聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯測試方法研究

劉木齊，席武夷，李開成，袁 磊，李曉宇，李玉蘭，陳思捷

（1.北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044；2. 廣州鐵路（集團）公司 電務(wù)處，廣州 510088；3.軌道交通運行控制系統(tǒng)國家工程研究中心，北京 100044；）

聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯測試方法研究

劉木齊1，席武夷2，李開成3，袁 磊3，李曉宇1，李玉蘭1，陳思捷1

（1.北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044；2. 廣州鐵路（集團）公司 電務(wù)處，廣州 510088；3.軌道交通運行控制系統(tǒng)國家工程研究中心，北京 100044；）

聯(lián)鎖系統(tǒng)是軌道交通列車運行控制系統(tǒng)的重要組成部分，它對列車的運行安全和效率有重要的影響。目前，地鐵聯(lián)鎖測試通常歸結(jié)于對系統(tǒng)進行相應(yīng)的場景復現(xiàn)，按照測試序列對進路進行相應(yīng)的操作，觀察聯(lián)鎖的邏輯是否正確。根據(jù)該測試方法編制的測試序列，測試內(nèi)容重復，測試效率較低。本文采用等價類劃分方法的思想，對地鐵聯(lián)鎖系統(tǒng)的測試需求進行歸類，優(yōu)化了測試序列，提高了測試效率，并且以北京地鐵亦莊站的聯(lián)鎖系統(tǒng)測試進行了驗證。

聯(lián)鎖；聯(lián)鎖邏輯; 測試序列；優(yōu)化

隨著城市人口的增加，在交通的流量也極大地增加的情況下，城市軌道交通為緩解交通壓力，發(fā)揮了巨大的作用。聯(lián)鎖系統(tǒng)決定了列車正常的接發(fā)車作業(yè)，它是軌道交通列車運行控制系統(tǒng)的重要組成部分，對列車的運行安全和效率有重要的影響。因此,在聯(lián)鎖系統(tǒng)投入使用前，必須在實驗室和現(xiàn)場進行測試，觀察聯(lián)鎖系統(tǒng)的邏輯正確與否以保證系統(tǒng)功能需求，這些功能包括正常功能以及故障防護功能。

對于聯(lián)鎖系統(tǒng)的測試，國內(nèi)也對此進行了相關(guān)的研究。北京交通大學、北京交控科技有限公司針對聯(lián)鎖系統(tǒng)提出了一套測試方法對聯(lián)鎖正常功能以及故障防護功能進行測試[1]，并成功地在北京地鐵亦莊線宋家莊等開通站進行了測試，收到了較好的效果。但其測試方法存在了一些重復性工作，產(chǎn)生了一些冗余使得測試效率變低。本文在既有研究的基礎(chǔ)上，通過對冗余測試項進行合并，提出一套優(yōu)化后的測試方法，從而提高了測試效率。

1 聯(lián)鎖系統(tǒng)功能及其測試

結(jié)合城軌信號系統(tǒng)的需求和特點，在實現(xiàn)基于通信的列車控制（CBTC, Communication Based Train Control）模式與后備模式混跑的前提下，聯(lián)鎖系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：列車防護、維護功能、緊急情況下的引導進路、列車運行管理、提供列車運行命令、與旅客安全系統(tǒng)的信息交換等功能[2]。

城軌軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)的測試項一般包括正線一般性測試項以及引導進路、自動折返、自動通過進路測試項[3]。下面以北京地鐵亦莊線已開通站聯(lián)鎖測試項為例，介紹其測試項內(nèi)容。

1.1 一般性測試項目

北京地鐵亦莊線聯(lián)鎖系統(tǒng)的一般測試有23項目，如表1所示。

1.2 引導進路測試項目

表1 一般性測試項目

北京地鐵亦莊線聯(lián)鎖系統(tǒng)的引導進路測試項有14個項目，如表2所示。

1.3 自動折返以及自動通過進路測試項目

表2 引導進路測試項目

北京地鐵亦莊線聯(lián)鎖系統(tǒng)的自動通過進路測試有4個項目、自動折返進路測試項有3個項目，如表3所示。

表3 自動折返以及自動通過進路測試項目

以上測試項基本覆蓋了測試要求，但是在以往的測試中，測試每條進路針對每個測試項目都會辦理一條進路，為了更好的覆蓋測試項，每個測試項目還可能會有多個測試點，一般測試項目有36個測試點，正線引導進路有24個測試點，這樣增大了測試的工作量。

