交通部署案例集/智能卡生命周期

简介

香港巴士上安装的八达通卡读卡器。该城市公共交通使用率高，为智能卡提供了早期市场利基。

世界各地的交通系统已采用非接触式智能卡作为票务发行媒介。智能卡在私营和公共部门中被广泛使用。智能卡最常见的部署领域包括教育、医疗保健、金融、电信和交通部门。与之前的票务系统相比，自动收费系统和智能卡的使用具有许多优势。这些系统因其为乘客提供的快速、便捷的访问，以及降低的运营成本和提高的效率而被世界各地的交通系统广泛采用 。

交通乘客和运营商常用的非接触式智能卡是集成电路 (IC) 卡，内部带有嵌入式微控制器和内部存储器。智能卡中的计算机芯片使它们能够存储大量数据，执行其自身的卡上功能并与智能卡读卡器智能交互 。交通智能卡无需与读卡器直接接触。乘客只需将卡片靠近读卡器即可。读卡器和卡片使用无线电频率 (RF) 进行通信。使用智能卡可减少乘客在乘坐巴士或铁路时的时间和精力。存储价值的智能卡消除了携带现金和在火车站排队购买车票的需要。每位乘客的票价支付仅需大约一秒钟，因此巴士的总体旅行时间也缩短了。

拥有庞大交通系统的城市是智能卡的主要市场。发达国家城市对智能卡的需求并不一定比发展中国家城市更高。智能卡的实施在所有有人居住的大陆的城市中心都有发现。城市的人口和收入水平对智能卡的市场潜力影响很小。欧洲和北美城市并不是最早采用智能卡系统的城市。香港的八达通卡和首尔的 T-money 卡是 1990 年代推出的最早的智能卡示例。大多数运行中的智能卡系统是在 21 世纪的头十年被采用的。智能卡支付系统不仅存在于欧洲主要城市，也存在于较小的都市区。亚洲、非洲和拉丁美洲的许多城市中心的居民每天都使用智能卡支付交通费用。智能卡的主要市场是交通乘客流量很大的城市中心，特别是拥有多种交通方式的城市。智能卡的应用为乘客提供了更无缝的乘车体验，并使交通服务提供商能够提供更广泛的票价选择。智能卡自动收费系统收集的数据对于交通规划非常有用。Utsunomiya 等人 (2006) 研究了芝加哥智能卡收集数据在人口统计和旅行行为分析方面的益处。更强大的数据收集能力使交通机构能够更好地预测旅行需求并评估票价政策 。更准确的信息还使芝加哥交通局能够识别独特的细分市场并制定不同的目标市场策略。

选择 Oyster 作为伦敦智能卡的名称是因为它与伦敦和泰晤士河的牡蛎有关，以及众所周知的与旅行相关的习语“世界是你的牡蛎”。

表 1：城市中心智能卡系统推出年份

大陆	城市	智能卡	推出年份
北美	纽约	SmartLink	2007
北美	芝加哥	Ventura	2013 年（芝加哥卡于 2002 年推出）
北美	波士顿	CharlieCard	2006
北美	多伦多	Presto	2009
欧洲	伦敦	Oyster	2004
欧洲	巴黎	Navigo	2001
欧洲	布鲁塞尔	Mobib	2008
亚洲	香港	八达通	1997
亚洲	首尔	T-money	1996
亚洲	东京	Suica	2001
亚洲	德里	More Card	2011
拉丁美洲	里约热内卢	RioCard	2005
拉丁美洲	圣地亚哥	Bip!	2003
非洲	开罗	Gemplus	1997
非洲	开普敦	My Connect	2011

