計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)研究

李文濤

（中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工電部，北京 100844）

車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備（簡稱聯(lián)鎖）是保障列車運(yùn)行安全最基礎(chǔ)的鐵路信號(hào)設(shè)備之一，為鐵路運(yùn)輸暢通、安全運(yùn)營方面發(fā)揮著巨大作用。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件在上道前均需要經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試審核及周密的仿真試驗(yàn)，聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)項(xiàng)目必須徹底試驗(yàn)完整、無遺漏后方可投入模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營。現(xiàn)階段仿真試驗(yàn)主要采用對(duì)照聯(lián)鎖圖表逐條進(jìn)路、逐項(xiàng)測(cè)試的人工仿真試驗(yàn)方式，根據(jù)車站規(guī)模大小，仿真試驗(yàn)時(shí)間少則幾天、多則數(shù)十天，存在人工試驗(yàn)工作量大、耗時(shí)長、人為疏忽遺漏、試驗(yàn)效率不高等問題。

根據(jù)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)現(xiàn)狀并結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)發(fā)展，為提高信號(hào)聯(lián)鎖關(guān)系試驗(yàn)的效率和質(zhì)量，加快推進(jìn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖自動(dòng)仿真試驗(yàn)進(jìn)程，提出了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)（簡稱自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)）的技術(shù)方案。

1 自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)

為保障測(cè)試的準(zhǔn)確性、完整性，研究可以分兩階段。

第一階段：以減輕試驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度為目的，把仿真試驗(yàn)過程中大量重復(fù)的操作動(dòng)作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，為保持先行試驗(yàn)結(jié)果的可信度，期間由人工監(jiān)督試驗(yàn)過程中自動(dòng)執(zhí)行操作過程，人工判定試驗(yàn)結(jié)果的正確性。如自動(dòng)化遍歷進(jìn)路中道岔無表示對(duì)進(jìn)路的影響、自動(dòng)化遍歷進(jìn)路中區(qū)段占用對(duì)進(jìn)路的影響、依據(jù)所排列進(jìn)路自動(dòng)走車等，試驗(yàn)過程中人工監(jiān)督信號(hào)顯示與進(jìn)路狀態(tài)，人工判定試驗(yàn)結(jié)果。

第二階段：在前期研究的基礎(chǔ)上再逐步實(shí)現(xiàn)仿真試驗(yàn)全自動(dòng)化，即自動(dòng)完成各項(xiàng)試驗(yàn)，自動(dòng)記錄試驗(yàn)過程，自動(dòng)輸出試驗(yàn)結(jié)果，人工確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果的正確性和完整性。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)可在既有計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加自動(dòng)執(zhí)行模塊及相應(yīng)的配置輸入，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行功能。

平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of automatic execution platform for computer interlocking simulation test

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)，包括試驗(yàn)對(duì)象和仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)兩部分。

試驗(yàn)對(duì)象，即被試驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，由于仿真試驗(yàn)主要針對(duì)聯(lián)鎖軟件邏輯和配置數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，所以試驗(yàn)環(huán)境可以采用由PC機(jī)構(gòu)成的整體仿真環(huán)境，其組成部分包括聯(lián)鎖應(yīng)用子模塊、操作表示機(jī)子模塊以及維護(hù)機(jī)子模塊。

仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)，包含設(shè)備仿真軟件、自動(dòng)執(zhí)行模塊兩部分。設(shè)備仿真軟件提供了車站設(shè)備IO和接口設(shè)備的模擬仿真，自動(dòng)執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)了按照試驗(yàn)步驟對(duì)相關(guān)操作命令的自動(dòng)下發(fā)以及試驗(yàn)過程的自動(dòng)記錄、操作結(jié)果的自動(dòng)判定等功能。

車站設(shè)備IO仿真實(shí)現(xiàn)驅(qū)采繼電器的仿真功能；接口設(shè)備仿真實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)的外部接口系統(tǒng)仿真，主要包含RBC接口、TCC接口和相鄰車站聯(lián)鎖接口等。仿真設(shè)備是自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)的基礎(chǔ)，提供執(zhí)行與控制的基本設(shè)備對(duì)象。

