張萍 趙陽 竇偉

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的研究

張萍*趙陽*竇偉＊＊

闡述了CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)成、主要測(cè)試內(nèi)容及工作流程，并通過具體的測(cè)試實(shí)例對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

CTCS-3級(jí);列控系統(tǒng);仿真;試驗(yàn)平臺(tái)

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)是基于GSM-R無線通信實(shí)現(xiàn)車-地信息雙向傳輸、無線閉塞中心(RBC)生成行車許可的列控系統(tǒng)，是我國鐵路客運(yùn)專線的重要技術(shù)裝備。系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)高速運(yùn)行下的列車進(jìn)行運(yùn)行速度、運(yùn)行間隔等實(shí)時(shí)監(jiān)控和超速防護(hù)，以目標(biāo)-距離連續(xù)速度控制模式、設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運(yùn)行。鑒于CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)、運(yùn)營要求復(fù)雜、缺少可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了對(duì)其各項(xiàng)功能和綜合性能進(jìn)行全面、深入的測(cè)試和驗(yàn)證，必須搭建仿真試驗(yàn)平臺(tái)，為集成創(chuàng)新具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CTCS-3級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)提供必要的支持。

1 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)成

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)由仿真支撐系統(tǒng)、仿真模型、數(shù)據(jù)配置系統(tǒng)、實(shí)物接入系統(tǒng)、分析測(cè)評(píng)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行系統(tǒng)、實(shí)物系統(tǒng)、人機(jī)界面等8個(gè)部分組成。

1.仿真支撐系統(tǒng)。作為試驗(yàn)平臺(tái)的核心，其作用是將試驗(yàn)平臺(tái)的各個(gè)部分連接到一起，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)平臺(tái)的仿真運(yùn)行。采用并行仿真技術(shù)，完全可以滿足試驗(yàn)平臺(tái)整體運(yùn)行的實(shí)時(shí)性要求。

2.仿真模型。它是虛擬的列控實(shí)物對(duì)象，采用“通用軟件建模+實(shí)物軟件植入”的混合建模方法，實(shí)現(xiàn)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的仿真運(yùn)行。

3.數(shù)據(jù)配置系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)場的線路數(shù)據(jù)以及信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和配置，使得整個(gè)仿真測(cè)試過程完全基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行。通過仿真系統(tǒng)與實(shí)物系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和管理工具，實(shí)現(xiàn)線路級(jí)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)物配置數(shù)據(jù)的一體化編制、適配和測(cè)試。

4.實(shí)物接入系統(tǒng)。它是實(shí)物設(shè)備與試驗(yàn)平臺(tái)其他部分之間的軟件和硬件接口，用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)實(shí)物設(shè)備的接入和測(cè)試。采用基于中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)和虛擬仿真系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)虛實(shí)互換、虛實(shí)互控和時(shí)序配合。

5.分析測(cè)評(píng)系統(tǒng)。它是對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)各項(xiàng)測(cè)試工作及結(jié)果進(jìn)行分析和測(cè)評(píng)的輔助工具，其工作貫穿于整個(gè)仿真測(cè)試過程。在測(cè)試過程中，分析測(cè)評(píng)系統(tǒng)針對(duì)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的外部接口和內(nèi)部接口，根據(jù)接口電氣特性和應(yīng)用特性，采用接口無擾監(jiān)測(cè)技術(shù)、在線記錄和分析技術(shù)，監(jiān)測(cè)各實(shí)物設(shè)備接口的數(shù)據(jù)，以及實(shí)物系統(tǒng)與各模型交互的數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、故障定位以及輔助測(cè)評(píng)。

6.自動(dòng)測(cè)試執(zhí)行系統(tǒng)。它主要用于完成測(cè)試語言的選擇、測(cè)試腳本的編制、測(cè)試案例的生成、測(cè)試序列的優(yōu)化及自動(dòng)執(zhí)行功能，是提高試驗(yàn)平臺(tái)自動(dòng)化水平的關(guān)鍵部分。采用自動(dòng)測(cè)試方法對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)全部仿真測(cè)試過程。

7.實(shí)物系統(tǒng)。它是真實(shí)的CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，將實(shí)物接入系統(tǒng)納入整個(gè)仿真測(cè)試環(huán)境當(dāng)中，在試驗(yàn)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)物與仿真的有機(jī)結(jié)合。

8.人機(jī)界面。它是平臺(tái)接收測(cè)試人員干預(yù)并反饋、顯示測(cè)試結(jié)果的人-機(jī)交互設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)模擬駕駛、三維視景顯示、站場和區(qū)間線路平面動(dòng)態(tài)顯示等功能。