交通支付的演变

票价收取技术从现金袋和硬币分配器发展到今天的自动化系统。直到 1980 年代初，巴士票价通常由售票员收取。虽然在美国的一些通勤铁路中仍然由售票员出售车票，但运营商已在大多数巴士系统中承担了收取票价的职责。现金、代币、纸质车票、磁性车票、智能卡、借记卡、信用卡和交通券都是票价支付媒介，它们具有不同程度的灵活性。现金作为一种支付媒介效率低下，因为它仅适用于单程票价选择。代币支持多程票价选项，但不能用作存储价值车票。纸质车票可以作为单程票、多程票和定期票，但不能用作存储价值车票。磁性车票的引入极大地提高了票价支付选项的灵活性。配备磁条的车票不仅具有现金、代币和纸质车票的所有功能，还可以用作存储价值车票 。自 1904 年以来，纽约地铁乘客使用从车站工作人员处购买的代币支付票价 。收费机被设计为仅识别代币，而不是多种硬币。由于使用代币，票价上涨更容易实施。乘客还可以通过购买用于多次旅行的代币来预付交通费用。代币比其他类型的交通车票更麻烦，因此它们没有被其他交通系统广泛采用。纽约地铁最终在 2003 年停止使用代币。由于磁性车票具有更高的便携性和灵活性，因此它们在美国和世界各地的交通系统中被广泛采用。现代交通巴士配备了提供现金支付和磁条车票选项的票箱。图 1 展示了美国巴士中常见的票箱。

温哥华巴士票箱

重型铁路交通的票价收取发展不同于巴士交通的票价收取发展。早在 1940 年代，伦敦地铁就通过机器发行车票。乘客必须在站台登上列车之前将车票出示给检票员。 。检票员后来被自动检票闸门取代，但售票机至今仍在使用。

新加坡售票机

磁条的发明彻底改变了票价收取技术的开发。第二次世界大战后，带有磁条的车票在公共交通中得到广泛部署。磁性车票的引入使验证过程自动化。重型铁路车站中隔离付费区域的检票员被检票闸门取代。与每次旅行相关的信息存储在磁条中，票价闸门处的读卡器验证乘客的车票。磁条车票的部署还使不同交通方式的票价集成成为可能。乘客可以在巴士和铁路之间换乘时使用同一张车票，而无需重新购买车票。磁条存储信息的能力使交通机构能够提供不同的产品或套餐，而不是仅提供单程票。伦敦的 Travelcard 被引入作为一种多式联运车票。乘客仍然可以购买印在磁性车票上的 Travelcard。磁条在交通车票中的使用在世界各地的城市中得到了广泛的标准化。由于标准化和相对较低的生产成本，磁条已经使用了几十年，直到最近开发出智能卡。

磁条的局限性导致了集成电路卡（即智能卡）在公共交通中的开发。磁条的主要缺点是存储容量有限、耐用性差以及缺乏安全性。我们在磁条车票方面的经验对智能卡的开发至关重要，因为它展示了交通车票功能的可能性。磁性车票提供了一些灵活性，例如存储价值车票和多模式互换。智能卡越来越受欢迎，因为它们以比磁性车票更好的方式执行相同的功能。尽管智能卡正在取代磁条成为交通车票的首选技术，但票价收取模式在很大程度上将保持不变。智能卡的实施不太可能改变我们支付交通费用的方式。更高的灵活性效率激发了对智能卡应用的兴趣。交通信息系统日益计算机化也刺激了更高效的交通票务系统的可能性。磁条被用于多种车票，例如存储价值票和月票。嵌入计算机芯片的智能卡具有更大的存储价值能力，这使乘客可以使用卡片更长时间而无需充值。智能卡中更强大的技术还使交通票务能够实现多功能。智能卡可以是存储价值票，也可以是特定交通方式的无限次乘车通行证。智能卡系统的应用为世界各地的交通机构提供了前所未有的机会，可以分析网络性能和不同人口群体的交通需求 。

智能卡从磁条票的“母逻辑”演变而来。在智能卡出现之前，磁条用于存储数据和验证票价支付。磁条的标准化导致交通支付方式的变化很小。智能卡基于先前方法的基础，为交通票提供新的可能性。

