交通部署案例集/智慧卡生命週期

簡介

香港巴士上安裝的八達通卡讀卡器。該城市公共交通使用率高，為智慧卡提供了早期市場利基。

世界各地的交通系統已採用非接觸式智慧卡作為票務發行媒介。智慧卡在私營和公共部門中被廣泛使用。智慧卡最常見的部署領域包括教育、醫療保健、金融、電信和交通部門。與之前的票務系統相比，自動收費系統和智慧卡的使用具有許多優勢。這些系統因其為乘客提供的快速、便捷的訪問，以及降低的運營成本和提高的效率而被世界各地的交通系統廣泛採用 。

交通乘客和運營商常用的非接觸式智慧卡是積體電路 (IC) 卡，內部帶有嵌入式微控制器和內部儲存器。智慧卡中的計算機晶片使它們能夠儲存大量資料，執行其自身的卡上功能並與智慧卡讀卡器智慧互動 。交通智慧卡無需與讀卡器直接接觸。乘客只需將卡片靠近讀卡器即可。讀卡器和卡片使用無線電頻率 (RF) 進行通訊。使用智慧卡可減少乘客在乘坐巴士或鐵路時的時間和精力。儲存價值的智慧卡消除了攜帶現金和在火車站排隊購買車票的需要。每位乘客的票價支付僅需大約一秒鐘，因此巴士的總體旅行時間也縮短了。

擁有龐大交通系統的城市是智慧卡的主要市場。發達國家城市對智慧卡的需求並不一定比發展中國家城市更高。智慧卡的實施在所有有人居住的大陸的城市中心都有發現。城市的人口和收入水平對智慧卡的市場潛力影響很小。歐洲和北美城市並不是最早採用智慧卡系統的城市。香港的八達通卡和首爾的 T-money 卡是 1990 年代推出的最早的智慧卡示例。大多數執行中的智慧卡系統是在 21 世紀的頭十年被採用的。智慧卡支付系統不僅存在於歐洲主要城市，也存在於較小的都市區。亞洲、非洲和拉丁美洲的許多城市中心的居民每天都使用智慧卡支付交通費用。智慧卡的主要市場是交通乘客流量很大的城市中心，特別是擁有多種交通方式的城市。智慧卡的應用為乘客提供了更無縫的乘車體驗，並使交通服務提供商能夠提供更廣泛的票價選擇。智慧卡自動收費系統收集的資料對於交通規劃非常有用。Utsunomiya 等人 (2006) 研究了芝加哥智慧卡收集資料在人口統計和旅行行為分析方面的益處。更強大的資料收集能力使交通機構能夠更好地預測旅行需求並評估票價政策 。更準確的資訊還使芝加哥交通局能夠識別獨特的細分市場並制定不同的目標市場策略。

選擇 Oyster 作為倫敦智慧卡的名稱是因為它與倫敦和泰晤士河的牡蠣有關，以及眾所周知的與旅行相關的習語“世界是你的牡蠣”。

表 1：城市中心智慧卡系統推出年份

大陸	城市	智慧卡	推出年份
北美	紐約	SmartLink	2007
北美	芝加哥	Ventura	2013 年（芝加哥卡於 2002 年推出）
北美	波士頓	CharlieCard	2006
北美	多倫多	Presto	2009
歐洲	倫敦	Oyster	2004
歐洲	巴黎	Navigo	2001
歐洲	布魯塞爾	Mobib	2008
亞洲	香港	八達通	1997
亞洲	首爾	T-money	1996
亞洲	東京	Suica	2001
亞洲	德里	More Card	2011
拉丁美洲	里約熱內盧	RioCard	2005
拉丁美洲	聖地亞哥	Bip!	2003
非洲	開羅	Gemplus	1997
非洲	開普敦	My Connect	2011

