陳俊強(qiáng)

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

?

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法研究

陳俊強(qiáng)

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法，結(jié)合ATS系統(tǒng)功能和外部接口特征，設(shè)計(jì)了包含測(cè)試場(chǎng)景管理模塊、測(cè)試數(shù)據(jù)管理模塊、在線數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及測(cè)試數(shù)據(jù)記錄、分析模塊的功能測(cè)試平臺(tái)，該方法具有測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)通用化、功能可重用性強(qiáng)、成本較低等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；功能測(cè)試；測(cè)試平臺(tái)；ATS

1　概述

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極大推動(dòng)了中國(guó)的城市化進(jìn)程，城市化的過(guò)程中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在變化、人口數(shù)量在急劇增長(zhǎng)，巨大型城市、特大型城市數(shù)量不斷增多。人口的增多對(duì)城市的環(huán)境帶來(lái)很大影響，在交通方面更是面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。事實(shí)證明，大力發(fā)展公共交通是解決交通問(wèn)題的關(guān)鍵，公共交通中的軌道交通具有安全準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)能大、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，因此，采用快速軌道交通來(lái)解決日益嚴(yán)重的城市交通問(wèn)題已經(jīng)成為城市公共交通發(fā)展的一大趨勢(shì)。

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)是保證軌道交通系統(tǒng)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵，其包括3個(gè)子系統(tǒng)：列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、列車(chē)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）。ATO主要用于實(shí)現(xiàn)“地對(duì)車(chē)控制”，即用地面設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的行駛、制動(dòng)的控制，其能模擬經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)完成對(duì)列車(chē)的駕駛?cè)蝿?wù)，使列車(chē)時(shí)刻處于一個(gè)最佳的運(yùn)行狀態(tài)。ATP主要用于對(duì)列車(chē)駕駛進(jìn)行安全防護(hù)，對(duì)與安全有關(guān)的系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)列車(chē)超速防護(hù)、間隔保護(hù)等功能。ATS是在ATO、ATP子系統(tǒng)的支持下完成對(duì)列車(chē)運(yùn)行的監(jiān)督和控制，輔助行車(chē)調(diào)度人員對(duì)全線列車(chē)運(yùn)行進(jìn)行管理，實(shí)時(shí)對(duì)在線列車(chē)進(jìn)行自動(dòng)控制，提高乘客舒適度、列車(chē)準(zhǔn)點(diǎn)率，極大降低調(diào)度人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使軌道交通系統(tǒng)更好的為人民服務(wù)。所以，在ATS系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中對(duì)ATS系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試研究，確保ATS系統(tǒng)功能的正確性，并提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，提高系統(tǒng)的可用性顯得尤為重要。

ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法有很多，從是否針對(duì)ATS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法分為黑盒和白盒測(cè)試。黑盒測(cè)試即常見(jiàn)的功能測(cè)試，是在已知ATS系統(tǒng)所應(yīng)具有的功能條件下，檢測(cè)所有功能是否都已正常實(shí)現(xiàn)。在測(cè)試時(shí)，把被ATS系統(tǒng)看作一個(gè)未知的黑盒子，且測(cè)試過(guò)程中完全不考慮系統(tǒng)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)外部標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行測(cè)試，檢查該系統(tǒng)實(shí)際的功能是否符合用戶(hù)功能需求，是否能正常地處理輸入數(shù)據(jù)并產(chǎn)生相應(yīng)正確的輸出信息。白盒測(cè)試也稱(chēng)結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試，是在ATS系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)已知的情況下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試。白盒測(cè)試需要全面了解ATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、對(duì)所有的邏輯路徑進(jìn)行測(cè)試。白盒測(cè)試主要完成對(duì)ATS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的測(cè)試，通過(guò)結(jié)構(gòu)測(cè)試保證系統(tǒng)的各個(gè)流程在各種情況下都能夠發(fā)揮相應(yīng)作用，不存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或者在程序編寫(xiě)中的空流程（即永遠(yuǎn)不能執(zhí)行的流程）。

本文在分析ATS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)上，提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法，從測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、測(cè)試數(shù)據(jù)執(zhí)行以及測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果分析等幾個(gè)角度闡述了該方法在ATS系統(tǒng)功能測(cè)試中的應(yīng)用，該方法具有測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)通用化、功能可重用性強(qiáng)、成本相對(duì)比較低等特點(diǎn)。

2　ATS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1ATS系統(tǒng)功能分析

ATS系統(tǒng)的主要功能有6項(xiàng)，分別為集中顯示、集中控制、列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表管理、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)、仿真功能和監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能。

