劉彧
(浙江省交通投資集團(tuán)有限公司軌道交通管理部,浙江 杭州 310000)
基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(CBTC系統(tǒng))集無(wú)線通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)于一體,利用高精度的列車定位(不依賴于軌道電路),雙向連續(xù)、大容量的車地?cái)?shù)據(jù)通信技術(shù),在保障列車安全可靠運(yùn)行的前提下,確保其以較高的速度和較小的間隔運(yùn)行,大大提高了運(yùn)營(yíng)效率。聯(lián)鎖產(chǎn)品是構(gòu)成CBTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備之一,其所實(shí)現(xiàn)的安全功能是保證列車安全運(yùn)行的前提與基礎(chǔ)[1-2],因此聯(lián)鎖產(chǎn)品投入運(yùn)營(yíng)前的交付測(cè)試至關(guān)重要。目前聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試依靠人工測(cè)試,存在效率不高以及因人員疏忽導(dǎo)致的缺陷逃逸等問(wèn)題。如何進(jìn)一步提高測(cè)試效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量,成為各信號(hào)設(shè)備廠商不可回避的問(wèn)題。分析目前聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試的現(xiàn)狀與問(wèn)題,提出新的測(cè)試方法,可以在提高測(cè)試效率的同時(shí)高質(zhì)量地完成測(cè)試任務(wù)。
聯(lián)鎖產(chǎn)品是保證列車運(yùn)行安全,實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段、道岔和信號(hào)機(jī)之間正確聯(lián)鎖關(guān)系的安全系統(tǒng),滿足故障-安全原則。聯(lián)鎖設(shè)備采用高可靠性、高安全性硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。
聯(lián)鎖設(shè)備作為CBTC系統(tǒng)中最重要的安全控制設(shè)備,須符合歐洲鐵路信號(hào)EN 50126、EN 50128、EN 50129安全標(biāo)準(zhǔn),安全完整性等級(jí)須達(dá)到安全完整性等級(jí)4級(jí)(SIL4級(jí)),其安全性滿足《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》等我國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
聯(lián)鎖表是對(duì)各集中站內(nèi)各信號(hào)設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系,按照《鐵路信號(hào)聯(lián)鎖表編制原則》中相關(guān)要求進(jìn)行描述的集合,是聯(lián)鎖產(chǎn)品保證列車運(yùn)行安全的重要設(shè)計(jì)輸入。在聯(lián)鎖表內(nèi),以信號(hào)平面圖中進(jìn)路為主體,對(duì)各設(shè)備名稱、狀態(tài)、進(jìn)路性質(zhì)等關(guān)鍵信息進(jìn)行了嚴(yán)格定義[3-4]。
聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試是在聯(lián)鎖邏輯下,按照聯(lián)鎖表對(duì)設(shè)備狀態(tài)、站場(chǎng)信息以及各設(shè)備的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證,以保證聯(lián)鎖產(chǎn)品的安全性與可用性。聯(lián)鎖產(chǎn)品的結(jié)合關(guān)系是聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試的重要依據(jù)。典型的聯(lián)鎖表示例見(jiàn)表1。
表1 聯(lián)鎖表示例
其中部分重要元素釋義如下:
(1)進(jìn)路欄:基本進(jìn)路均為列車進(jìn)路,方向填寫(xiě)“正向”或“反向”。當(dāng)進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)方向與運(yùn)行方向一致時(shí)為正向,進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)方向與運(yùn)行方向相反時(shí)為反向。
