自動測試技術(shù)在CBTC系統(tǒng)聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試中的應(yīng)用

劉彧

（浙江省交通投資集團(tuán)有限公司軌道交通管理部，浙江 杭州 310000）

1 研發(fā)背景

基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC系統(tǒng)）集無線通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)于一體，利用高精度的列車定位（不依賴于軌道電路），雙向連續(xù)、大容量的車地?cái)?shù)據(jù)通信技術(shù)，在保障列車安全可靠運(yùn)行的前提下，確保其以較高的速度和較小的間隔運(yùn)行，大大提高了運(yùn)營效率。聯(lián)鎖產(chǎn)品是構(gòu)成CBTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備之一，其所實(shí)現(xiàn)的安全功能是保證列車安全運(yùn)行的前提與基礎(chǔ)［1-2］，因此聯(lián)鎖產(chǎn)品投入運(yùn)營前的交付測試至關(guān)重要。目前聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試依靠人工測試，存在效率不高以及因人員疏忽導(dǎo)致的缺陷逃逸等問題。如何進(jìn)一步提高測試效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，成為各信號設(shè)備廠商不可回避的問題。分析目前聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試的現(xiàn)狀與問題，提出新的測試方法，可以在提高測試效率的同時(shí)高質(zhì)量地完成測試任務(wù)。

1.1 聯(lián)鎖產(chǎn)品

聯(lián)鎖產(chǎn)品是保證列車運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段、道岔和信號機(jī)之間正確聯(lián)鎖關(guān)系的安全系統(tǒng)，滿足故障-安全原則。聯(lián)鎖設(shè)備采用高可靠性、高安全性硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。

聯(lián)鎖設(shè)備作為CBTC系統(tǒng)中最重要的安全控制設(shè)備，須符合歐洲鐵路信號EN 50126、EN 50128、EN 50129安全標(biāo)準(zhǔn)，安全完整性等級須達(dá)到安全完整性等級4級（SIL4級），其安全性滿足《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》等我國鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 聯(lián)鎖表

聯(lián)鎖表是對各集中站內(nèi)各信號設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系，按照《鐵路信號聯(lián)鎖表編制原則》中相關(guān)要求進(jìn)行描述的集合，是聯(lián)鎖產(chǎn)品保證列車運(yùn)行安全的重要設(shè)計(jì)輸入。在聯(lián)鎖表內(nèi)，以信號平面圖中進(jìn)路為主體，對各設(shè)備名稱、狀態(tài)、進(jìn)路性質(zhì)等關(guān)鍵信息進(jìn)行了嚴(yán)格定義［3-4］。

聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試是在聯(lián)鎖邏輯下，按照聯(lián)鎖表對設(shè)備狀態(tài)、站場信息以及各設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，以保證聯(lián)鎖產(chǎn)品的安全性與可用性。聯(lián)鎖產(chǎn)品的結(jié)合關(guān)系是聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試的重要依據(jù)。典型的聯(lián)鎖表示例見表1。

表1 聯(lián)鎖表示例

其中部分重要元素釋義如下：

（1）進(jìn)路欄：基本進(jìn)路均為列車進(jìn)路，方向填寫“正向”或“反向”。當(dāng)進(jìn)路始端信號機(jī)方向與運(yùn)行方向一致時(shí)為正向，進(jìn)路始端信號機(jī)方向與運(yùn)行方向相反時(shí)為反向。

（2）信號機(jī)欄：本欄列出進(jìn)路開放時(shí)對應(yīng)進(jìn)路始端信號機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，包括信號機(jī)名稱、信號機(jī)顯示、黃燈定義（降級模式）。

（3）道岔欄：本欄列出所排進(jìn)路的基本進(jìn)路中，進(jìn)路經(jīng)過的全部道岔位置以及有關(guān)防護(hù)或帶動道岔的編號和位置。

（4）敵對信號欄：順序填寫與所排進(jìn)路敵對的全部信號機(jī)名稱。填寫時(shí)應(yīng)區(qū)分無條件敵對和有條件敵對。只要某條進(jìn)路一旦建立，其敵對進(jìn)路就不允許建立，是無條件敵對；只有當(dāng)有關(guān)道岔處于一定位置時(shí)才構(gòu)成敵對關(guān)系，否則不構(gòu)成敵對關(guān)系，是有條件敵對。

