全電子聯(lián)鎖地鐵信號(hào)系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試方案研究

何爭(zhēng)艷 李葉 夏蕓 侯雪莉

（卡斯柯信號(hào)有限公司 上海市 200000）

1 測(cè)試目的

地鐵信號(hào)系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試主要有分三大類(lèi)：子系統(tǒng)信心測(cè)試、子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試和系統(tǒng)信心測(cè)試。子系統(tǒng)信心測(cè)試對(duì)象為單一子系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)為主，其他外部接口子系統(tǒng)使用仿真模擬工具，主要驗(yàn)證單個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和軟件的兼容性，項(xiàng)目數(shù)據(jù)功能正確實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試對(duì)象為子系統(tǒng)間交互的數(shù)據(jù)接口碼位，驗(yàn)證碼位按照預(yù)期結(jié)果正常跳變；系統(tǒng)信心測(cè)試對(duì)象為整個(gè)信號(hào)大系統(tǒng)、系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)均為真實(shí)數(shù)據(jù)和軟件，只有軌旁設(shè)備和車(chē)輛使用模擬仿真工具，系統(tǒng)信心測(cè)試驗(yàn)證各個(gè)子系統(tǒng)間的消息交互正常，系統(tǒng)基本功能、項(xiàng)目特殊需求均正常實(shí)現(xiàn)等。

本文主要闡述全電子聯(lián)鎖室內(nèi)子系統(tǒng)信心測(cè)試相關(guān)的測(cè)試目的、測(cè)試對(duì)象、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方案、測(cè)試通過(guò)/失敗準(zhǔn)則、準(zhǔn)入原則、停止原則和輸出文檔，明確測(cè)試結(jié)果的響應(yīng)方式，識(shí)別測(cè)試過(guò)程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，以及定義可能的規(guī)避措施等。

2 測(cè)試對(duì)象

本案所闡述的全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)，屬于筆者所在單位的U888 地鐵信號(hào)信號(hào)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)目前是國(guó)內(nèi)地鐵CBTC 信號(hào)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品之一，該產(chǎn)品可以根據(jù)用戶(hù)的需求和運(yùn)營(yíng)環(huán)境靈活的系統(tǒng)配置方案。U888 主要由五大子系統(tǒng)構(gòu)成，采用完整的基于無(wú)線(xiàn)通訊的移動(dòng)閉塞列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)和列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（ATC）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)（DCS）、維護(hù)支持子系統(tǒng)（MSS）組成。U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)中凡涉及行車(chē)安全的子系統(tǒng)或設(shè)備滿(mǎn)足故障-安全的原則，系統(tǒng)中主要行車(chē)設(shè)備或子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用多重冗余技術(shù)，熱備切換時(shí)間不影響設(shè)備工作的連續(xù)性，做到無(wú)擾切換；U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)具有降級(jí)使用的靈活控制模式，具備點(diǎn)式ATP及聯(lián)鎖級(jí)下的降級(jí)運(yùn)行模式；U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備具有高靈活性以及便于將來(lái)的擴(kuò)展，系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造均符合和遵循相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)CI 作為U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，保證列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段、道岔、信號(hào)機(jī)之間正確聯(lián)鎖關(guān)系，滿(mǎn)足故障-安全原則；負(fù)責(zé)與相鄰CBI 之間的信息交換；負(fù)責(zé)采集和驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)軌旁信號(hào)設(shè)備，通過(guò)安全型繼電器實(shí)現(xiàn)和道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸、緊急停車(chē)按鈕/緊急停車(chē)取消、站臺(tái)門(mén)、防淹門(mén)等設(shè)備的安全接口，安全接口具有故障-安全功能；實(shí)現(xiàn)與軌旁ZC 接口，負(fù)責(zé)把本區(qū)域內(nèi)的聯(lián)鎖處理結(jié)果發(fā)送給軌旁ZC，并接收軌旁ZC 發(fā)送的列車(chē)位置等相關(guān)信息；實(shí)現(xiàn)與車(chē)載CC 的接口，接收車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送的站臺(tái)門(mén)動(dòng)作信息，通過(guò)安全型繼電器實(shí)現(xiàn)與站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的接口；聯(lián)鎖設(shè)備與ATS 子系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)進(jìn)路的自動(dòng)控制。通過(guò)車(chē)站級(jí)的局域網(wǎng)，聯(lián)鎖設(shè)備向ATS 設(shè)備提供列車(chē)運(yùn)行的表示信息和信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息，并接收ATS 子系統(tǒng)的控制命令；在后備模式下向車(chē)載系統(tǒng)提供軌旁信號(hào)和道岔的相關(guān)信息；聯(lián)鎖設(shè)備具有側(cè)面防護(hù)的功能；提供直觀的維護(hù)和診斷功能等功能。