交通支付的演變

票價收取技術從現金袋和硬幣分配器發展到今天的自動化系統。直到 1980 年代初，巴士票價通常由售票員收取。雖然在美國的一些通勤鐵路中仍然由售票員出售車票，但運營商已在大多數巴士系統中承擔了收取票價的職責。現金、代幣、紙質車票、磁性車票、智慧卡、簽帳金融卡、信用卡和交通券都是票價支付媒介，它們具有不同程度的靈活性。現金作為一種支付媒介效率低下，因為它僅適用於單程票價選擇。代幣支援多程票價選項，但不能用作儲存價值車票。紙質車票可以作為單程票、多程票和定期票，但不能用作儲存價值車票。磁性車票的引入極大地提高了票價支付選項的靈活性。配備磁條的車票不僅具有現金、代幣和紙質車票的所有功能，還可以用作儲存價值車票 。自 1904 年以來，紐約地鐵乘客使用從車站工作人員處購買的代幣支付票價 。收費機被設計為僅識別代幣，而不是多種硬幣。由於使用代幣，票價上漲更容易實施。乘客還可以透過購買用於多次旅行的代幣來預付交通費用。代幣比其他型別的交通車票更麻煩，因此它們沒有被其他交通系統廣泛採用。紐約地鐵最終在 2003 年停止使用代幣。由於磁性車票具有更高的便攜性和靈活性，因此它們在美國和世界各地的交通系統中被廣泛採用。現代交通巴士配備了提供現金支付和磁條車票選項的票箱。圖 1 展示了美國巴士中常見的票箱。

溫哥華巴士票箱

重型鐵路交通的票價收取發展不同於巴士交通的票價收取發展。早在 1940 年代，倫敦地鐵就透過機器發行車票。乘客必須在站臺登上列車之前將車票出示給檢票員。 。檢票員後來被自動檢票閘門取代，但售票機至今仍在使用。

新加坡售票機

磁條的發明徹底改變了票價收取技術的開發。第二次世界大戰後，帶有磁條的車票在公共交通中得到廣泛部署。磁性車票的引入使驗證過程自動化。重型鐵路車站中隔離付費區域的檢票員被檢票閘門取代。與每次旅行相關的資訊儲存在磁條中，票價閘門處的讀卡器驗證乘客的車票。磁條車票的部署還使不同交通方式的票價整合成為可能。乘客可以在巴士和鐵路之間換乘時使用同一張車票，而無需重新購買車票。磁條儲存資訊的能力使交通機構能夠提供不同的產品或套餐，而不是僅提供單程票。倫敦的 Travelcard 被引入作為一種多式聯運車票。乘客仍然可以購買印在磁性車票上的 Travelcard。磁條在交通車票中的使用在世界各地的城市中得到了廣泛的標準化。由於標準化和相對較低的生產成本，磁條已經使用了幾十年，直到最近開發出智慧卡。

磁條的侷限性導致了積體電路卡（即智慧卡）在公共交通中的開發。磁條的主要缺點是儲存容量有限、耐用性差以及缺乏安全性。我們在磁條車票方面的經驗對智慧卡的開發至關重要，因為它展示了交通車票功能的可能性。磁性車票提供了一些靈活性，例如儲存價值車票和多模式互換。智慧卡越來越受歡迎，因為它們以比磁性車票更好的方式執行相同的功能。儘管智慧卡正在取代磁條成為交通車票的首選技術，但票價收取模式在很大程度上將保持不變。智慧卡的實施不太可能改變我們支付交通費用的方式。更高的靈活性效率激發了對智慧卡應用的興趣。交通資訊系統日益計算機化也刺激了更高效的交通票務系統的可能性。磁條被用於多種車票，例如儲存價值票和月票。嵌入計算機晶片的智慧卡具有更大的儲存價值能力，這使乘客可以使用卡片更長時間而無需充值。智慧卡中更強大的技術還使交通票務能夠實現多功能。智慧卡可以是儲存價值票，也可以是特定交通方式的無限次乘車通行證。智慧卡系統的應用為世界各地的交通機構提供了前所未有的機會，可以分析網路效能和不同人口群體的交通需求 。

智慧卡從磁條票的“母邏輯”演變而來。在智慧卡出現之前，磁條用於儲存資料和驗證票價支付。磁條的標準化導致交通支付方式的變化很小。智慧卡基於先前方法的基礎，為交通票提供新的可能性。