(2)信號(hào)機(jī)欄:本欄列出進(jìn)路開(kāi)放時(shí)對(duì)應(yīng)進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)的相關(guān)內(nèi)容,包括信號(hào)機(jī)名稱、信號(hào)機(jī)顯示、黃燈定義(降級(jí)模式)。
(3)道岔欄:本欄列出所排進(jìn)路的基本進(jìn)路中,進(jìn)路經(jīng)過(guò)的全部道岔位置以及有關(guān)防護(hù)或帶動(dòng)道岔的編號(hào)和位置。
(4)敵對(duì)信號(hào)欄:順序填寫(xiě)與所排進(jìn)路敵對(duì)的全部信號(hào)機(jī)名稱。填寫(xiě)時(shí)應(yīng)區(qū)分無(wú)條件敵對(duì)和有條件敵對(duì)。只要某條進(jìn)路一旦建立,其敵對(duì)進(jìn)路就不允許建立,是無(wú)條件敵對(duì);只有當(dāng)有關(guān)道岔處于一定位置時(shí)才構(gòu)成敵對(duì)關(guān)系,否則不構(gòu)成敵對(duì)關(guān)系,是有條件敵對(duì)。
(5)軌道區(qū)段欄:順序檢查所排進(jìn)路信號(hào)開(kāi)放應(yīng)檢查的軌道區(qū)段名稱。對(duì)于降級(jí)模式下,該欄列舉的軌道區(qū)段(計(jì)軸區(qū)段)為基本進(jìn)路鎖閉所需檢查的內(nèi)容;對(duì)于CBTC模式下,該欄列舉的軌道區(qū)段除特殊說(shuō)明外,基本進(jìn)路鎖閉不檢查這些軌道區(qū)段的空閑,僅檢查區(qū)段的鎖閉和方向。
(6)接近區(qū)段欄:接近區(qū)段為滿足接近鎖閉長(zhǎng)度要求的軌道區(qū)段。CBTC及降級(jí)模式下,順序填寫(xiě)該進(jìn)路的接近區(qū)段。信號(hào)開(kāi)放后一旦接近區(qū)段有車占用,進(jìn)路立即轉(zhuǎn)入接近鎖閉狀態(tài),接近鎖閉不能用取消進(jìn)路的辦法取消進(jìn)路,只有等列車經(jīng)過(guò)后使其分段解鎖或一次解鎖,或者使用人工解鎖的方法,使進(jìn)路延時(shí)一定的時(shí)間或在列車停穩(wěn)以后解鎖進(jìn)路。
(7)延時(shí)解鎖時(shí)間欄:進(jìn)路接近鎖閉后,人工解鎖該進(jìn)路需要的延時(shí)時(shí)間。進(jìn)路延時(shí)解鎖從信號(hào)關(guān)閉時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。
(8)其他聯(lián)鎖對(duì)象欄:影響“信號(hào)機(jī)”欄中信號(hào)開(kāi)放的站臺(tái)門條件、防淹門條件、站臺(tái)緊急關(guān)閉條件、扣車條件;影響該信號(hào)開(kāi)放的場(chǎng)聯(lián)、站聯(lián)照查條件;不能同時(shí)開(kāi)放的互斥信號(hào)機(jī)條件(1個(gè)計(jì)軸區(qū)段兩端的信號(hào)機(jī))等。
當(dāng)進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)為出站性質(zhì)的信號(hào)機(jī)時(shí),本側(cè)(或本車站)站臺(tái)的站臺(tái)門、站臺(tái)緊急關(guān)閉、扣車條件將作為始端信號(hào)機(jī)開(kāi)放條件。即當(dāng)站臺(tái)門未關(guān)閉或站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕被按下或扣車按鈕被按下時(shí),始端信號(hào)機(jī)不允許開(kāi)放。在進(jìn)路處于鎖閉狀態(tài)下,當(dāng)站臺(tái)門關(guān)閉、取消扣車后始端信號(hào)機(jī)將自動(dòng)重新開(kāi)放,當(dāng)取消緊急停車后始端信號(hào)機(jī)需通過(guò)人工操作重新開(kāi)放[5]。
當(dāng)本進(jìn)路的基本進(jìn)路內(nèi)或保護(hù)區(qū)段內(nèi)存在站臺(tái)區(qū)段,對(duì)于降級(jí)模式聯(lián)鎖表,站臺(tái)門、緊急停車將作為始端信號(hào)機(jī)開(kāi)放條件;對(duì)于CBTC模式聯(lián)鎖表,站臺(tái)門、緊急停車、扣車條件將不作為始端信號(hào)機(jī)開(kāi)放條件,站臺(tái)門和緊急停車由區(qū)域控制器(ZC)來(lái)防護(hù)。
目前各信號(hào)廠商聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試通用的測(cè)試內(nèi)容需涵蓋以下方面:軟件版本校核、單項(xiàng)測(cè)試、輸入輸出測(cè)試、界面顯示測(cè)試、進(jìn)路測(cè)試、維護(hù)機(jī)測(cè)試、平臺(tái)數(shù)據(jù)測(cè)試、接口測(cè)試等測(cè)試項(xiàng)目(見(jiàn)圖1)。
