城市轨道交通专用读写器测试方法

韩建明袁群兵张 宁何铁军

（1.苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司，江苏苏州 215006；2.东南大学智能运输系统研究中心，南京 210018）

城市轨道交通专用读写器测试方法

韩建明1袁群兵2张 宁2何铁军2

（1.苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司，江苏苏州 215006；2.东南大学智能运输系统研究中心，南京 210018）

为规避城市轨道交通自动售检票系统在运营过程中由于读写器质量问题产生的运营风险，保证运营水平及运营效益，提出读写器测试方法。对轨道交通专用读写器特点进行分析，确定测试方案，分析轨道交通专用读写器在实际运营环境的通用、功能需求及兼容性需求等技术要求，并针对技术要求提出详细测试方法。此测试方法完整可靠，可保证读写器性能、功能满足轨道交通的运营需求。

城市轨道交通；自动售检票；读写器；技术要求；测试方法

轨道交通自动售检票（Automatic Fare Collection，AFC）系统是轨道交通运营管理的核心，直接服务于乘客，在为乘客提供自动售检票服务的同时，也为轨道交通运营公司的科学管理提供可靠数据［1］。

AFC系统读写模块应用射频识别（Radio Frequency Identification ，RFID）技术，一个RFID应用系统一般由3部分组成：读写器、标签和应用软件［2］。在轨道交通AFC系统中，读写器、票卡、票卡处理软件一起组成RFID应用系统。其中，读写器作为重要部件，被广泛应用于闸机、自动售票机、半自动售票机、自助充值机和自助查询机中，实现对票卡的读写。按照工作模式来划分，AFC行业内采用读写器分为传统读写器和城市轨道交通专用读写器。传统读写器指将票卡处理程序部署上位机中，由上位机控制读写器对票卡进行操作。而专用读写器将票卡处理流程统一部署于读写器内部，由读写器独立完成票卡处理业务，读写器只接受票卡处理命令并返回票卡处理结果。专用读写器在网络化运营过程中表现优异，已被业内广泛接受和采用。

由于轨道交通建设周期长、工程量大等特点，不同线路中AFC系统往往选择不同的系统集成商和设备供应商，产品质量、特点良莠不齐。对于运营单位而言，为了规避风险，保证运营水平及运营效益，有必要在设备投入运营使用前进行完整可靠性的测试。苏州轨道交通运行线路采用的均为专用读写器，本文主要对城市轨道交通占用读写器测试方法及流程进行研究。

1 测试方案分析

对读写器进行测试的目的在于读写器能够按照要求正常运营，保障地铁运营服务水平及乘客利益。根据轨道交通运营特点，在系统商和设备供应商提供的读写器设备入库及正式使用之前，业主需按照技术要求对读写器性能、功能及兼容性进行全面检查或测试。具体测试流程如图1所示。

图1　测试流程

2 读写器技术要求

2.1性能要求

轨道交通专用读写器必须具有长时间正常工作在城市轨道交通运营环境下的能力。

针对专用读写器的工作环境与城市轨道交通所采用票卡的特点，分析研究专用读写器应当具备的相关性能主要有3点：首先，读写器和票卡应具有良好匹配的天线品质因素和工作频率，保证乘客所持非接触车票以任何角度、滑动速度进入有效读写区域，均可安全高效的完成读写操作。其次，读写器应采用嵌入式安装，其安装位置及外形应与承载设备的整体设计相协调，最大限度地方便乘客和操作员使用。且其表面应光滑无毛边，不能对使用人员造成伤害。读写器应结构紧凑，能够耐受地铁环境下的温度、湿度、震动、电磁干扰，手机、列车等电子电气设备的使用应不能对其造成影响。再次，读写器应保证读写操作的可靠性，避免掉电、车票划动不当等情况造成数据丢失、票卡损坏等现象。

由于读写器设备是一个完全独立的模块，为了方便拆除与更换模块所有相似零部件具有充分的可互换性。所有批量生产的设备、零部件和元器件均是标准产品。设备具有短路保护，包括电源内部的保护。生产通用集成读写器设备所需的连接器、端子排等配件，配件采用知名品牌、市场占有率高的产品。通用集成读写器中配备的电缆外护套都是采用绝缘、低烟、无卤、阻燃的材料。

2.2功能需求

读写器的功能需求主要包括与上位机之间的通信需求及轨道交通中的各类票务处理功能。为了保证不同设备之间通信方便，读写器与上位机之间须采用标准接口进行通信。轨道交通票务处理功能由置于读写器内部的票卡交易处理软件实现，是读写器的核心功能，软件平台结构如图2所示。轨道交通票卡种类复杂多样，以苏州为例，软件程序处理的主要票卡包括单程票、储值CPU票卡、苏州通卡和一卡通等。票卡交易处理软件需实现的票卡操作有：初始化、预赋值、预赋值票缴销、售票、进站、出站、退票、票查询、更新、注销、重编码、锁卡等。且由于票务处理在运营过程中经常发生变动（如票卡介质的更新、票卡结构的变动、票卡业务规则的变动、票卡使用范围的变动），需要对票卡交易处理软件及票务处理流程进行升级更新，读写器应采用标准函数接口，实现程序升级过程中的平滑过渡，可极大降低对AFC系统正常运营和管理的影响。

