劉恩軍

基于虛擬卡的新型校園一卡通系統(tǒng)

劉恩軍

（齊齊哈爾大學 網(wǎng)絡信息中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

：高校信息化建設的迅速發(fā)展，推動了高校建設由數(shù)字化校園向智慧化校園邁進。虛擬校園卡技術作為新型智慧校園的重要組成部分，具有傳統(tǒng)校園一卡通系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。對齊齊哈爾大學校園一卡通系統(tǒng)建設進行了研究，介紹了一卡通系統(tǒng)近幾年來的技術發(fā)展與應用功能變化；從系統(tǒng)軟硬件部署、身份認證數(shù)據(jù)對接、功能應用等進行了全面闡釋；在實際應用中驗證了虛擬校園一卡通系統(tǒng)具有更高安全性、擴展能力更強、使用更加便捷，豐富的移動應用功能為用戶提供了智能化的應用體驗。該系統(tǒng)具有較高的實用性，適宜在高校信息化建設中推廣。

一卡通；虛擬卡；電子賬戶；移動支付

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和移動終端設備的使用，“一卡通”已經(jīng)不再局限于實體校園卡，一卡通虛擬化即去卡化（或弱卡化）已成趨勢?！疤摂M校園卡”，是代表用戶賬戶（或身份）的一個手機端應用。它使得用戶在不攜帶實體校園卡的情況下，通過移動手機端亦可進行校園內(nèi)的小額支付和身份認證功能。

虛擬校園一卡通系統(tǒng)是指校園一卡通系統(tǒng)中所有涉及“無卡化”的應用場景，師生除了使用實體校園卡外，還可以使用手機識別、生物特征識別等技術，完成消費交易移動支付、身份識別等業(yè)務。虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)借助4G技術、聚合支付技術、生物特征識別技術、智能手機設備、校園APP等工具，提供滿足校園個性管理、全業(yè)務場景覆蓋的全新的解決方案，讓師生在校園內(nèi)工作、學習和生活真正有智能化的服務體驗，真正實現(xiàn)了“一卡在手，走遍校園”向“一機在手，全程無憂”的智能化應用邁進，虛擬卡取代部分實體卡功能，服務場景從單一的線下服務向線上服務轉(zhuǎn)移。

齊齊哈爾大學在已建成校園一卡通系統(tǒng)的基礎上，已于2019年開始建設虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)。虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)是現(xiàn)有一卡通系統(tǒng)的服務延伸，是在現(xiàn)有校園卡的基礎上實現(xiàn)的電子形態(tài)，提供基于手機移動端的一卡通服務。

1 虛擬校園卡

雖然實體校園卡性能穩(wěn)定，交易迅速快捷，在師生日常使用中深受好評，但隨著校園卡應用的普及推廣，實體卡也暴露出了一些問題：

（1）實體卡的成本問題。主要包括制卡成本和人力成本，因為校園內(nèi)一卡通應用場景較多，師生對校園卡的依賴程度較高，一旦校園卡丟失或損壞就需要及時補辦。如齊齊哈爾大學近3萬名師生，每年補卡量在1萬張左右，給師生帶來了不必要的經(jīng)濟損失，給制卡中心工作人員帶來極大工作壓力。

（2）實體卡使用過程中用戶體驗性較差。用戶現(xiàn)金充值不便，用戶要到指定窗口辦理充值業(yè)務，因為現(xiàn)金充值窗口有限，造成校園卡現(xiàn)金充值窗口經(jīng)常出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，給師生帶來很多不便。

（3）線上充值后寫卡不便。在2018年5月，齊齊哈爾大學首次推出了通過支付寶或微信給校園卡充值，這一措施揭開實體卡向虛擬校園卡的序幕，但是當時因為校園一卡通系統(tǒng)平臺和硬件設備沒有升級到新平臺，所以，當時線上充值后需要到指定的具有領款功能的領款機上領取才能實現(xiàn)充值金額寫卡，造成許多場景使用不便。