智慧卡在交通系統中的發明和早期應用

智慧卡示意圖

將微晶片植入塑膠卡的概念最早由兩位德國發明家德斯洛夫和格魯特魯普於1968年提出。日本版智慧卡於1970年獲得專利。由於計算機和移動通訊技術的進步，智慧卡的使用在1990年代呈指數級增長。儘管智慧卡直到1990年代後期才在公共交通中使用，但德國從1992年開始使用智慧卡進行醫療保健。智慧卡在醫療保健、電信和金融領域的成功促使交通機構採用智慧卡自動支付系統。

計算機資訊系統的技術專長被引入現有的票價收取系統。香港的八達通卡是世界上最早的主要智慧卡系統之一。在八達通卡推出之前，兩個鐵路系統（現已合併）擁有獨立的票價支付系統。兩種系統都使用磁性車票，乘客需要從車站服務人員或售票機購買車票。兩個鐵路系統引入了通用儲值票，允許乘客使用一張車票在兩個系統之間互換出行。通用儲值票與八達通卡非常相似，八達通卡是香港第一張可以在所有交通模式下使用的通用車票。香港的交通公司鼓勵乘客使用八達通卡作為票價支付方式，並提供優惠價格。通用儲值票持有人必須更換他們的車票為八達通卡，或使他們的車票作廢，這促成了智慧卡的早期普及。香港每條巴士線路都有不同的票價。在八達通推出之前，乘客必須在登車前準備好準確的票價。八達通卡讀卡器的安裝使巴士登車更加方便，縮短了乘客的登車時間。

從以前的支付方式轉向八達通不需要對票價基礎設施進行重大改造。智慧卡讀卡器被新增到火車站的檢票口，以及巴士的票價箱旁。購買磁性車票搭乘火車和用現金搭乘巴士的選項仍然存在。智慧卡技術的硬體自推出以來基本保持不變，主要涉及將嵌入式微晶片嵌入塑膠卡和在讀卡器中使用射頻識別 (RFID)。無接觸式卡從交通“智慧卡時代”開始就被選擇。隨著系統成熟並被世界各地的交通系統認可，硬體方面幾乎沒有發生技術變化。智慧卡系統的軟體可以更容易地更改，因為該系統主要是基於計算機的。八達通現在不僅可以在交通中使用，還可以用於自動售貨機、便利店和停車計時器。更廣泛的使用範圍是智慧卡系統軟體進步的結果。智慧卡自動支付系統的發展使交通系統能夠更加靈活地提供車票選擇。

生命週期分析 - S 曲線

生命週期分析模型用於識別出生、增長和成熟階段。狀態 (S)，或自變數，是累計的全球智慧卡出貨量（百萬計）。交通運輸的全球年度智慧卡出貨量由智慧卡聯盟提供。累計的智慧卡出貨量很可能高估了目前實際使用的交通智慧卡數量，因為一些為交通運輸而生產的智慧卡出貨量沒有用於城市交通。由於丟失和損壞而造成的更換卡也計入總出貨量。預測出貨量是根據以下三引數邏輯函式計算的

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

其中

S(t) 是狀態度量（百萬智慧卡）

t 是時間（年）

t0 是拐點時間（達到 1/2 K 的年份）

K 是飽和狀態水平

b 是係數。

需要進行線性迴歸以確定係數 (b) 和拐點 (t0)，以便使用 S 曲線方程。這是透過以下方程完成的
$Y=\ln \left({\cfrac {S(t)}{(K-S(t))}}\right)=bt-bt_{0}$

