基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測試方法研究

陳俊強(qiáng)

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

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基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測試方法研究

陳俊強(qiáng)

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測試方法，結(jié)合ATS系統(tǒng)功能和外部接口特征，設(shè)計(jì)了包含測試場景管理模塊、測試數(shù)據(jù)管理模塊、在線數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及測試數(shù)據(jù)記錄、分析模塊的功能測試平臺(tái)，該方法具有測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)通用化、功能可重用性強(qiáng)、成本較低等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；功能測試；測試平臺(tái)；ATS

1　概述

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極大推動(dòng)了中國的城市化進(jìn)程，城市化的過程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在變化、人口數(shù)量在急劇增長，巨大型城市、特大型城市數(shù)量不斷增多。人口的增多對(duì)城市的環(huán)境帶來很大影響，在交通方面更是面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。事實(shí)證明，大力發(fā)展公共交通是解決交通問題的關(guān)鍵，公共交通中的軌道交通具有安全準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)能大、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，因此，采用快速軌道交通來解決日益嚴(yán)重的城市交通問題已經(jīng)成為城市公共交通發(fā)展的一大趨勢。

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)是保證軌道交通系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵，其包括3個(gè)子系統(tǒng)：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）。ATO主要用于實(shí)現(xiàn)“地對(duì)車控制”，即用地面設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的行駛、制動(dòng)的控制，其能模擬經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)完成對(duì)列車的駕駛?cè)蝿?wù)，使列車時(shí)刻處于一個(gè)最佳的運(yùn)行狀態(tài)。ATP主要用于對(duì)列車駕駛進(jìn)行安全防護(hù)，對(duì)與安全有關(guān)的系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)列車超速防護(hù)、間隔保護(hù)等功能。ATS是在ATO、ATP子系統(tǒng)的支持下完成對(duì)列車運(yùn)行的監(jiān)督和控制，輔助行車調(diào)度人員對(duì)全線列車運(yùn)行進(jìn)行管理，實(shí)時(shí)對(duì)在線列車進(jìn)行自動(dòng)控制，提高乘客舒適度、列車準(zhǔn)點(diǎn)率，極大降低調(diào)度人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使軌道交通系統(tǒng)更好的為人民服務(wù)。所以，在ATS系統(tǒng)研發(fā)過程中對(duì)ATS系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試研究，確保ATS系統(tǒng)功能的正確性，并提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，提高系統(tǒng)的可用性顯得尤為重要。

ATS系統(tǒng)功能測試方法有很多，從是否針對(duì)ATS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度來說，ATS系統(tǒng)功能測試方法分為黑盒和白盒測試。黑盒測試即常見的功能測試，是在已知ATS系統(tǒng)所應(yīng)具有的功能條件下，檢測所有功能是否都已正常實(shí)現(xiàn)。在測試時(shí)，把被ATS系統(tǒng)看作一個(gè)未知的黑盒子，且測試過程中完全不考慮系統(tǒng)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)系統(tǒng)外部標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行測試，檢查該系統(tǒng)實(shí)際的功能是否符合用戶功能需求，是否能正常地處理輸入數(shù)據(jù)并產(chǎn)生相應(yīng)正確的輸出信息。白盒測試也稱結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動(dòng)測試，是在ATS系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)已知的情況下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的測試。白盒測試需要全面了解ATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、對(duì)所有的邏輯路徑進(jìn)行測試。白盒測試主要完成對(duì)ATS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的測試，通過結(jié)構(gòu)測試保證系統(tǒng)的各個(gè)流程在各種情況下都能夠發(fā)揮相應(yīng)作用，不存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或者在程序編寫中的空流程（即永遠(yuǎn)不能執(zhí)行的流程）。

本文在分析ATS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)上，提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測試方法，從測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、測試數(shù)據(jù)執(zhí)行以及測試數(shù)據(jù)結(jié)果分析等幾個(gè)角度闡述了該方法在ATS系統(tǒng)功能測試中的應(yīng)用，該方法具有測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)通用化、功能可重用性強(qiáng)、成本相對(duì)比較低等特點(diǎn)。

