基于改進因果圖法的CBTC系統車載功能測試方案研究

曹云剛

（貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽 550008）

0 引 言

隨著我國經濟的高速發展，各大中型城市處于不斷擴建中，城市的占地面積和城市人口都在與日俱增，全國的城市軌道交通建設進入了迅速發展期間。為了保證城市軌道交通能夠更加安全、高效地運行，各個城市的軌道交通建設放棄選擇使用原有的基于軌道電路的列車控制系統（TBTC），采用新一代的列車控制系統-基于通信的列車控制系統（CBTC）[1]。

在現有的城市軌道交通系統中很多都采用了CBTC系統，但是很多城市地鐵都出現過大大小小的事故[2]。在CBTC系統中，車載設備保證著列車的安全行駛，系統功能都需要通過車載設備來實現[3]，因此完成CBTC系統測試中重要的一個環節就是對列車的車載設備進行調試[4]。

本文根據CBTC系統的設計規范，借助車載設備的測試平臺對車載設備進行測試。通過測試平臺軟件，觀察車載控制器內的數據變化，對測試參數進行具體分析，最后基于工程實踐的經驗，對CBTC系統測試用例進行設計。

1 CBTC系統概述

CBTC系統是采用移動閉塞的原理對列車進行控制。在CBTC系統下，運用無線通信的方式實現車-地雙向實時數據傳輸[5]。列車不再是單一地接收地面傳到車載設備的控制信息，它還需將列車的位置信息和列車的運行信息及時反饋給地面設備[6]。地面設備通過得到的列車信息計算出列車的移動授權（moving authority，MA），并且動態更新，將移動授權通過車-地通信網絡傳輸到車載設備[7]。車載設備根據收到的移動授權信息和當前列車的運行狀態，計算出列車的運行速度曲線，控制列車的牽引、制動與運行[8]。

2 因果圖法

CBTC系統中車載設備需要接收來自于ATS系統、區域控制器ZC、計算機連鎖CI及地面信標的信息，同時需要將處理的信息反饋給各系統，其之間的邏輯關系非常復雜[9]。考慮到輸入條件相互組合會出現一些新的情況，檢查這些條件的組合相當困難，所以在測試方法的選擇上需要考慮采用一種適合描述多條件組合，產生相對應的多個動作的形式來設計測試用例。這樣需要利用因果圖法對測試用例進行設計。

2.1 因果圖法原理

因果圖模型主要包含因果圖結構與參數兩個部分。其中因果圖結構包含4部分，即中間事件、基本事件、邏輯門和連接事件。圖1為因果圖的理論示意圖。

圖1 因果圖理論示意圖

其中，X代表中間事件，指任何帶有原因的事件；B代表基本事件，指沒有原因或無需追究其原因的事件；G代表邏輯門，主要對輸入的原理進行邏輯運算。并得出相對應的輸出事件；P代表連接事件，連接事件至始至終都指向中間事件。

2.2 判定表的生成

判定表的生成是運用因果圖法進行設計測試案例的過程中至關重要的一個步驟，同時也是相對困難的事情。判定表由條件樁、行動樁、條件條目與行動條目4個部分組成。目前，很少有文獻給予一個非常明確清晰的轉化算法，所有的測試用例基本都是由工程實踐中得出。本文針對現有的一些轉化方法進行研究，提出采用條件遍歷算法來對因果圖進行轉化，其算法框架如圖2所示。

圖2 遍歷算法流程圖

通過上述方法，可以發現經過一次次的條件遍歷，中間事件通過遍歷找出其產生的基本事件，最終可以得到由基本事件構成的測試輸入數據。在執行此算法時，需要注意此算法針對單動作輸出的情況進行設計。如果遇到多動作產生的情況，測試人員需要將各動作的輸入條件進行分析，找出各輸入條件的制約關系，對測試案例進行設計。

