CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的研究

張萍 趙陽 竇偉

CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的研究

張萍*趙陽*竇偉＊＊

闡述了CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的構(gòu)成、主要測試內(nèi)容及工作流程，并通過具體的測試實例對試驗平臺進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)評價，同時對其前景進(jìn)行了展望。

CTCS-3級;列控系統(tǒng);仿真;試驗平臺

CTCS-3級列控系統(tǒng)是基于GSM-R無線通信實現(xiàn)車-地信息雙向傳輸、無線閉塞中心(RBC)生成行車許可的列控系統(tǒng)，是我國鐵路客運(yùn)專線的重要技術(shù)裝備。系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對高速運(yùn)行下的列車進(jìn)行運(yùn)行速度、運(yùn)行間隔等實時監(jiān)控和超速防護(hù)，以目標(biāo)-距離連續(xù)速度控制模式、設(shè)備制動優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。鑒于CTCS-3級列控系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)、運(yùn)營要求復(fù)雜、缺少可借鑒的實踐經(jīng)驗，為了對其各項功能和綜合性能進(jìn)行全面、深入的測試和驗證，必須搭建仿真試驗平臺，為集成創(chuàng)新具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)提供必要的支持。

1 CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的構(gòu)成

CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺由仿真支撐系統(tǒng)、仿真模型、數(shù)據(jù)配置系統(tǒng)、實物接入系統(tǒng)、分析測評系統(tǒng)、自動測試執(zhí)行系統(tǒng)、實物系統(tǒng)、人機(jī)界面等8個部分組成。

1.仿真支撐系統(tǒng)。作為試驗平臺的核心，其作用是將試驗平臺的各個部分連接到一起，實現(xiàn)試驗平臺的仿真運(yùn)行。采用并行仿真技術(shù)，完全可以滿足試驗平臺整體運(yùn)行的實時性要求。

2.仿真模型。它是虛擬的列控實物對象，采用“通用軟件建模+實物軟件植入”的混合建模方法，實現(xiàn)CTCS-3級列控系統(tǒng)的仿真運(yùn)行。

3.數(shù)據(jù)配置系統(tǒng)。對現(xiàn)場的線路數(shù)據(jù)以及信號數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和配置，使得整個仿真測試過程完全基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行。通過仿真系統(tǒng)與實物系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和管理工具，實現(xiàn)線路級仿真數(shù)據(jù)與實物配置數(shù)據(jù)的一體化編制、適配和測試。

4.實物接入系統(tǒng)。它是實物設(shè)備與試驗平臺其他部分之間的軟件和硬件接口，用于實現(xiàn)被測實物設(shè)備的接入和測試。采用基于中間件技術(shù)，實現(xiàn)真實系統(tǒng)和虛擬仿真系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)虛實互換、虛實互控和時序配合。

5.分析測評系統(tǒng)。它是對試驗平臺各項測試工作及結(jié)果進(jìn)行分析和測評的輔助工具，其工作貫穿于整個仿真測試過程。在測試過程中，分析測評系統(tǒng)針對CTCS-3級列控系統(tǒng)的外部接口和內(nèi)部接口，根據(jù)接口電氣特性和應(yīng)用特性，采用接口無擾監(jiān)測技術(shù)、在線記錄和分析技術(shù)，監(jiān)測各實物設(shè)備接口的數(shù)據(jù)，以及實物系統(tǒng)與各模型交互的數(shù)據(jù)，并對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、故障定位以及輔助測評。

6.自動測試執(zhí)行系統(tǒng)。它主要用于完成測試語言的選擇、測試腳本的編制、測試案例的生成、測試序列的優(yōu)化及自動執(zhí)行功能，是提高試驗平臺自動化水平的關(guān)鍵部分。采用自動測試方法對被測對象進(jìn)行測試與驗證，實現(xiàn)全部仿真測試過程。

7.實物系統(tǒng)。它是真實的CTCS-3級列控系統(tǒng)，將實物接入系統(tǒng)納入整個仿真測試環(huán)境當(dāng)中，在試驗平臺中實現(xiàn)了實物與仿真的有機(jī)結(jié)合。

8.人機(jī)界面。它是平臺接收測試人員干預(yù)并反饋、顯示測試結(jié)果的人-機(jī)交互設(shè)備，可以實現(xiàn)模擬駕駛、三維視景顯示、站場和區(qū)間線路平面動態(tài)顯示等功能。

