基于非接触式IC卡的公路联网收费系统的通行卡管理

    目前全国各省市，特别是经济相对发达的省市，都在加紧实施高速公路联网收费工程。少数省份已基本实现全省联网或者省内区域性联网。在已实施或正在规划中的联网收费系统中，一般都以非接触式IC卡为联网收费通行券。

    虽然联网收费通行券可以选择多次重复使用的非接触式IC卡、一次性使用的纸质磁性券或一次性使用的纸质二维条形码券，但非接触式IC卡正逐渐成为主流通行券。由于非接触式IC卡相对其它两种通行券来说，成本相对较高，必须进行回收重复使用，由此也带来了很多管理问题。因此本文就非接触式IC卡通行券的流通管理问题作一些探讨。（下文对非接触式IC卡通行券简称为通行卡。）

    IC卡作为通行券带来的管理问题

    IC卡作为联网收费通行券，其管理问题主要在于对于IC卡流失的控制。因为相对一次性通行券来讲，卡的非正常流失是系统运行的额外负担。举个粗略的例子，设联网收费系统规模为日车流10万辆车，如果卡的流失率控制在1%，而每张卡的成本为10元，则系统每天就损失1万元，一年则是365万元的损失。

    下面我们分析一下通行卡流失的原因。通行卡在联网收费系统中的主要状态变化可用下面的状态转移图来表示。 

    从图中可以看出，通行卡从系统中的主要退出途径为流失和报废。通行卡的报废原因有如卡达到使用寿命，不能进行读写，或者卡发生各种机械损坏，不能正常使用。报废途径是卡的正常退出系统途径，而流失途径是非正常途径，系统必须加以控制。通行卡除了从司机手中流失外，上图中的每一通行卡状态转移途径中都可能存在。如在通行卡的站间调配运送中，收费员从收费站领取通行卡到车道上班的过程中等每一个环节。通行卡的流失分为外部流失和内部流失。外部流失主要是从司机手中的流失，该流失责任一般由司机承担，不会给系统带来直接的损失。内部流失是从系统内部工作人员手中的流失，如从收费员、搬运人员手中的流失。内部流失相对外部流失途径多、原因多，流失责任往往难以界定。因此对于通行卡管理主要是控制卡的内部流失。因为内部流失较难控制，要想严格管理好，必然带来管理上的成本。

    通行卡的管理方式

    根据管理成本的高低和管理的精细程度，可将通行卡的管理分为宽松管理和严格管理。宽松管理成本很低，但管理粗放；严格管理管理精细但成本较高。而具体采用何种通行卡管理方式，取决于实际系统中通行卡的流失率和不同管理模式带来的管理成本。当系统中通行卡的流失率低的情况下，采用宽松型的管理可以免除不必要的系统运行成本；如果系统中通行卡流失率高，采用严格型的管理则可以控制系统运行成本。

    宽松管理和严格管理成本差别在于所选用的通行卡管理设备的不同。宽松管理基本上不采用什么专业设备，卡在移送过程中的责任不需界定清楚。严格管理则采用专业的通行卡管理设备，通行卡的每次状态转移的责任必须严格界定清楚。因为对于通行卡的管理职责始终能界定清楚，因此可以制定相应的应对措施，控制卡的内部流失。另外，采用严格管理的系统能较为实时地跟踪系统中每一张通行卡的当前状态。

    由于通行卡需要在各公路及各收费站间进行不断调配，其调配辅助工具一般为周转箱。对目前的通行卡管理设备，根据其周转箱中卡的存储方式，可以分为卡箱式和卡筒式。卡箱式设备中，通行卡的存放和取出一般由手工进行操作，并且卡的存放没有严格要求。而卡筒式设备中，通行卡一般上下顺序叠放，并且卡的存取一般由机械装置进行操作，因此对于通行卡的存放要求以及通行卡本身的外形要求都较高。

    卡箱式设备中根据管理的严格程度分为普通卡箱和编号卡箱。普通卡箱方式中，卡箱只是作为通行卡的搬运周转工具，不作为管理对象。编号卡箱方式中，每个卡箱都由系统编上号码，并且卡箱内有电子锁，只有用系统专用装置才能打开。编号卡箱作为管理单位，卡的移送通过编号卡箱进行，通过界定卡箱的保管责任来界定对卡的保管责任。因此对于放入编号卡箱中的卡需要借助数卡机来进行清点，以确保卡的保管责任和卡箱保管责任的一致性。