由此可見，為了解決師生在使用校園卡過程中的諸多不便，推出一種全新的校園卡系統(tǒng)—虛擬校園卡系統(tǒng)來完善實體校園卡的不足已成大勢所趨。

隨著移動互聯(lián)技術、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和智能終端等的發(fā)展，一種相對于傳統(tǒng)校園卡更智能化、便捷化以移動智能終端作為支付載體應運而生—虛擬校園卡，它是集校內(nèi)各種消費電子支付和身份認證等功能為一體的電子校園卡。隨著通信技術的發(fā)展，虛擬校園卡經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。在早期，借助 NFC（Near Field Communication）技術，通信運營商推出具有NFC功能的SIM卡[1-3]。通過對NFC-SIM卡進行加密即可獲得一張手機空白卡。在此基礎上，將學校一卡通系統(tǒng)中的一個賬戶寫入NFC-SIM空白卡中可得到NFC虛擬校園卡。當手機與讀卡設備靠近時，可實現(xiàn)讀卡、身份認證和支付等功能。盡管NFC安全程度高、支持離線刷卡，但NFC技術仍存在很多問題，如僅支持部分手機品牌型號、不同廠商NFC-SIM卡之間還存在兼容性問題等。因此，NFC手機校園卡一直未在學校中廣泛推廣[4]。而虛擬校園卡因為其載體—移動智能終端的普及成為了未來校園電子支付和身份認證的必然趨勢。

2 虛擬校園卡系統(tǒng)的建設

2.1 軟硬件部署

虛擬校園卡系統(tǒng)分為：服務器部署、網(wǎng)絡部署、網(wǎng)絡信息安全防護和POS終端部署。

（1）服務器部署。核心數(shù)據(jù)庫服務器采用oracle一體機部署，IP地址為內(nèi)網(wǎng)地址。三臺服務器集群作為物聯(lián)網(wǎng)服務器，方便一卡通設備的快速接入和管理。兩臺服務器集群作為虛擬卡服務器，提供校園虛擬卡服務。一臺是中間服務器，用于校內(nèi)師生使用虛擬校園卡時與云端服務的數(shù)據(jù)交換服務。云端部分部署有校園卡用戶信息，還承擔了用戶線上充值、用戶身份認證和電子交易等功能。

（2）網(wǎng)絡部署。學校全新部署的支持虛擬卡技術的POS機都采用的是TCP/IP協(xié)議。為了將POS終端接入校園網(wǎng)，學校網(wǎng)絡管理員為學校一卡通消費終端和門禁認證等一卡通終端設備單獨劃分了VLAN，并分配了固定的獨立IP地址。在網(wǎng)絡防火墻進行了內(nèi)外網(wǎng)訪問的邏輯隔離。對內(nèi)網(wǎng)僅一卡通應用內(nèi)IP可以互相訪問，其他隔離。對外網(wǎng)是不允許直接訪問一卡通內(nèi)網(wǎng)的終端設備。

（3）POS終端部署。根據(jù)新型POS機的安裝要求，學校重新進行綜合布線，系統(tǒng)工程師根據(jù)工作計劃和各個場所的經(jīng)營時間，在不影響使用的前提下，逐步完成POS終端的網(wǎng)絡接入、配置和激活工作。

