關(guān)于城市軌道CBTC系統(tǒng)測(cè)試探討

黃小華

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

目前，北京地鐵10號(hào)線、2號(hào)線、4號(hào)線、亦莊線等大部分國(guó)內(nèi)地鐵新建線路信號(hào)系統(tǒng)均采用基于通信的列車(chē)控制（Communication Based Train Control，CBTC）系統(tǒng)技術(shù)，CBTC系統(tǒng)代表了當(dāng)今鐵路信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)。然而隨之而來(lái)的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題擺在面前——在系統(tǒng)投入使用前，即如何對(duì)系統(tǒng)的安全性、可靠性、可用性、功能性進(jìn)行測(cè)試。CBTC系統(tǒng)融合了ATP、ATO、ATS、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBI）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）、MSS（維護(hù)管理系統(tǒng)）及與車(chē)輛的接口7大部分，各子系統(tǒng)間既有一定的獨(dú)立性又相互依存，系統(tǒng)間交互的信息量大，因此需要統(tǒng)一的組織和協(xié)調(diào)，進(jìn)行規(guī)范的流程管理。隨著亦莊線的開(kāi)通，國(guó)產(chǎn)CBTC系統(tǒng)已開(kāi)始應(yīng)用，國(guó)內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)也正在逐步完善過(guò)程中，且在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中已逐步引入第三方安全認(rèn)證，測(cè)試將是認(rèn)證項(xiàng)目審查的重要環(huán)節(jié)，因此本文就CBTC系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試流程進(jìn)行探討。

1 CBTC系統(tǒng)簡(jiǎn)述

1.1 CBTC系統(tǒng)原理

CBTC系統(tǒng)原理如圖1所示。

CBTC系統(tǒng)以移動(dòng)閉塞的方式運(yùn)行，移動(dòng)閉塞是基于控制列車(chē)在線路上的安全間隔，與基于由固定軌道區(qū)段間隔的固定閉塞不同，軌旁ATP建立一個(gè)可根據(jù)列車(chē)位移運(yùn)動(dòng)的虛擬安全范圍，這種稱(chēng)為自動(dòng)防護(hù)的安全范圍也可被稱(chēng)為移動(dòng)閉塞分區(qū)。軌旁ATP是負(fù)責(zé)列車(chē)間隔的子系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)保護(hù)稱(chēng)為移動(dòng)閉塞區(qū)間的區(qū)域，系統(tǒng)能夠通過(guò)無(wú)線傳輸進(jìn)行列車(chē)移動(dòng)授權(quán)的更新,縮短列車(chē)行車(chē)間隔。移動(dòng)閉塞方式的列控系統(tǒng)采取目標(biāo)-距離控制模式，根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車(chē)本身的性能確定列車(chē)制動(dòng)曲線。移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)是前行列車(chē)的防護(hù)點(diǎn), 后行列車(chē)從最高速開(kāi)始制動(dòng)的計(jì)算點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車(chē)本身的性能計(jì)算決定的。目標(biāo)點(diǎn)與前行列車(chē)的走行和速度有關(guān),是隨時(shí)變化的,而制動(dòng)的起始點(diǎn)是隨線路參數(shù)和列車(chē)本身性能不同而變化的。

1.2 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以北京地鐵2號(hào)線為例，CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

按照CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下設(shè)備。

控制中心設(shè)備：ATC設(shè)備、中央邏輯控制器（CLC）、維護(hù)管理系統(tǒng)（MMS）；

車(chē)站及軌旁設(shè)備：區(qū)域聯(lián)鎖控制器（ZLC）、ATS顯示終端、信標(biāo)編碼器、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、發(fā)車(chē)計(jì)時(shí)器（TDT）、緊急關(guān)閉（ESP）、計(jì)軸設(shè)備、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)和信標(biāo)等。

車(chē)輛段設(shè)備：區(qū)域控制器（ZC）、ATS顯示終端、軌道電路、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)等；車(chē)載設(shè)備：車(chē)載計(jì)算機(jī)（CC）、駕駛員人機(jī)接口（DMI）、編碼里程計(jì)、信標(biāo)天線、無(wú)線天線、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器等；通信系統(tǒng)設(shè)備：骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）等。

1.3 系統(tǒng)功能

主要功能：ATS功能、聯(lián)鎖功能、ATP/ATO功能和列車(chē)檢測(cè)功能。

1）ATS功能：自動(dòng)進(jìn)路排列功能、自動(dòng)進(jìn)路調(diào)整功能、列車(chē)監(jiān)督和追蹤功能、時(shí)刻表功能、控制中心HMI 功能和報(bào)告、報(bào)警、歸檔功能。