智能卡在交通系统中的发明和早期应用

智能卡示意图

将微芯片植入塑料卡的概念最早由两位德国发明家德斯洛夫和格鲁特鲁普于1968年提出。日本版智能卡于1970年获得专利。由于计算机和移动通信技术的进步，智能卡的使用在1990年代呈指数级增长。尽管智能卡直到1990年代后期才在公共交通中使用，但德国从1992年开始使用智能卡进行医疗保健。智能卡在医疗保健、电信和金融领域的成功促使交通机构采用智能卡自动支付系统。

计算机信息系统的技术专长被引入现有的票价收取系统。香港的八达通卡是世界上最早的主要智能卡系统之一。在八达通卡推出之前，两个铁路系统（现已合并）拥有独立的票价支付系统。两种系统都使用磁性车票，乘客需要从车站服务人员或售票机购买车票。两个铁路系统引入了通用储值票，允许乘客使用一张车票在两个系统之间互换出行。通用储值票与八达通卡非常相似，八达通卡是香港第一张可以在所有交通模式下使用的通用车票。香港的交通公司鼓励乘客使用八达通卡作为票价支付方式，并提供优惠价格。通用储值票持有人必须更换他们的车票为八达通卡，或使他们的车票作废，这促成了智能卡的早期普及。香港每条巴士线路都有不同的票价。在八达通推出之前，乘客必须在登车前准备好准确的票价。八达通卡读卡器的安装使巴士登车更加方便，缩短了乘客的登车时间。

从以前的支付方式转向八达通不需要对票价基础设施进行重大改造。智能卡读卡器被添加到火车站的检票口，以及巴士的票价箱旁。购买磁性车票搭乘火车和用现金搭乘巴士的选项仍然存在。智能卡技术的硬件自推出以来基本保持不变，主要涉及将嵌入式微芯片嵌入塑料卡和在读卡器中使用射频识别 (RFID)。无接触式卡从交通“智能卡时代”开始就被选择。随着系统成熟并被世界各地的交通系统认可，硬件方面几乎没有发生技术变化。智能卡系统的软件可以更容易地更改，因为该系统主要是基于计算机的。八达通现在不仅可以在交通中使用，还可以用于自动售货机、便利店和停车计时器。更广泛的使用范围是智能卡系统软件进步的结果。智能卡自动支付系统的发展使交通系统能够更加灵活地提供车票选择。

生命周期分析 - S 曲线

生命周期分析模型用于识别出生、增长和成熟阶段。状态 (S)，或自变量，是累计的全球智能卡出货量（百万计）。交通运输的全球年度智能卡出货量由智能卡联盟提供。累计的智能卡出货量很可能高估了目前实际使用的交通智能卡数量，因为一些为交通运输而生产的智能卡出货量没有用于城市交通。由于丢失和损坏而造成的更换卡也计入总出货量。预测出货量是根据以下三参数逻辑函数计算的

$S(t)=K/[1+e^{(-b(t-t_{0})}]$

其中

S(t) 是状态度量（百万智能卡）

t 是时间（年）

t0 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）

K 是饱和状态水平

b 是系数。

需要进行线性回归以确定系数 (b) 和拐点 (t0)，以便使用 S 曲线方程。这是通过以下方程完成的
$Y=\ln \left({\cfrac {S(t)}{(K-S(t))}}\right)=bt-bt_{0}$

表 2：数据分析结果摘录。

年份	实际出货量（百万）	变化率	预测出货量（百万）
1999	40	n/a	44
2000	50	25%	63
2001	77	54%	90
2002	137	78%	128
2003	187	36%	180
2004	247	32%	250
2005	320	30%	340
2006	460	44%	451
2007	620	35%	582
2008	780	26%	727
2009	940	21%	877
2010	1005	7%	1021
2011	1085	8%	1152
2012	1220	12%	1263
2013	1380	13%	1352

