車載信息融合系統測試平臺搭建及其應用研究

摘 要：為提升地鐵系統的穩定性與可靠性，圍繞地鐵融合主機測試平臺的搭建需求，深入研究了地鐵系統的架構及關鍵技術，設計了一種可行的融合主機測試平臺。在地鐵運行環境中進行測試與驗證，結果表明該平臺能夠有效檢測和識別地鐵系統中的故障，具備良好的可擴展性和穩定性。此外，探討了該平臺在地鐵系統優化、故障排查及預防性維護等方面的應用。

關鍵詞：地鐵系統；融合主機測試平臺；架構設計；故障檢測；可擴展性；穩定性

中圖分類號：TP27" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0052-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.013

0" " 引言

地鐵系統作為現代城市交通的重要組成部分，對安全性和可靠性的要求極高。然而，隨著系統復雜性和需求的不斷擴展，故障的發生及排查變得愈加困難。因此，本文旨在通過搭建融合主機測試平臺，提供一種有效的方法，以提升地鐵系統的穩定性和可靠性。

1" " 車載信息融合系統測試平臺設計

車載信息融合系統測試平臺由一套六編組列車的車載信息融合系統構成。該平臺的硬件主要包括融合主機系統、交換機、障礙物檢測模擬系統、弓網檢測模擬系統及乘客信息系統模擬系統等，軟件方面涵蓋上位機展示軟件、設備底層驅動軟件及配置應用軟件（除容器、K3S以外的所有軟件），系統拓撲如圖1所示[1]。

軌道交通車載融合主機測試平臺的研究內容主要包括以下幾個方面。

1.1" " 硬件測試內容

1.1.1" " 接口測試

1）研究融合主機的各種接口，包括通信接口（如以太網接口、CAN總線接口等）、電源接口、傳感器接口和執行器接口等，測試這些接口的電氣特性是否符合標準。

2）驗證接口的兼容性，確保融合主機能與不同廠家生產的符合標準的外部設備正確連接和通信。

1.1.2nbsp; " 硬件組件性能測試

1）對融合主機內部的關鍵硬件組件進行性能測試，如CPU、內存、存儲等。測試CPU的處理能力，通過運行復雜的算法和任務測量其運行速度和效率。

2）測試內存讀寫速度和容量是否滿足列車運行產生的大量實時數據的實時存儲和讀寫。

3）測試存儲設備的存儲容量、讀寫速度和數據可靠性，能否長時間穩定地保存列車運行記錄等重要數據。

1.1.3" " 硬件可靠性測試

1）研究硬件在不同環境條件下的可靠性，包括溫度、濕度、振動、電磁干擾等因素。

2）針對振動情況，模擬列車運行中的振動環境，對融合主機進行振動測試，檢查硬件連接是否松動、電路板元件是否會出現虛焊等問題。同時，研究電磁干擾對硬件的影響，在不同強度的電磁干擾環境下檢測硬件的抗干擾能力，確保融合主機能夠在復雜的電磁環境中穩定運行。

1.2" " 軟件測試內容

1.2.1" " 功能測試

1）對融合主機軟件的各個功能模塊進行測試，對于列車控制功能，測試自動列車防護、自動列車運行等功能是否符合設計要求。

2）通信功能模塊測試涉及內部通信和外部通信。內部通信檢查融合主機內部不同軟件模塊之間的數據交互是否準確和及時。外部通信測試與地面控制中心、其他列車等的通信是否正常，如通過模擬發送和接收列車運行狀態報告、調度指令等信息，驗證通信協議的正確性和通信的穩定性。

1.2.2" " 軟件兼容性測試

1）研究軟件與不同操作系統、數據庫系統和其他軟件工具的兼容性。在不同的操作系統上運行，測試其在操作系統下的安裝、啟動和運行情況。

2）對于數據庫系統，測試軟件與數據庫之間的數據存儲和讀取是否正確。當融合主機需要與其他軟件工具協同工作時，測試接口是否兼容，數據交互是否順暢。

1.2.3" " 軟件可靠性和安全性測試

1）對軟件的可靠性進行測試，通過長時間運行軟件，收集軟件出現的錯誤、崩潰等情況的數據。采用自動化測試工具，模擬列車長時間的運行過程，記錄軟件出現故障的頻率和類型，檢查軟件的安全性，防止軟件受到惡意攻擊，如通過模擬網絡攻擊測試軟件的防護機制是否有效。

2）測試軟件的容錯能力，即當軟件出現錯誤或異常情況時，是否能夠自動恢復或采取適當的補救措施。當軟件接收到錯誤的指令或數據時，是否能夠識別并忽略這些錯誤信息，繼續正常運行而不影響列車的安全運行。

1.3" " 系統集成測試內容

1）功能集成測試：研究融合主機作為一個整體系統，其各個子系統集成后的功能是否完整和協調。例如，將列車控制子系統、通信子系統和乘客信息子系統集成在融合主機中，測試在列車運行過程中這些子系統之間的聯動是否正常。當列車接近站臺時，測試列車控制子系統的減速指令是否能與乘客信息子系統的廣播信息同步，為乘客提供良好的服務體驗。

2）性能集成測試：對融合主機集成后的性能進行測試，包括系統的整體處理速度、數據傳輸能力和響應時間等。在模擬列車高密度運行的場景下，測試融合主機同時處理多個任務的性能。

