李葉 周欣玥 張朝孟 夏蕓

摘? 要：基于車車通信的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）作為新一代城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，引起國(guó)內(nèi)業(yè)界高度關(guān)注。TACS系統(tǒng)將軌旁信號(hào)設(shè)備（道岔、信號(hào)機(jī)）當(dāng)成資源庫(kù)，將資源分配到列車，以簡(jiǎn)化軌旁控制的列車間協(xié)同為基本原理，提高系統(tǒng)性能和運(yùn)營(yíng)的靈活性。對(duì)新一代信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試方案研究的目的是評(píng)價(jià)TACS系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo)，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)提供信心。該文對(duì)TACS系統(tǒng)功能、接口、性能的確認(rèn)測(cè)試方案進(jìn)行探討。結(jié)果表明，該測(cè)試方案能對(duì)TACS系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為TACS系統(tǒng)的測(cè)試提供指導(dǎo)及參考。

關(guān)鍵詞：車車通信；測(cè)試平臺(tái)；確認(rèn)測(cè)試；功能測(cè)試；性能測(cè)試

中圖分類號(hào)：U213.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）19-0151-04

Abstract： As a new generation of urban rail transit signal system， the train autonomous control system（TACS） based on vehicle-to-vehicle communication has attracted great attention in the domestic industry. The TACS system takes the trackside signal equipment as a resource library， and allocates resources to trains. Based on the basic principle of simplifying the coordination between trains in trackside control， the system performance and operation flexibility are improved. The purpose of the research on the test scheme of the new generation signal system is to evaluate the function and performance index of the TACS system and to provide confidence for the field operation. This paper discusses the confirmation test scheme of the function， interface and performance of the TACS system. The results show that the test scheme can evaluate the function and performance index of TACS system， and provide guidance and reference for the test of TACS system.

Keywords： vehicle-to-vehicle communication; test platform; confirmation test; function test; performance test

目前，在我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的列車控制系統(tǒng)是基于通信的列車控制（Communications Based Train Control，CBTC）系統(tǒng)。在傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)中，采用連續(xù)車-地-車雙向數(shù)據(jù)通信技術(shù)、不依賴軌旁列車占用檢測(cè)設(shè)備的列車主動(dòng)定位技術(shù)，通過地面控制設(shè)備與車載控制設(shè)備協(xié)同配合，為列車提供連續(xù)的自動(dòng)控制服務(wù)。

近年來，基于車車通信的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（Train Autonomous Control System，TACS）作為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的新技術(shù)，得以迅速發(fā)展。TACS系統(tǒng)與目前廣泛應(yīng)用的CBTC系統(tǒng)同屬于移動(dòng)閉塞制式，但二者在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理等方面均有較大差異，TACS系統(tǒng)憑借其優(yōu)良的系統(tǒng)性能，逐漸從研發(fā)試驗(yàn)走向工程應(yīng)用。當(dāng)前，車車通信信號(hào)系統(tǒng)在業(yè)界也得到關(guān)注，包括目前已使用TACS系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)載客的深圳20號(hào)線，使用TACS系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)的青島6號(hào)線一期及上海3、4號(hào)線[1]。

TACS系統(tǒng)具有SIL4的安全等級(jí)，其應(yīng)用需要重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)功能的高可靠性和高安全性，在發(fā)布到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用之前，需要對(duì)系統(tǒng)功能、接口及性能進(jìn)行完整的確認(rèn)測(cè)試。傳統(tǒng)的CBTC系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)、測(cè)試方法等均不適用于TACS測(cè)試，保障TACS系統(tǒng)質(zhì)量的測(cè)試方法、測(cè)試流程、測(cè)試平臺(tái)研究卻較少涉及，這在一定程度上制約了TACS系統(tǒng)的安全高效實(shí)施應(yīng)用[2]。

因此，本文針對(duì)基于車車通信的TACS系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試方案進(jìn)行研究，探討基于車車通信的TACS系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)及系統(tǒng)測(cè)試方案，這對(duì)評(píng)估TACS系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，在現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

1? TACS系統(tǒng)組成及簡(jiǎn)介

典型的基于車車通信的列車自主控制系統(tǒng)TACS信號(hào)系統(tǒng)主要由車載控制器（Carbone Controller，CC）、軌旁資源管理器（Wayside Resource Controller，WRC）、軌旁列車控制器（Wayside Train Controller，WTC）、目標(biāo)控制器（Object Controller，OC）、列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Traffic Supervision， ATS）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（Data Communication System， DCS）以及智能運(yùn)維系統(tǒng)（Intelligent Operational& Maintenance System，IOM）子系統(tǒng)組成[3]。TACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

