韓建明袁群兵張 寧何鐵軍

（1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，江蘇蘇州 215006；2.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，南京 210018）

城市軌道交通專用讀寫器測(cè)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(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，江蘇蘇州 215006；2.東南大學(xué)智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，南京 210018）

為規(guī)避城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過程中由于讀寫器質(zhì)量問題產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，保證運(yùn)營(yíng)水平及運(yùn)營(yíng)效益，提出讀寫器測(cè)試方法。對(duì)軌道交通專用讀寫器特點(diǎn)進(jìn)行分析，確定測(cè)試方案，分析軌道交通專用讀寫器在實(shí)際運(yùn)營(yíng)環(huán)境的通用、功能需求及兼容性需求等技術(shù)要求，并針對(duì)技術(shù)要求提出詳細(xì)測(cè)試方法。此測(cè)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(yùn)營(yíng)需求。

城市軌道交通；自動(dòng)售檢票；讀寫器；技術(shù)要求；測(cè)試方法

軌道交通自動(dòng)售檢票（Automatic Fare Collection，AFC）系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的核心，直接服務(wù)于乘客，在為乘客提供自動(dòng)售檢票服務(wù)的同時(shí)，也為軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的科學(xué)管理提供可靠數(shù)據(jù)［1］。

AFC系統(tǒng)讀寫模塊應(yīng)用射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification ，RFID）技術(shù)，一個(gè)RFID應(yīng)用系統(tǒng)一般由3部分組成：讀寫器、標(biāo)簽和應(yīng)用軟件［2］。在軌道交通AFC系統(tǒng)中，讀寫器、票卡、票卡處理軟件一起組成RFID應(yīng)用系統(tǒng)。其中，讀寫器作為重要部件，被廣泛應(yīng)用于閘機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、半自動(dòng)售票機(jī)、自助充值機(jī)和自助查詢機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)票卡的讀寫。按照工作模式來劃分，AFC行業(yè)內(nèi)采用讀寫器分為傳統(tǒng)讀寫器和城市軌道交通專用讀寫器。傳統(tǒng)讀寫器指將票卡處理程序部署上位機(jī)中，由上位機(jī)控制讀寫器對(duì)票卡進(jìn)行操作。而專用讀寫器將票卡處理流程統(tǒng)一部署于讀寫器內(nèi)部，由讀寫器獨(dú)立完成票卡處理業(yè)務(wù)，讀寫器只接受票卡處理命令并返回票卡處理結(jié)果。專用讀寫器在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)過程中表現(xiàn)優(yōu)異，已被業(yè)內(nèi)廣泛接受和采用。

由于軌道交通建設(shè)周期長(zhǎng)、工程量大等特點(diǎn)，不同線路中AFC系統(tǒng)往往選擇不同的系統(tǒng)集成商和設(shè)備供應(yīng)商，產(chǎn)品質(zhì)量、特點(diǎn)良莠不齊。對(duì)于運(yùn)營(yíng)單位而言，為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證運(yùn)營(yíng)水平及運(yùn)營(yíng)效益，有必要在設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)使用前進(jìn)行完整可靠性的測(cè)試。蘇州軌道交通運(yùn)行線路采用的均為專用讀寫器，本文主要對(duì)城市軌道交通占用讀寫器測(cè)試方法及流程進(jìn)行研究。

1 測(cè)試方案分析

對(duì)讀寫器進(jìn)行測(cè)試的目的在于讀寫器能夠按照要求正常運(yùn)營(yíng)，保障地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平及乘客利益。根據(jù)軌道交通運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，在系統(tǒng)商和設(shè)備供應(yīng)商提供的讀寫器設(shè)備入庫及正式使用之前，業(yè)主需按照技術(shù)要求對(duì)讀寫器性能、功能及兼容性進(jìn)行全面檢查或測(cè)試。具體測(cè)試流程如圖1所示。

圖1　測(cè)試流程

2 讀寫器技術(shù)要求

2.1性能要求

軌道交通專用讀寫器必須具有長(zhǎng)時(shí)間正常工作在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的能力。

針對(duì)專用讀寫器的工作環(huán)境與城市軌道交通所采用票卡的特點(diǎn)，分析研究專用讀寫器應(yīng)當(dāng)具備的相關(guān)性能主要有3點(diǎn)：首先，讀寫器和票卡應(yīng)具有良好匹配的天線品質(zhì)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(dòng)速度進(jìn)入有效讀寫區(qū)域，均可安全高效的完成讀寫操作。其次，讀寫器應(yīng)采用嵌入式安裝，其安裝位置及外形應(yīng)與承載設(shè)備的整體設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，最大限度地方便乘客和操作員使用。且其表面應(yīng)光滑無毛邊，不能對(duì)使用人員造成傷害。讀寫器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠耐受地鐵環(huán)境下的溫度、濕度、震動(dòng)、電磁干擾，手機(jī)、列車等電子電氣設(shè)備的使用應(yīng)不能對(duì)其造成影響。再次，讀寫器應(yīng)保證讀寫操作的可靠性，避免掉電、車票劃動(dòng)不當(dāng)?shù)惹闆r造成數(shù)據(jù)丟失、票卡損壞等現(xiàn)象。

