FAO信號系統(tǒng)與外部接口測試方案

魏明瑞

（通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 概述

國際公共交通協(xié)會(UITP)將列車運行的自動化水平（自動化等級（Grades of Automation，GoA））由低到高劃分為GoA0～GoA4級，其中GoA3級和GoA4級列車駕駛已經(jīng)不需要列車司機，完全可以依靠全自動運行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）實現(xiàn)列車自動運行。

近幾年越來越多的城市軌道交通線路采用FAO系統(tǒng)，2017年12月開通的上海17號線和武漢21號線均采用GoA3級的FAO系統(tǒng)，2014年8月開通的上海10號線、2016年12月開通的香港南港島線、2017年12月開通的北京燕房線、2019年9月開通的北京新機場線均采用GoA4級的FAO。即將開通的北京3號、12號、17號、19號線也將要采用GoA4級的FAO系統(tǒng)。

隨著城市軌道交通技術(shù)的進步和運營需求的不斷提升，F(xiàn)AO信號系統(tǒng)需要與更多的外部接口專業(yè)進行采集和聯(lián)動，達到全自動運營的目的，同時FAO信號系統(tǒng)與外部接口的相關(guān)測試也成為非常重要的一環(huán)。針對FAO系統(tǒng)的特點，提出一種FAO信號系統(tǒng)與外部接口的測試方案。

2 測試方案

FAO系統(tǒng)新增42個全自動運營場景，即早間上電、喚醒、出庫、軋道車運營、進入正線服務(wù)、進站停車、站臺發(fā)車、折返換端、清客、停止正線服務(wù)、回庫、清掃、休眠、洗車、自動調(diào)車、故障復(fù)位控制、再關(guān)車門控制、緊急制動緩解、區(qū)間疏散、緊急操作裝置、緊急呼叫、遠(yuǎn)程緊急制動、車輛火災(zāi)、全自動運行模式（FAM）/CAM相關(guān)模式轉(zhuǎn)換、蠕動模式、車上設(shè)備工作狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測、車門故障隔離站臺門、站臺門故障隔離車門、車門狀態(tài)丟失、雨雪模式、車輛制動系統(tǒng)故障、救援、日檢與維修、列車遠(yuǎn)程廣播、車站火災(zāi)、障礙物/脫軌檢測、其他遠(yuǎn)程控制功能、跳停、扣車、運行中信號或車輛發(fā)生設(shè)備故障后的處理、站臺門狀態(tài)丟失、逃生門狀態(tài)激活。每個全自動運營場景都需要FAO信號系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間緊密協(xié)作才能實現(xiàn)。

FAO信號系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口眾多，其中計算機聯(lián)鎖（Computer-Based Interlocking，CBI）需要與洗車機、車庫門、站臺門等系統(tǒng)接口，車載控 制 器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）與車輛有硬線和網(wǎng)絡(luò)接口，由列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）與原綜合監(jiān)控系統(tǒng)（Integrated Supervisory Control System，ISCS）深度整合的行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）需要與火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、旅客向?qū)到y(tǒng)（PIS）、廣播系統(tǒng)（PA）、車輛、站臺門等系統(tǒng)接口。各子系統(tǒng)與外部接口連接示意如圖1所示。

圖1 信號各子系統(tǒng)與外部接口連接示意Fig.1 Schematic diagram of connection of signaling subsystems and external interfaces

FAO系統(tǒng)中包含的各類設(shè)備由不同廠商提供，若在現(xiàn)場才開始進行涉及接口相關(guān)測試，由于系統(tǒng)整體過于龐大，實際工程項目現(xiàn)場工期緊張，測試需要投入大量的人力物力，成本高、周期長、現(xiàn)場不確定因素多、暴露問題晚等因素均不利于最終線路開通。因此本方案將FAO信號系統(tǒng)與外部接口測試分為信號廠商室內(nèi)測試、與外部設(shè)備廠商接口測試、現(xiàn)場聯(lián)動功能測試3個階段。第一階段主要驗證信號系統(tǒng)自身工程數(shù)據(jù)和系統(tǒng)功能的正確性，第二階段完成信號系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口測試內(nèi)容，第三階段在現(xiàn)場驗證整個FAO系統(tǒng)滿足全自動運營場景聯(lián)動功能、工程數(shù)據(jù)、接口協(xié)議，減少現(xiàn)場測試周期，降低成本，并有利于問題提前發(fā)現(xiàn)解決。