2　ATS系統(tǒng)簡介

2.1ATS系統(tǒng)功能分析

ATS系統(tǒng)的主要功能有6項(xiàng)，分別為集中顯示、集中控制、列車運(yùn)行時(shí)刻表管理、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)、仿真功能和監(jiān)測與報(bào)警功能。

1）集中顯示功能：在控制中心通過調(diào)度終端和大屏設(shè)備以圖形的方式實(shí)時(shí)顯示出全線的狀態(tài)，包括線路的狀態(tài)、列車的運(yùn)行位置及運(yùn)行狀態(tài)等。

2）集中控制功能：在ATS系統(tǒng)中設(shè)置中央及車站兩級(jí)控制權(quán)限。在正常運(yùn)營時(shí)，運(yùn)行控制權(quán)屬于中心；在必要（如控制中心設(shè)備故障）時(shí)，經(jīng)過權(quán)限轉(zhuǎn)移，可將控制權(quán)轉(zhuǎn)移至車站。控制權(quán)轉(zhuǎn)移后，車站控制設(shè)備臨時(shí)代替中央控制中心，負(fù)責(zé)全線的運(yùn)營調(diào)度。

3）列車運(yùn)行時(shí)刻表管理功能：分為離線編圖和在線運(yùn)行圖兩個(gè)終端。離線編圖負(fù)責(zé)編輯生成時(shí)刻表，在線運(yùn)行圖負(fù)責(zé)根據(jù)當(dāng)日時(shí)刻表生成工作計(jì)劃，當(dāng)列車實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃和當(dāng)日計(jì)劃時(shí)刻有偏差時(shí)，在線運(yùn)行圖能根據(jù)偏差對(duì)在線列車進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。

4）運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)功能：記錄列車運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，如線路表示信息、運(yùn)行圖信息、列車狀態(tài)信息、列車運(yùn)行里程信息、系統(tǒng)故障報(bào)警信息、操作記錄等。ATS還可以將所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，且能夠提供數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

5）系統(tǒng)仿真功能：系統(tǒng)仿真是通過仿真手段，離線模擬列車的在線運(yùn)行。主要用于系統(tǒng)演示以及人員培訓(xùn)。

6）監(jiān)測與報(bào)警功能：ATS子系統(tǒng)能夠記錄被監(jiān)測對(duì)象的狀態(tài)，除狀態(tài)監(jiān)視功能外，還有一定的故障定位功能。

2.2ATS外部接口分析

以CBTC系統(tǒng)為例，ATS主要的外部接口包括：聯(lián)鎖（CBI）接口、區(qū)控（ZC）接口、軌旁（TWC）接口、發(fā)車計(jì)時(shí)器（DTI）接口、時(shí)鐘（CLOCK）接口、綜合監(jiān)控（ISCS）接口、乘客信息系統(tǒng)（PIS）接口等，如圖1所示。

CBI接口。ATS主要接收此接口傳來的站場表示信息（包括：區(qū)段表示、道岔表示、信號(hào)表示、進(jìn)路表示、IBP盤扣車等）、報(bào)警信息。ATS將對(duì)信號(hào)設(shè)備控制命令傳送給聯(lián)鎖子系統(tǒng)。

ZC接口。ATS向ZC接口傳送列車調(diào)整信息和臨時(shí)限速命令。ZC向ATS傳送移動(dòng)授權(quán)信息、臨時(shí)限速命令執(zhí)行狀態(tài)、列車位置報(bào)告和報(bào)警等信息。

TWC接口。ATS向TWC接口發(fā)送列車調(diào)整信息。TWC向ATS發(fā)送地面設(shè)備狀態(tài)和列車信息。

DTI接口。ATS將列車停站信息（包括發(fā)車時(shí)機(jī)、早晚點(diǎn)提示、跳停、扣車等）傳送給發(fā)車計(jì)時(shí)器系統(tǒng)。

CLOCK接口。ATS接收時(shí)鐘接口傳來的時(shí)鐘信息，對(duì)ATS系統(tǒng)內(nèi)部所有設(shè)備進(jìn)行校時(shí)。