（5）軌道區(qū)段欄：順序檢查所排進(jìn)路信號開放應(yīng)檢查的軌道區(qū)段名稱。對于降級模式下，該欄列舉的軌道區(qū)段（計(jì)軸區(qū)段）為基本進(jìn)路鎖閉所需檢查的內(nèi)容；對于CBTC模式下，該欄列舉的軌道區(qū)段除特殊說明外，基本進(jìn)路鎖閉不檢查這些軌道區(qū)段的空閑，僅檢查區(qū)段的鎖閉和方向。

（6）接近區(qū)段欄：接近區(qū)段為滿足接近鎖閉長度要求的軌道區(qū)段。CBTC及降級模式下，順序填寫該進(jìn)路的接近區(qū)段。信號開放后一旦接近區(qū)段有車占用，進(jìn)路立即轉(zhuǎn)入接近鎖閉狀態(tài)，接近鎖閉不能用取消進(jìn)路的辦法取消進(jìn)路，只有等列車經(jīng)過后使其分段解鎖或一次解鎖，或者使用人工解鎖的方法，使進(jìn)路延時(shí)一定的時(shí)間或在列車停穩(wěn)以后解鎖進(jìn)路。

（7）延時(shí)解鎖時(shí)間欄：進(jìn)路接近鎖閉后，人工解鎖該進(jìn)路需要的延時(shí)時(shí)間。進(jìn)路延時(shí)解鎖從信號關(guān)閉時(shí)開始計(jì)時(shí)。

（8）其他聯(lián)鎖對象欄：影響“信號機(jī)”欄中信號開放的站臺門條件、防淹門條件、站臺緊急關(guān)閉條件、扣車條件；影響該信號開放的場聯(lián)、站聯(lián)照查條件；不能同時(shí)開放的互斥信號機(jī)條件（1個(gè)計(jì)軸區(qū)段兩端的信號機(jī)）等。

當(dāng)進(jìn)路始端信號機(jī)為出站性質(zhì)的信號機(jī)時(shí)，本側(cè)（或本車站）站臺的站臺門、站臺緊急關(guān)閉、扣車條件將作為始端信號機(jī)開放條件。即當(dāng)站臺門未關(guān)閉或站臺緊急關(guān)閉按鈕被按下或扣車按鈕被按下時(shí)，始端信號機(jī)不允許開放。在進(jìn)路處于鎖閉狀態(tài)下，當(dāng)站臺門關(guān)閉、取消扣車后始端信號機(jī)將自動重新開放，當(dāng)取消緊急停車后始端信號機(jī)需通過人工操作重新開放［5］。

當(dāng)本進(jìn)路的基本進(jìn)路內(nèi)或保護(hù)區(qū)段內(nèi)存在站臺區(qū)段，對于降級模式聯(lián)鎖表，站臺門、緊急停車將作為始端信號機(jī)開放條件；對于CBTC模式聯(lián)鎖表，站臺門、緊急停車、扣車條件將不作為始端信號機(jī)開放條件，站臺門和緊急停車由區(qū)域控制器（ZC）來防護(hù)。

2 聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試現(xiàn)狀與問題分析

2.1 聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試現(xiàn)狀

目前各信號廠商聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試通用的測試內(nèi)容需涵蓋以下方面：軟件版本校核、單項(xiàng)測試、輸入輸出測試、界面顯示測試、進(jìn)路測試、維護(hù)機(jī)測試、平臺數(shù)據(jù)測試、接口測試等測試項(xiàng)目（見圖1）。

圖1 聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試項(xiàng)目

產(chǎn)品交付測試中，單項(xiàng)測試包括上電鎖閉測試、道岔單鎖/單解、道岔強(qiáng)扳、區(qū)段故障解鎖、計(jì)軸復(fù)位等測試項(xiàng)；進(jìn)路測試分為CBTC模式和降級模式2種模式，其測試內(nèi)容包括進(jìn)路辦理、進(jìn)路鎖閉、信號開放、引導(dǎo)進(jìn)路、進(jìn)路取消等測試項(xiàng)；接口測試包括聯(lián)鎖與區(qū)域控制器、計(jì)軸系統(tǒng)、車載、ZC等設(shè)備測試，以及互聯(lián)互通場景下與其他廠商設(shè)備之間的接口信息測試等［6］。

聯(lián)鎖軟件作為SIL4級安全產(chǎn)品，承擔(dān)著信號系統(tǒng)核心安全功能，是保障列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備，具有非常高的安全性要求，因此對聯(lián)鎖產(chǎn)品測試方法的完備性和準(zhǔn)確性提出了同樣的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 問題分析