圖1 聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試項(xiàng)目
產(chǎn)品交付測(cè)試中,單項(xiàng)測(cè)試包括上電鎖閉測(cè)試、道岔單鎖/單解、道岔強(qiáng)扳、區(qū)段故障解鎖、計(jì)軸復(fù)位等測(cè)試項(xiàng);進(jìn)路測(cè)試分為CBTC模式和降級(jí)模式2種模式,其測(cè)試內(nèi)容包括進(jìn)路辦理、進(jìn)路鎖閉、信號(hào)開(kāi)放、引導(dǎo)進(jìn)路、進(jìn)路取消等測(cè)試項(xiàng);接口測(cè)試包括聯(lián)鎖與區(qū)域控制器、計(jì)軸系統(tǒng)、車載、ZC等設(shè)備測(cè)試,以及互聯(lián)互通場(chǎng)景下與其他廠商設(shè)備之間的接口信息測(cè)試等[6]。
聯(lián)鎖軟件作為SIL4級(jí)安全產(chǎn)品,承擔(dān)著信號(hào)系統(tǒng)核心安全功能,是保障列車安全運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備,具有非常高的安全性要求,因此對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品測(cè)試方法的完備性和準(zhǔn)確性提出了同樣的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
伴隨著各地軌道交通信號(hào)領(lǐng)域CBTC系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,互聯(lián)互通線路愈來(lái)愈多,聯(lián)鎖產(chǎn)品需適配各種站場(chǎng)設(shè)計(jì)、業(yè)主要求以及其他廠商產(chǎn)品的接口要求,這將導(dǎo)致聯(lián)鎖產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景多變,不同線路之間技術(shù)差異明顯,對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試的完備性提出更高要求。如果所有測(cè)試項(xiàng)目均采用人工測(cè)試方式,則存在如下問(wèn)題:
(1)從安全性方面考慮,聯(lián)鎖產(chǎn)品功能越來(lái)越復(fù)雜、應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越豐富,要求測(cè)試團(tuán)隊(duì)的平均技術(shù)能力水平隨之不斷提高,這對(duì)任何信號(hào)廠商來(lái)說(shuō)都是艱巨的團(tuán)隊(duì)建設(shè)挑戰(zhàn)。此外,在不考慮技術(shù)復(fù)雜度的情況下,由于聯(lián)鎖產(chǎn)品的控制對(duì)象(即信號(hào)機(jī)、區(qū)段、道岔等元素)與界面顯示相對(duì)固定,測(cè)試人員需在保持長(zhǎng)時(shí)間高度精神集中的狀態(tài)下進(jìn)行大量的、較枯燥的重復(fù)性操作,在這種狀態(tài)下測(cè)試人員容易出現(xiàn)精神疲憊或注意力分散,一旦對(duì)某個(gè)現(xiàn)象觀察不到位或疏忽大意就會(huì)給設(shè)備的安全運(yùn)行留下隱患。
(2)從工作效率方面考慮,在所有測(cè)試項(xiàng)目均為人工測(cè)試的情況下,完整測(cè)試1條進(jìn)路(包括CBTC模式和降級(jí)模式)大約需要2.5~3.0 h。對(duì)于站場(chǎng)規(guī)模為25~30條進(jìn)路的新建車站,進(jìn)行1輪完整的交付測(cè)試耗時(shí)大約為20個(gè)工作日。對(duì)于某些較大型車站或車輛段而言,其進(jìn)路數(shù)量往往會(huì)在50條以上,其交付測(cè)試周期大約需要30個(gè)工作日。如果存在復(fù)雜站場(chǎng)站型、特殊聯(lián)鎖邏輯情況,相應(yīng)的測(cè)試時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。
