基于TACS地鐵信號(hào)系統(tǒng)的項(xiàng)目室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試方案設(shè)計(jì)

摘" 要：列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）通過簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)、細(xì)化資源管理、優(yōu)化安全平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能；確保降級(jí)模式下的穩(wěn)健性；提供操作的靈活性；減少軌旁設(shè)備；降低維護(hù)成本。該文基于TACS系統(tǒng)架構(gòu)，提出一種項(xiàng)目室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的方案，詳細(xì)闡述TACS地鐵信號(hào)系統(tǒng)的項(xiàng)目點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的對(duì)象、環(huán)境配置及測(cè)試策略等。

關(guān)鍵詞：TACS；地鐵信號(hào)；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試；測(cè)試方案；方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U284.48" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）17-0157-04

Abstract： The Train Autonomous Control System （TACS） achieves optimal system performance by simplifying the system architecture， refining resource management， and optimizing the safety platform; ensures robustness in degraded mode; provides operational flexibility; reduces trackside equipment; and reduces maintenance costs. Based on the architecture of TACS system， this paper puts forward a scheme of point-to-point test in the project， and describes in detail the object， environment configuration and test strategy of point-to-point test of TACS subway signal system.

Keywords： TACS; subway signal; point-to-point test; test scheme; scheme design

隨著城市軌道交通的持續(xù)發(fā)展，軌道交通行業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)：運(yùn)能增長(zhǎng)、靈活運(yùn)營(yíng)、舊線改造需求、降低維護(hù)成本等，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的性能、靈活性、維護(hù)成本和易部署性等方面提出了更高的要求。卡斯柯作為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的領(lǐng)先者，高度重視自主創(chuàng)新，以啟驥[][R]TACS應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，目前使用該系統(tǒng)的深圳地鐵20號(hào)線已投入使用，上海軌道交通3、4號(hào)線也采用該系統(tǒng)進(jìn)行改造中。

列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（Train Autonomous Control System，TACS）是指列車基于運(yùn)行計(jì)劃和實(shí)時(shí)位置實(shí)現(xiàn)自主資源管理和主動(dòng)間隔防護(hù)的信號(hào)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)、細(xì)化資源管理、優(yōu)化安全平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能；確保降級(jí)模式下的穩(wěn)健性；提供操作的靈活性；減少軌旁設(shè)備；降低維護(hù)成本[1]。

1" TACS系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)的CBTC（Communication Based train Control System）使用調(diào)度系統(tǒng)控制進(jìn)路，并發(fā)送行車任務(wù)給車輛，軌旁資源管理顆粒度大，列車追蹤間隔受制約[2]；軌旁集中控制設(shè)備較多，數(shù)據(jù)傳輸流復(fù)雜，隨著線路增長(zhǎng)及車輛增加，復(fù)雜度大大增加，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率受制約[3]。CBTC采用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

TACS系統(tǒng)減少了軌旁集中控制設(shè)備，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)流[4]；列車根據(jù)任務(wù)自主申請(qǐng)軌旁資源，增加車與車的通信，車載自主計(jì)算移動(dòng)授權(quán)[5]，提高了系統(tǒng)的性能。TACS采用結(jié)構(gòu)如圖2所示。

TACS系統(tǒng)正常運(yùn)行模式下：①調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)計(jì)劃向列車發(fā)送運(yùn)行任務(wù)。②車載控制器根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)的命令，確認(rèn)并執(zhí)行行車請(qǐng)求，并反饋行車狀態(tài)給調(diào)度系統(tǒng)。③車載控制器自主向軌旁資源控制器申請(qǐng)或釋放資源，獲取一定范圍內(nèi)其他列車的信息。④軌旁資源控制器將資源申請(qǐng)或釋放指令發(fā)送給目標(biāo)控制器，并將資源鎖閉狀態(tài)反饋給列車。⑤車載根據(jù)軌旁資源申請(qǐng)情況進(jìn)行行車管理，通過車車通信進(jìn)行移動(dòng)授權(quán)計(jì)算并進(jìn)行行車間隔防護(hù)。

降級(jí)模式下：軌旁列車控制器負(fù)責(zé)管理降級(jí)列車的資源申請(qǐng)及釋放，并與相鄰列車進(jìn)行通信，進(jìn)行行車間隔防護(hù)。