3）系統兼容性測試：研究融合主機與整個軌道交通系統中其他設備的兼容性。測試融合主機與列車的牽引系統、制動系統之間的兼容性，確保融合主機發出的控制指令能夠被這些系統正確接收和執行。同時，測試與軌道旁的信號設備（如信號燈、道岔控制設備等）的通信和配合是否正常，保證列車能夠安全、高效地運行。

現場測試平臺如圖2所示。

2" " 融合主機測試平臺建設

2.1" " 硬件環境建設

2.1.1" " 融合主機

根據實際裝車需求，系統配置兩臺融合主機，采用熱備冗余設計，使用標準3U機箱。融合主機內置電源輸入板、電源輸出板、交換機板卡、通信板卡、UPS板卡、CPU板卡、GPU板卡、無線傳輸板卡和速度傳感器處理板等，主機提供插拔式裝配結構，可根據融合需求配置不同的板卡，實物如圖3所示[2]。

2.1.2" " 交換機

交換機負責列車以太網通信，映射車輛設備網絡地址，支持車輛與地面系統之間的通信協議，并滿足傳輸帶寬要求，具備組播隔離與QoS劃分等管理策略。

2.1.3" " 障礙物檢測模擬系統

系統集成障礙物檢測相機、激光雷達與毫米波雷達，實現前方障礙物探測功能，并可將視頻圖像存儲在主機內。

2.1.4" " 弓網檢測模擬系統

系統集成弓網攝像機，模擬弓網檢測的在線及檢測功能。

2.1.5" " 乘客信息系統模擬系統

系統集成客室攝像機、動態地圖、LCD顯示器等PIS設備，通過相關攝像頭數據的采集與地圖顯示，實現對PIS的地面模擬。

2.2" " 軟件環境建設

車載信息融合系統測試平臺的軟件主要用于配合子系統的部署應用，包括上位機展示軟件、設備底層驅動軟件及配置應用軟件（除容器、K3S以外的所有軟件）。所提供的測試平臺設備與主流操作系統（如Ubuntu、CentOS、SUSE、Debian、銀河麒麟、統信UOS等）兼容。

上位機展示軟件能夠通過系統飛線圖，展示系統各設備系統拓撲結構、網絡狀態、數據流向，具體界面如圖4所示。上位機軟件通過容器大屏顯示軟件動態，顯示各子系統應用程序的資源占用率（CPU、內存、存儲、GPU等），具體界面如圖5所示。

子系統應用軟件包括主動障礙物檢測系統、弓網監測系統、乘客信息系統及司乘行為分析系統等，各檢測子系統通過各自的檢測設備進行檢測、采集，并將獲取的數據通過以太網傳輸至車載信息融合系統測試平臺進行分析、處理，再通過區域媒體控制主機接口將結果發送至車輛網絡和終端，實現對各檢測目標的實時監測、診斷及報警。

3" " 研究目的與應用

3.1" " 故障檢測與預防

1）通過測試平臺，可以模擬各種復雜的工況和故障場景，提前發現潛在的故障隱患，防止在實際運行中出現因主機故障導致的列車事故，保障乘客生命安全。

2）對融合主機的硬件和軟件進行全面的安全性測試，包括芯片、電路板等組件是否存在短路、過熱等安全風險，檢查程序是否會出現死鎖、內存泄漏等可能導致系統崩潰的問題。

3）測試平臺能夠對冗余功能進行測試，驗證當主模塊出現故障時，備份模塊是否能夠無縫切換并正常工作。

3.2" " 功能驗證與系統兼容

1）驗證不同供應商檢測系統軟件的兼容性、接口適配性與資源調度可靠性，并在大屏幕上展示資源與數據流向。

2）融合主機集成了多個子系統的功能，測試平臺可以對這些集成后的功能進行綜合測試，確保各個功能之間能夠協同工作。

3）軌道交通車載設備通常由不同的供應商提供，融合主機需要與多種外部設備兼容，測試平臺能夠模擬不同廠家設備的接口和協議，檢查融合主機與這些外部設備之間的通信是否正常，數據交互是否準確。

3.3" " 提高系統可靠性，幫忙系統進行升級迭代

1）可以對融合主機的性能指標進行精確測量和評估，通過測試平臺模擬高負載的運行情況。

2）通過長時間的測試運行，如模擬完整的運營周期來驗證融合主機的可靠性。

3）融合主機新產品的研發階段，測試平臺可以作為一個實驗環境，用于驗證新的設計理念和技術是否可行。

4" " 結束語

車載信息融合系統測試平臺的搭建為列車運行安全和效率提升提供了堅實的技術保障。通過對各個系統兼容性、故障處理能力及功能的驗證，未來將更好地推動智能交通的發展。希望通過進一步研究與實踐，該技術能在更大的范圍內得到推廣，以提升整個軌道交通系統的智能化水平。

[參考文獻]

[1] 茅迿，高琦，梁師嵩.城軌列車智能綜合檢測系統的研究與應用[J].機車車輛工藝，2023（1）：12-16.

[2] 劉洋，蔣建輝.多系統融合技術在軌道交通全自動運行車輛中的應用研究[J].內燃機與配件，2023（8）：76-78.

收稿日期：2024-12-18

作者簡介：洪天華（1994—），女，浙江人，工程師，研究方向：硬件設計。