寧波軌道交通AFC系統(tǒng)讀寫器測試平臺設(shè)計

許錫偉，陳聰，沈義峰，馬世勇，蔡峰

(1.寧波軌道交通運營分公司，浙江寧波，315000；2.優(yōu)城（寧波）地鐵科技有限公司，浙江寧波，315000)

0 引言

自動售檢票（AFC）系統(tǒng)是城市軌道交通運營管理的核心系統(tǒng)，傳統(tǒng)AFC系統(tǒng)由5層架構(gòu)組成，其中最關(guān)鍵的核心設(shè)備是讀寫器[1]，廣泛應(yīng)用于自動售票機、自動檢票機、半自動售票機、自動查詢機等終端設(shè)備中，負(fù)責(zé)對車票進行讀寫和密鑰雙向認(rèn)證，完成相關(guān)票務(wù)處理流程。

寧波軌道交通目前營運的線路有3條，讀寫器的供貨商分屬不同集成商，硬件和軟件不統(tǒng)一，各線路讀寫器不能互換，且存在兼容性問題，導(dǎo)致新線開通接入和新票種、新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用升級改造時讀寫器兼容測試任務(wù)繁重，且存在備品備件成本和升級改造成本過高的問題。鑒于讀寫器的應(yīng)用現(xiàn)狀，按照《寧波軌道交通AFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，寧波軌道交通運營分公司自主研發(fā)全功能線網(wǎng)級智能讀寫器，在寧波軌道交通既有線路中實現(xiàn)兼容互換，統(tǒng)一票務(wù)處理TP軟件和讀寫器硬件平臺，在軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營過程中優(yōu)勢明顯。本文主要對寧波軌道交通自研的讀寫器測試方法和流程進行研究，并設(shè)計了寧波軌道交通AFC系統(tǒng)讀寫器的測試平臺。

1 寧波軌道票務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀

寧波軌道交通第一條地鐵線路于2014年5月30日開通試運營，使寧波成為自深圳、蘇州后，第3個擁有獨立地鐵系統(tǒng)的非省會城市。1號線開通時，寧波軌道交通應(yīng)用的票種有：單程票、預(yù)賦值票、單程紀(jì)念票、一日票、三日票、員工卡、臨時卡、施工卡、本站進出卡、計次紀(jì)念票、外服卡、月票、甬城通M1卡，甬城通CPU卡、市民卡（CPU卡）。

2015年5 月起，手機市民卡功能開通，其技術(shù)上采用NFC（近距離無線通訊）技術(shù)，實現(xiàn)手機刷閘的功能。

2016年5 月起，iTVM（互聯(lián)網(wǎng)購票機）在部分車站上線，支持手機移動端購票。

2018年2 月，交通部IC卡和銀聯(lián)ODA（即Offline Data Authentication，聯(lián)機交易的脫機認(rèn)證）支付上線，支持交通部標(biāo)準(zhǔn)的IC卡和銀聯(lián)手機PAY（蘋果、華為和三星特定型號手機）和具有銀聯(lián)標(biāo)識的信用卡刷卡過閘。

2018年6 月，寧波軌道互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)改造全線實現(xiàn)二維碼掃碼過閘，隨后上線微信乘車碼、支付寶乘車碼、銀聯(lián)云閃付乘車碼等功能，并且實現(xiàn)與上海、杭州等城市軌道二維碼互聯(lián)互通。

寧波軌道交通支持的票種國內(nèi)最全，涵蓋國內(nèi)軌道交通應(yīng)用的主流票種，在互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)的應(yīng)用上走在國內(nèi)同行的前列。

讀寫器需支持以上寧波軌道交通應(yīng)用的票種，并具有票務(wù)擴展升級的功能，以支持不斷更新的互聯(lián)網(wǎng)票務(wù)應(yīng)用。讀寫器的TP票務(wù)軟件，包括各票卡類處理模塊、日志記錄模塊、參數(shù)及軟件更新模塊等組成。考慮到寧波軌道運營的特性，對讀寫器性能及功能的測試內(nèi)容，測試平臺需對票務(wù)應(yīng)用內(nèi)容作針對性軟件開發(fā)，且需要友好的圖形交互界面，方便測試人員直觀分析測試數(shù)據(jù)。