2" 測(cè)試目的及對(duì)象

平臺(tái)及項(xiàng)目測(cè)試的分工如圖3所示。

TACS地鐵信號(hào)系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試包括平臺(tái)測(cè)試及項(xiàng)目測(cè)試，這是2個(gè)互補(bǔ)的活動(dòng)，具有不同的方法和目標(biāo)，平臺(tái)測(cè)試執(zhí)行系統(tǒng)和子系統(tǒng)接口集成和確認(rèn)并對(duì)產(chǎn)品基線功能進(jìn)行詳盡的確認(rèn)；項(xiàng)目測(cè)試基于項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)試；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)信心測(cè)試。

平臺(tái)測(cè)試包括車載控制器、軌旁資源控制器、軌旁車載控制器、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、目標(biāo)控制器及智能運(yùn)維系統(tǒng)的集成確認(rèn)測(cè)試；TACS系統(tǒng)的集成和確認(rèn)測(cè)試。項(xiàng)目測(cè)試包括子系統(tǒng)信心測(cè)試、系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試及系統(tǒng)信心測(cè)試。

本文介紹項(xiàng)目點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，主要闡述TACS各個(gè)子系統(tǒng)間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的測(cè)試目的、測(cè)試對(duì)象、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方案、測(cè)試通過/失敗準(zhǔn)則、準(zhǔn)入/準(zhǔn)出原則、輸出文檔，明確測(cè)試結(jié)果的響應(yīng)方式，識(shí)別測(cè)試過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，以及可能的規(guī)避措施等。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的被測(cè)對(duì)象為項(xiàng)目數(shù)據(jù)配置的子系統(tǒng)間的交互碼位，測(cè)試的目的是檢查每個(gè)子系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)的正確性，驗(yàn)證一個(gè)子系統(tǒng)和另一個(gè)子系統(tǒng)間項(xiàng)目相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)的一致性。數(shù)據(jù)生成過程能確保數(shù)據(jù)接口正確（每個(gè)子系統(tǒng)使用相同的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)接口），為進(jìn)一步增加對(duì)數(shù)據(jù)的信心，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試。

3" 測(cè)試環(huán)境

3.1" 硬件環(huán)境

基于地鐵信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目的特點(diǎn)，全線車站數(shù)量多，室內(nèi)測(cè)試受場(chǎng)地和設(shè)備成本限制、搭建全套真實(shí)環(huán)境難度很高。項(xiàng)目測(cè)試組通過與產(chǎn)品研發(fā)組、項(xiàng)目數(shù)據(jù)組討論，制定了一套基于虛擬化的測(cè)試環(huán)境（表1），列出了室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試使用的硬件設(shè)備。

3.2" 測(cè)試軟件及數(shù)據(jù)

測(cè)試使用的軟件從公司產(chǎn)品發(fā)布管理系統(tǒng)中獲取正式版本，項(xiàng)目數(shù)據(jù)根據(jù)標(biāo)簽從項(xiàng)目配置庫(kù)下載發(fā)布的版本，并根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)布單比較數(shù)據(jù)的MD5碼以確保獲取數(shù)據(jù)的正確性。

3.3" 測(cè)試工具

在測(cè)試過程中還用到以下工具。

日志分析工具：由列車自動(dòng)控制團(tuán)隊(duì)提供，可用于實(shí)時(shí)查看車載控制器/軌旁資源控制器/軌旁車載控制器內(nèi)部變量，并可對(duì)日志進(jìn)行保存，用于問題分析。

網(wǎng)絡(luò)抓包工具這個(gè)工具需要為每個(gè)項(xiàng)目提供一個(gè)解析插件，且根據(jù)各個(gè)子系統(tǒng)之間的接口變化，需要同步更新，用于在交換機(jī)上抓取各個(gè)子系統(tǒng)之間交互的數(shù)據(jù)包。

4" 測(cè)試方案

4.1" 測(cè)試策略

以下是TACS項(xiàng)目的系統(tǒng)接口圖（圖4），其中實(shí)線表示信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部接口，虛線表示信號(hào)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口，方框內(nèi)部方塊表示信號(hào)系統(tǒng)集成采購(gòu)設(shè)備，方框外部方塊表示與信號(hào)系統(tǒng)接口的外部設(shè)備（非信號(hào)系統(tǒng)集成采購(gòu)）。

其中各個(gè)子系統(tǒng)的功能如下。

列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)：確保運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和資源管理。