表 2：資料分析結果摘錄。

年份	實際出貨量（百萬）	變化率	預測出貨量（百萬）
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

交通運輸的實際和預測全球智慧卡出貨量。

市場發展

早期市場發展

配備了 CharlieCard 讀卡器的波士頓檢票口

香港的八達通是世界上最早的智慧卡系統之一。除了香港，首爾的智慧卡系統和華盛頓特區也屬於最早的大規模部署。早期採用者的成功經驗為其他交通系統提供了範例。目前正在使用的智慧卡系統大部分是在 2000 年代啟動的。21 世紀第一個十年的前十年，全球智慧卡出貨量迅速增長。交通運輸用途的全球出貨量增長最快時期為 2005 年至 2008 年。交通智慧卡最初的市場定位是交通工具種類繁多的高密度城市中心。公共交通方式份額比例高的城市很可能是智慧卡的成功市場。複雜的交通系統是智慧卡進入的良好市場，因為乘客從效率的提高中獲益最大。該技術的增長得益於功能增強和功能發現。功能增強可以透過更好地服務現有市場來實現。更廣泛的智慧卡支付可用性增加了對智慧卡的需求。智慧卡的訂閱也是一個“正反饋迴圈”。隨著更高比例的人口使用智慧卡支付，使用者的利益將會增加，因為基礎設施很可能被修改以適應不斷增長的使用者數量。

出生階段

智慧卡的採用不需要對票價政策進行重大改變。每個交通系統的票價結構各不相同。地方交通政策對全球智慧卡部署的增長影響相對較小。隨著微晶片和射頻技術成熟，交通系統利用了標準化和基礎設施成本降低的優勢。香港大規模的智慧卡採用是多個交通運營商（以港鐵公司為首）做出的決定。作為兩個鐵路系統之一，港鐵公司與另外四家交通公司合作組建合資企業運營八達通。香港政府後來允許八達通將其市場擴充套件到交通公司以外。這種政策鼓勵了智慧卡在香港作為支付媒介的增長。

在技術誕生的初期，公共交通智慧卡的增長速度相對緩慢。緩慢開局的主要原因是交通系統通常需要時間進行改變。交通管理者通常是風險厭惡者，這導致許多交通系統遲遲無法適應新技術。當時，磁條車票等長期存在的收費方式已經“鎖定”。雖然一些交通系統不願改變，但其他交通系統則決心成為交通技術領域的先鋒。即使交通系統決定在票務收費基礎設施方面向前邁進，也需要時間來籌集資金實施智慧卡系統。大規模改造現有基礎設施不可能在一夜之間完成。資金是技術初期增長緩慢的另一個因素。

增長階段

倫敦電車站臺上的 Oyster 卡讀卡器。（注意現金和 Oyster 卡的不同票價）

全球公共交通智慧卡的出貨量從 2000 年代初開始起飛，並在 2005 年後增長更快。大多數交通系統在 2000 年至 2005 年間採用智慧卡，主要集中在歐洲和亞洲。新加坡、東京、臺北、巴黎和倫敦等早期採用者，在世紀之交推動了該技術的發展。智慧卡聯盟在推廣該技術方面有組織的努力，證明了私營部門在實施增長中的作用。利用尖端的交通技術來提升全球競爭力和身份認同，得到了公共部門的大力支援（Nichols，2010 年）。

公共交通智慧卡系統的增長期在整個十年中持續（參見表 1）。早期系統成功的經驗吸引了更多城市實施智慧卡支付系統。到 2000 年代後期，更多交通系統擺脫了“鎖定”，並準備升級基礎設施。資本成本的降低也鼓勵了更多系統採用智慧卡。保守的交通機構開始更加接受這項新技術，因為到 2000 年代後期，這項技術已在世界各地廣泛應用。雖然交通管理者在獲取最先進的技術方面幾乎沒有激勵措施，但他們中的大多數不想落後於其他系統。北美城市開始效仿亞洲和歐洲城市，採用智慧卡系統。除了華盛頓特區的 SmarTrip，明尼阿波利斯-聖保羅的 Go-To 和波士頓的 CharlieCard 是美國最早的智慧卡系統。蒙特利爾是加拿大最古老的系統。由於大多數主要城市交通系統已經採用了這項技術，公共交通智慧卡出貨量的增長速度在 2000 年代末開始放緩。

成熟階段

累計出貨量表示全球智慧卡持卡人數量。智慧卡聯盟提供全球智慧卡年度出貨量資料。全球分發數量加到已投入使用的智慧卡數量。累計出貨量資料略高於實際的公共交通智慧卡持卡人數量，因為一些卡片是作為替換卡生產的。