2.1 信號廠商室內(nèi)測試

本階段測試在信號廠商室內(nèi)實驗室進行，其他外部接口設(shè)備可采用仿真模擬，仿真程序需要按照與信號系統(tǒng)接口協(xié)議，滿足設(shè)置發(fā)送以及接收顯示相關(guān)信息功能。

本階段的測試重點是驗證42個全自動運營場景下，信號系統(tǒng)可以正確按照接口協(xié)議采集外部接口發(fā)送信息，可以正確按照接口協(xié)議向外部接口發(fā)送聯(lián)動信息，F(xiàn)AO信號系統(tǒng)自身功能、數(shù)據(jù)正確。

以車輛火災(zāi)場景為例，車輛發(fā)生火災(zāi)時車輛通過網(wǎng)絡(luò)或硬線向VOBC發(fā)送火災(zāi)報警信息，VOBC將火災(zāi)報警上報中心，并運行到下一站臺打開車門不關(guān)閉。車輛將火災(zāi)報警區(qū)域的畫面推送至中心CCTV。

VOBC保持在站臺打開車門且不關(guān)閉狀態(tài)，待綜合站務(wù)員上車后確認(rèn)火災(zāi)情況（中心可通過CCTV輔助確認(rèn)），按如下方式處理。

1） 如果確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)，通過中心TIAS向VOBC發(fā)送火災(zāi)確認(rèn)，由VOBC向車輛發(fā)送火災(zāi)確認(rèn)，車輛觸發(fā)預(yù)錄廣播和預(yù)錄制的PIS信息提示乘客。

2） 如果確認(rèn)未發(fā)生火災(zāi)，通過中心TIAS遠(yuǎn)程向VOBC發(fā)送復(fù)位FAS報警指令，VOBC自動控制列車發(fā)車。

室內(nèi)測試方法及內(nèi)容如下。

1）通過仿真軟件模擬車輛向VOBC發(fā)送火災(zāi)信息，模擬車輛向TIAS推送CCTV畫面，觀察全自動運行列車?yán)^續(xù)運行至下一站臺打開車門不關(guān)閉，中心TIAS工作站顯示車輛火災(zāi)報警，中心CCTV顯示推送畫面。

2）通過中心TIAS確認(rèn)火災(zāi)，觀察中心向VOBC發(fā)送火災(zāi)確認(rèn)，車輛仿真程序收到VOBC發(fā)送的火災(zāi)確認(rèn)信息。

3）通過中心TIAS遠(yuǎn)程復(fù)位FAS報警，車輛仿真程序取消發(fā)送火災(zāi)報警，觀察VOBC自動控制列車發(fā)車。

測試時，測試人員通過車輛仿真程序注入車輛火災(zāi)的信息，驗證信號系統(tǒng)在收到車輛火災(zāi)信息時的處理邏輯正確，同時通過觀察車輛仿真程序接收界面驗證信號系統(tǒng)向車輛發(fā)送的聯(lián)動指令正確，并在測試過程中驗證信號系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)間的工程數(shù)據(jù)一致性。