該平臺(tái)結(jié)構(gòu)中仿真軟件和被測(cè)軟件相互獨(dú)立，通過通信接口交互測(cè)試數(shù)據(jù)，被測(cè)軟件與將來實(shí)際部署到現(xiàn)場(chǎng)的軟件一致。

2 方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括平臺(tái)任務(wù)設(shè)計(jì)、平臺(tái)接口設(shè)計(jì)、平臺(tái)功能設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)流程設(shè)計(jì)及人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)5部分。

2.1 平臺(tái)任務(wù)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)試驗(yàn)過程人工操作環(huán)節(jié)的自動(dòng)執(zhí)行，并記錄試驗(yàn)過程、試驗(yàn)數(shù)據(jù)。基于聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)中人工操作比較耗時(shí)的測(cè)試項(xiàng)目，設(shè)計(jì)出平臺(tái)的任務(wù)如下：

1）道岔無表示關(guān)閉信號(hào)的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

2）信號(hào)開放后鎖閉道岔的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

3）區(qū)段有車關(guān)閉信號(hào)的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

4）紅燈斷絲不能開放信號(hào)的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

5）隨時(shí)關(guān)閉信號(hào)的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

6）進(jìn)路正常解鎖的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

7）未辦理進(jìn)路情況下的區(qū)段占用不能操縱道岔的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)；

8）區(qū)段故障解鎖的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)。

2.2 平臺(tái)接口設(shè)計(jì)

1）通信接口

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)，可以通過采用自動(dòng)執(zhí)行主線程的周期調(diào)度技術(shù)，自動(dòng)完成操作設(shè)備、發(fā)送設(shè)備狀態(tài)、接收設(shè)備命令及動(dòng)作過程記錄等一系列軟件邏輯處理，并同時(shí)完成執(zhí)行平臺(tái)與試驗(yàn)對(duì)象之間的周期性數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息交互如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)信息交互Fig.2 Network information interaction diagram

平臺(tái)運(yùn)行過程中，聯(lián)鎖向仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)發(fā)送IO控制命令、區(qū)間命令、設(shè)備與進(jìn)路等信息，如道岔控制、區(qū)間輔助改方命令、接發(fā)車進(jìn)路信息等。仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)向聯(lián)鎖反饋車站設(shè)備狀態(tài)、仿列控和仿相鄰站聯(lián)鎖的接口設(shè)備狀態(tài)、自動(dòng)執(zhí)行的信號(hào)重開與道岔單操等動(dòng)作指令。

2）配置接口

為了讓自動(dòng)測(cè)試過程更接近人工測(cè)試的效果，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行過程可以由一系列的動(dòng)作單元組合起來，后一個(gè)動(dòng)作的開始需要等待或檢查前一個(gè)動(dòng)作的結(jié)果，即需要通過配置接口來設(shè)置一系列的動(dòng)作等待時(shí)間，根據(jù)自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)對(duì)配置接口設(shè)計(jì)出如下項(xiàng)目：

a.重開信號(hào)后執(zhí)行下一動(dòng)作前的等待時(shí)間=5 s；

b.道岔無表示后的等待時(shí)間= 5 s；

c.道岔表示恢復(fù)后的等待時(shí)間= 5 s；

d.道岔單操后的等待時(shí)間= 7 s；

e.區(qū)段占?jí)汉蟮牡却龝r(shí)間= 5 s；

f.區(qū)段占?jí)夯謴?fù)后的等待時(shí)間= 5 s；

g.信號(hào)燈絲斷絲后的等待時(shí)間= 5 s；

h.信號(hào)燈絲斷絲恢復(fù)后的等待時(shí)間= 5 s；

i.區(qū)段出清恢復(fù)后的等待時(shí)間= 5 s。

上面等號(hào)右側(cè)是默認(rèn)時(shí)間值（單位：s），平臺(tái)運(yùn)行過程中可以根據(jù)需要進(jìn)行合理調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)在變化邏輯合理的情況下提高測(cè)試效率。

