刘恩军

基于虚拟卡的新型校园一卡通系统

刘恩军

（齐齐哈尔大学 网络信息中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

：高校信息化建设的迅速发展，推动了高校建设由数字化校园向智慧化校园迈进。虚拟校园卡技术作为新型智慧校园的重要组成部分，具有传统校园一卡通系统无法比拟的优势。对齐齐哈尔大学校园一卡通系统建设进行了研究，介绍了一卡通系统近几年来的技术发展与应用功能变化；从系统软硬件部署、身份认证数据对接、功能应用等进行了全面阐释；在实际应用中验证了虚拟校园一卡通系统具有更高安全性、扩展能力更强、使用更加便捷，丰富的移动应用功能为用户提供了智能化的应用体验。该系统具有较高的实用性，适宜在高校信息化建设中推广。

一卡通；虚拟卡；电子账户；移动支付

随着移动互联网技术的发展和移动终端设备的使用，“一卡通”已经不再局限于实体校园卡，一卡通虚拟化即去卡化（或弱卡化）已成趋势。“虚拟校园卡”，是代表用户账户（或身份）的一个手机端应用。它使得用户在不携带实体校园卡的情况下，通过移动手机端亦可进行校园内的小额支付和身份认证功能。

虚拟校园一卡通系统是指校园一卡通系统中所有涉及“无卡化”的应用场景，师生除了使用实体校园卡外，还可以使用手机识别、生物特征识别等技术，完成消费交易移动支付、身份识别等业务。虚拟卡新型校园一卡通系统借助4G技术、聚合支付技术、生物特征识别技术、智能手机设备、校园APP等工具，提供满足校园个性管理、全业务场景覆盖的全新的解决方案，让师生在校园内工作、学习和生活真正有智能化的服务体验，真正实现了“一卡在手，走遍校园”向“一机在手，全程无忧”的智能化应用迈进，虚拟卡取代部分实体卡功能，服务场景从单一的线下服务向线上服务转移。

齐齐哈尔大学在已建成校园一卡通系统的基础上，已于2019年开始建设虚拟卡新型校园一卡通系统。虚拟卡新型校园一卡通系统是现有一卡通系统的服务延伸，是在现有校园卡的基础上实现的电子形态，提供基于手机移动端的一卡通服务。

1 虚拟校园卡

虽然实体校园卡性能稳定，交易迅速快捷，在师生日常使用中深受好评，但随着校园卡应用的普及推广，实体卡也暴露出了一些问题：

（1）实体卡的成本问题。主要包括制卡成本和人力成本，因为校园内一卡通应用场景较多，师生对校园卡的依赖程度较高，一旦校园卡丢失或损坏就需要及时补办。如齐齐哈尔大学近3万名师生，每年补卡量在1万张左右，给师生带来了不必要的经济损失，给制卡中心工作人员带来极大工作压力。

（2）实体卡使用过程中用户体验性较差。用户现金充值不便，用户要到指定窗口办理充值业务，因为现金充值窗口有限，造成校园卡现金充值窗口经常出现排队现象，给师生带来很多不便。

（3）线上充值后写卡不便。在2018年5月，齐齐哈尔大学首次推出了通过支付宝或微信给校园卡充值，这一措施揭开实体卡向虚拟校园卡的序幕，但是当时因为校园一卡通系统平台和硬件设备没有升级到新平台，所以，当时线上充值后需要到指定的具有领款功能的领款机上领取才能实现充值金额写卡，造成许多场景使用不便。