1）集中顯示功能：在控制中心通過(guò)調(diào)度終端和大屏設(shè)備以圖形的方式實(shí)時(shí)顯示出全線的狀態(tài)，包括線路的狀態(tài)、列車(chē)的運(yùn)行位置及運(yùn)行狀態(tài)等。

2）集中控制功能：在ATS系統(tǒng)中設(shè)置中央及車(chē)站兩級(jí)控制權(quán)限。在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，運(yùn)行控制權(quán)屬于中心；在必要（如控制中心設(shè)備故障）時(shí)，經(jīng)過(guò)權(quán)限轉(zhuǎn)移，可將控制權(quán)轉(zhuǎn)移至車(chē)站?？刂茩?quán)轉(zhuǎn)移后，車(chē)站控制設(shè)備臨時(shí)代替中央控制中心，負(fù)責(zé)全線的運(yùn)營(yíng)調(diào)度。

3）列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表管理功能：分為離線編圖和在線運(yùn)行圖兩個(gè)終端。離線編圖負(fù)責(zé)編輯生成時(shí)刻表，在線運(yùn)行圖負(fù)責(zé)根據(jù)當(dāng)日時(shí)刻表生成工作計(jì)劃，當(dāng)列車(chē)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃和當(dāng)日計(jì)劃時(shí)刻有偏差時(shí)，在線運(yùn)行圖能根據(jù)偏差對(duì)在線列車(chē)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。

4）運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計(jì)功能：記錄列車(chē)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)，如線路表示信息、運(yùn)行圖信息、列車(chē)狀態(tài)信息、列車(chē)運(yùn)行里程信息、系統(tǒng)故障報(bào)警信息、操作記錄等。ATS還可以將所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，且能夠提供數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

5）系統(tǒng)仿真功能：系統(tǒng)仿真是通過(guò)仿真手段，離線模擬列車(chē)的在線運(yùn)行。主要用于系統(tǒng)演示以及人員培訓(xùn)。

6）監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能：ATS子系統(tǒng)能夠記錄被監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，除狀態(tài)監(jiān)視功能外，還有一定的故障定位功能。

2.2ATS外部接口分析

以CBTC系統(tǒng)為例，ATS主要的外部接口包括：聯(lián)鎖（CBI）接口、區(qū)控（ZC）接口、軌旁（TWC）接口、發(fā)車(chē)計(jì)時(shí)器（DTI）接口、時(shí)鐘（CLOCK）接口、綜合監(jiān)控（ISCS）接口、乘客信息系統(tǒng)（PIS）接口等，如圖1所示。

CBI接口。ATS主要接收此接口傳來(lái)的站場(chǎng)表示信息（包括：區(qū)段表示、道岔表示、信號(hào)表示、進(jìn)路表示、IBP盤(pán)扣車(chē)等）、報(bào)警信息。ATS將對(duì)信號(hào)設(shè)備控制命令傳送給聯(lián)鎖子系統(tǒng)。

ZC接口。ATS向ZC接口傳送列車(chē)調(diào)整信息和臨時(shí)限速命令。ZC向ATS傳送移動(dòng)授權(quán)信息、臨時(shí)限速命令執(zhí)行狀態(tài)、列車(chē)位置報(bào)告和報(bào)警等信息。

TWC接口。ATS向TWC接口發(fā)送列車(chē)調(diào)整信息。TWC向ATS發(fā)送地面設(shè)備狀態(tài)和列車(chē)信息。

DTI接口。ATS將列車(chē)停站信息（包括發(fā)車(chē)時(shí)機(jī)、早晚點(diǎn)提示、跳停、扣車(chē)等）傳送給發(fā)車(chē)計(jì)時(shí)器系統(tǒng)。

CLOCK接口。ATS接收時(shí)鐘接口傳來(lái)的時(shí)鐘信息，對(duì)ATS系統(tǒng)內(nèi)部所有設(shè)備進(jìn)行校時(shí)。

ISCS接口。ATS接收綜合監(jiān)控傳來(lái)的三軌供電信息，且傳遞線路上列車(chē)的運(yùn)行信息到綜合監(jiān)控。

其他接口。其他接口主要接收ATS發(fā)送的各種線路信息，并進(jìn)行顯示等。

3　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試方法屬于典型的黑盒測(cè)試方法，其被測(cè)系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)被包含在測(cè)試數(shù)據(jù)文件中，測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中需按測(cè)試數(shù)據(jù)規(guī)定的流程和動(dòng)作進(jìn)行測(cè)試，整個(gè)過(guò)程以測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)控制測(cè)試的自動(dòng)化執(zhí)行?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試方法的執(zhí)行應(yīng)遵循以下步驟：

