CTCS-3級(jí)列控車(chē)載設(shè)備實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試方法

劉 雨 唐 濤 李開(kāi)成 袁 磊

北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院 100044 北京

*研究實(shí)習(xí)員 **教授 ***副教授 ****講師

根據(jù)我國(guó)高速鐵路互聯(lián)互通的總體目標(biāo):CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)具備跨線運(yùn)行的能力，即裝備不同技術(shù)平臺(tái)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備列車(chē)，能夠在裝備不同技術(shù)平臺(tái)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)地面設(shè)備的線路上安全不間斷運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)線路上CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)所要求的功能需求和性能指標(biāo)，并且均滿(mǎn)足統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

依托武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路和廣深港高速鐵路3個(gè)建設(shè)工程，我國(guó)建立了適用350 km/h高速鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的3個(gè)技術(shù)平臺(tái)，其地-車(chē)通信和處理流程各有不同。為了滿(mǎn)足高速鐵路網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求，必須驗(yàn)證裝備這3種平臺(tái)的列控系統(tǒng)能夠在各條高速鐵路上安全、不間斷地運(yùn)行，并滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所規(guī)定的性能，具備跨線運(yùn)行的能力。這也是互聯(lián)互通工作的現(xiàn)階段任務(wù)。

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)由車(chē)載和地面2部分構(gòu)成。所謂跨線運(yùn)行就是不同的車(chē)載設(shè)備和地面設(shè)備之間交叉運(yùn)行，因此互聯(lián)互通實(shí)驗(yàn)室測(cè)試也應(yīng)對(duì)車(chē)載設(shè)備和地面設(shè)備分別實(shí)施。目前，由于高鐵工程已經(jīng)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，相對(duì)于修改車(chē)載軟件，改動(dòng)地面設(shè)備軟件對(duì)線路實(shí)際運(yùn)營(yíng)的影響較大，因此當(dāng)檢測(cè)到有影響互聯(lián)互通的因素時(shí)，應(yīng)首先從車(chē)載設(shè)備入手，考慮相應(yīng)的解決方案。為此，需要對(duì)列控車(chē)載設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立第三方互聯(lián)互通實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試方法

1.1 建立互聯(lián)互通測(cè)試體系

結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，互聯(lián)互通測(cè)試是檢驗(yàn)設(shè)備是否具備跨線運(yùn)行能力的重要手段和方法，建議互聯(lián)互通工作應(yīng)按照如圖1所示過(guò)程展開(kāi)。

圖1 互聯(lián)互通測(cè)試體系

首先，完善CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，根據(jù)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)需求規(guī)范，制定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試規(guī)范和測(cè)試案例，指導(dǎo)實(shí)際的測(cè)試工作;其次，根據(jù)測(cè)試規(guī)范開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試，包括設(shè)備方實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和獨(dú)立第三方實(shí)驗(yàn)室測(cè)試;最后，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)互通測(cè)試，實(shí)際驗(yàn)證列控系統(tǒng)的互聯(lián)互通能力。而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試時(shí)，又根據(jù)測(cè)試結(jié)果反饋到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的完善。

1.2 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的互聯(lián)互通測(cè)試原理

第三方互聯(lián)互通實(shí)驗(yàn)室測(cè)試應(yīng)在不了解被測(cè)設(shè)備內(nèi)部情況，只了解系統(tǒng)輸入、輸出和功能的條件下，從列控系統(tǒng)的角度對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，檢查被測(cè)設(shè)備功能是否按照系統(tǒng)需求規(guī)范的要求，正確完成跨線運(yùn)行功能。

采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化測(cè)試方法，將被測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)包含在輸入測(cè)試數(shù)據(jù)文件中，以數(shù)據(jù)來(lái)控制測(cè)試腳本，自動(dòng)地執(zhí)行測(cè)試數(shù)據(jù)中規(guī)定的流程和動(dòng)作。測(cè)試按照數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)執(zhí)行和測(cè)試結(jié)果分析及判定3個(gè)步驟執(zhí)行。

1．在測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過(guò)程中，測(cè)試案例是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)。在基于測(cè)試案例進(jìn)行測(cè)試序列設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮如何將測(cè)試案例串聯(lián)起來(lái)，形成可直接用于測(cè)試的步驟序列，且測(cè)試序列應(yīng)保證對(duì)所有被測(cè)案例的全覆蓋。在測(cè)試數(shù)據(jù)生成階段，則結(jié)合具體線路數(shù)據(jù)、列車(chē)數(shù)據(jù)等參數(shù)，生成完整的測(cè)試數(shù)據(jù)，供測(cè)試平臺(tái)執(zhí)行使用。

2．測(cè)試數(shù)據(jù)的執(zhí)行過(guò)程中，應(yīng)建立互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)，根據(jù)測(cè)試序列實(shí)時(shí)向被測(cè)設(shè)備發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，從而為被測(cè)設(shè)備創(chuàng)造外部運(yùn)行環(huán)境，使被測(cè)設(shè)備的功能得以執(zhí)行。并且，在線執(zhí)行的測(cè)試平臺(tái)并不模擬與被測(cè)設(shè)備相連的外部設(shè)備功能，只是嚴(yán)格按照測(cè)試序列中要求的數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯，判斷何時(shí)發(fā)送。這樣做是使測(cè)試平臺(tái)執(zhí)行模塊功能相對(duì)簡(jiǎn)單，并且能夠靈活地加載各種測(cè)試數(shù)據(jù)，快速地實(shí)現(xiàn)不同的線路數(shù)據(jù)和不同廠家的測(cè)試要求。