ISCS接口。ATS接收綜合監(jiān)控傳來的三軌供電信息，且傳遞線路上列車的運(yùn)行信息到綜合監(jiān)控。

其他接口。其他接口主要接收ATS發(fā)送的各種線路信息，并進(jìn)行顯示等。

3　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測試方法屬于典型的黑盒測試方法，其被測系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)被包含在測試數(shù)據(jù)文件中，測試執(zhí)行過程中需按測試數(shù)據(jù)規(guī)定的流程和動(dòng)作進(jìn)行測試，整個(gè)過程以測試數(shù)據(jù)來控制測試的自動(dòng)化執(zhí)行。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測試方法的執(zhí)行應(yīng)遵循以下步驟：

1） 準(zhǔn)備測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試方法的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備分為設(shè)計(jì)測試案例、設(shè)計(jì)測試序列和生成測試數(shù)據(jù)等幾個(gè)步驟。其中，設(shè)計(jì)測試案例時(shí)，不僅要考慮對(duì)被測功能特征的覆蓋度，還應(yīng)詳細(xì)說明測試步驟和測試的預(yù)期結(jié)果，如：當(dāng)前測試步驟要發(fā)送的信息、預(yù)期接收的數(shù)據(jù)等，這是測試案例有效性的基礎(chǔ)。

2） 執(zhí)行測試數(shù)據(jù)

測試平臺(tái)負(fù)責(zé)測試數(shù)據(jù)的執(zhí)行和測試結(jié)果的記錄。測試平臺(tái)的主要功能是在測試執(zhí)行過程中根據(jù)測試數(shù)據(jù)的測試序列實(shí)時(shí)向被測系統(tǒng)發(fā)送測試數(shù)據(jù)，從而為被測系統(tǒng)模擬出外部運(yùn)行環(huán)境，使被測系統(tǒng)的功能得以執(zhí)行。測試平臺(tái)并不模擬與被測系統(tǒng)相連的外部設(shè)備功能，只是嚴(yán)格按照測試序列要求的數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯判斷何時(shí)該發(fā)送什么數(shù)據(jù)。

3） 測試結(jié)果分析和判定

測試平臺(tái)控制待測系統(tǒng)完成對(duì)測試序列的執(zhí)行后，還需要對(duì)測試過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷被測系統(tǒng)是否正確完成測試要求。事實(shí)上，測試平臺(tái)在線執(zhí)行測試序列的過程中，只對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并不進(jìn)行結(jié)果分析，而關(guān)于被測系統(tǒng)是否按需求實(shí)現(xiàn)了功能，則依賴于對(duì)測試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)離線分析，這是采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行測試的一關(guān)鍵點(diǎn)。

4　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS功能測試平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的ATS功能測試平臺(tái)，整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)包含測試場景數(shù)據(jù)管理模塊、在線執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及數(shù)據(jù)記錄和分析模塊。系統(tǒng)測試平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。

各部分模塊基本功能如下：

1） 測試場景數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊負(fù)責(zé)在測試序列開始執(zhí)行前，對(duì)測試執(zhí)行所需的測試場景數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括測試序列生成、線路數(shù)據(jù)管理和測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等。

2） 在線執(zhí)行模塊

在線執(zhí)行模塊包括場景控制器、CBI數(shù)據(jù)仿真模塊、ZC數(shù)據(jù)仿真模塊、TWC數(shù)據(jù)仿真模塊、ISCS數(shù)據(jù)仿真模塊、CLOCK數(shù)據(jù)仿真模塊和其他接口仿真模塊，在線執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)按照測試序列的要求為ATS各接口提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

a.場景控制器

場景控制器是在線測試的主控模塊，負(fù)責(zé)從測試場景數(shù)據(jù)管理模塊讀入本次測試所需的全部數(shù)據(jù)，并對(duì)其他在線執(zhí)行模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，控制測試的開始和結(jié)束，以及監(jiān)控整個(gè)測試過程。

b.CBI數(shù)據(jù)仿真模塊

CBI數(shù)據(jù)仿真模塊用于向ATS子系統(tǒng)提供基本的站場表示信息（包括區(qū)段表示、道岔表示、信號(hào)顯示、進(jìn)路表示、IBP盤扣車等）和報(bào)警信息。并接收ATS的命令信息（包括進(jìn)路選排、道岔操作等），根據(jù)命令發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。該模塊在測試開始前根據(jù)既定流程與ATS接口轉(zhuǎn)換模塊建立鏈接；測試開始后，實(shí)時(shí)模擬站場設(shè)備信息并接收消息，根據(jù)條件向ATS系統(tǒng)發(fā)送配置信息中的表示信息。