2 主要測(cè)試內(nèi)容

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)以CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案和CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為依據(jù)，對(duì)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行全覆蓋測(cè)試，測(cè)試的主要內(nèi)容如下。

2.1 CTCS-2級(jí)車載軟件移植后的測(cè)試

此項(xiàng)測(cè)試主要包括車載設(shè)備基本功能、車載設(shè)備工作模式功能、車載設(shè)備模式監(jiān)控曲線、故障條件模式等內(nèi)容。其中，車載設(shè)備基本功能測(cè)試包括TCR等各子模塊功能、制動(dòng)功能、列車溜逸防護(hù)功能、車尾保持功能等;車載設(shè)備工作模式功能測(cè)試包括完全監(jiān)控各個(gè)工作模式下的功能測(cè)試以及模式轉(zhuǎn)換功能、級(jí)間轉(zhuǎn)換功能等;車載設(shè)備模式監(jiān)控曲線測(cè)試包括區(qū)間追蹤運(yùn)行、正線接發(fā)列車、側(cè)線接發(fā)列車、臨時(shí)限速等條件下速度監(jiān)控曲線的功能測(cè)試;故障條件模式測(cè)試包括模擬在軌道電路故障、應(yīng)答器丟失、列車空轉(zhuǎn)打滑、車載主機(jī)切換等故障條件下的車載設(shè)備功能測(cè)試等。

2.2 RBC功能、性能及與其他設(shè)備接口的測(cè)試

此類測(cè)試主要包括RBC基本功能、RBC與其他設(shè)備接口的信息傳輸?shù)葍?nèi)容。其中，RBC基本功能測(cè)試包括根據(jù)軌道電路、聯(lián)鎖進(jìn)路等信息生成行車許可，并通過GSM-R無線通信系統(tǒng)將行車許可、線路參數(shù)、臨時(shí)限速傳輸給CTCS-3級(jí)車載設(shè)備，同時(shí)接收車載設(shè)備發(fā)送的位置和列車數(shù)據(jù)等信息;RBC與其他設(shè)備的接口包括與車站聯(lián)鎖設(shè)備的接口、與CTC設(shè)備的接口、與TSRS的接口、與其他RBC的接口以及與GSM-R網(wǎng)絡(luò)之間的接口。

2.3 TSRS功能、性能及與其他設(shè)備接口的測(cè)試

此類測(cè)試主要包括TSRS基本功能、TSRS與其他設(shè)備接口物理電氣特性、TSRS與其他設(shè)備接口信息傳輸?shù)葍?nèi)容。其中，TSRS基本功能測(cè)試包括臨時(shí)限速命令的擬定、設(shè)置、下達(dá)、取消和初始確認(rèn)等;TSRS與其他設(shè)備的接口包括與TCC設(shè)備的接口、與RBC設(shè)備的接口、與CTC設(shè)備的接口、與相鄰TSRS的接口等。

2.4 模擬場景CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的功能測(cè)試

此項(xiàng)測(cè)試主要包括環(huán)行線的模擬測(cè)試和實(shí)際運(yùn)營線場景的模擬測(cè)試。其中，環(huán)行線的模擬測(cè)試主要是在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的研發(fā)階段，針對(duì)RBC、車載設(shè)備、聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC、TCC、無線設(shè)備等進(jìn)行基本功能和接口測(cè)試，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證;實(shí)際運(yùn)營線場景的模擬測(cè)試主要是針對(duì)具體的工程項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境下，依據(jù)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，采用實(shí)際運(yùn)營線路數(shù)據(jù)，對(duì)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行功能及安全性的測(cè)試與驗(yàn)證，對(duì)解決方案進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際運(yùn)營線場景的模擬測(cè)試可以盡早發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)配置、軟件設(shè)計(jì)方面的缺陷并進(jìn)行修改完善，以便縮短現(xiàn)場的試驗(yàn)周期，提高現(xiàn)場試驗(yàn)的效率。

2.5 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)互通性室內(nèi)測(cè)試

此類測(cè)試主要包括RBC與不同車載ATP之間、車載ATP與不同RBC之間的互聯(lián)互通性測(cè)試，以及RBC與RBC的互聯(lián)互通性測(cè)試等。

3 工作流程

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的工作流程包括常規(guī)測(cè)試流程和缺陷管理流程。其中，常規(guī)測(cè)試流程由測(cè)試管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括測(cè)試計(jì)劃的制定、測(cè)試設(shè)計(jì)、測(cè)試準(zhǔn)備、測(cè)試實(shí)施以及測(cè)試報(bào)告的編寫等幾個(gè)主要階段。