2 讀寫器測試內(nèi)容

讀寫器測試平臺的主要功能是實現(xiàn)寧波軌道交通AFC系統(tǒng)讀寫器的第三方認(rèn)證測試、性能、功能測試和兼容性測試，其中功能測試包括通訊報文、票卡交易流程、TP軟件更新、參數(shù)下載更新等方面的測試。

■2.1 第三方認(rèn)證測試

讀寫器的第三方認(rèn)證測試主要包括兩大項：電磁兼容性測試和環(huán)境可靠性測試。寧波軌道自研的讀寫器通過了第三方實驗室的電磁兼容性測試（EMC測試），測試結(jié)果如表1所示。

表1 讀寫器EMC測試結(jié)果

讀寫器的環(huán)境可靠性測試，主要有低溫試驗、高溫試驗、高溫高濕環(huán)境試驗、恒定濕熱環(huán)境試驗、振動和沖擊試驗等。主要測試讀寫器在高低溫環(huán)境下的軟硬件性能，測試結(jié)果顯示自研的讀寫器能在-20℃-70℃環(huán)境溫度，相對濕度5%-95%不凝露的情況下穩(wěn)定可靠工作，不發(fā)生讀寫器死機現(xiàn)象。

此外自研的讀寫器還通過了第三方檢測中心的PBOC 3.0 認(rèn)證測試。PBOC 3.0 認(rèn)證指的是依據(jù)最新的《中國金融集成電路（IC）卡規(guī)范》（PBOC 3.0）的認(rèn)證測試，主要由Level 1非接觸IC卡支付終端通訊協(xié)議測試和Level 2非接觸IC卡支付終端應(yīng)用測試兩大項目組成。

■2.2 性能和功能測試

讀寫器性能和功能測試主要是硬件性能測試、基本功能測試、通訊報文測試、票卡交易流程測試和TP軟件更新、參數(shù)下載更新測試等內(nèi)容。從測試流程上看，又分為讀寫器的硬件測試和軟件測試兩大部分。

硬件測試包括讀寫器系統(tǒng)上電測試（包括系統(tǒng)啟動時間）、電源測試（包括DC9-24V電源適應(yīng)性、電源紋波、和短路、反接、過載保護等測試）、看門狗和LED狀態(tài)顯示燈測試、TF卡高速讀寫穩(wěn)定性、安全模塊性能測試（包括SAM卡讀寫性能、安全芯片自恢復(fù)測試）、數(shù)據(jù)串口通訊測試、射頻電路讀寫距離、射頻工作頻率、讀寫交易時間等一系列測試內(nèi)容。[2]

軟件測試主要是對讀寫器基本功能測試、通訊報文測試、票卡交易流程測試、TP軟件更新和參數(shù)下載更新測試。主要測試內(nèi)容如下：

(1)基本功能測試，包括初始化讀寫器模式、讀取讀寫器狀態(tài)、參數(shù)查詢、尋卡、讀驗卡等測試內(nèi)容。

(2)通訊報文測試，包括通信協(xié)議測試，多幀通信測試。測試軟件除正常通信協(xié)議報文的測試，還將模擬各種故障的通訊報文，以確保讀寫器的通訊的可靠性。

(3)票卡交易流程測試，包括重復(fù)進出站、軌道交通單程票類、軌道交通CPU卡類、甬城通M1卡類、甬城通CPU卡類、市民卡CPU卡類、交通部CPU卡類、銀聯(lián)ODA類、二維碼類和手機NFC類的交易流程測試和異常業(yè)務(wù)的票卡更新流程測試。票卡交易流程主要有單程票的售票、退票，AGM的進站、出站，BOM的重復(fù)進站更新、無入站更新、超時更新、超程更新、超時超程更新等內(nèi)容。

(4)TP軟件更新和參數(shù)下載更新測試，主要是測試讀寫器的TP軟件接收，異常TP軟件拒絕、正常TP軟件在線更新，運營參數(shù)的下載及更新測試，黑名單白名單卡測試。

■2.3 兼容性測試

兼容性又稱互操作性，雖然寧波軌道交通一開始制定了《寧波軌道交通AFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，但是不同AFC集成商在具體的讀寫器設(shè)計時，對標(biāo)準(zhǔn)理解的不一致導(dǎo)致不同廠商的讀寫器失去了互操作的能力，因此自研的讀寫器的兼容性測試非常重要，是自研讀寫器的大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

