基于仿真系統(tǒng)的ATS自動化測試的設計與實現(xiàn)

劉 燕

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

隨著城市軌道交通行業(yè)和信息技術的快速發(fā)展，全自動運行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）已成為列車運行全自動化的新一代城市軌道交通發(fā)展趨勢。列車自動監(jiān)控（Automatic Train Supervision，ATS）系統(tǒng)作為FAO的重要組成部分，在提高運輸效率和保障運行安全方面起到了至關重要的作用。由于ATS系統(tǒng)較多的內(nèi)外部接口、常態(tài)化的需求訂制、繁多的數(shù)據(jù)配置、復雜的邏輯處理、大量的功能點，使得該系統(tǒng)搭建測試環(huán)境復雜，測試用例數(shù)量巨大，執(zhí)行困難。目前行業(yè)內(nèi)ATS系統(tǒng)的軟件確認測試較多依賴仿真系統(tǒng)環(huán)境，靠人工手動執(zhí)行測試用例完成。受制于測試人員的經(jīng)驗水平和測試人員心態(tài)因素，如何在保證測試覆蓋率的情況下，降低測試成本，提高測試效率，是軟件開發(fā)中亟待解決的問題。

為解決這一問題，本文以ATS產(chǎn)品功能測試用例及產(chǎn)品交付測試用例做分析，探索ATS自動化測試方法。通過對仿真系統(tǒng)結(jié)構和功能的調(diào)整，設計出一套適用于ATS自動化測試的仿真系統(tǒng)，用仿真技術代替部分人工手動測試方法來提高測試效力，解放生產(chǎn)力。數(shù)據(jù)證明，該軟件的設計與實現(xiàn)對ATS系統(tǒng)軟件確認測試工作的效率和質(zhì)量起到了積極作用，節(jié)省大量人力和物力的投入。

1 自動化測試方法

本文所指的ATS測試是ATS系統(tǒng)的軟件確認測試。可將該測試分為產(chǎn)品功能測試和產(chǎn)品交付測試。

功能測試用例的組成形式以及測試用例數(shù)目情況如表1所示。

表1 功能測試用例數(shù)目統(tǒng)計Tab.1 Statistical table of the number of functional test cases

從表1中可以看到，ATS功能測試用例共分為6部分，分別是人機界面顯示測試用例、ATS產(chǎn)品功能測試用例、列車識別與跟蹤測試用例、運行圖相關測試用例、其他測試用例、FAO新增場景測試用例，用例數(shù)目共計約3 840個。其中需要仿真系統(tǒng)支持的用例數(shù)目（表1中無背景的測試用例部分）共計約2 270個，占測試用例總數(shù)目的60%。

場景保存替代測試準備和測試步驟，結(jié)合腳本輸入實現(xiàn)自動化測試，提高測試執(zhí)行效率。

目前行業(yè)內(nèi)的ATS測試依賴測試腳本，以消息的發(fā)送和接收為基礎，構造測試前置條件，通過執(zhí)行腳本實現(xiàn)自動化測試。但腳本編制復雜，通用性不高。當功能發(fā)生變更時，需要針對相關測試用例，人工重新編寫測試腳本。腳本可維護成本較高，對ATS測試支持程度較低。而測試人員人工手動執(zhí)行測試用例時，需要經(jīng)過閱讀、理解、測試執(zhí)行、記錄等多個步驟，尤其是當測試用例描述復雜，步驟繁多時，閱讀和理解測試用例的時間占用了測試工作的絕大多數(shù)時間，使得整個測試周期冗長，測試執(zhí)行困難，測試質(zhì)量也無法得到保證。

需要仿真系統(tǒng)支持的測試用例中摘選的用例如表2、3所示。

表2 列車停穩(wěn)信息校核測試用例Tab.2 Test cases for train fully stop information verification

表3 計劃車進路自動觸發(fā)測試用例Tab.3 Test cases for automatic route triggering of planned vehicle

