FAO信號系統與外部接口測試方案

魏明瑞

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

1 概述

國際公共交通協會(UITP)將列車運行的自動化水平（自動化等級（Grades of Automation，GoA））由低到高劃分為GoA0～GoA4級，其中GoA3級和GoA4級列車駕駛已經不需要列車司機，完全可以依靠全自動運行系統（Fully Automatic Operation，FAO）實現列車自動運行。

近幾年越來越多的城市軌道交通線路采用FAO系統，2017年12月開通的上海17號線和武漢21號線均采用GoA3級的FAO系統，2014年8月開通的上海10號線、2016年12月開通的香港南港島線、2017年12月開通的北京燕房線、2019年9月開通的北京新機場線均采用GoA4級的FAO。即將開通的北京3號、12號、17號、19號線也將要采用GoA4級的FAO系統。

隨著城市軌道交通技術的進步和運營需求的不斷提升，FAO信號系統需要與更多的外部接口專業進行采集和聯動，達到全自動運營的目的，同時FAO信號系統與外部接口的相關測試也成為非常重要的一環。針對FAO系統的特點，提出一種FAO信號系統與外部接口的測試方案。

2 測試方案

FAO系統新增42個全自動運營場景，即早間上電、喚醒、出庫、軋道車運營、進入正線服務、進站停車、站臺發車、折返換端、清客、停止正線服務、回庫、清掃、休眠、洗車、自動調車、故障復位控制、再關車門控制、緊急制動緩解、區間疏散、緊急操作裝置、緊急呼叫、遠程緊急制動、車輛火災、全自動運行模式（FAM）/CAM相關模式轉換、蠕動模式、車上設備工作狀態遠程監測、車門故障隔離站臺門、站臺門故障隔離車門、車門狀態丟失、雨雪模式、車輛制動系統故障、救援、日檢與維修、列車遠程廣播、車站火災、障礙物/脫軌檢測、其他遠程控制功能、跳停、扣車、運行中信號或車輛發生設備故障后的處理、站臺門狀態丟失、逃生門狀態激活。每個全自動運營場景都需要FAO信號系統與外部系統之間緊密協作才能實現。

FAO信號系統與外部系統接口眾多，其中計算機聯鎖（Computer-Based Interlocking，CBI）需要與洗車機、車庫門、站臺門等系統接口，車載控 制 器（Vehicle On-Board Controller，VOBC）與車輛有硬線和網絡接口，由列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，ATS）與原綜合監控系統（Integrated Supervisory Control System，ISCS）深度整合的行車綜合自動化系統（TIAS）需要與火災報警系統（FAS）、環境與設備監控系統（BAS）、閉路電視系統（CCTV）、電力監控系統（PSCADA）、旅客向導系統（PIS）、廣播系統（PA）、車輛、站臺門等系統接口。各子系統與外部接口連接示意如圖1所示。

圖1 信號各子系統與外部接口連接示意Fig.1 Schematic diagram of connection of signaling subsystems and external interfaces

FAO系統中包含的各類設備由不同廠商提供，若在現場才開始進行涉及接口相關測試，由于系統整體過于龐大，實際工程項目現場工期緊張，測試需要投入大量的人力物力，成本高、周期長、現場不確定因素多、暴露問題晚等因素均不利于最終線路開通。因此本方案將FAO信號系統與外部接口測試分為信號廠商室內測試、與外部設備廠商接口測試、現場聯動功能測試3個階段。第一階段主要驗證信號系統自身工程數據和系統功能的正確性，第二階段完成信號系統與外部設備的接口測試內容，第三階段在現場驗證整個FAO系統滿足全自動運營場景聯動功能、工程數據、接口協議，減少現場測試周期，降低成本，并有利于問題提前發現解決。

2.1 信號廠商室內測試

本階段測試在信號廠商室內實驗室進行，其他外部接口設備可采用仿真模擬，仿真程序需要按照與信號系統接口協議，滿足設置發送以及接收顯示相關信息功能。

本階段的測試重點是驗證42個全自動運營場景下，信號系統可以正確按照接口協議采集外部接口發送信息，可以正確按照接口協議向外部接口發送聯動信息，FAO信號系統自身功能、數據正確。

以車輛火災場景為例，車輛發生火災時車輛通過網絡或硬線向VOBC發送火災報警信息，VOBC將火災報警上報中心，并運行到下一站臺打開車門不關閉。車輛將火災報警區域的畫面推送至中心CCTV。