伴隨著各地軌道交通信號領(lǐng)域CBTC系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，互聯(lián)互通線路愈來愈多，聯(lián)鎖產(chǎn)品需適配各種站場設(shè)計(jì)、業(yè)主要求以及其他廠商產(chǎn)品的接口要求，這將導(dǎo)致聯(lián)鎖產(chǎn)品應(yīng)用場景多變，不同線路之間技術(shù)差異明顯，對聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試的完備性提出更高要求。如果所有測試項(xiàng)目均采用人工測試方式，則存在如下問題：

（1）從安全性方面考慮，聯(lián)鎖產(chǎn)品功能越來越復(fù)雜、應(yīng)用場景越來越豐富，要求測試團(tuán)隊(duì)的平均技術(shù)能力水平隨之不斷提高，這對任何信號廠商來說都是艱巨的團(tuán)隊(duì)建設(shè)挑戰(zhàn)。此外，在不考慮技術(shù)復(fù)雜度的情況下，由于聯(lián)鎖產(chǎn)品的控制對象（即信號機(jī)、區(qū)段、道岔等元素）與界面顯示相對固定，測試人員需在保持長時(shí)間高度精神集中的狀態(tài)下進(jìn)行大量的、較枯燥的重復(fù)性操作，在這種狀態(tài)下測試人員容易出現(xiàn)精神疲憊或注意力分散，一旦對某個(gè)現(xiàn)象觀察不到位或疏忽大意就會給設(shè)備的安全運(yùn)行留下隱患。

（2）從工作效率方面考慮，在所有測試項(xiàng)目均為人工測試的情況下，完整測試1條進(jìn)路（包括CBTC模式和降級模式）大約需要2.5～3.0 h。對于站場規(guī)模為25～30條進(jìn)路的新建車站，進(jìn)行1輪完整的交付測試耗時(shí)大約為20個(gè)工作日。對于某些較大型車站或車輛段而言，其進(jìn)路數(shù)量往往會在50條以上，其交付測試周期大約需要30個(gè)工作日。如果存在復(fù)雜站場站型、特殊聯(lián)鎖邏輯情況，相應(yīng)的測試時(shí)間會更長。

因此，聯(lián)鎖交付測試方法必將朝著自動化、智能化的方向發(fā)展［7］。目前業(yè)內(nèi)對于聯(lián)鎖自動測試方面開展了較多研究，例如，某公司使用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)（UML）技術(shù)對其自主研發(fā)的聯(lián)鎖產(chǎn)品核心邏輯建立模型，基于仿真測試系統(tǒng)生成測試用例，降低了人為參與的影響；某公司針對其聯(lián)鎖產(chǎn)品開發(fā)了基于腳本驅(qū)動的自動化測試平臺，提升了測試效率。但上述自動測試方法的強(qiáng)針對性導(dǎo)致其通用性受限。另外，還有研究人員提出使用有色Petri網(wǎng)對聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行建模，通過分析模型的可達(dá)性與最終聯(lián)鎖產(chǎn)品運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行差異分析，從而對聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行安全性評價(jià)，對聯(lián)鎖產(chǎn)品測試有一定借鑒意義［8］，但該類研究大多停留在理論階段，還未應(yīng)用于實(shí)際測試。

3 CBTC系統(tǒng)聯(lián)鎖產(chǎn)品交付自動化測試

提出基于圖形化識別技術(shù)的自動測試方法，根據(jù)聯(lián)鎖表內(nèi)容進(jìn)行測試。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖表生成測試序列，通過軟件對聯(lián)鎖控顯界面的識別，代替人工對信號機(jī)、區(qū)段、道岔等設(shè)備進(jìn)行指定操作，通過讀取相關(guān)反饋信息對聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行交付測試，該方法既能驗(yàn)證聯(lián)鎖產(chǎn)品的安全邏輯，也能保證對站場場景覆蓋的完備性［9］。

3.1 自動化測試思路

在聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試的眾多測試項(xiàng)中，部分測試項(xiàng)主要為人工校核，例如控顯界面顯示（信號機(jī)朝向、高矮柱等）、安全平臺參數(shù)等，該測試項(xiàng)主要為界面或數(shù)據(jù)核對，工具識別相對困難，且測試用時(shí)占比較小，因此暫不作為自動化測試項(xiàng)進(jìn)行處理。通過大量測試實(shí)踐，單項(xiàng)測試、進(jìn)路測試信息量大且耗時(shí)、耗力，主要是通過人工識別聯(lián)鎖表內(nèi)信息，點(diǎn)擊控顯界面按鈕實(shí)現(xiàn)，具備自動化測試的特點(diǎn)［10］。