測(cè)試計(jì)劃用于確定測(cè)試策略，明確測(cè)試內(nèi)容，安排測(cè)試任務(wù)、測(cè)試進(jìn)度和測(cè)試資源，通過風(fēng)險(xiǎn)控制來保持測(cè)試過程的順暢。測(cè)試設(shè)計(jì)是指通過多種測(cè)試方法編寫測(cè)試用例，以使最少的測(cè)試用例實(shí)現(xiàn)最大的測(cè)試覆蓋，在保證被測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)需求正確性的同時(shí)提升其質(zhì)量。測(cè)試準(zhǔn)備包括測(cè)試案例準(zhǔn)備和測(cè)試過程準(zhǔn)備2類。測(cè)試案例準(zhǔn)備主要是對(duì)測(cè)試設(shè)計(jì)階段編寫的測(cè)試用例進(jìn)行審核，并將其分配至被測(cè)對(duì)象的各個(gè)操作模式之中。測(cè)試過程準(zhǔn)備主要是為每個(gè)操作模式準(zhǔn)備相應(yīng)的測(cè)試過程，其中包括測(cè)試環(huán)境條件的設(shè)置以及測(cè)試驅(qū)動(dòng)的載入。測(cè)試實(shí)施是指依據(jù)測(cè)試計(jì)劃，按照測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證被測(cè)對(duì)象與需求的實(shí)際匹配程度。測(cè)試報(bào)告用于真實(shí)、客觀地記錄測(cè)試過程中各測(cè)試階段和測(cè)試項(xiàng)的情況，并將結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化/圖文化分析，從而如實(shí)地反映被測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況。

缺陷管理流程由FRACAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括了一個(gè)由缺陷的提出、缺陷的審核、缺陷的分配、缺陷的交付和缺陷的解決共同構(gòu)成的閉環(huán)過程。缺陷管理流程僅在測(cè)試實(shí)施階段，當(dāng)測(cè)試分析人員發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，通過填寫《NCR報(bào)告》并上傳相應(yīng)記錄文件來提出缺陷的方式啟動(dòng)。

4 評(píng)價(jià)及前景展望

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)被測(cè)對(duì)象覆蓋面廣、接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、測(cè)試功能強(qiáng)大、自動(dòng)化程度高、實(shí)物/半實(shí)物與仿真模型的組合靈活，與其他的測(cè)試驗(yàn)證手段相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.能夠?qū)TCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行充分地測(cè)試和驗(yàn)證，不僅可以完成設(shè)備功能和性能的各項(xiàng)測(cè)試與驗(yàn)證，還可以對(duì)設(shè)備運(yùn)用維護(hù)、故障分析和進(jìn)一步優(yōu)化提供服務(wù)。

2.能夠在后續(xù)的客運(yùn)專線建設(shè)中，為相關(guān)工程項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)與集成方案的測(cè)試和驗(yàn)證創(chuàng)造條件，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

3.可以為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)深入研發(fā)過程中的測(cè)試與驗(yàn)證，以及關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的測(cè)試與驗(yàn)證提供支撐。

4.可以為不同廠商的CTCS-3列控系統(tǒng)設(shè)備提供統(tǒng)一的互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)。

雖然在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的搭建過程中，也會(huì)有平臺(tái)接口種類繁多、仿真模型復(fù)雜、測(cè)試用例數(shù)目龐大、分布式交互仿真系統(tǒng)的同步等技術(shù)難點(diǎn)，但從我國鐵路客運(yùn)專線發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的建立不僅有其必要性和可行性，而且有著廣闊的發(fā)展前景。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)集技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)、測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)和技術(shù)支持平臺(tái)于一體，經(jīng)優(yōu)化后可作為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的理論研究基地和動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地，為我國鐵路客運(yùn)專線的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)是高新技術(shù)集中的復(fù)雜系統(tǒng)，通過CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)可以對(duì)其進(jìn)行充分、徹底地測(cè)試和驗(yàn)證，可以有效地降低其技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。在武廣、鄭西等客運(yùn)專線的設(shè)備開發(fā)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運(yùn)行過程中，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)并發(fā)揮了重要的作用。實(shí)踐表明:CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)在我國鐵路客運(yùn)專線的發(fā)展過程中具有積極的促進(jìn)作用。

The composition，main test contents and the working procedure of the simulation testing platform for CTCS-3 level train control system are described．And through specific examples，the advantages and disadvantages of the simulation testing platform are evaluated．Furthermore，the prospect of the simulation testing platform is addressed．

CTCS-3 level;Train control system;Simulation;Testing platform

中國鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所，100081北京

*副研究員，＊＊助理研究員

2011-05-13

(責(zé)任編輯:張利)