VOBC保持在站臺打開車門且不關閉狀態，待綜合站務員上車后確認火災情況（中心可通過CCTV輔助確認），按如下方式處理。

1） 如果確認發生火災，通過中心TIAS向VOBC發送火災確認，由VOBC向車輛發送火災確認，車輛觸發預錄廣播和預錄制的PIS信息提示乘客。

2） 如果確認未發生火災，通過中心TIAS遠程向VOBC發送復位FAS報警指令，VOBC自動控制列車發車。

室內測試方法及內容如下。

1）通過仿真軟件模擬車輛向VOBC發送火災信息，模擬車輛向TIAS推送CCTV畫面，觀察全自動運行列車繼續運行至下一站臺打開車門不關閉，中心TIAS工作站顯示車輛火災報警，中心CCTV顯示推送畫面。

2）通過中心TIAS確認火災，觀察中心向VOBC發送火災確認，車輛仿真程序收到VOBC發送的火災確認信息。

3）通過中心TIAS遠程復位FAS報警，車輛仿真程序取消發送火災報警，觀察VOBC自動控制列車發車。

測試時，測試人員通過車輛仿真程序注入車輛火災的信息，驗證信號系統在收到車輛火災信息時的處理邏輯正確，同時通過觀察車輛仿真程序接收界面驗證信號系統向車輛發送的聯動指令正確，并在測試過程中驗證信號系統內各子系統間的工程數據一致性。

2.2 與外部設備廠商接口測試

本階段測試可以在室內或現場進行，若信號系統和其他外部接口設備有條件在實驗室搭建真實設備測試環境，則可在實驗室進行相關接口測試內容，測試環境需要滿足全自動運行系統的基礎運行環境，應以FAO中的核心設備和典型設備作為平臺的基礎，實物設備和仿真設備相結合。如果在實驗室各系統設備部署完整，滿足驗證全自動運營場景聯動功能的要求，在此階段同時進行FAO室內的聯動功能測試驗證，減少后續現場聯動功能的調試測試工作量和時間。若不具備在實驗室搭建測試環境的條件，在現場進行接口測試時需要現場外部接口設備部署完成并與信號系統連接正常之后進行。信號系統與各外部接口專業需要共同進行測試環境搭建和調試驗證工作。

本階段的測試重點是驗證信號系統與外部接口信息傳輸的準確性，若采用繼電接口連接，如CBI與洗車機、車庫門連接，VOBC與車輛硬線連接等，需要驗證繼電接口、電路連接是否正確，信號系統與外部接口采集或輸出信號是否正確；若采用協議傳輸方式，如TIAS與站臺門系統、VOBC與車輛網絡連接等，需要驗證接口正確連接，并驗證接口傳輸符合接口協議內容，測試內容至少包含所有命令和數據的格式、接收和發送機制和協議中特殊情況說明。

2.3 現場聯動功能測試

本階段測試需要信號系統及各外部接口設備在現場完成部署連接，并已在現場完成各自系統功能和工程數據測試驗證。

本階段的測試重點是驗證42個全自動運營場景下，FAO各系統間聯動功能符合預期，各系統之間接口性能滿足要求。

同樣以車輛火災場景為例，現場聯動功能測試方法及內容如下。

1）現場模擬車輛向VOBC發送火災信息，觀察全自動運行列車繼續運行至下一站臺打開車門不關閉，中心TIAS顯示車輛火災報警，中心CCTV顯示車輛推送畫面。

2）通過中心TIAS確認火災，觀察車輛觸發預錄廣播和預錄制的PIS信息提示乘客。

3）通過中心TIAS遠程復位FAS報警，恢復車輛火災報警，觀察VOBC自動控制列車發車。

與室內測試比較，可以發現現場聯動功能測試側重點不是信號系統接收信息或向外部接口發送信息的正確性，而是整個FAO各系統間最終的功能聯動符合預期。另外，各系統接口間的倒機、單通道通信故障下連接穩定性等性能測試內容也是本階段的測試重點。

3 結束語

FAO需要信號、綜合監控、車輛、通信、站臺門系統等與列車運行相關專業設備共同構成、緊密協作，才能實現列車全自動化運行。以信號系統為主，將FAO信號系統涉及外部接口需要進行測試的所有內容分為信號廠商室內測試、與外部設備廠商接口測試、現場聯動功能測試3個階段進行，詳細介紹FAO信號系統與外部接口的測試方案，為FAO線路提供一種測試思路，保障線路順利開通。