各子系統(tǒng)主要功能如下[3]。

車載控制器（CC）主要負(fù)責(zé)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行線路資源申請(qǐng)及釋放，自主計(jì)算移動(dòng)授權(quán)并進(jìn)行列車自動(dòng)控制。

軌旁資源管理器（WRC）主要負(fù)責(zé)線路資源分配和回收。

軌旁列車控制器（WTC）主要負(fù)責(zé)管理及跟蹤故障列車，接管故障列車進(jìn)行資源申請(qǐng)及釋放，并與相鄰列車進(jìn)行信息交互。

目標(biāo)控制器（OC）主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)軌旁基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)采集及驅(qū)動(dòng)。

列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）主要負(fù)責(zé)監(jiān)督和控制列車的運(yùn)營(yíng)。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）主要負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。

智能運(yùn)維系統(tǒng)（IOM）主要負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障信息監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行智能分析，提供故障處理建議。

2? TACS系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)

對(duì)于TACS系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試，室內(nèi)仿真測(cè)試環(huán)境是必備且非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。室內(nèi)仿真測(cè)試環(huán)境的結(jié)構(gòu)、仿真功能及故障注入功能的全面性也會(huì)影響測(cè)試完整性及測(cè)試質(zhì)量。

TACS系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)主要用于執(zhí)行TACS系統(tǒng)集成測(cè)試以及系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試，包括接口測(cè)試、功能測(cè)試、性能測(cè)試及壓力測(cè)試，也用于現(xiàn)場(chǎng)故障場(chǎng)景的模擬和復(fù)現(xiàn)。傳統(tǒng)的CBTC系統(tǒng)大多采用真實(shí)硬件結(jié)合部分仿真的測(cè)試平臺(tái)。而TACS系統(tǒng)，由于車車通信的主體是列車，即車載控制器（CC），多輛真實(shí)的CC設(shè)備不僅占地較大、成本昂貴，而且僅能滿足部分功能測(cè)試，無法滿足車車通信系統(tǒng)的多車功能測(cè)試及性能測(cè)試。因此，根據(jù)功能和性能的測(cè)試需求，TACS測(cè)試平臺(tái)分為硬件測(cè)試平臺(tái)和軟件測(cè)試平臺(tái)。

2.1? 硬件測(cè)試平臺(tái)

硬件測(cè)試平臺(tái)主要用于進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部接口集成測(cè)試，以及單車及降級(jí)列車功能測(cè)試，硬件測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示，左側(cè)虛線框內(nèi)為測(cè)試平臺(tái)仿真設(shè)備，包括軌旁及車載的測(cè)試平臺(tái)、OC測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試平臺(tái)中包含運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下的測(cè)試環(huán)境、測(cè)試平臺(tái)以及查看測(cè)試變量的工具OMAP，右側(cè)為被測(cè)系統(tǒng)設(shè)備，包括WRC、WTC、OC、ATS及IOM。

2.2? 軟件測(cè)試平臺(tái)

軟件測(cè)試平臺(tái)主要用于進(jìn)行多車功能測(cè)試，以及多車性能測(cè)試，軟件測(cè)試平臺(tái)不使用真實(shí)的機(jī)柜和板卡設(shè)備，由純軟件環(huán)境組成，主要用于部分系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試用例執(zhí)行以及多車性能測(cè)試，如圖3所示：虛線框內(nèi)為車載測(cè)試平臺(tái)、軌旁測(cè)試平臺(tái)，車載測(cè)試平臺(tái)由運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)下的測(cè)試環(huán)境、多個(gè)仿真CC組成；軌旁測(cè)試平臺(tái)由運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)下的測(cè)試環(huán)境、WRC仿真和WTC仿真組成。右側(cè)為被測(cè)系統(tǒng)設(shè)備ATS子系統(tǒng)，組成完整的軟件測(cè)試環(huán)境。

3? TACS系統(tǒng)測(cè)試方案

車車通信TACS系統(tǒng)是一種功能復(fù)雜的大型系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)功能確認(rèn)測(cè)試、接口測(cè)試及性能測(cè)試是系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)前的必備環(huán)節(jié)。目的在于驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足系統(tǒng)需求規(guī)范，屬于黑盒測(cè)試范疇。系統(tǒng)的很多功能測(cè)試，尤其是與安全相關(guān)和非正常降級(jí)情況下的系統(tǒng)功能測(cè)試，無法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行或是需要投入大量的時(shí)間和人力才能在現(xiàn)場(chǎng)完成。因此，TACS系統(tǒng)的功能測(cè)試、性能測(cè)試，需要使用與實(shí)際線路相符的仿真環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，才能保證測(cè)試方案完整性和有效性[4]。TACS系統(tǒng)功能及性能測(cè)試基于系統(tǒng)需求規(guī)格書及工程應(yīng)用項(xiàng)目需求，將測(cè)試方案分為功能測(cè)試、接口測(cè)試、性能測(cè)試及拷機(jī)測(cè)試，目的及使用的測(cè)試平臺(tái)見表1。