全電子聯(lián)鎖是卡斯柯有限公司在既有計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)CI 的基礎(chǔ)上，集成自主研發(fā)的電子執(zhí)行單元子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軌旁設(shè)備直驅(qū)直采的功能。系統(tǒng)采用“2 乘2 取2”結(jié)構(gòu)，核心安全平臺(tái)已通過(guò)國(guó)際第三方SIL4 級(jí)安全認(rèn)證。全電子聯(lián)鎖具備靈活配置性，產(chǎn)品模塊化的設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足不同規(guī)模、不同配置的車(chē)站應(yīng)用，且可按需靈活配置成本地聯(lián)鎖、區(qū)域聯(lián)鎖或集中聯(lián)鎖，滿(mǎn)足遠(yuǎn)程集中控制、車(chē)站本地控制等多種用戶(hù)需求。全電子聯(lián)鎖可維護(hù)性強(qiáng)，提供圖形化的維護(hù)診斷手段、全面的信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)信息、明確直觀的故障提示和智能故障分析。設(shè)備配置簡(jiǎn)潔、接口簡(jiǎn)單，故障率低，可大幅減少現(xiàn)場(chǎng)日常維護(hù)工作量。作為鐵路及地鐵信號(hào)控制的新一代聯(lián)鎖設(shè)備，全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)安全性高、體積小、功能強(qiáng)大、組網(wǎng)能力強(qiáng)，可為鐵路及地鐵自動(dòng)化、信息化提供必要的基礎(chǔ)信息，是軌道交通訊號(hào)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向。

運(yùn)用于地鐵信號(hào)系統(tǒng)的全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)主要有2 個(gè)功能模塊組成：IPS-200 和OC。IPS-200 是全電子聯(lián)鎖的核心設(shè)備，完成了系統(tǒng)輸入輸出管理、邏輯運(yùn)算執(zhí)行等聯(lián)鎖功能，并提供與ZC，CC，IOM，ATS，AC,鄰站CI 以及與互聯(lián)互通的鄰站CI 的通訊接口，以及與系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行表示單元的接口。OC 是全電子聯(lián)鎖的執(zhí)行單元，用以實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)對(duì)軌旁信號(hào)設(shè)備（信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路、繼電器、零散設(shè)備等）的控制命令，驅(qū)動(dòng)軌旁設(shè)備動(dòng)作，同時(shí)采集軌旁信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)并將其反饋給IPS-200。

3 測(cè)試環(huán)境

為了全電子聯(lián)鎖室內(nèi)子統(tǒng)信心測(cè)試的順利執(zhí)行，測(cè)試使用全電子聯(lián)鎖CVC 機(jī)籠和IPS-200 板卡、OC 機(jī)籠和OC 板卡及PC 機(jī)搭建測(cè)試環(huán)境，該測(cè)試環(huán)境可根據(jù)需要連接真實(shí)OC 機(jī)籠或OC 模擬器。OC 模擬器被由工具開(kāi)發(fā)組自主開(kāi)發(fā)，并經(jīng)過(guò)完整測(cè)試后發(fā)布項(xiàng)目使用。OC 模擬器具備完善的仿真功能，能實(shí)現(xiàn)模擬IPS-200 與備測(cè)板卡之間的通訊接口、實(shí)現(xiàn)全電子聯(lián)鎖采集碼位的接收和輸出碼位的發(fā)送功能，減少?lài)?yán)重影響測(cè)試進(jìn)度和測(cè)試完整性的風(fēng)險(xiǎn)。

U888 地鐵信號(hào)系統(tǒng)的人機(jī)操作界面使用的列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)ATS 的中心工作站和車(chē)站工作，全電子聯(lián)鎖信心測(cè)試屬于測(cè)站功能，使用的操作界面是ATS 的車(chē)站工作操作界面結(jié)合IOM 完成。測(cè)試通過(guò)深灰淺灰網(wǎng)絡(luò)搭建LATS、LWS 和IOM 測(cè)試環(huán)境。測(cè)試人員在LWS 執(zhí)行操作命令（例如：進(jìn)路辦理、單操道岔、開(kāi)放引導(dǎo)進(jìn)路等所有的聯(lián)鎖操作），經(jīng)LWS 處理后送給全電子聯(lián)鎖；全電子聯(lián)鎖把運(yùn)算后的相關(guān)表示信息（信號(hào)機(jī)狀態(tài)、道岔位置、區(qū)段狀態(tài)等）送至LWS 上顯示。IOM 為診斷和維護(hù)子系統(tǒng)（MSS）的車(chē)站操作界面，通過(guò)IOM 查詢(xún)?nèi)娮勇?lián)鎖的數(shù)據(jù)、軟件、網(wǎng)絡(luò)和板卡狀態(tài)、參數(shù)追蹤、CI 故障報(bào)警和記錄回放等相關(guān)功能。全電子聯(lián)鎖通過(guò)安全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行內(nèi)部通訊及軌旁的信號(hào)機(jī)、道岔，計(jì)軸即(SimOC 和SimAC )等軌旁設(shè)備通訊。