車載控制器：請(qǐng)求軌旁資源，根據(jù)任務(wù)駕駛列車并負(fù)責(zé)列車安全防護(hù)。

軌旁列車控制器：負(fù)責(zé)監(jiān)控非裝備列車，為這些列車請(qǐng)求線路資源，此外還負(fù)責(zé)管理全線臨時(shí)限速。

軌旁資源控制器：負(fù)責(zé)給車載控制器或軌旁列車控制器分配資源。

目標(biāo)控制器：通過網(wǎng)絡(luò)鏈接向軌旁資源控制器發(fā)送軌旁資源的信息，并獲取軌旁資源的狀態(tài)。

維護(hù)支持系統(tǒng)：提供信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)性能。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：負(fù)責(zé)為信號(hào)系統(tǒng)提供軌旁、車載之間的數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)項(xiàng)目接口圖，總結(jié)了項(xiàng)目點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的范圍（表2）。

車載控制器、軌旁資源控制器及軌旁車載控制器之間協(xié)議的測(cè)試（不涉及項(xiàng)目數(shù)據(jù)配置的全測(cè)），由平臺(tái)集成測(cè)試確保正確性；信號(hào)系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口調(diào)試由于室內(nèi)不具備外部設(shè)備，由現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。

4.2" 測(cè)試活動(dòng)

本章節(jié)僅對(duì)室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試活動(dòng)進(jìn)行介紹，平臺(tái)集成測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試不在討論范圍。

4.2.1" 列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁資源控制器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試

目的：確認(rèn)列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁資源控制器之間碼位的一致性。

輸入：列車運(yùn)行規(guī)則/平面圖/系統(tǒng)數(shù)據(jù)；典型列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁資源控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程。

輸出：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁資源控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試報(bào)告。

描述：對(duì)子系統(tǒng)之間傳輸?shù)拇a位通過抓包或日志分析的方式進(jìn)行確認(rèn)，包括但不限于以下內(nèi)容，道岔信息；信號(hào)機(jī)信息；屏蔽門防護(hù)區(qū)域；軌旁資源控制器初始化狀態(tài)；出清區(qū)域、人工控制區(qū)域的狀態(tài)、列車自動(dòng)控制系統(tǒng)與軌旁資源控制器透?jìng)鞯男畔⒌取?/p>

以防護(hù)區(qū)域?yàn)槔榻B測(cè)試過程。

前置條件：軌旁資源控制器已完成初始化，軌道資源已出清。

測(cè)試步驟：①軌旁資源控制器發(fā)送防護(hù)區(qū)域的狀態(tài)給列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)抓包工具查看防護(hù)區(qū)域的狀態(tài)為允許狀態(tài)。②在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上設(shè)置一個(gè)防護(hù)區(qū)域，列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)給軌旁資源控制器發(fā)送防護(hù)區(qū)域設(shè)置請(qǐng)求。③防護(hù)區(qū)域成功設(shè)置，軌旁資源控制器給列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)反饋防護(hù)區(qū)域的限制狀態(tài)，可以通過抓包工具查看軌旁資源控制器收到的防護(hù)區(qū)域狀態(tài)正確且自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)界面正確顯示防區(qū)區(qū)域狀態(tài)。④在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上取消這個(gè)防護(hù)區(qū)域，列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)給軌旁資源控制器發(fā)送防護(hù)區(qū)域取消請(qǐng)求。⑤防護(hù)區(qū)域成功取消，可以通過抓包工具查看軌旁資源控制器收到取消設(shè)置防護(hù)區(qū)域且自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)界面正確顯示防區(qū)區(qū)域狀態(tài)。

4.2.2" 列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁車載控制器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試

目的：確認(rèn)列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁車載控制器之間碼位的一致。

輸入：列車運(yùn)行規(guī)則/平面圖/系統(tǒng)數(shù)據(jù)；典型列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁車載控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程。

輸出：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與軌旁車載控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試報(bào)告。

描述：對(duì)子系統(tǒng)之間傳輸?shù)拇a位通過抓包或日志分析的方式進(jìn)行確認(rèn)，包括但不限于以下內(nèi)容，軌旁車載控制器初始化狀態(tài)；臨時(shí)限速范圍及可設(shè)置的速度值等。