由此可见，为了解决师生在使用校园卡过程中的诸多不便，推出一种全新的校园卡系统—虚拟校园卡系统来完善实体校园卡的不足已成大势所趋。

随着移动互联技术、云计算、物联网和智能终端等的发展，一种相对于传统校园卡更智能化、便捷化以移动智能终端作为支付载体应运而生—虚拟校园卡，它是集校内各种消费电子支付和身份认证等功能为一体的电子校园卡。随着通信技术的发展，虚拟校园卡经历了不同的发展阶段。在早期，借助 NFC（Near Field Communication）技术，通信运营商推出具有NFC功能的SIM卡[1-3]。通过对NFC-SIM卡进行加密即可获得一张手机空白卡。在此基础上，将学校一卡通系统中的一个账户写入NFC-SIM空白卡中可得到NFC虚拟校园卡。当手机与读卡设备靠近时，可实现读卡、身份认证和支付等功能。尽管NFC安全程度高、支持离线刷卡，但NFC技术仍存在很多问题，如仅支持部分手机品牌型号、不同厂商NFC-SIM卡之间还存在兼容性问题等。因此，NFC手机校园卡一直未在学校中广泛推广[4]。而虚拟校园卡因为其载体—移动智能终端的普及成为了未来校园电子支付和身份认证的必然趋势。

2 虚拟校园卡系统的建设

2.1 软硬件部署

虚拟校园卡系统分为：服务器部署、网络部署、网络信息安全防护和POS终端部署。

（1）服务器部署。核心数据库服务器采用oracle一体机部署，IP地址为内网地址。三台服务器集群作为物联网服务器，方便一卡通设备的快速接入和管理。两台服务器集群作为虚拟卡服务器，提供校园虚拟卡服务。一台是中间服务器，用于校内师生使用虚拟校园卡时与云端服务的数据交换服务。云端部分部署有校园卡用户信息，还承担了用户线上充值、用户身份认证和电子交易等功能。

（2）网络部署。学校全新部署的支持虚拟卡技术的POS机都采用的是TCP/IP协议。为了将POS终端接入校园网，学校网络管理员为学校一卡通消费终端和门禁认证等一卡通终端设备单独划分了VLAN，并分配了固定的独立IP地址。在网络防火墙进行了内外网访问的逻辑隔离。对内网仅一卡通应用内IP可以互相访问，其他隔离。对外网是不允许直接访问一卡通内网的终端设备。

（3）POS终端部署。根据新型POS机的安装要求，学校重新进行综合布线，系统工程师根据工作计划和各个场所的经营时间，在不影响使用的前提下，逐步完成POS终端的网络接入、配置和激活工作。

虚拟校园卡系统整体部署图如图1所示。

2.2 身份数据对接

校园一卡通系统有着丰富的用户数据信息，为了构建虚拟校园卡的建设，其中几个关键字段是必须要同步对接完成的，那就是用户的姓名、身份证号、校园卡号、手机号及有效期等。以校园一卡通数据与支付宝数据对接为例，支付宝用户数据一般主要包括姓名和身份证号等关键信息。为了解决校园一卡通身份数据与云端支付宝数据身份对接，本校在基于校园一卡通平台的基础上设计了一卡通前置平台完成身份数据对接全过程的实现。在身份数据对接中，我们采用的是WebService技术，数据传输采用的是HTTP协议，关键字段采用校园卡号。校园一卡通本地数据与云端服务器数据通过校园卡号做出关联，并完成身份绑定。当云端服务器需要获取校园一卡通本地数据时，云端服务器会通过WebService前置向校园一卡通服务器发出数据访问请求，学校一卡通服务器接到请求后，调用相应参数，执行相应的程序，执行结果反馈给云端服务器。这种通过对外访问的接口方式，保证了云端服务器只有在数据更新时才发出数据更新访问申请，提高了数据的利用率和安全性。

3 系统应用

3.1 电子支付

虚拟卡校园一卡通系统的建设完成，师生逐渐习惯于这种新兴的消费模式，拿着手机就可以在校园内的消费场所就可以完成日常消费了，不再因为没有带实体校园卡而不能吃饭的问题。师生在操作虚拟卡校园卡上，也非常的简单便捷。以食堂消费为例，师生到食堂消费时，根据自己的喜好选择饭菜后，食堂工作人员通过多媒体POS机上键盘输入消费金额，师生只需要打开完美校园APP支付宝付款码（如图2所示）或者直接打开支付宝付款码对准POS机的扫码头，POS机便会自动完成身份识别和消费扣费，并将消费结果上传到云端服务器，同时云端服务器还会通过学校的一卡通前置服务器将对应的消费流水反馈给学校一卡通应用服务器。所有的交易流水都是可呈现和可追踪的。