2）聯(lián)鎖功能：軌道區(qū)段處理功能、進(jìn)路調(diào)用功能、道岔控制功能和信號(hào)機(jī)控制功能。

3）ATP/ATO 功能：ATP 軌旁功能、通信功能、ATP 車(chē)載功能和ATO 車(chē)載功能。

2 測(cè)試準(zhǔn)備

2.1 測(cè)試人員組成

測(cè)試隊(duì)伍的建立開(kāi)始測(cè)試工作的第一步，也是最重要的一步。根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試組成員應(yīng)包括白盒、黑盒及系統(tǒng)測(cè)試人員，完成從軟件模塊到最終的系統(tǒng)功能，測(cè)試人員應(yīng)具有相應(yīng)的資質(zhì)及能力，這也是安全認(rèn)證審核的內(nèi)容之一。

2.2 測(cè)試的依據(jù)

測(cè)試依據(jù)應(yīng)包括系統(tǒng)及軟件的需求文檔、設(shè)計(jì)文檔，各系統(tǒng)間的接口協(xié)議，需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；測(cè)試人員應(yīng)根據(jù)以上文檔編制對(duì)應(yīng)的測(cè)試大綱及測(cè)試案例，做為測(cè)試的輸入文件。

2.3 測(cè)試環(huán)境的搭建

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及聯(lián)調(diào)前均需進(jìn)行廠內(nèi)測(cè)試，測(cè)試人員應(yīng)根據(jù)各系統(tǒng)的接口協(xié)議及測(cè)試需求編制工具軟件及仿真軟件，搭建系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)仿真平臺(tái)可以完成子系統(tǒng)的測(cè)試，且便于故障的定位及處理，確認(rèn)子系統(tǒng)功能達(dá)到預(yù)期的要求。

3 測(cè)試步驟

由于單一的系統(tǒng)測(cè)試已經(jīng)不能保證設(shè)備測(cè)試的完整性，為了保證各系統(tǒng)功能的可靠實(shí)現(xiàn)，保證各系統(tǒng)之間的一致性，提高測(cè)試的效率及準(zhǔn)確性，因此需要把測(cè)試分步驟、分階段進(jìn)行，按具體情況可分為各子系統(tǒng)的試驗(yàn)、系統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)、144 h試驗(yàn)，從而形成完整的測(cè)試流程，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)層面進(jìn)行測(cè)試，確保試驗(yàn)完整、可靠的目的。

3.1 各子系統(tǒng)的試驗(yàn)

首先各子系統(tǒng)的單項(xiàng)試驗(yàn)是綜合試驗(yàn)的前提和基礎(chǔ)，只有確保各子系統(tǒng)的本身調(diào)試通過(guò)，顯示正確，才能進(jìn)行綜合試驗(yàn)。另外，CBTC系統(tǒng)龐大，其中每一個(gè)子系統(tǒng)的大部分調(diào)試內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，例如聯(lián)鎖系統(tǒng)的調(diào)試，車(chē)輛的靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)等，因此首先進(jìn)行各子系統(tǒng)的單項(xiàng)測(cè)試、試驗(yàn)是可行的。

3.2 系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)

當(dāng)各子系統(tǒng)的調(diào)試、試驗(yàn)完成后，可進(jìn)行綜合試驗(yàn)。綜合試驗(yàn)主要檢驗(yàn)各子系統(tǒng)之間（車(chē)、地、中心等）的一致性、各子系統(tǒng)接口之間的配合及系統(tǒng)各項(xiàng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.3 144 h試驗(yàn)

當(dāng)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可進(jìn)行系統(tǒng)144 h連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)的整體功能，運(yùn)行效果，以及可靠性、安全性等各項(xiàng)性能指標(biāo)。

4 測(cè)試內(nèi)容

4.1 聯(lián)鎖部分

聯(lián)鎖部分試驗(yàn)主要依據(jù)信號(hào)平面圖、聯(lián)鎖表、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、子系統(tǒng)接口協(xié)議來(lái)驗(yàn)證聯(lián)鎖關(guān)系的正確性，驗(yàn)證聯(lián)鎖與ATP及ATS系統(tǒng)之間信息交互的正確性。

4.1.1 聯(lián)鎖試驗(yàn)