交通运输的实际和预测全球智能卡出货量。

市场发展

早期市场发展

配备了 CharlieCard 读卡器的波士顿检票口

香港的八达通是世界上最早的智能卡系统之一。除了香港，首尔的智能卡系统和华盛顿特区也属于最早的大规模部署。早期采用者的成功经验为其他交通系统提供了范例。目前正在使用的智能卡系统大部分是在 2000 年代启动的。21 世纪第一个十年的前十年，全球智能卡出货量迅速增长。交通运输用途的全球出货量增长最快时期为 2005 年至 2008 年。交通智能卡最初的市场定位是交通工具种类繁多的高密度城市中心。公共交通方式份额比例高的城市很可能是智能卡的成功市场。复杂的交通系统是智能卡进入的良好市场，因为乘客从效率的提高中获益最大。该技术的增长得益于功能增强和功能发现。功能增强可以通过更好地服务现有市场来实现。更广泛的智能卡支付可用性增加了对智能卡的需求。智能卡的订阅也是一个“正反馈循环”。随着更高比例的人口使用智能卡支付，使用者的利益将会增加，因为基础设施很可能被修改以适应不断增长的用户数量。

出生阶段

智能卡的采用不需要对票价政策进行重大改变。每个交通系统的票价结构各不相同。地方交通政策对全球智能卡部署的增长影响相对较小。随着微芯片和射频技术成熟，交通系统利用了标准化和基础设施成本降低的优势。香港大规模的智能卡采用是多个交通运营商（以港铁公司为首）做出的决定。作为两个铁路系统之一，港铁公司与另外四家交通公司合作组建合资企业运营八达通。香港政府后来允许八达通将其市场扩展到交通公司以外。这种政策鼓励了智能卡在香港作为支付媒介的增长。

在技术诞生的初期，公共交通智能卡的增长速度相对缓慢。缓慢开局的主要原因是交通系统通常需要时间进行改变。交通管理者通常是风险厌恶者，这导致许多交通系统迟迟无法适应新技术。当时，磁条车票等长期存在的收费方式已经“锁定”。虽然一些交通系统不愿改变，但其他交通系统则决心成为交通技术领域的先锋。即使交通系统决定在票务收费基础设施方面向前迈进，也需要时间来筹集资金实施智能卡系统。大规模改造现有基础设施不可能在一夜之间完成。资金是技术初期增长缓慢的另一个因素。

增长阶段

伦敦电车站台上的 Oyster 卡读卡器。（注意现金和 Oyster 卡的不同票价）

全球公共交通智能卡的出货量从 2000 年代初开始起飞，并在 2005 年后增长更快。大多数交通系统在 2000 年至 2005 年间采用智能卡，主要集中在欧洲和亚洲。新加坡、东京、台北、巴黎和伦敦等早期采用者，在世纪之交推动了该技术的发展。智能卡联盟在推广该技术方面有组织的努力，证明了私营部门在实施增长中的作用。利用尖端的交通技术来提升全球竞争力和身份认同，得到了公共部门的大力支持（Nichols，2010 年）。

公共交通智能卡系统的增长期在整个十年中持续（参见表 1）。早期系统成功的经验吸引了更多城市实施智能卡支付系统。到 2000 年代后期，更多交通系统摆脱了“锁定”，并准备升级基础设施。资本成本的降低也鼓励了更多系统采用智能卡。保守的交通机构开始更加接受这项新技术，因为到 2000 年代后期，这项技术已在世界各地广泛应用。虽然交通管理者在获取最先进的技术方面几乎没有激励措施，但他们中的大多数不想落后于其他系统。北美城市开始效仿亚洲和欧洲城市，采用智能卡系统。除了华盛顿特区的 SmarTrip，明尼阿波利斯-圣保罗的 Go-To 和波士顿的 CharlieCard 是美国最早的智能卡系统。蒙特利尔是加拿大最古老的系统。由于大多数主要城市交通系统已经采用了这项技术，公共交通智能卡出货量的增长速度在 2000 年代末开始放缓。

成熟阶段

累计出货量表示全球智能卡持卡人数量。智能卡联盟提供全球智能卡年度出货量数据。全球分发数量加到已投入使用的智能卡数量。累计出货量数据略高于实际的公共交通智能卡持卡人数量，因为一些卡片是作为替换卡生产的。

