基于改進因果圖法的CBTC系統(tǒng)車載功能測試方案研究

張佳瑩，曲 娜，鄭偉南，衛(wèi)昱含

（吉林建筑工程學院 城建學院，吉林 長春 130111）

由于國內(nèi)經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，大型城市以及中型城市正逐步的擴建，城市面臨著人口不斷增加以及城市占地面積擴大的問題[1].為了保證城市軌道交通能夠更加安全、效率地運行，于是各個城市的軌道交通建設(shè)放棄選擇使用原有的基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)（TBTC），而采用最新的列車控制系統(tǒng)基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）[2].

在現(xiàn)有的城市軌道交通系統(tǒng)中很多都采用了CBTC系統(tǒng)，但是很多城市地鐵都出現(xiàn)過大大小小的事故[3].在CBTC系統(tǒng)中，車載設(shè)備保證著列車的安全行駛，系統(tǒng)功能都需要通過車載設(shè)備才能實現(xiàn)[4].因此完成CBTC系統(tǒng)測試中重要的一個環(huán)節(jié)就是對列車的車載設(shè)備進行調(diào)試[5].

本研究系統(tǒng)根據(jù)新一代的CBTC系統(tǒng)設(shè)計理念，利用車載設(shè)備的測試軟件進行車載設(shè)備的測試.通過測試軟件，觀察車載控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，對測試參數(shù)的具體分析，最后基于工程實踐的經(jīng)驗，對CBTC系統(tǒng)測試用例進行設(shè)計.

1 CBTC系統(tǒng)概述

在CBTC系統(tǒng)下，車—地雙向?qū)崟r數(shù)據(jù)的傳輸采用的是無線通信的手段[6].列車不再是單一地接收地面?zhèn)鞯杰囕d設(shè)備的控制信息，列車還需將列車的位置信息和列車的運行信息及時反饋給地面設(shè)備[7].地面設(shè)備通過得到的列車信息計算出列車的移動授權(quán)（MovingAuthority下面簡稱MA），并且動態(tài)更新，將移動授權(quán)通過車—地通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰囕d設(shè)備[8].車載設(shè)備根據(jù)收到的移動授權(quán)信息和當前列車的運行狀態(tài)，計算出列車的運行速度曲線，控制列車的牽引、制動與運行[9].

2 因果圖法簡述

CBTC系統(tǒng)下的車載設(shè)備將接收的信息來自區(qū)域控制器ZC、ATS系統(tǒng)、地面信標和計算機連鎖CI，同時需要將處理的信息反饋給各系統(tǒng)，其中的之間的邏輯關(guān)系非常復雜[10].為了避免輸入條件之間的彼此結(jié)合導致新的狀況出現(xiàn)而帶來檢查方面的困難，因此如何設(shè)計測試用例，可以在測試手段的選取上采用一種形式，滿足描述多條件組合，且產(chǎn)生對應(yīng)多動作.這要求我們對測試用例的設(shè)計時采取因果圖法.

2.1 因果圖法原理

因果圖模型中有兩類主要部分的因果圖參數(shù)和結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

圖1 因果圖模型

其中字母B表示基本事件，即不需探究自身原因或者沒有原因的事件；X表示中間事件，即任意含有原因的事件；G表示邏輯門，即通過對輸入原理進行邏輯門運算而得到相應(yīng)的輸出事件；P表示連接事件，其從始至終都指向中間事件.

2.2 判定表的生成

運用因果圖法進行設(shè)計測試案例的進程中判定表的生成是一個非常重要的環(huán)節(jié)，且具有較高要求.判定表有四個部分組成：行動樁、條件樁、行動條目和條件條目.目前，很少有參考文獻給予一個非常明確清晰的轉(zhuǎn)化算法，所有的測試用例基本都是由工程實踐中得出.本文針對現(xiàn)有的一些轉(zhuǎn)化方法進行研究，提出采用條件遍歷算法來對因果圖進行轉(zhuǎn)化，其算法框架如圖2所示.

圖2 遍歷算法流程圖

通過上述方法，我們可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一次一次的條件遍歷，中間事件通過遍歷找出其產(chǎn)生的基本事件，我們最終可以得到由基本事件構(gòu)成的測試輸入數(shù)據(jù).在執(zhí)行此算法時，我們需要注意此算法針對單動作輸出的情況進行設(shè)計.如果遇到多動作產(chǎn)生的情況，測試人員需要將各動作的輸入條件進行分析，找出各輸入條件的制約關(guān)系，對測試案例進行設(shè)計.

3 基于改進因果圖法的車載設(shè)備測試方案

車載設(shè)備作為CBTC系統(tǒng)中最為重要的部分，主要負責保護列車行駛安全、防止列車超速和防止列車進入前車的運行區(qū)間，由此可見，在列車運營之前對車載設(shè)備的測試工作也顯得格外重要.本研究系統(tǒng)利用因果圖法測試案例的原理，對ATP速度防護功能方面進行選取，研究測試案例的生成.