全球智慧卡出貨量的年增長率在 2002 年達到峰值，超過 77%。除了 2005 年的輕微飆升，擴張速度穩步下降。該技術自 2010 年起進入成熟階段，智慧卡總出貨量增加了約 8%。全球智慧卡總數正在以遞減的速度增長。許多潛在市場已經將智慧卡作為交通支付方式。快速增長階段發生在 2000 年代初，當時交通系統大規模引入了智慧卡。由於大多數人在首次引入智慧卡後不久就切換到新的支付方式，因此智慧卡總出貨量的增長必然會放緩。到 2010 年，大多數需要獲得智慧卡的人已經購買了智慧卡。最近的智慧卡出貨量主要來自現有市場，而不是新市場。隨著交通系統以外的更多企業開始接受智慧卡支付，對智慧卡的需求將繼續增長。由於丟失和損壞造成的更換也為現有市場的穩定增長做出了貢獻。雖然增長速度已經放緩，但智慧卡總數在短期內不太可能達到最大值。

生命週期分析模型表明，市場飽和點為 16 億張卡。大約一半的世界人口生活在城市，如今全球城市人口總數為 35 億。公共交通智慧卡的市場受到城市人口總數的限制。此外，一部分城市人口可能對智慧卡的需求不強。在不斷增長的城市居民中，經常使用公共交通工具且生活在大都市的乘客是智慧卡的主要市場。擴充套件到交通以外的其他業務的策略將增加現有市場上的需求。擴大智慧卡作為支付方式的可接受度和有效營銷也可以增加對智慧卡的需求。根據當前資料進行的生命週期分析表明，市場接近飽和。如果市場飽和點保持不變，智慧卡總數將不會超過 16 億。

公共交通智慧卡的未來

智慧卡總數可能會超過 16 億。世界銀行預測，發展中國家每月有 500 萬人遷移到城市地區。城市人口增長和城市化率的提高都提高了市場飽和水平。隨著城市不斷擴張，智慧卡總數不太可能在 16 億張卡達到峰值並開始下降。智慧卡和其他相關基礎設施的標準化和大規模生產，使發展中國家的更多城市能夠負擔得起這項技術。公共交通智慧卡已進入成熟階段，但由於其主要市場在增長，成熟階段不會在短期內結束。

為了更好地服務於當今和未來的需求，公共交通智慧卡系統應該重新設計，允許乘客使用一張卡在不同交通系統之間通行。隨著智慧卡的功能從簡單的儲值交通票發展到廣為接受的支付媒介，智慧卡越來越像簽帳金融卡或信用卡。智慧卡系統的進一步發展可能會允許乘客使用他們的簽帳金融卡或信用卡。配備微晶片的信用卡已經開發出來，目前在世界的一些地區使用。交通系統內的智慧卡讀卡器可以直接從乘客的信用卡中扣款。非接觸式智慧卡提供的快速交易目前尚無法用於信用卡使用者。與信用卡不同，公共交通智慧卡並非普遍接受作為交換媒介。結合公共交通智慧卡和信用卡的優點，為該技術的改造提供了機會。這種改造的潛在問題是交易成本可能會增加。消費者可能不願意讓銀行參與他們的交通支付。重新設計智慧卡的一個可行的選擇是在交通系統之間建立一個整合支付系統。在一個整合系統下，旅行者可以在另一個城市旅行時使用來自他們家鄉城市的同一張智慧卡。通用公共交通智慧卡為經常進行城際旅行的旅客提供了更多省時和便捷的服務。

結論

與任何型別的交通方式和技術一樣，公共交通智慧卡也經歷了一個生命週期（誕生、增長、成熟和衰退）。S 型曲線模型在預測智慧卡出貨量方面的準確性表明，公共交通智慧卡遵循了技術生命週期的軌跡。作為一項相對較新的技術，公共交通智慧卡從誕生到成熟只用了很短的時間。計算機和軟體技術的生命週期通常比交通技術更短。在公共交通智慧卡中廣泛使用資訊科技，有助於部署速度的加快。