表2測試用例測試步驟中，包括3個操作，分別是股道加車、設置列車的通信模式、設置列車的停穩(wěn)信息。表3測試用例測試步驟中，需4個條件，分別是特定計劃、特定時間、特定信號機模式、特定位置加計劃車。

通過對大量需要仿真系統(tǒng)支持的ATS功能測試用例分析，得出這些用例需要仿真系統(tǒng)支持的輸入信息共4類，分別是計劃信息、設備狀態(tài)信息，列車相關信息和故障模擬信息。如果將這些信息作為場景保存起來，代替繁瑣的腳本開發(fā)與編制，避開測試的閱讀和理解，結(jié)合簡單腳本控制場景自動載入的時間、順序、時長等信息，即可便捷地實現(xiàn)ATS自動化測試。

計劃加載結(jié)合進路自動觸發(fā)、列車模擬等功能，使仿真系統(tǒng)獨立于ATS系統(tǒng)，高效便捷地測試數(shù)據(jù)配置，提高測試效率。

按照上述對產(chǎn)品功能測試用例的統(tǒng)計、分析方式，產(chǎn)品交付測試用例涉及表格數(shù)目約35個，其中有約15個表格需要仿真系統(tǒng)支持測試，如計劃車運行交路測試表、計劃車自動觸發(fā)表、頭碼車觸發(fā)軌及目的地測試表、計劃車沖突檢測表等。通過對表格測試內(nèi)容的分析，得出這些測試需要仿真系統(tǒng)支持的除了列車模擬外，更多的需要仿真系統(tǒng)具有能夠獨立“按圖跑車”的功能。在此基礎上可通過調(diào)整列車的速度、運行時間、列車最小追蹤間隔、列車折返時間等，實現(xiàn)自動化測試，提高測試效率。

2 仿真系統(tǒng)結(jié)構設計

綜上分析，得出仿真系統(tǒng)的4個輸入信息，分別是計劃信息、設備狀態(tài)信息、列車相關信息和故障模擬信息。

如圖1所示，描述ATS仿真系統(tǒng)的結(jié)構、仿真系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)的主要接口以及接口交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容。按ATS主要接口類型分類，共設計出5個接口模擬，分別是CI接口模擬、ZC與ATS車站接口模擬、ZC與ATS中心接口模擬、ATP/ATO接口模擬、AOM接口模擬，主要完成仿真終端協(xié)議到ATS與其他信號系統(tǒng)內(nèi)部接口協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換工作。

圖1 仿真系統(tǒng)結(jié)構示意Fig.1 Structure schematic of the simulation system

ATS仿真終端作為ATS仿真系統(tǒng)的核心，可通過計劃信息模擬、設備狀態(tài)模擬、列車模擬、故障模擬的輸入，根據(jù)測試用例中測試步驟的要求，通過場景保存和加載，自動完成ATS相關測試用例的測試工作。

為解決多人在一套測試環(huán)境上同時測試及仿真終端的性能問題，將仿真終端進行拆分，新增仿真終端之間的交互功能，實現(xiàn)仿真終端管轄范圍的靈活分割和終端與終端間的互聯(lián)互通功能，進而支持測試環(huán)境的靈活性和便捷性。

3 仿真系統(tǒng)功能設計

目前行業(yè)內(nèi)仿真系統(tǒng)的主要功能有列車操作、設備操作、模擬列車，其中模擬列車運行為仿真系統(tǒng)的核心功能。列車需要根據(jù)信號狀態(tài)，區(qū)段狀態(tài)等基本聯(lián)鎖條件自動運行，同時需要根據(jù)區(qū)段公里標，實際區(qū)段長度等實時計算列車的精確位置和移動授權等。

如圖2所示，為支持和保障ATS自動化測試，在主要功能上新增設計的5個功能，包括運行圖加載、進路自動觸發(fā)、場景管理、回放、命令列表和報警列表。

運行圖加載功能：包括離線運行圖加載和在線運行圖加載。離線狀態(tài)下，仿真系統(tǒng)可脫離ATS生產(chǎn)系統(tǒng)獨立運行；在線狀態(tài)下，仿真系統(tǒng)與ATS生產(chǎn)系統(tǒng)（存儲服務）連接。