圖1為全電子聯(lián)鎖的室內(nèi)測(cè)試環(huán)境示意圖。

圖1：測(cè)試環(huán)境

備注：SimOC 為OC 模擬器，模擬信號(hào)機(jī)、道岔、繼電器、零散設(shè)備等：

SimAC 為AC 模擬器，模擬軌道計(jì)軸。

3.1 硬件環(huán)境

基于地鐵信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目的特點(diǎn)，全線(xiàn)的聯(lián)鎖集中站通常6-8 個(gè)，有時(shí)車(chē)站數(shù)量會(huì)更多。室內(nèi)測(cè)試受場(chǎng)地和設(shè)備成本限制、搭建全套真實(shí)全電子聯(lián)鎖機(jī)架環(huán)境難度很高。項(xiàng)目測(cè)試組通過(guò)與產(chǎn)品研發(fā)組、項(xiàng)目數(shù)據(jù)組討論，制定了一套可確保測(cè)試完整性的簡(jiǎn)化版車(chē)站室內(nèi)硬件搭建環(huán)境，用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)搭建項(xiàng)目全線(xiàn)車(chē)站的硬件測(cè)試方案。簡(jiǎn)化版硬件環(huán)境采用CVC 機(jī)籠配備3 個(gè)IPS-200 單套板卡設(shè)備為主，全線(xiàn)1 套OC 機(jī)籠配備通訊板卡為輔，結(jié)合AC 和OC 軟件模擬器搭建測(cè)試環(huán)境。通過(guò)對(duì)室內(nèi)硬件測(cè)試環(huán)境的優(yōu)化整合，室內(nèi)測(cè)試只需要2 至3 個(gè)機(jī)籠及板卡設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)全電子聯(lián)鎖的子系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境。

表1是1 套CVC 機(jī)籠硬件配置，具體機(jī)籠個(gè)數(shù)根據(jù)項(xiàng)目站數(shù)而定。

表1：硬件環(huán)境

3.2 軟件環(huán)境

全電子的聯(lián)鎖測(cè)試的操作界面使用是ATS 的工作界面（LWS），全電子聯(lián)鎖和ATS 的數(shù)據(jù)及軟件由項(xiàng)目發(fā)布，通過(guò)配置管理工具clearcase 進(jìn)行版本管理及打標(biāo)簽發(fā)布，被測(cè)對(duì)象及模擬工具具體軟件配置如表2所示。

表2：軟件環(huán)境

4 測(cè)試方案

4.1 測(cè)試策略

全電子聯(lián)鎖由IPS200 和OC 兩個(gè)模塊組成，因此項(xiàng)目層的子系統(tǒng)測(cè)試需考慮兩個(gè)模塊的測(cè)試策略。鑒于全電子聯(lián)鎖是我司一個(gè)較成熟的產(chǎn)品，且全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)及組成的軟件、硬件已在產(chǎn)品平臺(tái)完成確認(rèn)，全電子的IPS-200 主備系數(shù)據(jù)相同，只有軟件不同，因此項(xiàng)目的全電子聯(lián)鎖室內(nèi)測(cè)試測(cè)試使用IPS-200 單系設(shè)備做聯(lián)鎖子系統(tǒng)的項(xiàng)目層測(cè)試。IPS-200 雙系測(cè)試由現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖靜調(diào)、聯(lián)鎖/軌旁設(shè)備一致性測(cè)試保證。其中進(jìn)路遍歷測(cè)試只關(guān)注進(jìn)路是否正確建立、信號(hào)機(jī)是否正確開(kāi)放、道岔位置是否正確等基本表示信息，其他具體聯(lián)鎖邏輯由聯(lián)鎖數(shù)據(jù)組內(nèi)部完成、并由聯(lián)鎖確認(rèn)報(bào)告保證。

全電子聯(lián)鎖的OC 項(xiàng)目測(cè)試策略主要考慮兩方面：一方面室內(nèi)聯(lián)鎖子系統(tǒng)功能測(cè)試主要使用OC 模擬器與IPS200連接交互；另一方面，所有站OC 和IPS-200 通訊功能，通過(guò)室內(nèi)輪流刷每個(gè)站OC 的通訊板卡進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；真實(shí)OC 機(jī)柜與IPS200，OC 與軌旁設(shè)備等相關(guān)接口測(cè)試，由現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖靜調(diào)、聯(lián)鎖/軌旁設(shè)備一致性測(cè)試保證。