自動測試工具首先應(yīng)具備讀取輸入資料（聯(lián)鎖表、采驅(qū)表）的能力，并生成具體聯(lián)鎖車站自動測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動測試工具根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的測試項(xiàng)目、測試方法和步驟，對聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行單項(xiàng)測試和進(jìn)路測試，生成測試日志和測試報(bào)告（見圖2）。

圖2 自動測試工具設(shè)計(jì)思路

3.2 聯(lián)鎖自動測試工具

聯(lián)鎖自動測試工具能運(yùn)行在工作站上，通過讀取輸入資料（聯(lián)鎖表、采驅(qū)表等），生成具體車站自動測試數(shù)據(jù)，通過人機(jī)界面選擇測試項(xiàng)目，滿足7×24 h自動測試的需求，自動生成測試日志和測試報(bào)告，并記錄相關(guān)缺項(xiàng)，其架構(gòu)見圖3。

圖3 聯(lián)鎖自動測試工具架構(gòu)

3.2.1 讀取輸入資料

（1）聯(lián)鎖自動測試工具可讀取Excel格式文件CBTC聯(lián)鎖表、降級模式聯(lián)鎖表、引導(dǎo)進(jìn)路聯(lián)鎖表、自動折返進(jìn)路聯(lián)鎖表，并識別聯(lián)鎖表中的道岔信息、區(qū)段信息、信號機(jī)信息等其他元素，然后將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

（2）聯(lián)鎖自動測試工具還可讀取輸入輸出信息表，然后將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

3.2.2 生成測試數(shù)據(jù)

（1）聯(lián)鎖自動測試工具可將讀取的Excel格式文件聯(lián)鎖表信息、輸入輸出表信息進(jìn)行存儲，在測試時(shí)調(diào)用。

（2）聯(lián)鎖自動測試工具可對車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)進(jìn)行完整測試、部分測試（可任意選取測試項(xiàng)，也可在任意測試項(xiàng)內(nèi)選擇所需要測試的數(shù)據(jù)），可根據(jù)測試需要靈活設(shè)置。

3.2.3 測試輸出

（1）測試完成后，測試主界面可直接顯示測試錯(cuò)誤數(shù)量，測試日志內(nèi)則詳細(xì)記錄了測試結(jié)果，并給出錯(cuò)誤原因。

（2）測試完成后，可根據(jù)測試日志生成最終的測試報(bào)告。在測試主界面單擊“報(bào)告”按鈕，在彈出的對話框內(nèi)單擊“新增”，導(dǎo)入要生成報(bào)告的日志（可同時(shí)選擇1個(gè)或多個(gè)日志文件），然后單擊“生成”即可。

3.3 優(yōu)點(diǎn)與不足

該自動測試工具的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）在不改變?nèi)魏螖?shù)據(jù)代碼的情況下可代替人工操作鼠標(biāo)執(zhí)行測試，且滿足7×24 h自動測試的需求，提高了測試效率；（2）測試人員在人工測試過程中，存在一定人為失誤風(fēng)險(xiǎn)，并且很難做到完全的遍歷測試，人工測試存在一定測試誤差，自動測試工具可顯著彌補(bǔ)該測試風(fēng)險(xiǎn)。

存在的不足如下：（1）在使用自動測試工具前需要進(jìn)行測試準(zhǔn)備，包括截圖配置、菜單配置、人機(jī)界面（MMI）配置、輸入資料配置等，上述配置工作相對耗時(shí)；（2）對測試設(shè)備要求較高，工作站需運(yùn)行流暢，若出現(xiàn)卡頓則會影響測試結(jié)果，在測試過程中若彈出其他無關(guān)窗口，則會影響測試結(jié)果，甚至停止測試。

該聯(lián)鎖自動測試工具對提高測試效率及保障測試質(zhì)量發(fā)揮了較大作用，但后期仍有改進(jìn)空間，可降低配置時(shí)間及配置通過率，進(jìn)一步提高測試效率。

4 結(jié)束語

在分析現(xiàn)有聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試方法和問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際需要，提出新的自動化測試方式，闡述自動化測試的思路及其聯(lián)鎖自動測試工具的具體實(shí)現(xiàn)過程。該自動化測試工具目前已應(yīng)用于聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測試工作中，在一定程度上提高了測試效率與測試質(zhì)量。