CTCS-3级列控车载设备实验室互联互通测试方法

刘 雨 唐 涛 李开成 袁 磊

北京交通大学电子信息工程学院 100044 北京

*研究实习员 **教授 ***副教授 ****讲师

根据我国高速铁路互联互通的总体目标:CTCS-3级列控系统应具备跨线运行的能力，即装备不同技术平台的CTCS-3级列控系统车载设备列车，能够在装备不同技术平台的CTCS-3级列控系统地面设备的线路上安全不间断运行，同时实现线路上CTCS-3级列控系统所要求的功能需求和性能指标，并且均满足统一的标准规范体系。

依托武广高速铁路、郑西高速铁路和广深港高速铁路3个建设工程，我国建立了适用350 km/h高速铁路列车运行控制系统的3个技术平台，其地-车通信和处理流程各有不同。为了满足高速铁路网络化发展的需求，必须验证装备这3种平台的列控系统能够在各条高速铁路上安全、不间断地运行，并满足标准规范所规定的性能，具备跨线运行的能力。这也是互联互通工作的现阶段任务。

CTCS-3级列控系统由车载和地面2部分构成。所谓跨线运行就是不同的车载设备和地面设备之间交叉运行，因此互联互通实验室测试也应对车载设备和地面设备分别实施。目前，由于高铁工程已经开通运营，相对于修改车载软件，改动地面设备软件对线路实际运营的影响较大，因此当检测到有影响互联互通的因素时，应首先从车载设备入手，考虑相应的解决方案。为此，需要对列控车载设备进行独立第三方互联互通实验室测试。

1 实验室互联互通测试方法

1.1 建立互联互通测试体系

结合国内外相关经验，互联互通测试是检验设备是否具备跨线运行能力的重要手段和方法，建议互联互通工作应按照如图1所示过程展开。

图1 互联互通测试体系

首先，完善CTCS-3级列控系统标准规范体系，根据CTCS-3级列控系统需求规范，制定标准的测试规范和测试案例，指导实际的测试工作;其次，根据测试规范开展实验室互联互通测试，包括设备方实验室测试和独立第三方实验室测试;最后，在实验室测试的基础上，进行现场互联互通测试，实际验证列控系统的互联互通能力。而在进行实验室互联互通测试时，又根据测试结果反馈到标准规范上，推动标准规范体系的完善。

1.2 基于数据驱动的互联互通测试原理

第三方互联互通实验室测试应在不了解被测设备内部情况，只了解系统输入、输出和功能的条件下，从列控系统的角度对被测设备进行测试，检查被测设备功能是否按照系统需求规范的要求，正确完成跨线运行功能。

采用数据驱动的自动化测试方法，将被测设备数据包含在输入测试数据文件中，以数据来控制测试脚本，自动地执行测试数据中规定的流程和动作。测试按照数据准备、数据执行和测试结果分析及判定3个步骤执行。

1．在测试数据准备过程中，测试案例是数据驱动测试的基础。在基于测试案例进行测试序列设计时，重点考虑如何将测试案例串联起来，形成可直接用于测试的步骤序列，且测试序列应保证对所有被测案例的全覆盖。在测试数据生成阶段，则结合具体线路数据、列车数据等参数，生成完整的测试数据，供测试平台执行使用。

2．测试数据的执行过程中，应建立互联互通测试平台，根据测试序列实时向被测设备发送测试数据，从而为被测设备创造外部运行环境，使被测设备的功能得以执行。并且，在线执行的测试平台并不模拟与被测设备相连的外部设备功能，只是严格按照测试序列中要求的数据发送逻辑，判断何时发送。这样做是使测试平台执行模块功能相对简单，并且能够灵活地加载各种测试数据，快速地实现不同的线路数据和不同厂家的测试要求。

1.3 车载设备互联互通测试平台

按照上述关于独立第三方互联互通测试的方法和实施步骤，可进行车载设备互联互通测试平台的搭建。其基本结构如图2所示。

图2 车载设备互联互通测试平台构成

车载设备互联互通测试平台的基本工作原理为:根据测试规范和测试序列，采用数据驱动的方法，生成能够执行的测试数据，并自动执行测试。各模块的基本功能如下。

1．测试数据生成和管理。该模块负责在测试序列开始执行前，对测试执行所需的测试场景数据进行管理，包括测试序列生成、线路数据管理和测试数据准备等。

2．测试在线执行。由测试过程控制模块依次访问测试案例与序列数据库，读出根据数据驱动测试方法分类的场景数据，并将这些分类编辑好的数据作为配置数据，分别发送给各模块，即可完成一次测试的触发。

执行模块的设计与实现从总体上看分为2类:一类是列车动力学仿真，功能是为被测车载设备提供列车行为;另一类是地面设备仿真，就是为被测车载设备提供地面信息。工作原理总体来说就是接受场景控制器的配置后，在配置数据规定的条件下，通过真实接口对车载设备发送特定的消息，使被测设备认为其在一条真实的线路上运行，真正完成测试的执行。