1） 準(zhǔn)備測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試方法的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備分為設(shè)計(jì)測(cè)試案例、設(shè)計(jì)測(cè)試序列和生成測(cè)試數(shù)據(jù)等幾個(gè)步驟。其中，設(shè)計(jì)測(cè)試案例時(shí)，不僅要考慮對(duì)被測(cè)功能特征的覆蓋度，還應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明測(cè)試步驟和測(cè)試的預(yù)期結(jié)果，如：當(dāng)前測(cè)試步驟要發(fā)送的信息、預(yù)期接收的數(shù)據(jù)等，這是測(cè)試案例有效性的基礎(chǔ)。

2） 執(zhí)行測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試平臺(tái)負(fù)責(zé)測(cè)試數(shù)據(jù)的執(zhí)行和測(cè)試結(jié)果的記錄。測(cè)試平臺(tái)的主要功能是在測(cè)試執(zhí)行過(guò)程中根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)的測(cè)試序列實(shí)時(shí)向被測(cè)系統(tǒng)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，從而為被測(cè)系統(tǒng)模擬出外部運(yùn)行環(huán)境，使被測(cè)系統(tǒng)的功能得以執(zhí)行。測(cè)試平臺(tái)并不模擬與被測(cè)系統(tǒng)相連的外部設(shè)備功能，只是嚴(yán)格按照測(cè)試序列要求的數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯判斷何時(shí)該發(fā)送什么數(shù)據(jù)。

3） 測(cè)試結(jié)果分析和判定

測(cè)試平臺(tái)控制待測(cè)系統(tǒng)完成對(duì)測(cè)試序列的執(zhí)行后，還需要對(duì)測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷被測(cè)系統(tǒng)是否正確完成測(cè)試要求。事實(shí)上，測(cè)試平臺(tái)在線執(zhí)行測(cè)試序列的過(guò)程中，只對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并不進(jìn)行結(jié)果分析，而關(guān)于被測(cè)系統(tǒng)是否按需求實(shí)現(xiàn)了功能，則依賴(lài)于對(duì)測(cè)試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)離線分析，這是采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行測(cè)試的一關(guān)鍵點(diǎn)。

4　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS功能測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的ATS功能測(cè)試平臺(tái)，整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)包含測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理模塊、在線執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及數(shù)據(jù)記錄和分析模塊。系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。

各部分模塊基本功能如下：

1） 測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊負(fù)責(zé)在測(cè)試序列開(kāi)始執(zhí)行前，對(duì)測(cè)試執(zhí)行所需的測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括測(cè)試序列生成、線路數(shù)據(jù)管理和測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等。

2） 在線執(zhí)行模塊

在線執(zhí)行模塊包括場(chǎng)景控制器、CBI數(shù)據(jù)仿真模塊、ZC數(shù)據(jù)仿真模塊、TWC數(shù)據(jù)仿真模塊、ISCS數(shù)據(jù)仿真模塊、CLOCK數(shù)據(jù)仿真模塊和其他接口仿真模塊，在線執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)按照測(cè)試序列的要求為ATS各接口提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

a.場(chǎng)景控制器

場(chǎng)景控制器是在線測(cè)試的主控模塊，負(fù)責(zé)從測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理模塊讀入本次測(cè)試所需的全部數(shù)據(jù)，并對(duì)其他在線執(zhí)行模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，控制測(cè)試的開(kāi)始和結(jié)束，以及監(jiān)控整個(gè)測(cè)試過(guò)程。

b.CBI數(shù)據(jù)仿真模塊

CBI數(shù)據(jù)仿真模塊用于向ATS子系統(tǒng)提供基本的站場(chǎng)表示信息（包括區(qū)段表示、道岔表示、信號(hào)顯示、進(jìn)路表示、IBP盤(pán)扣車(chē)等）和報(bào)警信息。并接收ATS的命令信息（包括進(jìn)路選排、道岔操作等），根據(jù)命令發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。該模塊在測(cè)試開(kāi)始前根據(jù)既定流程與ATS接口轉(zhuǎn)換模塊建立鏈接；測(cè)試開(kāi)始后，實(shí)時(shí)模擬站場(chǎng)設(shè)備信息并接收消息，根據(jù)條件向ATS系統(tǒng)發(fā)送配置信息中的表示信息。