全球智能卡出货量的年增长率在 2002 年达到峰值，超过 77%。除了 2005 年的轻微飙升，扩张速度稳步下降。该技术自 2010 年起进入成熟阶段，智能卡总出货量增加了约 8%。全球智能卡总数正在以递减的速度增长。许多潜在市场已经将智能卡作为交通支付方式。快速增长阶段发生在 2000 年代初，当时交通系统大规模引入了智能卡。由于大多数人在首次引入智能卡后不久就切换到新的支付方式，因此智能卡总出货量的增长必然会放缓。到 2010 年，大多数需要获得智能卡的人已经购买了智能卡。最近的智能卡出货量主要来自现有市场，而不是新市场。随着交通系统以外的更多企业开始接受智能卡支付，对智能卡的需求将继续增长。由于丢失和损坏造成的更换也为现有市场的稳定增长做出了贡献。虽然增长速度已经放缓，但智能卡总数在短期内不太可能达到最大值。

生命周期分析模型表明，市场饱和点为 16 亿张卡。大约一半的世界人口生活在城市，如今全球城市人口总数为 35 亿。公共交通智能卡的市场受到城市人口总数的限制。此外，一部分城市人口可能对智能卡的需求不强。在不断增长的城市居民中，经常使用公共交通工具且生活在大都市的乘客是智能卡的主要市场。扩展到交通以外的其他业务的策略将增加现有市场上的需求。扩大智能卡作为支付方式的可接受度和有效营销也可以增加对智能卡的需求。根据当前数据进行的生命周期分析表明，市场接近饱和。如果市场饱和点保持不变，智能卡总数将不会超过 16 亿。

公共交通智能卡的未来

智能卡总数可能会超过 16 亿。世界银行预测，发展中国家每月有 500 万人迁移到城市地区。城市人口增长和城市化率的提高都提高了市场饱和水平。随着城市不断扩张，智能卡总数不太可能在 16 亿张卡达到峰值并开始下降。智能卡和其他相关基础设施的标准化和大规模生产，使发展中国家的更多城市能够负担得起这项技术。公共交通智能卡已进入成熟阶段，但由于其主要市场在增长，成熟阶段不会在短期内结束。

为了更好地服务于当今和未来的需求，公共交通智能卡系统应该重新设计，允许乘客使用一张卡在不同交通系统之间通行。随着智能卡的功能从简单的储值交通票发展到广为接受的支付媒介，智能卡越来越像借记卡或信用卡。智能卡系统的进一步发展可能会允许乘客使用他们的借记卡或信用卡。配备微芯片的信用卡已经开发出来，目前在世界的一些地区使用。交通系统内的智能卡读卡器可以直接从乘客的信用卡中扣款。非接触式智能卡提供的快速交易目前尚无法用于信用卡用户。与信用卡不同，公共交通智能卡并非普遍接受作为交换媒介。结合公共交通智能卡和信用卡的优点，为该技术的改造提供了机会。这种改造的潜在问题是交易成本可能会增加。消费者可能不愿意让银行参与他们的交通支付。重新设计智能卡的一个可行的选择是在交通系统之间创建一个集成支付系统。在一个集成系统下，旅行者可以在另一个城市旅行时使用来自他们家乡城市的同一张智能卡。通用公共交通智能卡为经常进行城际旅行的旅客提供了更多省时和便捷的服务。

结论

与任何类型的交通方式和技术一样，公共交通智能卡也经历了一个生命周期（诞生、增长、成熟和衰退）。S 型曲线模型在预测智能卡出货量方面的准确性表明，公共交通智能卡遵循了技术生命周期的轨迹。作为一项相对较新的技术，公共交通智能卡从诞生到成熟只用了很短的时间。计算机和软件技术的生命周期通常比交通技术更短。在公共交通智能卡中广泛使用信息技术，有助于部署速度的加快。