3 基于改進因果圖法的車載設備測試方案

車載設備作為CBTC系統中最為重要的部分，主要負責保護列車行駛安全、防止列車超速和防止列車進入前車的運行區間，對列車安全與列車的運行效率起著極為重要的作用。由此可見，在列車運營之前對車載設備的測試工作也顯得格外重要。本文選取有關ATP速度防護功能，結合研究的因果圖法測試案例的原理，對測試案例的生成進行研究。

3.1 ATP速度防護功能流程

車載ATP速度防護主要包含兩個方面計算：觸發緊急制動的速度計算和當前推薦運行速度計算。在列車行駛中，車載設備會實時地將以上兩個速度值反映在車載人機界面中，讓駕駛員可以實時地監控列車的行駛速度。一旦列車超出當前的推薦速度時，車載設備會給予駕駛員警告信息。若此情況在規定時間內消除，列車將繼續安全行駛；但此情況未能及時消除，列車的ATP功能將會啟動緊急制動以保護行車的安全。圖3為車載ATP防護的邏輯流程圖。

ATP速度防護系統功能的實現其實是一連串的系統動作狀態的轉換，根據當前系統的工作狀態，結合變量的輸入輸出，根據工作流程，從現有的狀態轉為下一個工作的狀態。基于這樣的工作流程模型，可以將被測的功能劃分為多種狀態，狀態之間的轉換通過輸入的變量產生相對應的動作輸出。

3.2 ATP速度防護功能數據定義

在考慮輸入數據的取值方面需要將等價類的思想方法引入到設計當中。將全部的輸入數據劃分為N個等價類。在每一個等價類中選用其中的一個數據作為測試的輸入數據。這樣可以用少量的數據取得較好的測試結果。根據以上對ATP速度防護系統流程的分析，可以將測試需要的輸入數據進行定義。表1列出ATP速度防護系統中相關的變量的定義。

圖3 車載ATP防護邏輯流程圖

表1 ATP速度防護系統中相關的變量

在選取輸入數據取值時，需要同時考慮到所有正常情況與異常情況下的數據輸入。要考慮滿足因果圖中各原因事件的“True”與“False”的關系。設計有效輸入，要確定使用的每一個有效類中的值；設計無效輸入，在等價類使用一個等價類作無效的輸入值，確保其他等價類為有效值的輸入。這樣考慮是從單缺陷進行假設。當然也可以從多缺陷進行假設，要實現這類測試需要大量冗余。

3.3 ATP速度防護功能測試案例

根據ATP速度防護的流程進行遍歷，將一個整體的測試劃分為各類局部測試，最后將這些局部測試組合起來生成一個具體的測試方案。表2為在實際工程運用的測試方案。

表2 測試方案表

4 方案測試

在實際的測試中，僅僅靠幾次或者十幾次測試是不能有效地測試出系統功能的完整性和準確性的。因此，測試人員需要反復地重復同一類測試多次。這樣就需要測試人員在測試后對進行測試案例的數據結果進行統計和驗證，針對有缺陷的測試再次進行反復測試。

在統計中，測試人員需要將測試劃分為測試案例的優先級、預計測試的案例數量、完成測試的案例數量、實際測試的案例數量、通過測試的案例數量和未通過測試的案例數量等部分。

將統計的數據進行整理，如表3所示。

表3 測試數據統計

將統計得到的數據表格轉化為圖表的格式，這樣測試人員可以直觀地發現出測試中所存在的問題，用來指導測試工作、調整測試，使得測試更加完備、準確。

圖4 結果統計圖

從圖4的測試結果可以看出，測試人員經過檢查分析可以及時發現測試中系統所存在的缺陷；并且針對這些缺陷對系統的影響，對測試案例進行及時地調整與更新。

5 結束語

目前，我國城市軌道交通處于高速發展時期，CBTC系統被越來越多的軌道交通公司所應用到實際工程建設中。這樣就需要一套完整、有效的測試方案對設備進行測試，保證設備系統能夠正常地工作。本文針對車載設備的測試方法和具體的測試案例進行研究，引入因果圖法并對其進行改進后提出車載設備測試方案，對車載ATP超速防護進行測試實驗。實驗結果表明，本文提出的測試方案切實有效，可以進行推廣。

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