c.ZC仿真模塊

ZC仿真模塊用于向ATS子系統(tǒng)提供列車的表示信息、移動(dòng)授權(quán)信息和報(bào)警信息，接收ATS限速命令、列車調(diào)整命令，并對(duì)命令做出相應(yīng)響應(yīng)。測試開始后，實(shí)時(shí)模擬列車位置和狀態(tài)等信息。當(dāng)收到列車命令時(shí)，根據(jù)不同命令向ATS發(fā)送應(yīng)答報(bào)文。

d.TWC接口仿真模塊

TWC接口仿真模塊為被測系統(tǒng)提供列車信息。該模塊的功能：接收ATS子系統(tǒng)的列車控制命令，模擬根據(jù)命令發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。發(fā)送列車狀態(tài)信息報(bào)文。

e.ISCS數(shù)據(jù)仿真模塊

綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仿真模塊主要模擬向ATS發(fā)送三軌供電信息，且接收ATS發(fā)送的列車位置信息。該模塊在測試開始前接收場景控制器的配置參數(shù)，測試開始后，根據(jù)配置參數(shù)模擬發(fā)送三軌供電信息。該模塊實(shí)施檢測測試場景中的列車信息。

f.CLOCK數(shù)據(jù)仿真模塊

時(shí)鐘數(shù)據(jù)仿真模塊向測試系統(tǒng)提供時(shí)鐘數(shù)據(jù)。測試開始后，根據(jù)本地時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信息到測試模塊。

g.其他接口

其他接口包括PIS、DTI等接口，該模塊根據(jù)運(yùn)行場景實(shí)時(shí)檢測列車位置，判斷接收到的列車信息是否正常。

3） 接口適配模塊

接口適配模塊用于連接測試平臺(tái)和被測接口。接口適配模塊包括：CBI接口適配、ZC接口適配、TWC接口適配、ISCS接口適配、CLOCK接口適配、DTI接口適配等。所有的接口適配均采用與真實(shí)接口完全相同的標(biāo)準(zhǔn)，并模擬真實(shí)接口發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)ATS系統(tǒng)輸出的信息返回應(yīng)答報(bào)文。

4） 數(shù)據(jù)記錄和分析模塊

數(shù)據(jù)記錄和分析模塊用于記錄測試過程中產(chǎn)生的所有測試數(shù)據(jù)，供離線分析用。數(shù)據(jù)記錄和分析模塊能記錄完整測試數(shù)據(jù)，然后提供給測試人員，同時(shí)該模塊負(fù)責(zé)使用對(duì)應(yīng)規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)判斷，并輔助人員完成對(duì)測試結(jié)果的分析和判定。

5　結(jié)論

本文提出的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測試方法，設(shè)計(jì)了包含測試場景數(shù)據(jù)管理模塊、在線數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及測試數(shù)據(jù)記錄和分析模塊的功能測試平臺(tái)。該方法降低了ATS仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高了測試平臺(tái)的可用性。

實(shí)踐應(yīng)用表明，無論是在ATS系統(tǒng)開發(fā)階段對(duì)系統(tǒng)功能的初步調(diào)試，還是ATS系統(tǒng)功能的后期全面測試，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測試方法都發(fā)揮顯著的作用。但對(duì)本測試方法仍需進(jìn)一步深入研究，包括：如何合理設(shè)計(jì)測試案例保證全面覆蓋待測功能，如何快速構(gòu)建復(fù)雜場景的測試數(shù)據(jù)等。

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This paper puts forward a function test method of ATS system based on data driven. Combined with features of ATS system functions and external interfaces， the function test platform is designed for the test scenario management module， test data management module， online data execution module， interface adapter module and test data record analysis module. The method have the advantages of universal test platform structure， strong reusability and lower cost.

data driven； function test； test platform； ATS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.019

2014-08-31）