2.3 功能設(shè)計(jì)

從平臺(tái)角度劃分出3個(gè)基本角色，即試驗(yàn)人員、試驗(yàn)對(duì)象以及仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)。平臺(tái)功能設(shè)計(jì)用例如圖3所示。

圖3 平臺(tái)功能用例Fig.3 Platform function use case diagram

試驗(yàn)人員可以通過操作表示機(jī)與自動(dòng)控制窗口的人機(jī)界面來操作設(shè)備、控制試驗(yàn)過程和審核試驗(yàn)結(jié)果；試驗(yàn)對(duì)象為被測(cè)試的聯(lián)鎖軟件；自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)啟動(dòng)后的過程自動(dòng)控制，包括響應(yīng)用戶動(dòng)作、反饋設(shè)備狀態(tài)、自動(dòng)操作設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)以及試驗(yàn)過程記錄并提供結(jié)果報(bào)表等功能。

2.4 流程設(shè)計(jì)

平臺(tái)總體流程實(shí)現(xiàn)分為3層，人機(jī)界面、邏輯控制和設(shè)備仿真，如圖4所示。

圖4 平臺(tái)總體功能流程Fig.4 Overall function flow of the platform

圖4展現(xiàn)了平臺(tái)總體流程，通過人機(jī)界面響應(yīng)用戶操作、啟動(dòng)平臺(tái)、主控線程開啟、周期性解析用戶操作并分派處理，動(dòng)作指令分別指派到平臺(tái)各仿真對(duì)象并完成執(zhí)行，同時(shí)反饋對(duì)象狀態(tài)及過程結(jié)果記錄。

以道岔無表示的自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)為例，下面描述各個(gè)環(huán)節(jié)的功能處理。

以進(jìn)路維度設(shè)計(jì)的道岔無表示自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)過程。即試驗(yàn)人員配置好試驗(yàn)參數(shù)，啟動(dòng)平臺(tái)并辦理進(jìn)路，聯(lián)鎖完成進(jìn)路排列后，用戶選定開始“道岔無表示關(guān)閉信號(hào)”自動(dòng)執(zhí)行，平臺(tái)從該進(jìn)路的第一組道岔開始自動(dòng)執(zhí)行道岔斷表示、聯(lián)鎖關(guān)信號(hào)、檢查關(guān)閉成功、模擬人工重開信號(hào)、檢查重開成功等一系列聯(lián)鎖邏輯試驗(yàn)步驟，并自動(dòng)進(jìn)入進(jìn)路上下一組道岔的無表示聯(lián)鎖邏輯測(cè)試，直至完成所有道岔斷表示關(guān)閉信號(hào)的聯(lián)鎖功能試驗(yàn)，平臺(tái)實(shí)時(shí)記錄自動(dòng)執(zhí)行過程日志并反饋結(jié)果給試驗(yàn)人員。所操作的進(jìn)路上的道岔來源于聯(lián)鎖表，保證了和聯(lián)鎖表所列進(jìn)路上道岔的一致性。

2.5 人機(jī)界面

聯(lián)鎖仿真自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，根據(jù)需求可將主控界面設(shè)計(jì)為包含如圖5所示的3部分功能區(qū)：試驗(yàn)項(xiàng)目選擇區(qū)、啟停控制區(qū)和執(zhí)行過程信息顯示區(qū)。

圖5 自動(dòng)執(zhí)行主控界面設(shè)計(jì)Fig.5 Design of automatic execution main control interface

為了方便選定試驗(yàn)項(xiàng)目，圖5的主控界面中，試驗(yàn)項(xiàng)目選擇區(qū)可按復(fù)選框方式羅列出各試驗(yàn)條目供試驗(yàn)人員勾選；啟停控制區(qū)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行的開始、暫停、停止的試驗(yàn)過程控制操作；過程信息顯示區(qū)用以實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)執(zhí)行過程的動(dòng)作信息與狀態(tài)信息等。