图2　读写器软件平台

2.3兼容性需求

城市轨道交通进入网络化运营后，不同线路的AFC系统往往会由不同的承包商承担建设任务，选用不同厂商提供的设备，在兼容性上存在隐患。如何保证新线路设备与原有线路设备的兼容性，对原有线路的运营状况及AFC系统的升级成本至关重要。

读写器兼容性需求是指待测试读写器须与在线运营读写器实现产品级兼容，具有协同工作能力。既可有效防止供应商形成技术垄断，又可降低系统的建设、维护和升级成本。

3 读写器测试流程

3.1性能测试

专用读写器性能测试主要包括两大项：电磁兼容性测试与环境可靠性测试。测试依据为《集成电路（IC）卡读写机通用规范》（GB/T 18239-2000）、《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》（GB 92542008）、《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》（GB/T 17618-1998）等国家相关标准。测试目的在于测试其是否具备所宣称实现功能的性能基础。

电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）测试，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。任何一个系统，要使其在整个寿命期内都能达到设计指标、完成既定使命，必须完成电磁兼容性设计［3］。针对AFC系统下读写器工作环境，读写器电磁兼容性测试应包括：电源端子骚扰电压、30～1 000 MHz辐射骚扰静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、连续波辐射骚扰抗扰度、连续波传导骚扰抗扰度、工频磁场抗扰度、浪涌抗扰度、电压暂降和短时中断抗扰度。由于测试环境搭建问题，这些项目均需由设备供应商通过权威部门进行检测并提供检测报告。

环境可靠性是指产品在规定条件下及规定时间内完成规定功能的稳定程度。电子产品可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段，其原理是模拟现场工作条件和环境条件，将各种工作模式及各种应力按照一定的时间比例、循环次序反复施加到产品上，并对测试结果进行分析处理［4］。通常环境可靠性试验分为3类：力学环境试验、气候环境试验和综合环境试验。针对AFC系统专用读写器的工作环境，读写器环境可靠性测试应包括低温试验、高温试验、恒定湿热试验、振动试验、冲击试验、碰撞试验等。具体测试内容如表1所示。

3.2功能测试

对读写器的功能测试主要包括通信功能测试、票务处理功能测试。从测试流程上，又可分为读写器硬件测试和软件测试两部分。

读写器硬件测试内容包括系统上电测试、电源适应性测试、电源纹波、电压反接保护、SD卡可写分区文件系统的稳定性、数据串口测试等。目的在于测试读写器在正常工作、重负荷及长时间工作等不同条件下的稳定性、可靠性。读写器硬件测试内容如表2所示。

轨道交通线网AFC系统票卡处理流程十分复杂，且票种多样，为能够对读写器系统快速定位和检测设备兼容性，需专门搭建测试平台，开发专用测试软件。苏州地铁已经成功搭建这种测试平台，此平台提供一组测试工具，用以测试读写器的可靠性，以及实现对底层库与设备性能的测试，以此来验证读写器设备性能和兼容性。并模拟设备对读写器发送指令，大部分的读写器指令已在该测试程序中得到验证，平台结构如图3所示。

表1　读写器环境可靠性测试项目

完成测试平台搭建后，即可在进出站闸机、BOM终端上挂载待测试读写器，进行一段时间稳定运营，对票务处理流程的准确性进行测试。苏州轨道交通AFC系统读写器软件功能测试验证内容如表3所示。

3.3兼容性测试

兼容性又称互操作性。虽然产品设计生产过程中，标准本身提供对互操作性的支持，但在实现过程中，对标准理解不一致可使不同厂商的产品间丧失互操作能力，因此对设备进行兼容性测试十分重要［5］。

读写器兼容性测试分3阶段进行。第一阶段：待测读写器硬件兼容性测试，采用将运营线路票卡交易处理软件置于待测试读写器内部，进行读写器硬件测试，并记录测试情况；第二阶段：待测读写器软件兼容性测试，将待测试软件置于运营线路读写器内，继续进行软件功能测试并记录，一段时间稳定运营后，调出轨道交通清分中心数据对测试结果进行验证；第三阶段：待测读写器整体测试，将待测读写器直接挂载在运行线路AFC系统终端设备上，进行线上运营测试，并保证测试读写器的工作量，一段时间稳定运营后，记录运营过程中产生的问题，并调出清分中心数据进行对比分析。

表2　读写器硬件测试项目

表3　读写器软件测试内容

4 结语

通过对城市轨道交通专用读写器的特点进行分析，提出读写器的测试方法。根据城市轨道交通AFC系统的运营管理特点，对读写器的各项性能及功能实现性提出要求，并阐明读写器电磁兼容性与环境可靠性、硬件与兼容性、软件功能与兼容性等相关测试的必要性。各项测试结果满足国家相关标准，保证测试产品的可靠性，规避读写器投入运营后可能产生的风险。

［1］何铁军，宋亚娜，王健，等.AFC业务内置型读写器研究与应用［J］.都市快轨交通，2011（1）：104-108.

［2］张晖，王东辉.RFID技术及其应用的研究［J］.微计算机信息，2007，23（11）：252-254.

［3］贾翠霞.电子信息系统电磁兼容性测试研究［J］.电子科学技术评论，2005（2）：33-36.

［4］刘宏.电子产品的可靠性试验［J］.电子测试，2007（2）：95-98.

［5］徐天奇，尹项根，游大海，等.兼容IEC61850标准的智能电子设备测试［J］.电力自动化设备，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

苏州市轨道交通专项研究项目（szgdky2013002）

2016-03-28）