1.3 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)

按照上述關(guān)于獨(dú)立第三方互聯(lián)互通測(cè)試的方法和實(shí)施步驟，可進(jìn)行車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)的搭建。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)構(gòu)成

車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)的基本工作原理為:根據(jù)測(cè)試規(guī)范和測(cè)試序列，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，生成能夠執(zhí)行的測(cè)試數(shù)據(jù)，并自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試。各模塊的基本功能如下。

1．測(cè)試數(shù)據(jù)生成和管理。該模塊負(fù)責(zé)在測(cè)試序列開(kāi)始執(zhí)行前，對(duì)測(cè)試執(zhí)行所需的測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括測(cè)試序列生成、線路數(shù)據(jù)管理和測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等。

2．測(cè)試在線執(zhí)行。由測(cè)試過(guò)程控制模塊依次訪問(wèn)測(cè)試案例與序列數(shù)據(jù)庫(kù)，讀出根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試方法分類(lèi)的場(chǎng)景數(shù)據(jù)，并將這些分類(lèi)編輯好的數(shù)據(jù)作為配置數(shù)據(jù)，分別發(fā)送給各模塊，即可完成一次測(cè)試的觸發(fā)。

執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)從總體上看分為2類(lèi):一類(lèi)是列車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真，功能是為被測(cè)車(chē)載設(shè)備提供列車(chē)行為;另一類(lèi)是地面設(shè)備仿真，就是為被測(cè)車(chē)載設(shè)備提供地面信息。工作原理總體來(lái)說(shuō)就是接受場(chǎng)景控制器的配置后，在配置數(shù)據(jù)規(guī)定的條件下，通過(guò)真實(shí)接口對(duì)車(chē)載設(shè)備發(fā)送特定的消息，使被測(cè)設(shè)備認(rèn)為其在一條真實(shí)的線路上運(yùn)行，真正完成測(cè)試的執(zhí)行。

3．與被測(cè)設(shè)備接口適配。車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)作為獨(dú)立第三方的測(cè)試平臺(tái)，其各個(gè)接口均采用標(biāo)準(zhǔn)接口，一般包括:無(wú)線接口、應(yīng)答器接口、速度接口和軌道電路接口。其中無(wú)線接口采用GSM-R網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的信息交互;應(yīng)答器接口和軌道電路接口采用標(biāo)準(zhǔn)的空氣間隙，向車(chē)載設(shè)備發(fā)送應(yīng)答器報(bào)文和軌道電路碼;速度接口采用可編程信號(hào)發(fā)生器，直接生成速度脈沖，可以滿(mǎn)足不同廠家的速度信息要求。主要接口適配關(guān)系圖如圖3所示。4．?dāng)?shù)據(jù)收集與記錄。在測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中，需將測(cè)試執(zhí)行時(shí)的全部事件和傳送的信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，提供給分析與評(píng)估模塊，負(fù)責(zé)使用對(duì)應(yīng)規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)判斷，并輔助人員完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析和判定。

圖3 接口適配關(guān)系圖

2 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試

2.1 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試序列

車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)源和依據(jù)之一是鐵道部頒布的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)測(cè)試案例集，其中一些測(cè)試案例是針對(duì)車(chē)載設(shè)備的功能測(cè)試，如DMI顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，還有一些是測(cè)試地面設(shè)備功能的案例。首先將與互聯(lián)互通測(cè)試有關(guān)的案例進(jìn)行篩選，再利用這些測(cè)試案例組成第三方車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試所使用的測(cè)試序列。

測(cè)試序列的生成是從互聯(lián)互通真實(shí)性的要求出發(fā)，如圖4所示，以CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范為依據(jù)，所使用的步驟和方法總結(jié)如下。

圖4 互聯(lián)互通測(cè)試序列生成方法

1．測(cè)試序列框架生成?；ヂ?lián)互通的最終目的是為了滿(mǎn)足跨線運(yùn)行的需求，因此，應(yīng)從CTCS-3級(jí)及總體設(shè)計(jì)方案中，提煉和總結(jié)需要測(cè)試的內(nèi)容，生成測(cè)試序列的基本框架。

2．測(cè)試案例對(duì)應(yīng)。將篩選出的互聯(lián)互通相關(guān)的測(cè)試案例，一一對(duì)應(yīng)至測(cè)試序列框架中，形成具備詳細(xì)運(yùn)行步驟的測(cè)試序列。

3．真實(shí)數(shù)據(jù)注入。將實(shí)際線路數(shù)據(jù)根據(jù)測(cè)試序列要求發(fā)生的順序進(jìn)行匹配，選取合適的數(shù)據(jù)進(jìn)行注入。整個(gè)過(guò)程不對(duì)線路數(shù)據(jù)做任何改動(dòng)，完全做到與實(shí)際線路數(shù)據(jù)匹配，使互聯(lián)互通測(cè)試更具有實(shí)際意義。

