户平台”为广大市民提供了丰富的“一卡通”消费环境，通过这一平台可以完成IC卡与各类机具的信息交换，实现“一卡在手，生活无忧”。
另外，系统基于互联网络直接为市民提供Web查询服务，可以完成在线业务咨询、业务受理和信息查询功能，提升系统的服务质量。涉及Web查询的数据库和应用软件相对独立，以保证系统的信息安全。

    四、运行环境

    系统以客户机／事务处理／数据库服务器三层体系结构实现，采用交易中间件控制交易的请求（由客户机发起）和处理（由服务器完成）。采用三层结构能更好地平衡客户机和服务器上的负载，减少网络通讯和竞争，有利于提高系统交易的吞吐量；在连接的客户机数量较多时，三层结构将占用较少的数据库连接数，可降低主机的资源消耗；在业务处理逻辑发生变化时，能够以较小的代价方便地对系统进行修改。

    为了满足系统开放性原则，应选用符合SQL标准、支持“客户机／服务器”体系统结构的关系型数据库管理系统。整个计算机系统应以市场流行的数据库管理系统为主，并尽可能采用同种数据库管理系统，以较好支持数据分布处理。

    五、应用范围

    无锡华捷电子规划的“城市一卡通”，主要涉及在城市居民生活的各个领域的支付和身份认证，能够完成公用事业的预收费，交通、社保、医疗、旅游、小额支付等多个领域的快速结算和支付，保证各领域的身份认证和信息存储查询，城市一卡通比较成熟的应用列举如下：

    公共交通收费：公交、地铁、轻轨、出租、路桥等收费；

    公用事业收费：水、电、气、有线电视、电信收费；
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    商业网点小额收费：停车场、超市、茶楼、咖啡店等特约商户划卡收费
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     旅游消费：代替门票、旅游积分； 

    加油、加气：油气收费、税控管理。

    六、系统技术特点 

    1、系统成熟安全可靠；

    2、采用遵循《建设事业CPU卡COS技术要求》的非接触CPU卡；

    3、采用国家建设部密钥管理系统，确保系统安全可靠；

    4、IC卡读写机具、城市一卡通管理系统的各级应用软件全部由华捷公司技术团队自行研制开发，具有合法的自主知识产权；

    5、系统软、硬件平台（服务器、网络设备、通信线路、数据库、中间件等）全部采用双机热备方式配置、实施；

    6、系统选用超大规模的主流数据库产品，应用软件开发采用三层结构模型，即客户机／中间件／服务器模式；

    7、采用数据增量备份技术，实现单位时间内的数据增量备份；

    8、系统具有开放性、标准性、先进性、实用性和可扩性好等技术特点；

    9、用户界面友好，易于操作使用，便于推广应用；

    10、保留区域互通和全国互通的接口；

    11、其他消费领域的模块化子单元，可拓展；

    七、结论

    要全面实现CPU卡城市一卡通系统，在架构设计上应具备层次式体系结构及其清晰的数据处理流程，为满足投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需求，系统必须具备开放性和标准性，系统总体结构设计要遵循国际及国家通用的规范标准，并将规范化、标准化贯穿于系统开发及建设的每一个阶段中；同时在项目推进上应从实际情况出发，以发展需求为依据，总体规划、分步实施，确保系统高度集成、总体优化、安全可靠、稳步推进。