2.2 與外部設(shè)備廠商接口測試

本階段測試可以在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，若信號系統(tǒng)和其他外部接口設(shè)備有條件在實驗室搭建真實設(shè)備測試環(huán)境，則可在實驗室進行相關(guān)接口測試內(nèi)容，測試環(huán)境需要滿足全自動運行系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行環(huán)境，應(yīng)以FAO中的核心設(shè)備和典型設(shè)備作為平臺的基礎(chǔ)，實物設(shè)備和仿真設(shè)備相結(jié)合。如果在實驗室各系統(tǒng)設(shè)備部署完整，滿足驗證全自動運營場景聯(lián)動功能的要求，在此階段同時進行FAO室內(nèi)的聯(lián)動功能測試驗證，減少后續(xù)現(xiàn)場聯(lián)動功能的調(diào)試測試工作量和時間。若不具備在實驗室搭建測試環(huán)境的條件，在現(xiàn)場進行接口測試時需要現(xiàn)場外部接口設(shè)備部署完成并與信號系統(tǒng)連接正常之后進行。信號系統(tǒng)與各外部接口專業(yè)需要共同進行測試環(huán)境搭建和調(diào)試驗證工作。

本階段的測試重點是驗證信號系統(tǒng)與外部接口信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，若采用繼電接口連接，如CBI與洗車機、車庫門連接，VOBC與車輛硬線連接等，需要驗證繼電接口、電路連接是否正確，信號系統(tǒng)與外部接口采集或輸出信號是否正確；若采用協(xié)議傳輸方式，如TIAS與站臺門系統(tǒng)、VOBC與車輛網(wǎng)絡(luò)連接等，需要驗證接口正確連接，并驗證接口傳輸符合接口協(xié)議內(nèi)容，測試內(nèi)容至少包含所有命令和數(shù)據(jù)的格式、接收和發(fā)送機制和協(xié)議中特殊情況說明。

2.3 現(xiàn)場聯(lián)動功能測試

本階段測試需要信號系統(tǒng)及各外部接口設(shè)備在現(xiàn)場完成部署連接，并已在現(xiàn)場完成各自系統(tǒng)功能和工程數(shù)據(jù)測試驗證。

本階段的測試重點是驗證42個全自動運營場景下，F(xiàn)AO各系統(tǒng)間聯(lián)動功能符合預(yù)期，各系統(tǒng)之間接口性能滿足要求。

同樣以車輛火災(zāi)場景為例，現(xiàn)場聯(lián)動功能測試方法及內(nèi)容如下。

1）現(xiàn)場模擬車輛向VOBC發(fā)送火災(zāi)信息，觀察全自動運行列車?yán)^續(xù)運行至下一站臺打開車門不關(guān)閉，中心TIAS顯示車輛火災(zāi)報警，中心CCTV顯示車輛推送畫面。

2）通過中心TIAS確認(rèn)火災(zāi)，觀察車輛觸發(fā)預(yù)錄廣播和預(yù)錄制的PIS信息提示乘客。

3）通過中心TIAS遠(yuǎn)程復(fù)位FAS報警，恢復(fù)車輛火災(zāi)報警，觀察VOBC自動控制列車發(fā)車。

與室內(nèi)測試比較，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場聯(lián)動功能測試側(cè)重點不是信號系統(tǒng)接收信息或向外部接口發(fā)送信息的正確性，而是整個FAO各系統(tǒng)間最終的功能聯(lián)動符合預(yù)期。另外，各系統(tǒng)接口間的倒機、單通道通信故障下連接穩(wěn)定性等性能測試內(nèi)容也是本階段的測試重點。

3 結(jié)束語

FAO需要信號、綜合監(jiān)控、車輛、通信、站臺門系統(tǒng)等與列車運行相關(guān)專業(yè)設(shè)備共同構(gòu)成、緊密協(xié)作，才能實現(xiàn)列車全自動化運行。以信號系統(tǒng)為主，將FAO信號系統(tǒng)涉及外部接口需要進行測試的所有內(nèi)容分為信號廠商室內(nèi)測試、與外部設(shè)備廠商接口測試、現(xiàn)場聯(lián)動功能測試3個階段進行，詳細(xì)介紹FAO信號系統(tǒng)與外部接口的測試方案，為FAO線路提供一種測試思路，保障線路順利開通。