虛擬校園卡系統(tǒng)整體部署圖如圖1所示。

2.2 身份數(shù)據(jù)對接

校園一卡通系統(tǒng)有著豐富的用戶數(shù)據(jù)信息，為了構建虛擬校園卡的建設，其中幾個關鍵字段是必須要同步對接完成的，那就是用戶的姓名、身份證號、校園卡號、手機號及有效期等。以校園一卡通數(shù)據(jù)與支付寶數(shù)據(jù)對接為例，支付寶用戶數(shù)據(jù)一般主要包括姓名和身份證號等關鍵信息。為了解決校園一卡通身份數(shù)據(jù)與云端支付寶數(shù)據(jù)身份對接，本校在基于校園一卡通平臺的基礎上設計了一卡通前置平臺完成身份數(shù)據(jù)對接全過程的實現(xiàn)。在身份數(shù)據(jù)對接中，我們采用的是WebService技術，數(shù)據(jù)傳輸采用的是HTTP協(xié)議，關鍵字段采用校園卡號。校園一卡通本地數(shù)據(jù)與云端服務器數(shù)據(jù)通過校園卡號做出關聯(lián)，并完成身份綁定。當云端服務器需要獲取校園一卡通本地數(shù)據(jù)時，云端服務器會通過WebService前置向校園一卡通服務器發(fā)出數(shù)據(jù)訪問請求，學校一卡通服務器接到請求后，調(diào)用相應參數(shù)，執(zhí)行相應的程序，執(zhí)行結果反饋給云端服務器。這種通過對外訪問的接口方式，保證了云端服務器只有在數(shù)據(jù)更新時才發(fā)出數(shù)據(jù)更新訪問申請，提高了數(shù)據(jù)的利用率和安全性。

3 系統(tǒng)應用

3.1 電子支付

虛擬卡校園一卡通系統(tǒng)的建設完成，師生逐漸習慣于這種新興的消費模式，拿著手機就可以在校園內(nèi)的消費場所就可以完成日常消費了，不再因為沒有帶實體校園卡而不能吃飯的問題。師生在操作虛擬卡校園卡上，也非常的簡單便捷。以食堂消費為例，師生到食堂消費時，根據(jù)自己的喜好選擇飯菜后，食堂工作人員通過多媒體POS機上鍵盤輸入消費金額，師生只需要打開完美校園APP支付寶付款碼（如圖2所示）或者直接打開支付寶付款碼對準POS機的掃碼頭，POS機便會自動完成身份識別和消費扣費，并將消費結果上傳到云端服務器，同時云端服務器還會通過學校的一卡通前置服務器將對應的消費流水反饋給學校一卡通應用服務器。所有的交易流水都是可呈現(xiàn)和可追蹤的。

圖1 虛擬校園卡系統(tǒng)整體部署圖

3.2 身份識別

虛擬校園卡除了在學校餐廳、超市、開水和洗浴等消費場所具有強大的電子支付功能外，由虛擬校園卡生成的健康出入二維碼在學校大門的出入管理中還承擔著身份識別的強大功能。以學校2020年因新冠肺炎疫情而設計開發(fā)的完美校園健康出入證為例，介紹其強大的身份識別功能。師生如需要進入校園，首先要完成健康出入證的認證，就是將師生的基本信息（包括姓名、部門和照片等）登記后上傳到云端完成認證，成功認證后便可以使用健康出入證了。師生使用健康出入證有兩種方式：一種方式是師生可以來到學校進出口，通過手機完美校園APP掃一掃掃大門出入口粘貼的紙質(zhì)二維碼；另一種方式是師生可以提前在到校2小時通過手機完美校園APP健康出入證預約生成健康出入證二維碼。兩種方式驗證通過后，均會反饋給師生手機完美校園APP上，生成綠碼（允許進校人員）或紅碼（不允許進校人員），門衛(wèi)查驗員查驗后決定是否放行。據(jù)師生們反應，虛擬校園卡的出現(xiàn)減少了校外人員隨便進入校園的情況，在一定程度上增加了校園的安全性。健康出入證效果圖如圖3所示。

