CTCS-3級列控車載設備實驗室互聯互通測試方法

劉 雨 唐 濤 李開成 袁 磊

北京交通大學電子信息工程學院 100044 北京

*研究實習員 **教授 ***副教授 ****講師

根據我國高速鐵路互聯互通的總體目標:CTCS-3級列控系統應具備跨線運行的能力，即裝備不同技術平臺的CTCS-3級列控系統車載設備列車，能夠在裝備不同技術平臺的CTCS-3級列控系統地面設備的線路上安全不間斷運行，同時實現線路上CTCS-3級列控系統所要求的功能需求和性能指標，并且均滿足統一的標準規范體系。

依托武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路和廣深港高速鐵路3個建設工程，我國建立了適用350 km/h高速鐵路列車運行控制系統的3個技術平臺，其地-車通信和處理流程各有不同。為了滿足高速鐵路網絡化發展的需求，必須驗證裝備這3種平臺的列控系統能夠在各條高速鐵路上安全、不間斷地運行，并滿足標準規范所規定的性能，具備跨線運行的能力。這也是互聯互通工作的現階段任務。

CTCS-3級列控系統由車載和地面2部分構成。所謂跨線運行就是不同的車載設備和地面設備之間交叉運行，因此互聯互通實驗室測試也應對車載設備和地面設備分別實施。目前，由于高鐵工程已經開通運營，相對于修改車載軟件，改動地面設備軟件對線路實際運營的影響較大，因此當檢測到有影響互聯互通的因素時，應首先從車載設備入手，考慮相應的解決方案。為此，需要對列控車載設備進行獨立第三方互聯互通實驗室測試。

1 實驗室互聯互通測試方法

1.1 建立互聯互通測試體系

結合國內外相關經驗，互聯互通測試是檢驗設備是否具備跨線運行能力的重要手段和方法，建議互聯互通工作應按照如圖1所示過程展開。

圖1 互聯互通測試體系

首先，完善CTCS-3級列控系統標準規范體系，根據CTCS-3級列控系統需求規范，制定標準的測試規范和測試案例，指導實際的測試工作;其次，根據測試規范開展實驗室互聯互通測試，包括設備方實驗室測試和獨立第三方實驗室測試;最后，在實驗室測試的基礎上，進行現場互聯互通測試，實際驗證列控系統的互聯互通能力。而在進行實驗室互聯互通測試時，又根據測試結果反饋到標準規范上，推動標準規范體系的完善。

1.2 基于數據驅動的互聯互通測試原理

第三方互聯互通實驗室測試應在不了解被測設備內部情況，只了解系統輸入、輸出和功能的條件下，從列控系統的角度對被測設備進行測試，檢查被測設備功能是否按照系統需求規范的要求，正確完成跨線運行功能。

采用數據驅動的自動化測試方法，將被測設備數據包含在輸入測試數據文件中，以數據來控制測試腳本，自動地執行測試數據中規定的流程和動作。測試按照數據準備、數據執行和測試結果分析及判定3個步驟執行。

1．在測試數據準備過程中，測試案例是數據驅動測試的基礎。在基于測試案例進行測試序列設計時，重點考慮如何將測試案例串聯起來，形成可直接用于測試的步驟序列，且測試序列應保證對所有被測案例的全覆蓋。在測試數據生成階段，則結合具體線路數據、列車數據等參數，生成完整的測試數據，供測試平臺執行使用。

2．測試數據的執行過程中，應建立互聯互通測試平臺，根據測試序列實時向被測設備發送測試數據，從而為被測設備創造外部運行環境，使被測設備的功能得以執行。并且，在線執行的測試平臺并不模擬與被測設備相連的外部設備功能，只是嚴格按照測試序列中要求的數據發送邏輯，判斷何時發送。這樣做是使測試平臺執行模塊功能相對簡單，并且能夠靈活地加載各種測試數據，快速地實現不同的線路數據和不同廠家的測試要求。

1.3 車載設備互聯互通測試平臺

按照上述關于獨立第三方互聯互通測試的方法和實施步驟，可進行車載設備互聯互通測試平臺的搭建。其基本結構如圖2所示。

圖2 車載設備互聯互通測試平臺構成

車載設備互聯互通測試平臺的基本工作原理為:根據測試規范和測試序列，采用數據驅動的方法，生成能夠執行的測試數據，并自動執行測試。各模塊的基本功能如下。

1．測試數據生成和管理。該模塊負責在測試序列開始執行前，對測試執行所需的測試場景數據進行管理，包括測試序列生成、線路數據管理和測試數據準備等。

2．測試在線執行。由測試過程控制模塊依次訪問測試案例與序列數據庫，讀出根據數據驅動測試方法分類的場景數據，并將這些分類編輯好的數據作為配置數據，分別發送給各模塊，即可完成一次測試的觸發。

執行模塊的設計與實現從總體上看分為2類:一類是列車動力學仿真，功能是為被測車載設備提供列車行為;另一類是地面設備仿真，就是為被測車載設備提供地面信息。工作原理總體來說就是接受場景控制器的配置后，在配置數據規定的條件下，通過真實接口對車載設備發送特定的消息，使被測設備認為其在一條真實的線路上運行，真正完成測試的執行。

