城市軌道交通專用讀寫器測試方法

韓建明袁群兵張 寧何鐵軍

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司運營分公司，江蘇蘇州 215006；2.東南大學智能運輸系統研究中心，南京 210018）

城市軌道交通專用讀寫器測試方法

韓建明1袁群兵2張 寧2何鐵軍2

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司運營分公司，江蘇蘇州 215006；2.東南大學智能運輸系統研究中心，南京 210018）

為規避城市軌道交通自動售檢票系統在運營過程中由于讀寫器質量問題產生的運營風險，保證運營水平及運營效益，提出讀寫器測試方法。對軌道交通專用讀寫器特點進行分析，確定測試方案，分析軌道交通專用讀寫器在實際運營環境的通用、功能需求及兼容性需求等技術要求，并針對技術要求提出詳細測試方法。此測試方法完整可靠，可保證讀寫器性能、功能滿足軌道交通的運營需求。

城市軌道交通；自動售檢票；讀寫器；技術要求；測試方法

軌道交通自動售檢票（Automatic Fare Collection，AFC）系統是軌道交通運營管理的核心，直接服務于乘客，在為乘客提供自動售檢票服務的同時，也為軌道交通運營公司的科學管理提供可靠數據［1］。

AFC系統讀寫模塊應用射頻識別（Radio Frequency Identification ，RFID）技術，一個RFID應用系統一般由3部分組成：讀寫器、標簽和應用軟件［2］。在軌道交通AFC系統中，讀寫器、票卡、票卡處理軟件一起組成RFID應用系統。其中，讀寫器作為重要部件，被廣泛應用于閘機、自動售票機、半自動售票機、自助充值機和自助查詢機中，實現對票卡的讀寫。按照工作模式來劃分，AFC行業內采用讀寫器分為傳統讀寫器和城市軌道交通專用讀寫器。傳統讀寫器指將票卡處理程序部署上位機中，由上位機控制讀寫器對票卡進行操作。而專用讀寫器將票卡處理流程統一部署于讀寫器內部，由讀寫器獨立完成票卡處理業務，讀寫器只接受票卡處理命令并返回票卡處理結果。專用讀寫器在網絡化運營過程中表現優異，已被業內廣泛接受和采用。

由于軌道交通建設周期長、工程量大等特點，不同線路中AFC系統往往選擇不同的系統集成商和設備供應商，產品質量、特點良莠不齊。對于運營單位而言，為了規避風險，保證運營水平及運營效益，有必要在設備投入運營使用前進行完整可靠性的測試。蘇州軌道交通運行線路采用的均為專用讀寫器，本文主要對城市軌道交通占用讀寫器測試方法及流程進行研究。

1 測試方案分析

對讀寫器進行測試的目的在于讀寫器能夠按照要求正常運營，保障地鐵運營服務水平及乘客利益。根據軌道交通運營特點，在系統商和設備供應商提供的讀寫器設備入庫及正式使用之前，業主需按照技術要求對讀寫器性能、功能及兼容性進行全面檢查或測試。具體測試流程如圖1所示。

圖1　測試流程

2 讀寫器技術要求

2.1性能要求

軌道交通專用讀寫器必須具有長時間正常工作在城市軌道交通運營環境下的能力。

針對專用讀寫器的工作環境與城市軌道交通所采用票卡的特點，分析研究專用讀寫器應當具備的相關性能主要有3點：首先，讀寫器和票卡應具有良好匹配的天線品質因素和工作頻率，保證乘客所持非接觸車票以任何角度、滑動速度進入有效讀寫區域，均可安全高效的完成讀寫操作。其次，讀寫器應采用嵌入式安裝，其安裝位置及外形應與承載設備的整體設計相協調，最大限度地方便乘客和操作員使用。且其表面應光滑無毛邊，不能對使用人員造成傷害。讀寫器應結構緊湊，能夠耐受地鐵環境下的溫度、濕度、震動、電磁干擾，手機、列車等電子電氣設備的使用應不能對其造成影響。再次，讀寫器應保證讀寫操作的可靠性，避免掉電、車票劃動不當等情況造成數據丟失、票卡損壞等現象。