圖2 完美校園APP支付寶付款頁面

3.3 拓展應用

隨著基于虛擬校園卡開發(fā)的APP功能的不斷增加，廣大師生已經(jīng)在校園生活當中習慣于這款APP帶來的便利。針對2020年出現(xiàn)的新冠肺炎疫情，為了便于學校精準防控的需要，在虛擬校園卡APP里面新開發(fā)了健康打卡、健康出入證、健康預約、故障報修等模塊，通過對健康打卡數(shù)據(jù)進行分析，生成學校健康臺賬，為學校疫情防控領導小組進行全面的分析決策提供了完整的數(shù)據(jù)保障。通過對日常健康出入的數(shù)據(jù)分析，為學校領導精準掌握校園出入情況提供科學的數(shù)據(jù)依據(jù)，從而對校園大門管理采取科學的管控措施。通過對基于虛擬校園卡系統(tǒng)產(chǎn)生的流水數(shù)據(jù)深度的挖掘和分析，從而為學校提供有價值的數(shù)據(jù)信息，為領導決策提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 健康出入證效果圖

4 結束語

基于虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)應用以來，虛擬校園卡的使用深受廣大師生的好評。從軟硬件部署上看，采用物聯(lián)網(wǎng)技術，具有快速組網(wǎng)的優(yōu)勢，很好地解決了設備更新?lián)Q代問題。在系統(tǒng)擴展上，很好地兼容了原系統(tǒng)，節(jié)約了系統(tǒng)應用成本。身份對接技術采用WebService接口技術，具有滿足不同語言之間相互調(diào)用的特點。虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)在齊齊哈爾大學實際應用中，功能豐富，系統(tǒng)穩(wěn)定，實用性強。同時虛擬卡新型校園一卡通系統(tǒng)也存在一些問題：由于手機不適宜用在環(huán)境潮濕的淋浴場所使用，所以虛擬卡還不能完全脫離實體卡而單獨存在。另外，虛擬校園卡在使用中，需要實時與云端進行信息核對驗證，這就必然要求學校的網(wǎng)絡必須穩(wěn)定和通暢，以利于虛擬校園卡電子支付或身份識別的順利完成。雖然虛擬校園卡在實際使用中還存在很多局限和不足，但隨著移動互聯(lián)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和電子支付技術的不斷發(fā)展，我國高校智慧校園建設的不斷完善，虛擬校園卡在實際使用過程中存在的若干缺點將一一被解決，其發(fā)展將會日趨完善，前景十分光明[5]。

[1] 吳宇婷. 基于NFC技術的校園手機一卡通系統(tǒng)設計及應用[J]. 數(shù)字技術與應用，2017(04): 76.

[2] 馮樂. 基于NFC技術的校園一卡通系統(tǒng)的手機APP設計與應用[J]. 價值工程，2015, 34(33): 72-74.

[3] 郭松柏. 基于NFC移動終端的智慧校園體系架構研究[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2017(14): 14-15.

[4] 邱凱. 虛擬校園卡在高校中的應用探索[J]. 計算機產(chǎn)品與流通，2018 (04): 183-185.

[5] 牟楊. 高校虛擬校園卡取代校園一卡通的趨勢分析與展望[J]. 網(wǎng)絡安全技術與應用，2017(03): 121-123.

Construction of new campus card based on virtual card

LIU En-jun

(Network Information Center, Qiqihar University, Heilongjiang Qiqihar 161006, China)

The rapid development of information construction in colleges and universities, it promotes the construction of Colleges and Universities from digital campus to intelligent campus. As an important part of the new smart campus, virtual campus card technology has incomparable advantages over the traditional campus card system. This paper summarizes the construction of Qiqihar University Campus Card System: introduces the technology development and application function changes of the card system in recent years; makes a comprehensive explanation from the system hardware and software deployment, identity authentication data docking, function application and so on; verifies that the virtual campus card system has higher security, stronger expansion ability and more convenient use in practical application With convenient and rich mobile application functions, it provides users with intelligent application experience. This paper has high practicability and is suitable to be popularized in the information construction of Colleges and Universities.

all in one card；virtual card；electronic account；mobile payment

2021-03-12

劉恩軍（1971-），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，本科，主要從事網(wǎng)絡應用、網(wǎng)絡安全和一卡通應用研究，liu@qqhru.edu.cn。

TP393

A

1007-984X(2021)05-0031-04