    卡箱式设备的管理思想类似编号卡箱，但更为严格。每个卡筒不仅有编号，并且筒壁内还嵌有一张电子标识卡。对卡筒内卡的进出也采用机械方式控制，防止随意人工随意存取。因此卡筒式设备同编号卡箱的最大区别在于卡筒式设备是通过机械装置来自动完成卡筒内卡的清点工作，从而更加保证了卡和卡筒责任的一致性。

    目前市场上的卡箱式设备可分为两种，一种是半自动收发卡机，如法国某公司生产的发卡机，其读发卡头部分采用手工操作，另外一种则是全自动收发卡机，如广东省电子技术研究所研制的GERI-8503A全自动收发卡机。

    在基于IC卡通行券的联网收费系统中，IC卡及其读写器的技术规范必须统一确定，而其管理设备可以不统一，因此全国和各省联网收费规范对采用何种管理设备一般不作具体规定，其好处在于而由公路业主根据自己的情况来决定，保护业主投资，而不利之处是带来更多的通行卡流通管理问题。如采用卡箱设备的公路和卡筒设备的公路间进行卡的调配时，需要将卡箱中的卡再转移到卡筒中，或反之，结果是增加了较大的卡周转工作量和卡内部流失的环节。

    卡箱管理方式采用卡箱设备的收费系统，其车道操作方式如下：在入口车道，当车辆驶到收费亭前，收费员输入车型车类车牌号等信息，确认无误后，车道控制机通知发卡机从卡筒中弹出一张写入有效入口信息的通行卡到发卡机口，由收费员轻松方便地交给司机；在出口车道，当车辆驶到收费亭前，收费员输入车型车类车牌号等信息，并将从司机手中收回的卡放在收卡机入口，收卡机自动将卡收到机内读写天线处，车道控制机确认该通行卡有效后，改写卡上信息，自动将该有效通行卡收进卡筒，如果卡信息无效，收卡机则会将该卡吐回到收卡机口。因此，出口车道收卡机收进卡筒的卡都是经过系统确认的有效卡。

    卡箱式收费系统中，除了出入口车道上的收费员在收发卡时，通过由系统控制的机械装置能接触到通行券卡外，一般与通行券卡相关的人员都不能直接接触通行券卡，而是与作为通行券卡管理单位的卡筒接触。由于卡筒未经系统允许不能随意打开，并且卡筒每次保管责任的转移，都需经过系统的确认，因此通过跟踪卡筒的保管责任，就能跟踪到卡筒中卡的责任。

    卡箱系统还具有一个特有的防止内部工作人员偷换卡箱内卡的功能。其方法如下：当通行卡在出口车道被收卡机回收进卡筒时，通行卡上将记录上其进入该卡筒的顺序号和卡筒标识号，分别表示其在当前卡筒中应有的位置及当前所属的卡筒。当卡筒从出口车道收卡机取出来时，车道控制机将当前卡筒信息，如卡筒内卡的张数，记录在标识卡上。当此卡筒被移交到入口车道发卡机上使用时，卡筒标识卡中的信息被立即读出到车道控制机中，车道控制机因此知道当前卡筒内卡的应有张数。当发卡时，将按自然顺序从上往下发出。从卡筒中发出一张卡时，首先读出该卡所属的卡筒号，它在卡筒中应有的位置。如果读出的卡筒号和当前卡筒实际的卡筒号不一致的话，可怀疑此卡筒被人为放入了不属于该卡筒的卡；当读出的序号和卡筒应该发出的序号不同时，将怀疑此卡筒中的卡已被人为动过，如偷掉部分卡或卡被动过造成上下相对位置改变。这些情况发生时，车道系统都将产生报警信息向上级计算机系统汇报，通过系统已有的卡筒移交记录可以查出该卡筒上次是由谁负责保管的，该由谁承担责任，系统还可以统计出某一时期之内工作人员保管卡筒和通行卡出问题的数目，以作为管理凭据。

    因此，采用卡箱管理方式，不仅能较好地监管通行卡流通的各环节，解决通行卡在高速公路上流失的问题，控制系统运行成本，还可大大减小收费员、管理人员的工作量，提高工作效率，使高速公路管理更加严谨、规范。在目前的卡箱设备中，值得一提的是广东省电子技术研究所研制的GERI-8503A非接触式IC卡全自动收发卡机，其不仅具有卡筒设备应有的如智能、报警等功能，还具备独创的双卡头卡筒独立工作优点，使得不间断收费工作就可以更换卡筒，提高了车道的通行能力。