由于讀寫器設備是一個完全獨立的模塊，為了方便拆除與更換模塊所有相似零部件具有充分的可互換性。所有批量生產的設備、零部件和元器件均是標準產品。設備具有短路保護，包括電源內部的保護。生產通用集成讀寫器設備所需的連接器、端子排等配件，配件采用知名品牌、市場占有率高的產品。通用集成讀寫器中配備的電纜外護套都是采用絕緣、低煙、無鹵、阻燃的材料。

2.2功能需求

讀寫器的功能需求主要包括與上位機之間的通信需求及軌道交通中的各類票務處理功能。為了保證不同設備之間通信方便，讀寫器與上位機之間須采用標準接口進行通信。軌道交通票務處理功能由置于讀寫器內部的票卡交易處理軟件實現，是讀寫器的核心功能，軟件平臺結構如圖2所示。軌道交通票卡種類復雜多樣，以蘇州為例，軟件程序處理的主要票卡包括單程票、儲值CPU票卡、蘇州通卡和一卡通等。票卡交易處理軟件需實現的票卡操作有：初始化、預賦值、預賦值票繳銷、售票、進站、出站、退票、票查詢、更新、注銷、重編碼、鎖卡等。且由于票務處理在運營過程中經常發生變動（如票卡介質的更新、票卡結構的變動、票卡業務規則的變動、票卡使用范圍的變動），需要對票卡交易處理軟件及票務處理流程進行升級更新，讀寫器應采用標準函數接口，實現程序升級過程中的平滑過渡，可極大降低對AFC系統正常運營和管理的影響。

圖2　讀寫器軟件平臺

2.3兼容性需求

城市軌道交通進入網絡化運營后，不同線路的AFC系統往往會由不同的承包商承擔建設任務，選用不同廠商提供的設備，在兼容性上存在隱患。如何保證新線路設備與原有線路設備的兼容性，對原有線路的運營狀況及AFC系統的升級成本至關重要。

讀寫器兼容性需求是指待測試讀寫器須與在線運營讀寫器實現產品級兼容，具有協同工作能力。既可有效防止供應商形成技術壟斷，又可降低系統的建設、維護和升級成本。

3 讀寫器測試流程

3.1性能測試

專用讀寫器性能測試主要包括兩大項：電磁兼容性測試與環境可靠性測試。測試依據為《集成電路（IC）卡讀寫機通用規范》（GB/T 18239-2000）、《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》（GB 92542008）、《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》（GB/T 17618-1998）等國家相關標準。測試目的在于測試其是否具備所宣稱實現功能的性能基礎。

電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）測試，是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。任何一個系統，要使其在整個壽命期內都能達到設計指標、完成既定使命，必須完成電磁兼容性設計［3］。針對AFC系統下讀寫器工作環境，讀寫器電磁兼容性測試應包括：電源端子騷擾電壓、30～1 000 MHz輻射騷擾靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、連續波輻射騷擾抗擾度、連續波傳導騷擾抗擾度、工頻磁場抗擾度、浪涌抗擾度、電壓暫降和短時中斷抗擾度。由于測試環境搭建問題，這些項目均需由設備供應商通過權威部門進行檢測并提供檢測報告。

環境可靠性是指產品在規定條件下及規定時間內完成規定功能的穩定程度。電子產品可靠性試驗是對產品的可靠性進行調查、分析和評價的一種手段，其原理是模擬現場工作條件和環境條件，將各種工作模式及各種應力按照一定的時間比例、循環次序反復施加到產品上，并對測試結果進行分析處理［4］。通常環境可靠性試驗分為3類：力學環境試驗、氣候環境試驗和綜合環境試驗。針對AFC系統專用讀寫器的工作環境，讀寫器環境可靠性測試應包括低溫試驗、高溫試驗、恒定濕熱試驗、振動試驗、沖擊試驗、碰撞試驗等。具體測試內容如表1所示。