聯(lián)鎖試驗(yàn)可分廠內(nèi)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試兩部分。廠內(nèi)試驗(yàn)主要針對(duì)聯(lián)鎖軟件進(jìn)行測(cè)試，側(cè)重于聯(lián)鎖關(guān)系的正確性，核對(duì)信號(hào)平面圖與操作界面（HMI）以及實(shí)際站場(chǎng)的一致性，采用工具軟件模擬檢查條件機(jī)接口信息。按照聯(lián)鎖表所列舉項(xiàng)目一一核查進(jìn)路、道岔、區(qū)段、信號(hào)機(jī)的鎖閉、占用、顯示的聯(lián)鎖關(guān)系，檢查對(duì)于侵限絕緣、接近延長(zhǎng)及保護(hù)進(jìn)路等的處理是否正確，檢查CBTC模式下聯(lián)鎖的特殊性，檢查后備與CBTC兩種閉塞模式之間的相互轉(zhuǎn)換條件與設(shè)計(jì)要求是否相符，檢查緊急關(guān)閉、屏蔽門(mén)等條件處理的是否正確；檢查設(shè)備集中站與非集中站之間的控制權(quán)交換、顯示是否正確，聯(lián)鎖與ATP、ATS系統(tǒng)之間的接口信息對(duì)應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試側(cè)重于檢查聯(lián)鎖系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)采集配線及繼電電路配線的正確性，需制作模擬盤(pán)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，核對(duì)HMI顯示與聯(lián)鎖采集、驅(qū)動(dòng)板的狀態(tài)及繼電器的狀態(tài)、模擬盤(pán)的顯示是否一致。

4.1.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)室內(nèi)外一致性檢查

完成聯(lián)鎖模擬實(shí)驗(yàn)及室外設(shè)備單送電試驗(yàn)后，進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)備一致性檢查。主要檢查室外道岔位置、動(dòng)作，區(qū)段的占用、出清，信號(hào)機(jī)的顯示與室內(nèi)對(duì)應(yīng)繼電器的狀態(tài)，HMI的顯示、操作是否一致。

4.1.3 聯(lián)鎖系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的配合

在綜合測(cè)試時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)要核對(duì)與ATS系統(tǒng)及車(chē)載系統(tǒng)之間的控制、顯示是否一致，各站聯(lián)鎖系統(tǒng)與中心ATS系統(tǒng)的控制權(quán)轉(zhuǎn)換是否正確等。

4.2 ATS部分

4.2.1 ATS基礎(chǔ)測(cè)試

驗(yàn)證ATS與2號(hào)線控制中心的ZC設(shè)備連接正常，緊急停車(chē)區(qū)（ESA）區(qū)域狀態(tài)顯示，驗(yàn)證ATS能夠正確顯示ZC報(bào)告的計(jì)軸失效狀態(tài)，并在計(jì)軸修復(fù)后，執(zhí)行確認(rèn)計(jì)軸有效操作；驗(yàn)證與聯(lián)鎖系統(tǒng)的顯示操作一致性。

4.2.2 ATS與CBTC列車(chē)之間的測(cè)試

驗(yàn)證ATS顯示與來(lái)自車(chē)載CC的運(yùn)行信息是否一致，主要有車(chē)次號(hào)、車(chē)組號(hào)、運(yùn)行模式、運(yùn)行狀態(tài)及計(jì)劃信息與執(zhí)行的偏差等。

驗(yàn)證ATS控制管理CBTC運(yùn)行列車(chē)功能，主要有ATS能夠獲得CBTC列車(chē)精確位置報(bào)告并顯示列車(chē)運(yùn)行移動(dòng)，ATS能夠根據(jù)列車(chē)運(yùn)行任務(wù)頭碼自動(dòng)觸發(fā)前方進(jìn)路，ATS能夠?yàn)锳TO運(yùn)行列車(chē)計(jì)算并發(fā)送列車(chē)運(yùn)行命令，無(wú)人自動(dòng)折返測(cè)試。

4.2.3 CBTC列車(chē)站臺(tái)功能測(cè)試

驗(yàn)證ATS控制CBTC運(yùn)行列車(chē)的站臺(tái)功能測(cè)試，主要有ATS控制CBTC ATO列車(chē)按指定時(shí)間發(fā)車(chē)、提前發(fā)車(chē)，扣車(chē)、跳停等功能，能否正確觸發(fā)TDT以及PID信息。

4.3 車(chē)載部分

4.3.1 CBTC列車(chē)單車(chē)運(yùn)行測(cè)試

辦理進(jìn)路后，驗(yàn)證列車(chē)在人工駕駛（CM）及自動(dòng)駕駛（AM）模式下能否在預(yù)計(jì)位置停車(chē)，辦理進(jìn)路后，目標(biāo)速度、距離是否增加；車(chē)載顯示界面（DMI）的信息是否與設(shè)置的進(jìn)路一致，DMI上的速度曲線顯示與設(shè)計(jì)的速度曲線保持一致，行駛過(guò)程中是否存在不正當(dāng)?shù)木o急現(xiàn)象；驗(yàn)證列車(chē)在ATO情況下是否可以自動(dòng)停車(chē)、開(kāi)關(guān)門(mén)以及停車(chē)的精度，接受中心的跳停、扣車(chē)、緊急關(guān)閉等命令的執(zhí)行情況是否與中心及聯(lián)鎖一致。