因此,聯(lián)鎖交付測(cè)試方法必將朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展[7]。目前業(yè)內(nèi)對(duì)于聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試方面開(kāi)展了較多研究,例如,某公司使用面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)(UML)技術(shù)對(duì)其自主研發(fā)的聯(lián)鎖產(chǎn)品核心邏輯建立模型,基于仿真測(cè)試系統(tǒng)生成測(cè)試用例,降低了人為參與的影響;某公司針對(duì)其聯(lián)鎖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了基于腳本驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái),提升了測(cè)試效率。但上述自動(dòng)測(cè)試方法的強(qiáng)針對(duì)性導(dǎo)致其通用性受限。另外,還有研究人員提出使用有色Petri網(wǎng)對(duì)聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行建模,通過(guò)分析模型的可達(dá)性與最終聯(lián)鎖產(chǎn)品運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行差異分析,從而對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行安全性評(píng)價(jià),對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品測(cè)試有一定借鑒意義[8],但該類研究大多停留在理論階段,還未應(yīng)用于實(shí)際測(cè)試。
提出基于圖形化識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)測(cè)試方法,根據(jù)聯(lián)鎖表內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)鎖表生成測(cè)試序列,通過(guò)軟件對(duì)聯(lián)鎖控顯界面的識(shí)別,代替人工對(duì)信號(hào)機(jī)、區(qū)段、道岔等設(shè)備進(jìn)行指定操作,通過(guò)讀取相關(guān)反饋信息對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行交付測(cè)試,該方法既能驗(yàn)證聯(lián)鎖產(chǎn)品的安全邏輯,也能保證對(duì)站場(chǎng)場(chǎng)景覆蓋的完備性[9]。
在聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試的眾多測(cè)試項(xiàng)中,部分測(cè)試項(xiàng)主要為人工校核,例如控顯界面顯示(信號(hào)機(jī)朝向、高矮柱等)、安全平臺(tái)參數(shù)等,該測(cè)試項(xiàng)主要為界面或數(shù)據(jù)核對(duì),工具識(shí)別相對(duì)困難,且測(cè)試用時(shí)占比較小,因此暫不作為自動(dòng)化測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行處理。通過(guò)大量測(cè)試實(shí)踐,單項(xiàng)測(cè)試、進(jìn)路測(cè)試信息量大且耗時(shí)、耗力,主要是通過(guò)人工識(shí)別聯(lián)鎖表內(nèi)信息,點(diǎn)擊控顯界面按鈕實(shí)現(xiàn),具備自動(dòng)化測(cè)試的特點(diǎn)[10]。
自動(dòng)測(cè)試工具首先應(yīng)具備讀取輸入資料(聯(lián)鎖表、采驅(qū)表)的能力,并生成具體聯(lián)鎖車站自動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動(dòng)測(cè)試工具根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法和步驟,對(duì)聯(lián)鎖產(chǎn)品進(jìn)行單項(xiàng)測(cè)試和進(jìn)路測(cè)試,生成測(cè)試日志和測(cè)試報(bào)告(見(jiàn)圖2)。
圖2 自動(dòng)測(cè)試工具設(shè)計(jì)思路
聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具能運(yùn)行在工作站上,通過(guò)讀取輸入資料(聯(lián)鎖表、采驅(qū)表等),生成具體車站自動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù),通過(guò)人機(jī)界面選擇測(cè)試項(xiàng)目,滿足7×24 h自動(dòng)測(cè)試的需求,自動(dòng)生成測(cè)試日志和測(cè)試報(bào)告,并記錄相關(guān)缺項(xiàng),其架構(gòu)見(jiàn)圖3。
圖3 聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具架構(gòu)