3.1? 功能測(cè)試

TACS系統(tǒng)功能完備性、可靠性和安全性，直接影響到軌道交通運(yùn)行效率和行車安全[4]。為了保證系統(tǒng)滿足系統(tǒng)需求規(guī)范中的安全需求、非安全需求及性能需求，必須對(duì)其進(jìn)行完整的測(cè)試。測(cè)試場(chǎng)景的設(shè)計(jì)、測(cè)試用例編寫及測(cè)試執(zhí)行對(duì)功能測(cè)試的正確性和完整性起著重要作用[5]。

TACS系統(tǒng)的功能測(cè)試內(nèi)容包括：正常運(yùn)行模式下功能測(cè)試、降級(jí)運(yùn)行模式下功能測(cè)試，多車防護(hù)場(chǎng)景測(cè)試等，具體對(duì)應(yīng)的功能點(diǎn)及測(cè)試平臺(tái)舉例見表2。

3.2? 接口測(cè)試

接口測(cè)試也叫集成測(cè)試，是測(cè)試系統(tǒng)組件間接口的一種測(cè)試，主要用于測(cè)試系統(tǒng)與外部其他系統(tǒng)之間的接口，以及系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子模塊之間的接口。測(cè)試的重點(diǎn)是要檢查接口協(xié)議的一致性，數(shù)據(jù)傳遞的正確性，接口功能實(shí)現(xiàn)的正確性。

TACS系統(tǒng)的接口測(cè)試，包括通信屬性測(cè)試，協(xié)議一致性測(cè)試以及數(shù)據(jù)接口測(cè)試，目的是驗(yàn)證子系統(tǒng)之間的接口滿足接口定義文件的需求定義。TACS子系統(tǒng)接口測(cè)試需在硬件測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行，包含的接口及所需設(shè)備見表3。

3.3? 性能測(cè)試

性能測(cè)試是通過自動(dòng)化的測(cè)試工具模擬多種正常、峰值以及異常負(fù)載條件來對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

TACS系統(tǒng)的性能測(cè)試，以工程項(xiàng)目合同中要求的性能指標(biāo)，如兌現(xiàn)率、正點(diǎn)率及故障率為驗(yàn)證目標(biāo)，使用軟件測(cè)試平臺(tái)模擬現(xiàn)場(chǎng)高峰時(shí)期的進(jìn)行多車跑運(yùn)行圖測(cè)試，城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范中要求不少于20 d，最后通過測(cè)試情況給出性能指標(biāo)是否滿足的結(jié)論。表4中列出了城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范中的性能指標(biāo)要求[6]。

3.4? 測(cè)試評(píng)估

測(cè)試結(jié)論作為產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估的重要輸入，一般從版本通過率、測(cè)試用例通過率、開放缺陷比例等指標(biāo)來衡量。

版本通過率是指本輪測(cè)試版本的通過次數(shù)除以總測(cè)試版本數(shù)的比率，用于評(píng)估本輪新增及變更的功能質(zhì)量。版本通過的標(biāo)準(zhǔn)為本版測(cè)試未提交一般以上等級(jí)的缺陷，并且本輪驗(yàn)證的缺陷全都通過。

測(cè)試用例通過率是指通過的測(cè)試用例數(shù)除以總用例數(shù)的比率，結(jié)合開放缺陷數(shù)比例，共同用于評(píng)估產(chǎn)品整體功能質(zhì)量。

當(dāng)版本通過率和測(cè)試用例通過率達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，才允許發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

4? 結(jié)束語

基于車車通信的TACS是目前國(guó)際軌道交通業(yè)內(nèi)應(yīng)用于載客的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)最前沿的技術(shù)，TACS系統(tǒng)測(cè)試方案的完整性、測(cè)試設(shè)計(jì)的合理性顯得尤為重要，對(duì)相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)試結(jié)論將為TACS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支撐。本文探討基于車車通信的TACS系統(tǒng)功能、接口及性能測(cè)試平臺(tái)測(cè)試方案及測(cè)試評(píng)估，該方案已成功應(yīng)用于深圳20號(hào)線的系統(tǒng)測(cè)試。在該系統(tǒng)的后續(xù)測(cè)試方案優(yōu)化中，可考慮增加場(chǎng)景測(cè)試及故障測(cè)試，結(jié)合更多現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。

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