高速鐵路信號系統聯調聯試技術發展新思路

張云飛

中鐵電氣化局集團北京電氣化公司 北京 100000

引言

聯調聯試以達到設計速度為目標，通過采用檢測列車、綜合檢視列車、測試動車組和相關檢測設備在規定測試速度下對各系統及相關系統間接口、匹配關系進行綜合測試；評價和驗證牽引供電、接觸網、遠動、通信、信號、客服、災害監測等系統的性能或功能；驗證軌道、道岔、路基、橋梁、隧道、聲屏障等結構工程的適用性，評價綜合接地、電磁環境、振動噪聲、分相裝置等是否滿足相關標準的要求；為高速鐵路各業務系統和整體系統的調試、優化提供技術支持，使各系統和整體系統的功能及性能達到標準要求。

高速鐵路聯調聯試需多單位聯合作戰、專業涉及面廣、參與人數眾多、時間跨度長、剩余工程較多、管理難度較大，因此，研判聯調聯試期間主要安全風險，研究相應預防措施，對加強聯調聯試安全管理，推進高鐵高質量開通運營具有一定的指導意義。

1 聯調聯試技術現狀

1.1 “實車實景”測試

信號系統聯調聯試采用CTCS3-300T車載設備進行測試，試驗過程中車載設備嚴格按線路允許速度等地面信息自動生成目標距離速度曲線監控列車運行，地面信號設備全部為真實設備，列控工程數據配置均為擬開通的數據版本；測試場景除了現場運營過程中最基本或使用頻率最高的場景，還包括系統運用過程中一些常見的故障場景，最大限度地貼近實車實景測試要求。

1.2 完善的測試案例庫

信號系統聯調聯試是對系統功能的測試，按照國際通用做法，2009年原鐵道部制定頒布了《客運專線CTCS-3級測試案例》，將系統功能需求按最小單元劃分為470個測試案例；2020年在此基礎上進行了補充完善，測試案例達到了1055個。信號系統聯調聯試以頒布的測試案例為基礎，結合測地面設備、現場可實施等情況，按照與系統測試相關、現場可實施、測試地面設備功能及接口等原則選取和編制相應的測試案例。

1.3 統型與兼容性測試

實現不同廠家、不同型號信號設備的統型是技術發展的目標，但由于不同廠家對規范理解存在偏差以及設計理念、設備構造型式的不同，實現完全統型需要一個長期的過程；信號系統聯調聯試過程中安排了多種型號車載設備的兼容性測試，并針對不同廠家、不同型號設備的差異設計相應的場景。

1.4 大系統級的功能測試

信號系統聯調聯試通過功能和場景測試，不但驗證信號系統內部的各項功能，同時驗證信號系統與牽引供電、站場、通信、防災、運輸調度等多個專業接口關系、數據配置以及整體設計的匹配性和一致性。

2 聯調聯試技術重難點

2.1 眾多系統之間接口測試重點

2.1.1 測試驗證計算機連鎖系統（CBI）與列控中心（TCC）、調度集中系統（CTC）車站分機、無線閉塞中心（RBC）的接口功能。

2.1.2 測試驗證調度集中系統（CTC）與計算機連鎖系統（CBI）、列控中心（TCC）、臨時限速服務器、GSM-R、無線閉塞中心（RBC）系統的接口功能，測試驗證動態場景下調度終端的相關功能。

2.1.3 鄭萬鐵路重慶段，針對云陽至萬州北鄭渝場區間設置的C3/C2級間轉換點，增加等級轉換過程中進路變更、臨時限速特殊場景。

2.1.4 鄭萬鐵路重慶段，針對巫山站至巴東北區間延緩開通，利用巫山站（鄭州方向）出站應答器組進行盡頭防護，增加巫山站（鄭州方向）出站應答器組報文測試特殊場景。

2.2 測試深度與條件局限

近年來的聯調聯試經驗表明，信號系統故障往往發生在多種條件疊加的情況下，這就要求信號系統聯調聯試測試場景的設計應結合測試案例的發生概率、發生頻次及組合關系，而由于現場條件的局限，相關的時機、時序和案例組合很難實現。因此，在信號系統安全功能需求越來越復雜的背景下，如何利用相關輔助測試技術，提升測試深度是下一步測試技術發展必須考慮的問題。