2 測試方法的優(yōu)化

以一般性測試項為例，亦莊站需要測試的進路數(shù)有24條，如果采用如上的測試案例進行測試，共有23個測試項目36個測試點，總共要有36× 24=864個工作量，也即就是要建立864個進路進行測試。這只是局限于正線一般測試項，對于引導進路的測試，同樣存在大量的冗余，重復度是極高的，這樣降低了測試效率。

為此，可以借鑒黑盒測試中的等價類劃分方法，對測試項進行約簡，將測試項進行合并， 使得在覆蓋測試項的同時達到效率成倍的提高。

2.1 等價類劃分方法

為了能夠約簡測試項目，以辦理最少的進路去覆蓋更多的測試項目為原則來提高效率。

本次測試為功能性測試，屬于黑盒測試范疇。在測試中，借鑒了等價類劃分方法的思想[4]。等價類劃分方法是軟件測試里黑盒測試中的一種最常見也是應(yīng)用最廣泛的方法。它是把所有數(shù)據(jù)分為若干類子集，每一類子集是不相交的，分別代表了一類的特性。這類方法適用于一些簡單無關(guān)聯(lián)的測試項目，它們之間是獨立無關(guān)聯(lián)的。在軟件測試中等價類有2種：有效等價類與無效等價類。有效等價類是針對程序來說是有意義的數(shù)據(jù)的集合，利用它可以檢驗有效程序是否完成了規(guī)格要求。無效等價類與之相反。

本文借鑒了這種思想，將能通過辦理一條進路便能實現(xiàn)的測試項目歸為一類子集。在測試一條進路的過程中，將測試過程劃分為不同的步驟進行，每個步驟包含了同類的測試項，也即每個步驟通過辦理一條進路，便能實現(xiàn)這些同類的測試項的覆蓋。在設(shè)計步驟時，以建立最少的步驟為原則，從而約簡測試項，實現(xiàn)辦理最少的進路覆蓋所有的測試項。

2.2 測試項目合并

根據(jù)等價類劃分的方法，我們把能通過辦理一條進路便能實現(xiàn)測試覆蓋的測試項歸為一個步驟一個類里。對辦理進路劃分為3個階段：辦理前的預操作、辦理完畢后的觀察性操作以及觀察完畢后的對進路的后續(xù)操作。

按照這3個階段，首先進行一般性測試項的合并。在辦理進路前，可以把進路中的道岔扳至相反位置，之后辦理進路。在辦理進路后，進入第二個階段，觀察始端信號機以及進路中的道岔情況，并觀察保護區(qū)段及其道岔情況。由表1可知，已經(jīng)完成了對測試項目1、5、18、20測試項的測試。在進路建立完畢后開始對進路進行后續(xù)的操作。在已辦好的進路的基礎(chǔ)上，對道岔進行相應(yīng)的操作，可以實現(xiàn)3、12的測試項目的覆蓋。對始端信號機進行相應(yīng)的操作可以覆蓋測試項目4、9、11。通過辦理敵對進路可以實現(xiàn)對測試項目13的測試。以上完成了一個步驟的制定?？梢钥闯觯ㄟ^辦理一條進路，實現(xiàn)了對10個測試項目的覆蓋。同理對于其他測試項目，按照同樣的方法可以合并其它測試項目。