在測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要提供參考的被測(cè)設(shè)備對(duì)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證平臺(tái)的測(cè)試功能。這樣的參考設(shè)備需要完成功能需求中的全部?jī)?nèi)容。

2.2 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試過(guò)程

針對(duì)每一個(gè)實(shí)際運(yùn)行的車(chē)載設(shè)備，在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試分為準(zhǔn)備階段和測(cè)試階段2大階段，如圖5所示。

圖5 互聯(lián)互通測(cè)試執(zhí)行過(guò)程

1．測(cè)試準(zhǔn)備階段。首先進(jìn)行與被測(cè)方的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)工作，其主要目的是與被測(cè)方進(jìn)行接口適配前的準(zhǔn)備，針對(duì)被測(cè)方對(duì)接口的特殊要求，特別是非空氣間隙的速度和TIU接口進(jìn)行相應(yīng)的修改和調(diào)整。各接口單獨(dú)調(diào)試的目的是與被測(cè)方在移動(dòng)設(shè)備之前進(jìn)行逐個(gè)調(diào)試，確保單獨(dú)接口可用，并提高接口聯(lián)調(diào)的效率。

2．正式測(cè)試階段。被測(cè)設(shè)備在測(cè)試平臺(tái)的環(huán)境下，依次執(zhí)行全部互聯(lián)互通測(cè)試序列，被測(cè)方與測(cè)試方對(duì)測(cè)試產(chǎn)生的各種現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。之后由測(cè)試雙方對(duì)測(cè)試問(wèn)題進(jìn)一步分析，經(jīng)過(guò)對(duì)所有測(cè)試問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估和對(duì)比規(guī)范，測(cè)試方對(duì)本次測(cè)試作出總結(jié)，并提交正式報(bào)告。

2.3 車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試結(jié)果

1．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試具備數(shù)據(jù)靈活、操作簡(jiǎn)單的特性，對(duì)于一些在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中無(wú)法注入的故障能夠很方便的進(jìn)行測(cè)試。

例如，對(duì)于線路上固定地點(diǎn)的分相區(qū)信息，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試序列中設(shè)置應(yīng)答器報(bào)文中，填寫(xiě)的距分相區(qū)的距離與無(wú)線消息中填寫(xiě)的距離不一致，當(dāng)某被測(cè)設(shè)備在CTCS-3級(jí)下運(yùn)行，先接受無(wú)線消息，后通過(guò)該應(yīng)答器時(shí)，其存儲(chǔ)的分相區(qū)信息發(fā)生了跳變，表明該被測(cè)設(shè)備在CTCS-3級(jí)的情況下，使用了CTCS-2級(jí)的信息。這樣的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中無(wú)法模擬。

2．影響現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的問(wèn)題。由于互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)可靠，并且其基本目的之一就是通過(guò)使被測(cè)車(chē)載設(shè)備能夠執(zhí)行針對(duì)不同的線路數(shù)據(jù)的測(cè)試序列，從而測(cè)試其跨線運(yùn)行的能力。

如RBC切換時(shí)，接受RBC范圍內(nèi)存在故障區(qū)段，列車(chē)停在RBC切換點(diǎn)之前由司機(jī)選擇以O(shè)S模式越過(guò)RBC切換點(diǎn)，完成RBC切換。但該被測(cè)設(shè)備不能主動(dòng)向RBC發(fā)送MA請(qǐng)求，司機(jī)手動(dòng)按“啟動(dòng)”鍵也不能發(fā)送，這對(duì)于該測(cè)試序列所模擬線路的RBC來(lái)說(shuō)，不能為該被測(cè)車(chē)載設(shè)備發(fā)送MA，列車(chē)不能正常運(yùn)行。這樣的問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通測(cè)試中發(fā)現(xiàn)后，被測(cè)設(shè)備應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之前設(shè)計(jì)解決方案。

在車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)上發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，可根據(jù)其影響程度進(jìn)行處理優(yōu)先級(jí)的劃分，如表1所示，以達(dá)到對(duì)測(cè)試問(wèn)題統(tǒng)一管理的目的，提高互聯(lián)互通測(cè)試的效果。

表1 影響程度處理優(yōu)先級(jí)劃分表

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備獨(dú)立第三方互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)建成，與武廣線、鄭西線、廣深港線實(shí)際運(yùn)營(yíng)特性相似的配置數(shù)據(jù)及測(cè)試序列也已編制完成，正在開(kāi)展CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備互聯(lián)互通測(cè)試。

［1］ 張曙光．CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案［M］ ．北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［2］ 科技運(yùn)［2008］ 113號(hào)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)功能需求規(guī)范(FRS)(V1.0)［S］ .

［3］ 科技運(yùn)［2008］ 127號(hào)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)需求規(guī)范(SRS)(V1.0)［S］ .

［4］ 科技運(yùn)［2009］ 59號(hào)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)測(cè)試案例(V3.0)［S］ .