3．与被测设备接口适配。车载设备互联互通测试平台作为独立第三方的测试平台，其各个接口均采用标准接口，一般包括:无线接口、应答器接口、速度接口和轨道电路接口。其中无线接口采用GSM-R网络实现与外部设备的信息交互;应答器接口和轨道电路接口采用标准的空气间隙，向车载设备发送应答器报文和轨道电路码;速度接口采用可编程信号发生器，直接生成速度脉冲，可以满足不同厂家的速度信息要求。主要接口适配关系图如图3所示。4．数据收集与记录。在测试执行过程中，需将测试执行时的全部事件和传送的信息记录到数据库中，提供给分析与评估模块，负责使用对应规则进行自动判断，并辅助人员完成对测试结果的分析和判定。

图3 接口适配关系图

2 车载设备互联互通测试

2.1 车载设备互联互通测试序列

车载设备互联互通测试的数据来源和依据之一是铁道部颁布的CTCS-3级列控系统测试案例集，其中一些测试案例是针对车载设备的功能测试，如DMI显示、数据存储功能，还有一些是测试地面设备功能的案例。首先将与互联互通测试有关的案例进行筛选，再利用这些测试案例组成第三方车载设备互联互通测试所使用的测试序列。

测试序列的生成是从互联互通真实性的要求出发，如图4所示，以CTCS-3级列控系统相关规范为依据，所使用的步骤和方法总结如下。

图4 互联互通测试序列生成方法

1．测试序列框架生成。互联互通的最终目的是为了满足跨线运行的需求，因此，应从CTCS-3级及总体设计方案中，提炼和总结需要测试的内容，生成测试序列的基本框架。

2．测试案例对应。将筛选出的互联互通相关的测试案例，一一对应至测试序列框架中，形成具备详细运行步骤的测试序列。

3．真实数据注入。将实际线路数据根据测试序列要求发生的顺序进行匹配，选取合适的数据进行注入。整个过程不对线路数据做任何改动，完全做到与实际线路数据匹配，使互联互通测试更具有实际意义。

在测试平台的开发过程中，需要提供参考的被测设备对平台进行调试，验证平台的测试功能。这样的参考设备需要完成功能需求中的全部内容。

2.2 车载设备互联互通测试过程

针对每一个实际运行的车载设备，在CTCS-3级列控系统车载设备互联互通测试实验室的测试分为准备阶段和测试阶段2大阶段，如图5所示。

图5 互联互通测试执行过程

1．测试准备阶段。首先进行与被测方的设计联络工作，其主要目的是与被测方进行接口适配前的准备，针对被测方对接口的特殊要求，特别是非空气间隙的速度和TIU接口进行相应的修改和调整。各接口单独调试的目的是与被测方在移动设备之前进行逐个调试，确保单独接口可用，并提高接口联调的效率。

2．正式测试阶段。被测设备在测试平台的环境下，依次执行全部互联互通测试序列，被测方与测试方对测试产生的各种现象进行现场确认。之后由测试双方对测试问题进一步分析，经过对所有测试问题进行评估和对比规范，测试方对本次测试作出总结，并提交正式报告。

2.3 车载设备互联互通测试结果

1．现场测试难以发现的问题。由于实验室测试具备数据灵活、操作简单的特性，对于一些在现场测试中无法注入的故障能够很方便的进行测试。

例如，对于线路上固定地点的分相区信息，在实验室测试序列中设置应答器报文中，填写的距分相区的距离与无线消息中填写的距离不一致，当某被测设备在CTCS-3级下运行，先接受无线消息，后通过该应答器时，其存储的分相区信息发生了跳变，表明该被测设备在CTCS-3级的情况下，使用了CTCS-2级的信息。这样的问题在现场测试中无法模拟。

2．影响现场测试的问题。由于互联互通测试平台的数据来源真实可靠，并且其基本目的之一就是通过使被测车载设备能够执行针对不同的线路数据的测试序列，从而测试其跨线运行的能力。

如RBC切换时，接受RBC范围内存在故障区段，列车停在RBC切换点之前由司机选择以OS模式越过RBC切换点，完成RBC切换。但该被测设备不能主动向RBC发送MA请求，司机手动按“启动”键也不能发送，这对于该测试序列所模拟线路的RBC来说，不能为该被测车载设备发送MA，列车不能正常运行。这样的问题在实验室互联互通测试中发现后，被测设备应在现场测试之前设计解决方案。

在车载设备互联互通测试平台上发现的问题，可根据其影响程度进行处理优先级的划分，如表1所示，以达到对测试问题统一管理的目的，提高互联互通测试的效果。

表1 影响程度处理优先级划分表

3 结束语

目前，CTCS-3级列控系统车载设备独立第三方互联互通测试平台已经建成，与武广线、郑西线、广深港线实际运营特性相似的配置数据及测试序列也已编制完成，正在开展CTCS-3级列控系统车载设备互联互通测试。

［1］ 张曙光．CTCS-3级列控系统总体技术方案［M］ ．北京:中国铁道出版社，2008.

［2］ 科技运［2008］ 113号，CTCS-3级列控系统功能需求规范(FRS)(V1.0)［S］ .

［3］ 科技运［2008］ 127号，CTCS-3级列控系统需求规范(SRS)(V1.0)［S］ .

［4］ 科技运［2009］ 59号，CTCS-3级列控系统测试案例(V3.0)［S］ .