图1 虚拟校园卡系统整体部署图

3.2 身份识别

虚拟校园卡除了在学校餐厅、超市、开水和洗浴等消费场所具有强大的电子支付功能外，由虚拟校园卡生成的健康出入二维码在学校大门的出入管理中还承担着身份识别的强大功能。以学校2020年因新冠肺炎疫情而设计开发的完美校园健康出入证为例，介绍其强大的身份识别功能。师生如需要进入校园，首先要完成健康出入证的认证，就是将师生的基本信息（包括姓名、部门和照片等）登记后上传到云端完成认证，成功认证后便可以使用健康出入证了。师生使用健康出入证有两种方式：一种方式是师生可以来到学校进出口，通过手机完美校园APP扫一扫扫大门出入口粘贴的纸质二维码；另一种方式是师生可以提前在到校2小时通过手机完美校园APP健康出入证预约生成健康出入证二维码。两种方式验证通过后，均会反馈给师生手机完美校园APP上，生成绿码（允许进校人员）或红码（不允许进校人员），门卫查验员查验后决定是否放行。据师生们反应，虚拟校园卡的出现减少了校外人员随便进入校园的情况，在一定程度上增加了校园的安全性。健康出入证效果图如图3所示。

图2 完美校园APP支付宝付款页面

3.3 拓展应用

随着基于虚拟校园卡开发的APP功能的不断增加，广大师生已经在校园生活当中习惯于这款APP带来的便利。针对2020年出现的新冠肺炎疫情，为了便于学校精准防控的需要，在虚拟校园卡APP里面新开发了健康打卡、健康出入证、健康预约、故障报修等模块，通过对健康打卡数据进行分析，生成学校健康台账，为学校疫情防控领导小组进行全面的分析决策提供了完整的数据保障。通过对日常健康出入的数据分析，为学校领导精准掌握校园出入情况提供科学的数据依据，从而对校园大门管理采取科学的管控措施。通过对基于虚拟校园卡系统产生的流水数据深度的挖掘和分析，从而为学校提供有价值的数据信息，为领导决策提供数据支撑。

图3 健康出入证效果图

4 结束语

基于虚拟卡新型校园一卡通系统应用以来，虚拟校园卡的使用深受广大师生的好评。从软硬件部署上看，采用物联网技术，具有快速组网的优势，很好地解决了设备更新换代问题。在系统扩展上，很好地兼容了原系统，节约了系统应用成本。身份对接技术采用WebService接口技术，具有满足不同语言之间相互调用的特点。虚拟卡新型校园一卡通系统在齐齐哈尔大学实际应用中，功能丰富，系统稳定，实用性强。同时虚拟卡新型校园一卡通系统也存在一些问题：由于手机不适宜用在环境潮湿的淋浴场所使用，所以虚拟卡还不能完全脱离实体卡而单独存在。另外，虚拟校园卡在使用中，需要实时与云端进行信息核对验证，这就必然要求学校的网络必须稳定和通畅，以利于虚拟校园卡电子支付或身份识别的顺利完成。虽然虚拟校园卡在实际使用中还存在很多局限和不足，但随着移动互联技术、物联网技术和电子支付技术的不断发展，我国高校智慧校园建设的不断完善，虚拟校园卡在实际使用过程中存在的若干缺点将一一被解决，其发展将会日趋完善，前景十分光明[5]。

[1] 吴宇婷. 基于NFC技术的校园手机一卡通系统设计及应用[J]. 数字技术与应用，2017(04): 76.

[2] 冯乐. 基于NFC技术的校园一卡通系统的手机APP设计与应用[J]. 价值工程，2015, 34(33): 72-74.

[3] 郭松柏. 基于NFC移动终端的智慧校园体系架构研究[J]. 中国现代教育装备，2017(14): 14-15.

[4] 邱凯. 虚拟校园卡在高校中的应用探索[J]. 计算机产品与流通，2018 (04): 183-185.

[5] 牟杨. 高校虚拟校园卡取代校园一卡通的趋势分析与展望[J]. 网络安全技术与应用，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

刘恩军（1971-），男，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，本科，主要从事网络应用、网络安全和一卡通应用研究，liu@qqhru.edu.cn。

TP393

A

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