3.1 ATP速度防護功能流程

車載ATP速度防護中有以下兩方面的計算：當前推薦運行速度計算以及觸發(fā)緊急制動的速度計算.在列車行駛中，車載設(shè)備會實時地將以上2個速度值反映在車載人機界面中，讓駕駛員可以實時地監(jiān)控列車的行駛速度.一旦當列車超出當前的推薦速度時，車載設(shè)備會給予駕駛員警告信息.若此情況在規(guī)定時間內(nèi)消除，列車將繼續(xù)安全行駛；但此情況未能及時消除，列車的ATP功能將會啟動緊急制動以保護行車的安全.我們可以將被測的功能劃分為多種狀態(tài)，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換通過輸入的變量產(chǎn)生相對應(yīng)的動作輸出.

3.2 ATP速度防護功能數(shù)據(jù)確定

在考慮輸入數(shù)據(jù)的取值方面我們需要將等價類的思想方法引入到設(shè)計當中.對所有已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)進行劃分，可分為N個等價類.如何收集測試的輸入數(shù)據(jù)，可選取每個等價類中的一個數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，則可達到選取少量數(shù)據(jù)但得到很好的測試結(jié)果.根據(jù)以上對ATP速度防護系統(tǒng)的流程分析，我們可以將測試需要的輸入數(shù)據(jù)進行定義.

在選取輸入數(shù)據(jù)取值時，我們需要同時考慮到所有正常情況與異常情況下的數(shù)據(jù)輸入.我們要考慮滿足因果圖中各原因事件的“True”與“False”的關(guān)系.在設(shè)計有效輸入，我們要確定使用的每一個有效類中的值；在設(shè)計無效輸入，為確保更多等價類的輸入為有效輸入，則需將一個等價類作為無效的輸入數(shù)據(jù)，這樣考慮是從單缺陷進行假設(shè).當然也可以從多缺陷進行假設(shè)，要實現(xiàn)這類測試需要大量冗余.

3.3 ATP速度防護功能測試案例

根據(jù)ATP速度防護的流程進行遍歷，將一個整體的測試劃分為各類局部測試，最后將這些局部測試組合起來生成一個具體的測試方案.實際工程中采用的測試方案如表1所示：

4 方案測試

在實際的測試中，僅僅靠幾次測試或者十幾次測試是不能夠有效地測試出系統(tǒng)功能的完整性和準確性的.所以可以對同類型的測試多次重復.這樣就需要在測試后，測試人員需要對進行測試案例的數(shù)據(jù)結(jié)果進行統(tǒng)計和驗證.若發(fā)現(xiàn)測試存在缺陷，則需進行再次測試.

在統(tǒng)計中，測試人員需要將測試劃分為以下部分：

測試案例優(yōu)先級、測試案例預計總數(shù)、測試案例完成數(shù)量、測試案例實際數(shù)量以及通過和未通過測試的案例數(shù)量.

表1 測試方案表

所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)在整理后得表2.

表2 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

將統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)表格轉(zhuǎn)化為圖表的格式，這樣測試人員可以直觀地發(fā)現(xiàn)出測試中所存在的問題，用來指導測試工作、調(diào)整測試，使得測試更加完備、準確.

5 總結(jié)

近年來，國內(nèi)城市軌道交通正在發(fā)展高速的時期，更多的軌道交通公司對C B T C系統(tǒng)進行應(yīng)用，實際的工程建設(shè)中可以發(fā)現(xiàn).這樣急需要一套完整、有效的測試方案對設(shè)備進行測試，保證設(shè)備系統(tǒng)能夠正常地工作.本研究系統(tǒng)對車載設(shè)備的測試方法以及實際測試案例開展了深入研究，利用因果圖法在對其改進的基礎(chǔ)上提出有效的車載設(shè)備測試方案，對車載A T P超速防護進行測試實驗，實驗結(jié)果表明，本文提出的測試方案切實有效，可以進行推廣.

〔1〕向華.關(guān)于白盒測試基本方法的分析[J].江漢大學學報，2003,31(1):38-41.

〔2〕徐杰,賈學祥.CBTC關(guān)鍵理論分析及北京地鐵4號線的應(yīng)用分析[J].鐵道通信信號，2010(46):44-46.

〔3〕付劍平,陸民燕.基于因果圖的軟件測試性影響因素分析[J].計算機應(yīng)用，2009,33(6):270-271.

〔4〕石慶喜,梁新元.因果圖的一種快速推理方法[J].計算機工程與應(yīng)用，2005(28):18-20.

〔5〕王立榮,何煒.基于因果圖的軟件測試方法[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2010,19(4):104-107.

〔6〕陳榮武,劉莉.基于CBTC的列車自動駕駛控制算法[J].計算機應(yīng)用，2007,27(11):2649-2651.鐵路.2010,(4):76-78.