2 主要測試內(nèi)容

CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺以CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案和CTCS-3級列控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為依據(jù)，對CTCS-3級列控系統(tǒng)進(jìn)行全覆蓋測試，測試的主要內(nèi)容如下。

2.1 CTCS-2級車載軟件移植后的測試

此項測試主要包括車載設(shè)備基本功能、車載設(shè)備工作模式功能、車載設(shè)備模式監(jiān)控曲線、故障條件模式等內(nèi)容。其中，車載設(shè)備基本功能測試包括TCR等各子模塊功能、制動功能、列車溜逸防護(hù)功能、車尾保持功能等;車載設(shè)備工作模式功能測試包括完全監(jiān)控各個工作模式下的功能測試以及模式轉(zhuǎn)換功能、級間轉(zhuǎn)換功能等;車載設(shè)備模式監(jiān)控曲線測試包括區(qū)間追蹤運(yùn)行、正線接發(fā)列車、側(cè)線接發(fā)列車、臨時限速等條件下速度監(jiān)控曲線的功能測試;故障條件模式測試包括模擬在軌道電路故障、應(yīng)答器丟失、列車空轉(zhuǎn)打滑、車載主機(jī)切換等故障條件下的車載設(shè)備功能測試等。

2.2 RBC功能、性能及與其他設(shè)備接口的測試

此類測試主要包括RBC基本功能、RBC與其他設(shè)備接口的信息傳輸?shù)葍?nèi)容。其中，RBC基本功能測試包括根據(jù)軌道電路、聯(lián)鎖進(jìn)路等信息生成行車許可，并通過GSM-R無線通信系統(tǒng)將行車許可、線路參數(shù)、臨時限速傳輸給CTCS-3級車載設(shè)備，同時接收車載設(shè)備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息;RBC與其他設(shè)備的接口包括與車站聯(lián)鎖設(shè)備的接口、與CTC設(shè)備的接口、與TSRS的接口、與其他RBC的接口以及與GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間的接口。

2.3 TSRS功能、性能及與其他設(shè)備接口的測試

此類測試主要包括TSRS基本功能、TSRS與其他設(shè)備接口物理電氣特性、TSRS與其他設(shè)備接口信息傳輸?shù)葍?nèi)容。其中，TSRS基本功能測試包括臨時限速命令的擬定、設(shè)置、下達(dá)、取消和初始確認(rèn)等;TSRS與其他設(shè)備的接口包括與TCC設(shè)備的接口、與RBC設(shè)備的接口、與CTC設(shè)備的接口、與相鄰TSRS的接口等。

2.4 模擬場景CTCS-3級列控系統(tǒng)的功能測試

此項測試主要包括環(huán)行線的模擬測試和實際運(yùn)營線場景的模擬測試。其中，環(huán)行線的模擬測試主要是在CTCS-3級列控系統(tǒng)的研發(fā)階段，針對RBC、車載設(shè)備、聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC、TCC、無線設(shè)備等進(jìn)行基本功能和接口測試，對技術(shù)方案進(jìn)行試驗驗證;實際運(yùn)營線場景的模擬測試主要是針對具體的工程項目，在實驗室測試環(huán)境下，依據(jù)CTCS-3級列控系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，采用實際運(yùn)營線路數(shù)據(jù)，對CTCS-3級列控系統(tǒng)進(jìn)行功能及安全性的測試與驗證，對解決方案進(jìn)行驗證。實際運(yùn)營線場景的模擬測試可以盡早發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)配置、軟件設(shè)計方面的缺陷并進(jìn)行修改完善，以便縮短現(xiàn)場的試驗周期，提高現(xiàn)場試驗的效率。

2.5 CTCS-3級列控系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)互通性室內(nèi)測試

此類測試主要包括RBC與不同車載ATP之間、車載ATP與不同RBC之間的互聯(lián)互通性測試，以及RBC與RBC的互聯(lián)互通性測試等。

3 工作流程

CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的工作流程包括常規(guī)測試流程和缺陷管理流程。其中，常規(guī)測試流程由測試管理系統(tǒng)實現(xiàn)，包括測試計劃的制定、測試設(shè)計、測試準(zhǔn)備、測試實施以及測試報告的編寫等幾個主要階段。