由于讀寫器設(shè)備是一個(gè)完全獨(dú)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(chǎn)的設(shè)備、零部件和元器件均是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。設(shè)備具有短路保護(hù)，包括電源內(nèi)部的保護(hù)。生產(chǎn)通用集成讀寫器設(shè)備所需的連接器、端子排等配件，配件采用知名品牌、市場(chǎng)占有率高的產(chǎn)品。通用集成讀寫器中配備的電纜外護(hù)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(jī)之間的通信需求及軌道交通中的各類票務(wù)處理功能。為了保證不同設(shè)備之間通信方便，讀寫器與上位機(jī)之間須采用標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信。軌道交通票務(wù)處理功能由置于讀寫器內(nèi)部的票卡交易處理軟件實(shí)現(xiàn)，是讀寫器的核心功能，軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。軌道交通票卡種類復(fù)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(chǔ)值CPU票卡、蘇州通卡和一卡通等。票卡交易處理軟件需實(shí)現(xiàn)的票卡操作有：初始化、預(yù)賦值、預(yù)賦值票繳銷、售票、進(jìn)站、出站、退票、票查詢、更新、注銷、重編碼、鎖卡等。且由于票務(wù)處理在運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)（如票卡介質(zhì)的更新、票卡結(jié)構(gòu)的變動(dòng)、票卡業(yè)務(wù)規(guī)則的變動(dòng)、票卡使用范圍的變動(dòng)），需要對(duì)票卡交易處理軟件及票務(wù)處理流程進(jìn)行升級(jí)更新，讀寫器應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)接口，實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)過程中的平滑過渡，可極大降低對(duì)AFC系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)和管理的影響。

圖2　讀寫器軟件平臺(tái)

2.3兼容性需求

城市軌道交通進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)后，不同線路的AFC系統(tǒng)往往會(huì)由不同的承包商承擔(dān)建設(shè)任務(wù)，選用不同廠商提供的設(shè)備，在兼容性上存在隱患。如何保證新線路設(shè)備與原有線路設(shè)備的兼容性，對(duì)原有線路的運(yùn)營(yíng)狀況及AFC系統(tǒng)的升級(jí)成本至關(guān)重要。

讀寫器兼容性需求是指待測(cè)試讀寫器須與在線運(yùn)營(yíng)讀寫器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級(jí)兼容，具有協(xié)同工作能力。既可有效防止供應(yīng)商形成技術(shù)壟斷，又可降低系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)和升級(jí)成本。

3 讀寫器測(cè)試流程

3.1性能測(cè)試

專用讀寫器性能測(cè)試主要包括兩大項(xiàng)：電磁兼容性測(cè)試與環(huán)境可靠性測(cè)試。測(cè)試依據(jù)為《集成電路（IC）卡讀寫機(jī)通用規(guī)范》（GB/T 18239-2000）、《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測(cè)量方法》（GB 92542008）、《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測(cè)量方法》（GB/T 17618-1998）等國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試目的在于測(cè)試其是否具備所宣稱實(shí)現(xiàn)功能的性能基礎(chǔ)。

電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）測(cè)試，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。任何一個(gè)系統(tǒng)，要使其在整個(gè)壽命期內(nèi)都能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)、完成既定使命，必須完成電磁兼容性設(shè)計(jì)［3］。針對(duì)AFC系統(tǒng)下讀寫器工作環(huán)境，讀寫器電磁兼容性測(cè)試應(yīng)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(xù)波輻射騷擾抗擾度、連續(xù)波傳導(dǎo)騷擾抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、浪涌抗擾度、電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度。由于測(cè)試環(huán)境搭建問題，這些項(xiàng)目均需由設(shè)備供應(yīng)商通過權(quán)威部門進(jìn)行檢測(cè)并提供檢測(cè)報(bào)告。

環(huán)境可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下及規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的穩(wěn)定程度。電子產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)的一種手段，其原理是模擬現(xiàn)場(chǎng)工作條件和環(huán)境條件，將各種工作模式及各種應(yīng)力按照一定的時(shí)間比例、循環(huán)次序反復(fù)施加到產(chǎn)品上，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析處理［4］。通常環(huán)境可靠性試驗(yàn)分為3類：力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)、氣候環(huán)境試驗(yàn)和綜合環(huán)境試驗(yàn)。針對(duì)AFC系統(tǒng)專用讀寫器的工作環(huán)境，讀寫器環(huán)境可靠性測(cè)試應(yīng)包括低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、恒定濕熱試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)等。具體測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