讀寫器兼容性測試分二個階段進行，第一階段，在軌道實驗室上對終端設(shè)備的讀寫器進行替換測試，分別對TVM、AGM和BOM設(shè)備的讀寫器進行替換測試。兼容性測試時因存在三家不同的供貨商，需對不同供貨商的讀寫器進行替換測試，測試時要特別注意票卡交易的不同讀寫器之間的交叉性測試，最后在軌道實驗室的模擬ACC清分系統(tǒng)中驗證交易數(shù)據(jù)的正確性，另外銀聯(lián)ODA的數(shù)據(jù)由市民卡公司驗證交易數(shù)據(jù)的正確性。第二階段，在既有運營線路的終端設(shè)備上，分別進行讀寫器的替換，直接線上運營測試，一段時間穩(wěn)定運營后，在清分中心驗證交易數(shù)據(jù)的正確性。

3 讀寫器測試平臺硬件搭建

AFC系統(tǒng)讀寫器測試平臺硬件主要由測試工作站、測試工控機、顯示器、測試軟件、測試票卡、讀寫器及其天線、二維碼掃描設(shè)備、測試軟件等組成，其中測試工作站模擬車站SC服務(wù)器。讀寫器測試平臺硬件組成示意圖如圖1所示。

讀寫器有一個以太網(wǎng)絡(luò)口ETH口，可以另接筆記本電腦對讀寫器的相關(guān)信息進行調(diào)試、查詢及監(jiān)控。

4 讀寫器測試軟件的開發(fā)

讀寫器測試平臺的測試工控機運行的是Windows操作系統(tǒng)，而讀寫器采用的是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，因此需要跨平臺的開發(fā)環(huán)境對測試軟件的開發(fā)。Qt是一個跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。它既可以開發(fā)GUI程序，也可用于開發(fā)非GUI程序，比如控制臺工具和服務(wù)器。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣埽褂锰厥獾拇a生成擴展以及一些宏，Qt很容易擴展，并且允許真正地組件編程。Qt可以滿足讀寫器測試軟件的開發(fā)要求。

圖1 讀寫器測試平臺硬件組成圖

結(jié)合讀寫器的測試內(nèi)容，對讀寫器的測試軟件的接口函數(shù)分析，其架構(gòu)如圖2所示。[3]

圖2 讀寫器測試平臺軟件架構(gòu)

根據(jù)讀寫器測試平臺的軟件接口分析，用戶的操作界面設(shè)計如圖3所示。

圖3 讀寫器測試平臺軟件界面

讀寫器串口配置可以對測試平臺軟件的串口進行配置。讀寫器測試平臺的重要內(nèi)容是分析讀寫器與測試工控機的通訊，以及票卡數(shù)據(jù)的解析，以此判斷讀寫器的票卡交易數(shù)據(jù)的正確性。在交易運行過程中讀寫器將記錄每條交易數(shù)據(jù)，并存儲在讀寫器的數(shù)據(jù)庫中，讀寫器測試平臺日志分析可以顯示讀寫器的工作情況及故障原因的主要形式。此外日志還將記錄讀寫器整體的響應(yīng)時間，通過分析讀寫器響應(yīng)時間的測試數(shù)據(jù)，反應(yīng)讀寫器的處理性能和射頻天線的響應(yīng)性能。讀寫器測試平臺中的讀驗卡模塊通過機械裝置改變待測試票卡與天線的測試距離，顯示讀寫器的讀寫距離和工作范圍，一定程度反應(yīng)讀寫器的硬件性能。讀寫器的狀態(tài)顯示欄顯示安全模塊PSAM的工作狀態(tài)，天線的狀態(tài)，讀寫器的工作狀態(tài)以及工作模式。

5 結(jié)論

通過寧波軌道交通AFC系統(tǒng)讀寫器測試內(nèi)容的分析，采用Qt完成測試平臺的軟件開發(fā)，并完成測試平臺的硬件環(huán)境搭建及根據(jù)測試軟件完成對寧波軌道交通自研的讀寫器的各項測試，測試結(jié)果表明自研讀寫器的功能正常、性能提升明顯，工作可靠穩(wěn)定。該讀寫器已在寧波軌道的既有運營線路上可靠穩(wěn)定運行。