圖2 仿真系統(tǒng)新增功能示意Fig.2 New features schematic of the simulation system

進路自動觸發(fā)功能：在自動進路觸發(fā)模式下，仿真終端可根據(jù)運行圖/目的地信息，自動加載列車，并實現(xiàn)辦理進路、列車控制等功能。

場景管理功能：場景包括設備狀態(tài)信息、列車相關信息、故障模擬信息、運行圖信息，共4類信息。添加場景時，保存場景信息的同時生成一條保存記錄。記錄保存日期、保存名稱、保存人、保存?zhèn)渥⑿畔⒌取鼍肮芾砉δ馨▓鼍坝涗浀奶砑樱▓鼍靶畔⒈４妫h除、載入（場景信息載入）。可用腳本控制場景自動載入的時間、順序、時長、以及上述4類信息的詳細內(nèi)容。

回放功能：離線狀態(tài)下，根據(jù)回放文件，建立實時信號狀態(tài)復現(xiàn)（包括設備狀態(tài)、列車信息等）。可對設備進行操作功能；在線狀態(tài)下，仿真系統(tǒng)實時記錄回放數(shù)據(jù)并保存在本地數(shù)據(jù)庫，根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行復現(xiàn)。

命令列表和報警列表功能：命令列表記錄仿真系統(tǒng)外部命令和仿真界面的操作流程。列表內(nèi)容提供2種方式，分別是將接收/發(fā)送數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計、直接順序顯示接收/發(fā)送的數(shù)據(jù)。報警列表用于顯示仿真系統(tǒng)的異常、報警等信息。

4 仿真系統(tǒng)自動化測試應用

仿真系統(tǒng)把測試的輸入條件保存成場景，用測試用例編號作為場景名稱。一個場景可以對應一個或多個測試用例。在場景備注里，簡單描述加載場景后的測試步驟。如圖3所示，在執(zhí)行測試時，將原來的閱讀測試用例、理解測試用例，人工逐步設置測試輸入條件的步驟，直接用加載用例對應的場景替代，進而實現(xiàn)測試的自動化程度，提升測試效率。

圖3 仿真系統(tǒng)自動化測試過程示意Fig.3 Automation test process schematic of the simulation system

實驗證明，用這種方式每執(zhí)行一條測試用的時間，可從之前的5 min降低至2 min，這樣大大降低了因人為因素導致的測試質(zhì)量下降問題。按此數(shù)據(jù)計算，僅用該方法，測試時間可節(jié)省約60%。

仿真系統(tǒng)的運行圖加載和進路觸發(fā)功能，使得測試人員無需搭建復雜的ATS測試環(huán)境，即可通過仿真終端完成測試的相關內(nèi)容，如測試連接關系、進路自動觸發(fā)數(shù)據(jù)等。以列車速度為依據(jù)，列車速度可提升約70%以上，僅以此項計算，測試時間可節(jié)省約70%。

回放以及命令、報警列表功能，作為保存測試過程、記錄測試問題的輔助功能，為研發(fā)人員復現(xiàn)問題和快速查找問題提供了有利的保證。

5 結(jié)束語

本文通過對仿真系統(tǒng)結(jié)構及功能的優(yōu)化，以場景管理和場景管理腳本為基礎，結(jié)合列車按計劃圖自動運行、列車運行速度調(diào)整等功能，以回放、命令和報警列表為輔助，極大節(jié)省了ATS產(chǎn)品確認測試的人工成本和時間成本，提高產(chǎn)品的測試效率和測試質(zhì)量。該仿真系統(tǒng)也可作為ATS培訓管理系統(tǒng)的創(chuàng)新點，同時也可以作為研發(fā)人員復現(xiàn)現(xiàn)場故障，分析軟件問題的工具。