4.3.2 CBTC列車(chē)追蹤運(yùn)行測(cè)試

追蹤運(yùn)行測(cè)試分兩種情況進(jìn)行：包括裝備車(chē)（車(chē)載CBTC設(shè)備可用）追蹤裝備車(chē)，裝備車(chē)追蹤非裝備車(chē)兩種情況。裝備車(chē)追蹤裝備車(chē)時(shí)，以不同的速度運(yùn)行列車(chē)，觀察隨著后車(chē)與前車(chē)距離接近時(shí)，目標(biāo)速度是否達(dá)到預(yù)期的變化，前車(chē)進(jìn)站停車(chē)時(shí)，后車(chē)是否在授權(quán)的終點(diǎn)停車(chē)；前車(chē)出站，速度增加，后車(chē)的目標(biāo)速度變化情況，AM車(chē)能否自動(dòng)跟隨等。

裝備車(chē)追蹤非裝備車(chē)時(shí)，當(dāng)前車(chē)由裝備車(chē)轉(zhuǎn)為非裝備車(chē)時(shí)，后車(chē)的授權(quán)變化情況，目標(biāo)速度變化情況，是否會(huì)緊急制動(dòng)等。

4.3.3 CBTC列車(chē)運(yùn)行能力測(cè)試

根據(jù)設(shè)計(jì)的運(yùn)行間隔，安排足夠的車(chē)組，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行能力的測(cè)試，驗(yàn)證列車(chē)的追蹤間隔是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證實(shí)際運(yùn)行與計(jì)劃運(yùn)行圖的偏差情況；驗(yàn)證車(chē)載設(shè)備與ATS及聯(lián)鎖設(shè)備之間的配合情況，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)非裝備車(chē)時(shí)，ATS設(shè)備與聯(lián)鎖設(shè)備的顯示及辦理情況能否達(dá)到預(yù)期效果。

4.4 系統(tǒng)功能測(cè)試

4.4.1 系統(tǒng)的同步測(cè)試

驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)備I、II系在動(dòng)（站場(chǎng)有車(chē)列運(yùn)行或操作作業(yè)）、靜態(tài)（辦理好作業(yè)后無(wú)車(chē)列運(yùn)行和沒(méi)有其他操作）時(shí)進(jìn)行切換，可以模擬單網(wǎng)中斷，單系宕機(jī)等情況檢查是否影響列車(chē)正常運(yùn)行。ATP系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、ATS系統(tǒng)均涉及此項(xiàng)內(nèi)容，各子系統(tǒng)首先完成同步測(cè)試；子系統(tǒng)集成后，應(yīng)測(cè)試某一子系統(tǒng)切機(jī)是否對(duì)其他子系統(tǒng)有影響。

4.4.2 系統(tǒng)的冗余性測(cè)試

CBTC的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、車(chē)載系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、電源系統(tǒng)均采用冗余結(jié)構(gòu)，在其運(yùn)行時(shí)斷掉其中的一套或冗余的硬件，觀察其能否正常工作以及顯示狀態(tài)、報(bào)警信息有無(wú)變化。例如車(chē)載的控制板、聯(lián)鎖冗余網(wǎng)絡(luò)，以及屏蔽地面一組信標(biāo)、觀察列車(chē)的定位情況，連續(xù)屏蔽兩組觀察列車(chē)的定位情況等。

4.4.3 系統(tǒng)與車(chē)輛接口測(cè)試

根據(jù)與車(chē)輛的相關(guān)接口協(xié)議測(cè)試與車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)、速度傳感器信息的接收、牽引制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系是否達(dá)到預(yù)期的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)以上的測(cè)試步驟和測(cè)試內(nèi)容，可以較好的對(duì)系統(tǒng)功能及可靠性進(jìn)行測(cè)試，基本達(dá)到了測(cè)試的目的，保證了系統(tǒng)可靠的投入運(yùn)營(yíng)。

CBTC系統(tǒng)的測(cè)試包含內(nèi)容多且比較復(fù)雜，篇幅有限在這里就不再深入描述。隨著CBTC技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，必然會(huì)暴露出一些測(cè)試未曾發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)測(cè)試人員提出了更高的要求，需要不斷完善測(cè)試方法，使測(cè)試能夠?yàn)樵O(shè)備安全可靠運(yùn)行提供保障。

鑒于筆者對(duì)系統(tǒng)的了解程度及水平有限，疏漏難免，愿與大家共同探討。

[1] TB10071-2000 鐵路信號(hào)站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]鐵運(yùn)[2010]149號(hào) 鐵路信號(hào)聯(lián)鎖試驗(yàn)暫行辦法[S].