3.2功能測試

對讀寫器的功能測試主要包括通信功能測試、票務處理功能測試。從測試流程上，又可分為讀寫器硬件測試和軟件測試兩部分。

讀寫器硬件測試內容包括系統上電測試、電源適應性測試、電源紋波、電壓反接保護、SD卡可寫分區文件系統的穩定性、數據串口測試等。目的在于測試讀寫器在正常工作、重負荷及長時間工作等不同條件下的穩定性、可靠性。讀寫器硬件測試內容如表2所示。

軌道交通線網AFC系統票卡處理流程十分復雜，且票種多樣，為能夠對讀寫器系統快速定位和檢測設備兼容性，需專門搭建測試平臺，開發專用測試軟件。蘇州地鐵已經成功搭建這種測試平臺，此平臺提供一組測試工具，用以測試讀寫器的可靠性，以及實現對底層庫與設備性能的測試，以此來驗證讀寫器設備性能和兼容性。并模擬設備對讀寫器發送指令，大部分的讀寫器指令已在該測試程序中得到驗證，平臺結構如圖3所示。

表1　讀寫器環境可靠性測試項目

完成測試平臺搭建后，即可在進出站閘機、BOM終端上掛載待測試讀寫器，進行一段時間穩定運營，對票務處理流程的準確性進行測試。蘇州軌道交通AFC系統讀寫器軟件功能測試驗證內容如表3所示。

3.3兼容性測試

兼容性又稱互操作性。雖然產品設計生產過程中，標準本身提供對互操作性的支持，但在實現過程中，對標準理解不一致可使不同廠商的產品間喪失互操作能力，因此對設備進行兼容性測試十分重要［5］。

讀寫器兼容性測試分3階段進行。第一階段：待測讀寫器硬件兼容性測試，采用將運營線路票卡交易處理軟件置于待測試讀寫器內部，進行讀寫器硬件測試，并記錄測試情況；第二階段：待測讀寫器軟件兼容性測試，將待測試軟件置于運營線路讀寫器內，繼續進行軟件功能測試并記錄，一段時間穩定運營后，調出軌道交通清分中心數據對測試結果進行驗證；第三階段：待測讀寫器整體測試，將待測讀寫器直接掛載在運行線路AFC系統終端設備上，進行線上運營測試，并保證測試讀寫器的工作量，一段時間穩定運營后，記錄運營過程中產生的問題，并調出清分中心數據進行對比分析。

表2　讀寫器硬件測試項目

表3　讀寫器軟件測試內容

4 結語

通過對城市軌道交通專用讀寫器的特點進行分析，提出讀寫器的測試方法。根據城市軌道交通AFC系統的運營管理特點，對讀寫器的各項性能及功能實現性提出要求，并闡明讀寫器電磁兼容性與環境可靠性、硬件與兼容性、軟件功能與兼容性等相關測試的必要性。各項測試結果滿足國家相關標準，保證測試產品的可靠性，規避讀寫器投入運營后可能產生的風險。

［1］何鐵軍，宋亞娜，王健，等.AFC業務內置型讀寫器研究與應用［J］.都市快軌交通，2011（1）：104-108.

［2］張暉，王東輝.RFID技術及其應用的研究［J］.微計算機信息，2007，23（11）：252-254.

［3］賈翠霞.電子信息系統電磁兼容性測試研究［J］.電子科學技術評論，2005（2）：33-36.

［4］劉宏.電子產品的可靠性試驗［J］.電子測試，2007（2）：95-98.

［5］徐天奇，尹項根，游大海，等.兼容IEC61850標準的智能電子設備測試［J］.電力自動化設備，2009，29（3）：132-137.

In order to avoid potential risks in the operation of AFC system due to any quality problem of the reader-writer， and guarantee the operational performance and effi ciency， the paper puts forward the readerwriter testing method and testing plan based on the analysis of its characteriscs， general requirements in practical application， functional requirements and compatible requirements. The testing method is reliable and can ensure that the functions and performances of the reader-writer meet the demands of rail transit.

urban rail transit； AFC； reader-writer； technical requirement； testing method

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.04.016

蘇州市軌道交通專項研究項目（szgdky2013002）

2016-03-28）