2.3 測試手段與海量數據的矛盾

列控工程數據是列控系統正常工作的基礎，其準確性至關重要，且數據量十分龐大；聯調聯試測試方案編制過程中運用的測試案例非常多，聯調聯試過程中車載、連鎖、列控、調度集中、集中監測等設備實時產生的監測記錄數據更是海量。目前，現場測試數據分析主要依靠人工手段，分析深度難以滿足高質量的測試要求。

3 聯調聯試技術發展新思路

3.1 基于模型與形式化驗證的測試技術

基于模型的測試是針對被測系統進行模型提取，并基于該模型自動生成測試用例以及運用于系統測試的過程。模型即被測系統的行為預期，將測試結果與預期結果進行對比，來判斷系統需求的一致性[1]。測試過程及測試結果的對比通過可進行交互的測試平臺自動實現，該方法能夠增強測試平臺的重用性和互操作性，具有更加完備、自動化率更高的優點，在目前的高鐵列控系統測試中備受關注。例如，佛羅倫薩大學通過使用數學模型與動力學方程模擬應用場景，模擬了現場很難設置的特殊故障環境。

基于模型的測試通常使用形式化驗證方法，形式化驗證是針對模型用數學語言來設定斷言，并尋找反例來證明斷言正確或者錯誤的測試方法。近10年來，形式化方法逐漸被引入高鐵列控系統的驗證與測試工作中。例如，使用基于有色Petri網、時間自動機、UML、EVENT-B和Prover等建模方法和建模語言，對列控系統、計算機連鎖、ATP以及安全通信系統等進行分析驗證。建立模型的過程，是黑盒變白盒的過程，針對特定模型的特定功能，可以實現全覆蓋測試。

3.2 防止試驗列車超速運行

3.2.1 綜合檢測動車組加裝LKJ-15設備。LKJ2000設備最高控車速度為170km/h，不能滿足試驗需求，新一代LKJ能實時顯示線路頂棚限速、里程、縱斷面、曲線等準確信息，試驗過程中根據試驗逐級提速需要設置頂棚速度等級，防止司機超速并確保貼線運行[2]。例如，南昌局集團公司贛龍高鐵進行了4.4m線間距逐級提速科學試驗，為實現試驗列車按規定速度貼線運行和精準交會的試驗目標，綜合檢測動車組臨時加裝了LKJ-15（新一代LKJ）設備，最終圓滿完成了4.4m線間距逐級提速科學試驗。

3.2.2 動車組逐級提速安全措施。通過在地面設置進站信號機提示牌、電分相預告標、線路限速提示牌等臨時標志牌，防止未安裝LKJ裝置的動車組試驗列車在人工控車時出現超速。

3.2.3 強化切除LKJ、ATP控車試驗的管理措施。試驗列車確需切除LKJ、ATP控車時，機務、車務部門和調度所要嚴格執行規定的特殊安全措施，機務部門要對照站場平面圖進行模擬推演，按試驗開行車次提前制作操縱提示卡和操縱示意圖，梳理安全風險點，安排勝任司機值乘，并派勝任人員添乘把關，無關人員不得進入司機室，不得影響司機操縱。各級添乘人員應嚴格執行試驗計劃，不違章指揮，不指示列車司機超試驗計劃速度運行。

3.2.4 強化分段重疊區段逐級提速試驗把控。科學合理分析重疊（交叉）試驗區段試驗速度級，認真研究重疊（交叉）試驗區段速度級試驗方案，確保重疊（交叉）區段按速度級逐級進行提速試驗。