測試計劃用于確定測試策略，明確測試內(nèi)容，安排測試任務(wù)、測試進(jìn)度和測試資源，通過風(fēng)險控制來保持測試過程的順暢。測試設(shè)計是指通過多種測試方法編寫測試用例，以使最少的測試用例實現(xiàn)最大的測試覆蓋，在保證被測對象實現(xiàn)需求正確性的同時提升其質(zhì)量。測試準(zhǔn)備包括測試案例準(zhǔn)備和測試過程準(zhǔn)備2類。測試案例準(zhǔn)備主要是對測試設(shè)計階段編寫的測試用例進(jìn)行審核，并將其分配至被測對象的各個操作模式之中。測試過程準(zhǔn)備主要是為每個操作模式準(zhǔn)備相應(yīng)的測試過程，其中包括測試環(huán)境條件的設(shè)置以及測試驅(qū)動的載入。測試實施是指依據(jù)測試計劃，按照測試用例進(jìn)行測試，驗證被測對象與需求的實際匹配程度。測試報告用于真實、客觀地記錄測試過程中各測試階段和測試項的情況，并將結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化/圖文化分析，從而如實地反映被測對象的實際情況。

缺陷管理流程由FRACAS系統(tǒng)實現(xiàn)，包括了一個由缺陷的提出、缺陷的審核、缺陷的分配、缺陷的交付和缺陷的解決共同構(gòu)成的閉環(huán)過程。缺陷管理流程僅在測試實施階段，當(dāng)測試分析人員發(fā)現(xiàn)缺陷時，通過填寫《NCR報告》并上傳相應(yīng)記錄文件來提出缺陷的方式啟動。

4 評價及前景展望

CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺被測對象覆蓋面廣、接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、測試功能強(qiáng)大、自動化程度高、實物/半實物與仿真模型的組合靈活，與其他的測試驗證手段相比，具有明顯的優(yōu)勢。

1.能夠?qū)TCS-3級列控系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行充分地測試和驗證，不僅可以完成設(shè)備功能和性能的各項測試與驗證，還可以對設(shè)備運(yùn)用維護(hù)、故障分析和進(jìn)一步優(yōu)化提供服務(wù)。

2.能夠在后續(xù)的客運(yùn)專線建設(shè)中，為相關(guān)工程項目的關(guān)鍵技術(shù)與集成方案的測試和驗證創(chuàng)造條件，降低技術(shù)風(fēng)險。

3.可以為CTCS-3級列控系統(tǒng)深入研發(fā)過程中的測試與驗證，以及關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的測試與驗證提供支撐。

4.可以為不同廠商的CTCS-3列控系統(tǒng)設(shè)備提供統(tǒng)一的互聯(lián)互通測試平臺。

雖然在CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的搭建過程中，也會有平臺接口種類繁多、仿真模型復(fù)雜、測試用例數(shù)目龐大、分布式交互仿真系統(tǒng)的同步等技術(shù)難點(diǎn)，但從我國鐵路客運(yùn)專線發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看，CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺的建立不僅有其必要性和可行性，而且有著廣闊的發(fā)展前景。CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺集技術(shù)創(chuàng)新平臺、測試驗證平臺和技術(shù)支持平臺于一體，經(jīng)優(yōu)化后可作為CTCS-3級列控系統(tǒng)的理論研究基地和動態(tài)環(huán)境試驗基地，為我國鐵路客運(yùn)專線的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

CTCS-3級列控系統(tǒng)是高新技術(shù)集中的復(fù)雜系統(tǒng)，通過CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺可以對其進(jìn)行充分、徹底地測試和驗證，可以有效地降低其技術(shù)風(fēng)險。在武廣、鄭西等客運(yùn)專線的設(shè)備開發(fā)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運(yùn)行過程中，CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺經(jīng)過了實踐的檢驗并發(fā)揮了重要的作用。實踐表明:CTCS-3級列控系統(tǒng)仿真試驗平臺在我國鐵路客運(yùn)專線的發(fā)展過程中具有積極的促進(jìn)作用。

The composition，main test contents and the working procedure of the simulation testing platform for CTCS-3 level train control system are described．And through specific examples，the advantages and disadvantages of the simulation testing platform are evaluated．Furthermore，the prospect of the simulation testing platform is addressed．

CTCS-3 level;Train control system;Simulation;Testing platform

中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，100081北京

*副研究員，＊＊助理研究員

2011-05-13

(責(zé)任編輯:張利)