3．與被測設備接口適配。車載設備互聯互通測試平臺作為獨立第三方的測試平臺，其各個接口均采用標準接口，一般包括:無線接口、應答器接口、速度接口和軌道電路接口。其中無線接口采用GSM-R網絡實現與外部設備的信息交互;應答器接口和軌道電路接口采用標準的空氣間隙，向車載設備發送應答器報文和軌道電路碼;速度接口采用可編程信號發生器，直接生成速度脈沖，可以滿足不同廠家的速度信息要求。主要接口適配關系圖如圖3所示。4．數據收集與記錄。在測試執行過程中，需將測試執行時的全部事件和傳送的信息記錄到數據庫中，提供給分析與評估模塊，負責使用對應規則進行自動判斷，并輔助人員完成對測試結果的分析和判定。

圖3 接口適配關系圖

2 車載設備互聯互通測試

2.1 車載設備互聯互通測試序列

車載設備互聯互通測試的數據來源和依據之一是鐵道部頒布的CTCS-3級列控系統測試案例集，其中一些測試案例是針對車載設備的功能測試，如DMI顯示、數據存儲功能，還有一些是測試地面設備功能的案例。首先將與互聯互通測試有關的案例進行篩選，再利用這些測試案例組成第三方車載設備互聯互通測試所使用的測試序列。

測試序列的生成是從互聯互通真實性的要求出發，如圖4所示，以CTCS-3級列控系統相關規范為依據，所使用的步驟和方法總結如下。

圖4 互聯互通測試序列生成方法

1．測試序列框架生成。互聯互通的最終目的是為了滿足跨線運行的需求，因此，應從CTCS-3級及總體設計方案中，提煉和總結需要測試的內容，生成測試序列的基本框架。

2．測試案例對應。將篩選出的互聯互通相關的測試案例，一一對應至測試序列框架中，形成具備詳細運行步驟的測試序列。

3．真實數據注入。將實際線路數據根據測試序列要求發生的順序進行匹配，選取合適的數據進行注入。整個過程不對線路數據做任何改動，完全做到與實際線路數據匹配，使互聯互通測試更具有實際意義。

在測試平臺的開發過程中，需要提供參考的被測設備對平臺進行調試，驗證平臺的測試功能。這樣的參考設備需要完成功能需求中的全部內容。

2.2 車載設備互聯互通測試過程

針對每一個實際運行的車載設備，在CTCS-3級列控系統車載設備互聯互通測試實驗室的測試分為準備階段和測試階段2大階段，如圖5所示。

圖5 互聯互通測試執行過程

1．測試準備階段。首先進行與被測方的設計聯絡工作，其主要目的是與被測方進行接口適配前的準備，針對被測方對接口的特殊要求，特別是非空氣間隙的速度和TIU接口進行相應的修改和調整。各接口單獨調試的目的是與被測方在移動設備之前進行逐個調試，確保單獨接口可用，并提高接口聯調的效率。

2．正式測試階段。被測設備在測試平臺的環境下，依次執行全部互聯互通測試序列，被測方與測試方對測試產生的各種現象進行現場確認。之后由測試雙方對測試問題進一步分析，經過對所有測試問題進行評估和對比規范，測試方對本次測試作出總結，并提交正式報告。

2.3 車載設備互聯互通測試結果

1．現場測試難以發現的問題。由于實驗室測試具備數據靈活、操作簡單的特性，對于一些在現場測試中無法注入的故障能夠很方便的進行測試。

例如，對于線路上固定地點的分相區信息，在實驗室測試序列中設置應答器報文中，填寫的距分相區的距離與無線消息中填寫的距離不一致，當某被測設備在CTCS-3級下運行，先接受無線消息，后通過該應答器時，其存儲的分相區信息發生了跳變，表明該被測設備在CTCS-3級的情況下，使用了CTCS-2級的信息。這樣的問題在現場測試中無法模擬。

2．影響現場測試的問題。由于互聯互通測試平臺的數據來源真實可靠，并且其基本目的之一就是通過使被測車載設備能夠執行針對不同的線路數據的測試序列，從而測試其跨線運行的能力。

如RBC切換時，接受RBC范圍內存在故障區段，列車停在RBC切換點之前由司機選擇以OS模式越過RBC切換點，完成RBC切換。但該被測設備不能主動向RBC發送MA請求，司機手動按“啟動”鍵也不能發送，這對于該測試序列所模擬線路的RBC來說，不能為該被測車載設備發送MA，列車不能正常運行。這樣的問題在實驗室互聯互通測試中發現后，被測設備應在現場測試之前設計解決方案。

在車載設備互聯互通測試平臺上發現的問題，可根據其影響程度進行處理優先級的劃分，如表1所示，以達到對測試問題統一管理的目的，提高互聯互通測試的效果。

表1 影響程度處理優先級劃分表

3 結束語

目前，CTCS-3級列控系統車載設備獨立第三方互聯互通測試平臺已經建成，與武廣線、鄭西線、廣深港線實際運營特性相似的配置數據及測試序列也已編制完成，正在開展CTCS-3級列控系統車載設備互聯互通測試。

［1］ 張曙光．CTCS-3級列控系統總體技術方案［M］ ．北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］ 科技運［2008］ 113號，CTCS-3級列控系統功能需求規范(FRS)(V1.0)［S］ .

［3］ 科技運［2008］ 127號，CTCS-3級列控系統需求規范(SRS)(V1.0)［S］ .

［4］ 科技運［2009］ 59號，CTCS-3級列控系統測試案例(V3.0)［S］ .