3.2功能測(cè)試

對(duì)讀寫器的功能測(cè)試主要包括通信功能測(cè)試、票務(wù)處理功能測(cè)試。從測(cè)試流程上，又可分為讀寫器硬件測(cè)試和軟件測(cè)試兩部分。

讀寫器硬件測(cè)試內(nèi)容包括系統(tǒng)上電測(cè)試、電源適應(yīng)性測(cè)試、電源紋波、電壓反接保護(hù)、SD卡可寫分區(qū)文件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)串口測(cè)試等。目的在于測(cè)試讀寫器在正常工作、重負(fù)荷及長(zhǎng)時(shí)間工作等不同條件下的穩(wěn)定性、可靠性。讀寫器硬件測(cè)試內(nèi)容如表2所示。

軌道交通線網(wǎng)AFC系統(tǒng)票卡處理流程十分復(fù)雜，且票種多樣，為能夠?qū)ψx寫器系統(tǒng)快速定位和檢測(cè)設(shè)備兼容性，需專門搭建測(cè)試平臺(tái)，開發(fā)專用測(cè)試軟件。蘇州地鐵已經(jīng)成功搭建這種測(cè)試平臺(tái)，此平臺(tái)提供一組測(cè)試工具，用以測(cè)試讀寫器的可靠性，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)底層庫與設(shè)備性能的測(cè)試，以此來驗(yàn)證讀寫器設(shè)備性能和兼容性。并模擬設(shè)備對(duì)讀寫器發(fā)送指令，大部分的讀寫器指令已在該測(cè)試程序中得到驗(yàn)證，平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表1　讀寫器環(huán)境可靠性測(cè)試項(xiàng)目

完成測(cè)試平臺(tái)搭建后，即可在進(jìn)出站閘機(jī)、BOM終端上掛載待測(cè)試讀寫器，進(jìn)行一段時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，對(duì)票務(wù)處理流程的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試。蘇州軌道交通AFC系統(tǒng)讀寫器軟件功能測(cè)試驗(yàn)證內(nèi)容如表3所示。

3.3兼容性測(cè)試

兼容性又稱互操作性。雖然產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)本身提供對(duì)互操作性的支持，但在實(shí)現(xiàn)過程中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解不一致可使不同廠商的產(chǎn)品間喪失互操作能力，因此對(duì)設(shè)備進(jìn)行兼容性測(cè)試十分重要［5］。

讀寫器兼容性測(cè)試分3階段進(jìn)行。第一階段：待測(cè)讀寫器硬件兼容性測(cè)試，采用將運(yùn)營(yíng)線路票卡交易處理軟件置于待測(cè)試讀寫器內(nèi)部，進(jìn)行讀寫器硬件測(cè)試，并記錄測(cè)試情況；第二階段：待測(cè)讀寫器軟件兼容性測(cè)試，將待測(cè)試軟件置于運(yùn)營(yíng)線路讀寫器內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行軟件功能測(cè)試并記錄，一段時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)后，調(diào)出軌道交通清分中心數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；第三階段：待測(cè)讀寫器整體測(cè)試，將待測(cè)讀寫器直接掛載在運(yùn)行線路AFC系統(tǒng)終端設(shè)備上，進(jìn)行線上運(yùn)營(yíng)測(cè)試，并保證測(cè)試讀寫器的工作量，一段時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)后，記錄運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的問題，并調(diào)出清分中心數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

表2　讀寫器硬件測(cè)試項(xiàng)目

表3　讀寫器軟件測(cè)試內(nèi)容

4 結(jié)語

通過對(duì)城市軌道交通專用讀寫器的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出讀寫器的測(cè)試方法。根據(jù)城市軌道交通AFC系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理特點(diǎn)，對(duì)讀寫器的各項(xiàng)性能及功能實(shí)現(xiàn)性提出要求，并闡明讀寫器電磁兼容性與環(huán)境可靠性、硬件與兼容性、軟件功能與兼容性等相關(guān)測(cè)試的必要性。各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證測(cè)試產(chǎn)品的可靠性，規(guī)避讀寫器投入運(yùn)營(yíng)后可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］何鐵軍，宋亞娜，王健，等.AFC業(yè)務(wù)內(nèi)置型讀寫器研究與應(yīng)用［J］.都市快軌交通，2011（1）：104-108.

［2］張暉，王東輝.RFID技術(shù)及其應(yīng)用的研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（11）：252-254.

［3］賈翠霞.電子信息系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試研究［J］.電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論，2005（2）：33-36.

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

［5］徐天奇，尹項(xiàng)根，游大海，等.兼容IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能電子設(shè)備測(cè)試［J］.電力自動(dòng)化設(shè)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(xiàng)研究項(xiàng)目（szgdky2013002）

2016-03-28）