3.2.5 公布列控工程數據表、LKJ基礎數據。聯調聯試開始前，鐵路局集團公司發布聯調聯試列控工程數據表、LKJ基礎數據。

3.2.6 優化高速鐵路聯調聯試試驗流程。高速鐵路聯調聯試試驗流程一般為檢測列車逐級提速、單列動車組列車逐級提速、重聯動車組列車逐級提速、信號場景試驗等。單列動車組列車逐級提速完成后，建議先安排信號ITC試驗和正線信號場景試驗，盡早開通使用列控CTCS-2/CTCS-3設備，實現重聯動車組逐級提速列車盡可能采用ATP控車，最大限度降低安全風險。

3.3 稀缺類型列控車載設備動車組調配

每個鐵路局集團公司配備各型列控車載設備的動車組數量差別較大，個別稀缺類型列控車載設備動車組因廠修、難以調配等原因，影響聯調聯試進度。因此，聯調聯試前鐵路局集團公司科信部、運輸部、客運部、車輛部應共同研究聯調聯試進度、稀缺類型列控車載設備動車組運用檢修計劃，滿足兼容性試驗。如難以調用本鐵路局集團公司某種類型動車組，則需車輛部牽頭，向其他鐵路局集團公司借調。

3.4 基于云平臺的遠程測試技術

云平臺可最大限度地利用硬件平臺資源，整合多個操作系統，并根據需求進行重新分割獨立運行，可構建資源集中、共享和遠程互相調用的新服務器模式。對于傳統聯調聯試工作中無法進行資源整合、高效管理和快速部署等問題，云平臺測試技術有望提出新的解決方案。

云平臺的關鍵技術是資源虛擬化，可將多臺物理服務器的計算、存儲、網絡進行聚合管理，構建高鐵仿真測試私有云，再使用虛擬化軟件的方法將其分割為多個虛擬云服務器，為聯調聯試中的TCC仿真、RBC仿真、CBI仿真、TSRS仿真和線路仿真等提供獨立的測試環境并可進行分布式管理。

基于云的遠程測試及分析系統主要由3部分組成：信號采集端、云服務器和遠程客戶端。信號采集端負責將真實設備與測試儀器連接并進行數據實時采集、數據存儲和定期將收集數據推送到云服務器，然后調用獨立運行的虛擬機進行仿真測試[3]。遠程客戶端可進行用戶界面管理，根據不同的測試需求進行相應的網絡配置、測試環境配置、仿真文件管理等，實現自動化處理。在基于軟硬件的聯調聯試中引入云技術，利用并行自動測試系統，通過組件進行測試任務分發并創建一個內部數據庫，生成和存儲大量隨機測試用例，這樣可根據實際需求動態調整硬件和軟件資源。

3.5 換端組織

為提高測試效率，減少換端時間，應配備2把主控鑰匙，并安排兩端司機執乘。如條件具備，檢測列車兩端均配備行車指揮、試驗人員。

信號測試時，檢測列車需要越過進站信號后自區間折返，具體停車地點應納入測試序列相關描述。確定區間停車里程時，注意分相區位置，防止檢測列車低速進入接觸網電分相內的無電區停車[4]。區間折返需兩端站使用輔助按鈕改方，相關車站應提前組織人員練習相關操作，避免因改方操作不及時影響測試。

3.6 試驗配合與應急處置

為順利完成測試任務，電務部門、設備管理單位、施工單位、設備廠家等，需登乘檢測列車配合試驗。集成商、設備供應商駐站技術負責人應將聯系方式提前留存聯調聯試指揮部（臨時調度所），以便于聯絡。試驗期間，設備廠商應駐站配合試驗，并及時處理試驗中出現的問題；施工單位和設備管理單位應指派人員在車站行車室及臨時調度所值守，并負責與試驗列車、列車調度員及車站行車人員聯系。

4 結束語

當前，我國高鐵建設處于快速發展階段，高鐵聯調聯試是高鐵建設和運營管理的重要工作內容。聯調聯試計劃編制工作既是高鐵工程項目聯調聯試組織實施的工作重點，也是保證聯調聯試任務按期完成的重要技術手段。建議對計劃編制的流程和方法進行更深入探討和研究，將計劃編制工作提升到一個新的階段，從而推動高鐵聯調聯試工作向標準化、規范化、智能化發展。