c.ZC仿真模塊

ZC仿真模塊用于向ATS子系統(tǒng)提供列車(chē)的表示信息、移動(dòng)授權(quán)信息和報(bào)警信息，接收ATS限速命令、列車(chē)調(diào)整命令，并對(duì)命令做出相應(yīng)響應(yīng)。測(cè)試開(kāi)始后，實(shí)時(shí)模擬列車(chē)位置和狀態(tài)等信息。當(dāng)收到列車(chē)命令時(shí)，根據(jù)不同命令向ATS發(fā)送應(yīng)答報(bào)文。

d.TWC接口仿真模塊

TWC接口仿真模塊為被測(cè)系統(tǒng)提供列車(chē)信息。該模塊的功能：接收ATS子系統(tǒng)的列車(chē)控制命令，模擬根據(jù)命令發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。發(fā)送列車(chē)狀態(tài)信息報(bào)文。

e.ISCS數(shù)據(jù)仿真模塊

綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仿真模塊主要模擬向ATS發(fā)送三軌供電信息，且接收ATS發(fā)送的列車(chē)位置信息。該模塊在測(cè)試開(kāi)始前接收?qǐng)鼍翱刂破鞯呐渲脜?shù)，測(cè)試開(kāi)始后，根據(jù)配置參數(shù)模擬發(fā)送三軌供電信息。該模塊實(shí)施檢測(cè)測(cè)試場(chǎng)景中的列車(chē)信息。

f.CLOCK數(shù)據(jù)仿真模塊

時(shí)鐘數(shù)據(jù)仿真模塊向測(cè)試系統(tǒng)提供時(shí)鐘數(shù)據(jù)。測(cè)試開(kāi)始后，根據(jù)本地時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信息到測(cè)試模塊。

g.其他接口

其他接口包括PIS、DTI等接口，該模塊根據(jù)運(yùn)行場(chǎng)景實(shí)時(shí)檢測(cè)列車(chē)位置，判斷接收到的列車(chē)信息是否正常。

3） 接口適配模塊

接口適配模塊用于連接測(cè)試平臺(tái)和被測(cè)接口。接口適配模塊包括：CBI接口適配、ZC接口適配、TWC接口適配、ISCS接口適配、CLOCK接口適配、DTI接口適配等。所有的接口適配均采用與真實(shí)接口完全相同的標(biāo)準(zhǔn)，并模擬真實(shí)接口發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)ATS系統(tǒng)輸出的信息返回應(yīng)答報(bào)文。

4） 數(shù)據(jù)記錄和分析模塊

數(shù)據(jù)記錄和分析模塊用于記錄測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的所有測(cè)試數(shù)據(jù)，供離線分析用。數(shù)據(jù)記錄和分析模塊能記錄完整測(cè)試數(shù)據(jù)，然后提供給測(cè)試人員，同時(shí)該模塊負(fù)責(zé)使用對(duì)應(yīng)規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)判斷，并輔助人員完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析和判定。

5　結(jié)論

本文提出的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的ATS系統(tǒng)功能測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了包含測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)管理模塊、在線數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊、接口適配模塊以及測(cè)試數(shù)據(jù)記錄和分析模塊的功能測(cè)試平臺(tái)。該方法降低了ATS仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高了測(cè)試平臺(tái)的可用性。

實(shí)踐應(yīng)用表明，無(wú)論是在ATS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段對(duì)系統(tǒng)功能的初步調(diào)試，還是ATS系統(tǒng)功能的后期全面測(cè)試，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試方法都發(fā)揮顯著的作用。但對(duì)本測(cè)試方法仍需進(jìn)一步深入研究，包括：如何合理設(shè)計(jì)測(cè)試案例保證全面覆蓋待測(cè)功能，如何快速構(gòu)建復(fù)雜場(chǎng)景的測(cè)試數(shù)據(jù)等。

［1］趙根苗，陳永生.ATS 仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2004，7（1）：55-57.

［2］梁敬敏，唐濤.ATP仿真測(cè)試系統(tǒng)中ATS子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007，16（4）：36-39.

［3］賈紅娟，唐禎敏，趙根苗.北京地鐵一號(hào)線A T S 仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，14（10）：53-56.

［4］孫娟，施衛(wèi)忠，寧建國(guó).基于Agent 的軌道交通ATS 系統(tǒng)仿真方法研究 ［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2004，26（3）：123-125.

This paper puts forward a function test method of ATS system based on data driven. Combined with features of ATS system functions and external interfaces， the function test platform is designed for the test scenario management module， test data management module， online data execution module， interface adapter module and test data record analysis module. The method have the advantages of universal test platform structure， strong reusability and lower cost.

data driven； function test； test platform； ATS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.019

2014-08-31）