對引導進路測試項目可以同樣的方法進行合并，對于自動折返進路以及自動通過進路，測試項無辦理進路的冗余項，所以不需要合并。

由上可見，通過等價類劃分的方法，把這些能夠通過辦理一條進路3個階段所能覆蓋的測試項歸為了一類，從而減少了辦理進路的數(shù)目，提高了效率。

2.3 合并結(jié)果的分析

測試項合并、優(yōu)化前后，針對一條進路測試需要建立的進路數(shù)量對比如表4所示。

表4 優(yōu)化前后測試案例辦理進路數(shù)對比

從建立進路的角度比較優(yōu)化效果看出，優(yōu)化后的方法在效率上有了成倍的提高。圖1為2種方法所需的測試時間對比。對于一般測試項：優(yōu)化前的測試時間為8.5 min，優(yōu)化后的測試時間為3 min；對于引導進路測試項：優(yōu)化前的測試時間為6 min，優(yōu)化后的測試時間為2.5 min。自動通過進路和自動折返進路分別為2 min與1.5 min。

圖1 優(yōu)化前后測試時間對比

表5給出了亦莊車站需要測試的總進路數(shù)的情況。

需辦理的進路數(shù)等于待測進路數(shù)乘以每條進路需辦理的進路數(shù)；測試耗時等于每條進路測試耗時乘以待測進路數(shù)。由表4、圖1和表5可以得到：未經(jīng)優(yōu)化下需建立進路數(shù)1 088條，優(yōu)化后需建立的進路數(shù)494條；未經(jīng)優(yōu)化測試耗時為285 min,優(yōu)化后測試耗時113 min。

表5 亦莊火車站待測進路數(shù)

優(yōu)化后的測試案例隨著待測進路數(shù)的增加其優(yōu)勢會越來越凸顯。為此假設(shè)在單位工作量不變情況下，做出如圖2統(tǒng)計。

可見測試耗時隨著進路數(shù)增加而相差越來越大。所以，優(yōu)化后方案會隨著測試進路數(shù)增加，其優(yōu)越性會越來越顯著。

圖2 兩方案隨不同進路數(shù)測試耗時對比

3 結(jié)束語

通過合并測試案例，減少了工作的冗余度。就亦莊車站測試進路來講，照優(yōu)化前后的測試方法進行系統(tǒng)測試，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，得出優(yōu)化后的測試方法能夠提高效率大概兩倍之多。而且隨著測試進路數(shù)的增加，測試時間，需辦理的進路數(shù)會相比原測試方法的增長幅度會越來越小，所以對于進路數(shù)較多的大站，新的測試方法的優(yōu)越性將會更加明顯的體現(xiàn)出來。

[1] 牛英明，黃友能，智國勝，等. 北京地鐵亦莊線CBTC示范工程的實施[J].都市快軌交通，2010， 24（4）：9-11.

[2] 余 勇，張亞影.北京市軌道交通亦莊線聯(lián)鎖子系統(tǒng)描述[J].市政技術(shù)，2010， 28（增刊）：375-381.

[3] 凌祝軍.CBTC系統(tǒng)中的聯(lián)鎖技術(shù)研究[J].鐵道通信信號，2009， 45 （9）：12-14.

[4] 向 潤.黑盒測試方法探討[J].軟件導刊，2009， 8 （1）：33-34.

責任編輯 徐侃春

Logic testing methods for Interlock System

LIU Muqi1, XI Wuyi2, LI Kaicheng3,YUAN Lei3, LI Xiaoyu1, LI Yulan1, CHEN Sijie1
( 1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Electricity Department, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Guangzhou 510088, China; 3.National Engineering Research Center of Rail Transportation Operation and Control System, Beijing 100044, China )

Interlock System was an important part of Train Operation Control System. It was with signi fi cant impact on operational safety and ef fi ciency of the train. Currently, metro interlock testing was usually attributed to reproducing corresponding scene of the System, then operating on approach according to the test sequence to observe whether the interlocking logic was correct. The content of test sequence which was established according to the test method was redundant and low ef fi cient. In this paper, the equivalence class partitioning method was used to classify testing requirements of the metro Interlock System, optimize the test sequence, improve the testing ef fi ciency, and it was veri fi ed by testing the Interlock System of Beijing Yizhuang Subway Station.

interlock; interlock logic; testing methods; optimize

U284.3∶TP39

A

1005-8451（2014）10-0056-04

2013-04-21

北京高等學校青年英才計劃項目（YETP0580）。

劉木齊，在讀碩士研究生；席武夷，工程師。