以軌旁車載控制器初始化為例介紹測(cè)試過程。

前置條件：軌旁列車控制器未初始化。

測(cè)試步驟：①軌旁列車控制器未初始化，通過抓包工具獲取軌旁車載控制器發(fā)送給列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的初始化狀態(tài)正確，臨時(shí)限速采用最嚴(yán)格的初始化值，且列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上正確顯示軌旁列車控制器的狀態(tài)。②在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上設(shè)置一個(gè)軌旁列車控制器初始化，通過抓包工具查看軌旁列車控制器正確響應(yīng)初始化命令。③在列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上二次確認(rèn)，通過抓包工具查看軌旁列車控制器發(fā)送初始化成功的狀態(tài)給列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，且列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)正確顯示軌旁列車控制器的狀態(tài)。

4.2.3" 維護(hù)支持系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試

目的：確認(rèn)維護(hù)支持系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間碼位的一致性。

輸入：維護(hù)支持系統(tǒng)規(guī)格書；典型維護(hù)支持系統(tǒng)與列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程；典型維護(hù)支持系統(tǒng)與列車自動(dòng)控制系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程；典型維護(hù)支持系統(tǒng)與目標(biāo)控制器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程。

輸出：列車維護(hù)支持系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試報(bào)告。

描述：維護(hù)支持系統(tǒng)與列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試包括通信狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信故障、設(shè)備故障報(bào)警等。

以開關(guān)量狀態(tài)監(jiān)測(cè)為例介紹測(cè)試過程。

①在各個(gè)集中站模擬每種類型的設(shè)備的狀態(tài)表示，如在目標(biāo)模擬控制器上設(shè)置緊急停車報(bào)警。②在維護(hù)工作站的狀態(tài)采集界面查看設(shè)置的緊急停車報(bào)警正確顯示。

4.3" 測(cè)試通過/失敗準(zhǔn)則

測(cè)試的結(jié)果可能是OK、NOK、Acceptable、NO Run、NA。①OK：每個(gè)測(cè)試項(xiàng)必須通過測(cè)試用例中描述的每個(gè)步驟，測(cè)試結(jié)果與用例期望結(jié)果一致，測(cè)試結(jié)論為通過。②NOK：測(cè)試項(xiàng)中有測(cè)試期望結(jié)果與用例描述結(jié)論不一致的，測(cè)試結(jié)論為不通過，不通過的測(cè)試項(xiàng)，需要提交缺陷記錄到缺陷配置庫(kù)中反饋給項(xiàng)目數(shù)據(jù)組或軟件組，不通過的測(cè)試項(xiàng)需要備注提交的缺陷編號(hào)。③Acceptable：測(cè)試項(xiàng)中，部分步驟由于測(cè)試環(huán)境限制無法測(cè)試，或測(cè)試步驟中描述的功能部分不具備，其他已測(cè)試部分測(cè)試結(jié)論與期望結(jié)果一致，此類情況認(rèn)為該測(cè)試項(xiàng)可接受，可接受的測(cè)試項(xiàng)需要備注原因。④NO Run：測(cè)試用例暫未執(zhí)行，測(cè)試結(jié)論未執(zhí)行，需要說明未執(zhí)行的原因。⑤NA：測(cè)試項(xiàng)中，部分車站不具備的功能，對(duì)應(yīng)的車站結(jié)論為不適用，并需要說明不適用的原因。

4.4" 準(zhǔn)入原則

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試滿足以下準(zhǔn)入條件后，才能開始測(cè)試。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試規(guī)程經(jīng)過批準(zhǔn)；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試相關(guān)子系統(tǒng)產(chǎn)品已發(fā)布；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試相關(guān)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)已發(fā)布；相關(guān)子系統(tǒng)信心測(cè)試已完成。

4.5" 出口準(zhǔn)則

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的出口準(zhǔn)則如下。

當(dāng)數(shù)據(jù)用于現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行及以后階段，要求累計(jì)碼位執(zhí)行率100%；在試運(yùn)行之前階段，要求本輪碼位執(zhí)行率100%；不允許存在需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)上的缺陷。

5" 結(jié)束語

TACS地鐵信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試的被測(cè)對(duì)象是真實(shí)軟件和數(shù)據(jù)，使用目標(biāo)模擬控制器，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)搭建全線測(cè)試環(huán)境，將子系統(tǒng)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試工作放在室內(nèi)完成。通過此方案能夠?qū)⒏鱾€(gè)子系統(tǒng)之間的碼位問題在數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)前發(fā)現(xiàn)并解決，能有效減少數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)后的返工、節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量、縮短調(diào)試周期，為地鐵項(xiàng)目的高效開通作出重要貢獻(xiàn)。

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