3 方案驗(yàn)證

按照自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證，以第二版標(biāo)準(zhǔn)站聯(lián)鎖為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行以進(jìn)路為維度的仿真自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)測(cè)試，案例如圖6所示。

圖6是XD→SIII為例的進(jìn)路自動(dòng)執(zhí)行示例，本條進(jìn)路包含8組雙動(dòng)道岔、5個(gè)軌道區(qū)段，若測(cè)試完本條進(jìn)路的上述試驗(yàn)項(xiàng)，需要人工點(diǎn)擊鼠標(biāo)共計(jì)140次，按3 s點(diǎn)擊一次鼠標(biāo)，3 s做人工確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果，大約耗時(shí)14 min，而自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)免去了人工鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作，按默認(rèn)配置的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間，自動(dòng)執(zhí)行完成本進(jìn)路仿真試驗(yàn)項(xiàng)目約7 min，大約節(jié)省50%的試驗(yàn)時(shí)間，車站規(guī)模越大效率提升越明顯。

圖6 試驗(yàn)案例Fig.6 Test case diagram

按照3種典型規(guī)模車站，即小站50條進(jìn)路、中等站500條進(jìn)路、大站1 000條進(jìn)路，根據(jù)每條進(jìn)路的平均耗時(shí)，可計(jì)算出單站的試驗(yàn)用時(shí)（單站用時(shí)=進(jìn)路數(shù)量×單條進(jìn)路用時(shí)），得出自動(dòng)執(zhí)行進(jìn)路試驗(yàn)節(jié)省的具體時(shí)間值，如表1及圖7所示。

圖7 典型規(guī)模車站試驗(yàn)的節(jié)省耗時(shí)Fig.7 Time saving histogram of typical scale station test

表1 典型規(guī)模車站的試驗(yàn)耗時(shí)Tab.1 Test time of typical scale station

在減輕工作量方面，單站人工試驗(yàn)的鼠標(biāo)點(diǎn)擊總次數(shù) = 單條進(jìn)路人工點(diǎn)擊次數(shù)×進(jìn)路數(shù)量，例如中等規(guī)模車站鼠標(biāo)點(diǎn)擊總次數(shù)=140×500=70 000（次），通過自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)的自動(dòng)化操作，對(duì)于中等規(guī)模車站能夠免去人工70 000次的鼠標(biāo)操作，大大降低了試驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)通過計(jì)算機(jī)軟件窮舉技術(shù)能完全遍歷聯(lián)鎖表中所列的所有區(qū)段、道岔等設(shè)備對(duì)象，試驗(yàn)覆蓋全面，試驗(yàn)過程徹底，解決了由人工操作試驗(yàn)時(shí)可能由于測(cè)試人員的疏漏造成試驗(yàn)不徹底的問題。

4 總結(jié)

車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)全覆蓋，減少試驗(yàn)人員在界面上的大量機(jī)械性、重復(fù)性鼠標(biāo)操作。在降低試驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了試驗(yàn)質(zhì)量與試驗(yàn)效率。國內(nèi)鐵路每年新建車站和改造車站數(shù)量眾多，在聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)方面投入也非常大，引入聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)后，在鐵路建設(shè)的降本增效上能起到良好的效果。另外，通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)能有效避免人工試驗(yàn)易產(chǎn)生的疏忽誤判、遺漏試驗(yàn)項(xiàng)目等問題，可以更好地提升試驗(yàn)質(zhì)量和正確率。聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)結(jié)果的正確性和完整性直接涉及鐵路行車安全，為保障試驗(yàn)結(jié)果的可信度，需要進(jìn)一步研究自動(dòng)判定與自動(dòng)記錄功能的可靠性，保證自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)結(jié)果的正確性、完整性，最終達(dá)到聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)自動(dòng)執(zhí)行平臺(tái)的全自動(dòng)化，為提高計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真試驗(yàn)效率發(fā)揮強(qiáng)有力的作用。