3.2.1 讀取輸入資料
(1)聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具可讀取Excel格式文件CBTC聯(lián)鎖表、降級(jí)模式聯(lián)鎖表、引導(dǎo)進(jìn)路聯(lián)鎖表、自動(dòng)折返進(jìn)路聯(lián)鎖表,并識(shí)別聯(lián)鎖表中的道岔信息、區(qū)段信息、信號(hào)機(jī)信息等其他元素,然后將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
(2)聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具還可讀取輸入輸出信息表,然后將測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
3.2.2 生成測(cè)試數(shù)據(jù)
(1)聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具可將讀取的Excel格式文件聯(lián)鎖表信息、輸入輸出表信息進(jìn)行存儲(chǔ),在測(cè)試時(shí)調(diào)用。
(2)聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具可對(duì)車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)進(jìn)行完整測(cè)試、部分測(cè)試(可任意選取測(cè)試項(xiàng),也可在任意測(cè)試項(xiàng)內(nèi)選擇所需要測(cè)試的數(shù)據(jù)),可根據(jù)測(cè)試需要靈活設(shè)置。
3.2.3 測(cè)試輸出
(1)測(cè)試完成后,測(cè)試主界面可直接顯示測(cè)試錯(cuò)誤數(shù)量,測(cè)試日志內(nèi)則詳細(xì)記錄了測(cè)試結(jié)果,并給出錯(cuò)誤原因。
(2)測(cè)試完成后,可根據(jù)測(cè)試日志生成最終的測(cè)試報(bào)告。在測(cè)試主界面單擊“報(bào)告”按鈕,在彈出的對(duì)話框內(nèi)單擊“新增”,導(dǎo)入要生成報(bào)告的日志(可同時(shí)選擇1個(gè)或多個(gè)日志文件),然后單擊“生成”即可。
該自動(dòng)測(cè)試工具的優(yōu)點(diǎn)如下:(1)在不改變?nèi)魏螖?shù)據(jù)代碼的情況下可代替人工操作鼠標(biāo)執(zhí)行測(cè)試,且滿足7×24 h自動(dòng)測(cè)試的需求,提高了測(cè)試效率;(2)測(cè)試人員在人工測(cè)試過(guò)程中,存在一定人為失誤風(fēng)險(xiǎn),并且很難做到完全的遍歷測(cè)試,人工測(cè)試存在一定測(cè)試誤差,自動(dòng)測(cè)試工具可顯著彌補(bǔ)該測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。
存在的不足如下:(1)在使用自動(dòng)測(cè)試工具前需要進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備,包括截圖配置、菜單配置、人機(jī)界面(MMI)配置、輸入資料配置等,上述配置工作相對(duì)耗時(shí);(2)對(duì)測(cè)試設(shè)備要求較高,工作站需運(yùn)行流暢,若出現(xiàn)卡頓則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果,在測(cè)試過(guò)程中若彈出其他無(wú)關(guān)窗口,則會(huì)影響測(cè)試結(jié)果,甚至停止測(cè)試。
該聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具對(duì)提高測(cè)試效率及保障測(cè)試質(zhì)量發(fā)揮了較大作用,但后期仍有改進(jìn)空間,可降低配置時(shí)間及配置通過(guò)率,進(jìn)一步提高測(cè)試效率。
在分析現(xiàn)有聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試方法和問(wèn)題的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際需要,提出新的自動(dòng)化測(cè)試方式,闡述自動(dòng)化測(cè)試的思路及其聯(lián)鎖自動(dòng)測(cè)試工具的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該自動(dòng)化測(cè)試工具目前已應(yīng)用于聯(lián)鎖產(chǎn)品交付測(cè)試工作中,在一定程度上提高了測(cè)試效率與測(cè)試質(zhì)量。