4.2 測(cè)試活動(dòng)

4.2.1 功能測(cè)試

如表3所示。

表3：功能測(cè)試

4.2.2 進(jìn)路測(cè)試

如表4所示。

表4：記錄測(cè)試

4.2.3 IPS200-OC 通訊測(cè)試

如表5所示。

表5：IPS200-OC 通訊測(cè)試

4.2.4 故障測(cè)試

如表6所示。

表6：故障測(cè)試

5 測(cè)試項(xiàng)通過(guò)/失敗標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試的結(jié)果可能是OK、NOK、Acceptable、NO Run、NA。

每個(gè)測(cè)試項(xiàng)必須通過(guò)測(cè)試用例中描述的每個(gè)步驟，測(cè)試結(jié)果與用例期望結(jié)果一致，測(cè)試結(jié)論為通過(guò)（OK）。測(cè)試項(xiàng)中有測(cè)試期望結(jié)果與用例描述結(jié)論不一致的，測(cè)試結(jié)論為不通過(guò)（NOK），不通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)，需要提交缺陷記錄到缺陷配置庫(kù)中反饋給項(xiàng)目數(shù)據(jù)組或軟件組，不通過(guò)的測(cè)試項(xiàng)需要備注提交的缺陷編號(hào)。測(cè)試項(xiàng)中，部分步驟由于測(cè)試環(huán)境的限制無(wú)法測(cè)試，或測(cè)試步驟中描述的功能部分不具備，其他已測(cè)試部分測(cè)試結(jié)論與期望結(jié)果一致，此類(lèi)情況認(rèn)為該測(cè)試項(xiàng)可接受（Acceptable），備注為可接受的測(cè)試項(xiàng)并需要備注可接受的原因。測(cè)試用例暫未執(zhí)行的，測(cè)試結(jié)論未執(zhí)行（NO Run）并需要說(shuō)明未執(zhí)行的原因；測(cè)試項(xiàng)中，部分車(chē)站不具備的該功能，對(duì)應(yīng)的車(chē)站結(jié)論為不適用（NA）并需要說(shuō)明不支持的原因；

6 準(zhǔn)入原則

全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)信心測(cè)試準(zhǔn)入原則：

（1）全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)信心測(cè)試計(jì)劃及用例經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)；

（2）全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)產(chǎn)品已發(fā)布；

（3）全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)布；

滿(mǎn)足上述準(zhǔn)入條件后，信心測(cè)試才能開(kāi)始。

7 停止原則

在出現(xiàn)以下條件時(shí)，將停止信心測(cè)試：

（1）測(cè)試環(huán)境遭到破壞，已無(wú)法繼續(xù)測(cè)試；如：測(cè)試所需的設(shè)備沒(méi)有到位，測(cè)試環(huán)境被病毒感染；

（2）被測(cè)系統(tǒng)有大量錯(cuò)誤或嚴(yán)重錯(cuò)誤，以至于繼續(xù)測(cè)試沒(méi)有意義；

（3）需求變更后未及時(shí)修訂相關(guān)文件，導(dǎo)致被測(cè)系統(tǒng)與需求或設(shè)計(jì)文件嚴(yán)重不符，以至測(cè)試用例失去意義的；

等上述問(wèn)題解決以后，測(cè)試才可以繼續(xù)進(jìn)行。

8 輸出文檔

全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)信心測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中及完成后需要產(chǎn)生的輸出文檔如下：

（1）《**項(xiàng)目_CASCO_文檔編號(hào)_全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)信心測(cè)試用例》

（2）《**項(xiàng)目_CASCO_文檔編號(hào)_全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)信心測(cè)試報(bào)告》

9 總結(jié)

地鐵信號(hào)系統(tǒng)全電子聯(lián)鎖子系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試方案，突出被測(cè)主體對(duì)象是真實(shí)軟件和數(shù)據(jù)，輔助軌旁仿真工具，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)搭建項(xiàng)目全線(xiàn)全電子聯(lián)鎖的測(cè)試環(huán)境，將原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試大部分工作放在室內(nèi)完成，工期緊張時(shí)可以室內(nèi)24 小時(shí)不間斷測(cè)試。通過(guò)此方案進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試，能夠?qū)⒋蟛糠致?lián)鎖子系統(tǒng)的問(wèn)題在數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)前就被發(fā)現(xiàn)且解決，能有效減少數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)返工、極大地提高項(xiàng)目的執(zhí)行效率、節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量、縮短調(diào)試周期，為地鐵項(xiàng)目的高效快速開(kāi)通做出重要貢獻(xiàn)。