CN103631257B - 一种地铁列车信号系统自动化测试的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁列车信号系统自动化测试的方法及系统。本发明公开的方法及系统，基于速度发生器提供速度脉冲信号，基于轨旁、车载输入输出控制单元提供继电器动作，并且实现了二者的自动控制，完整仿真了CBTC系统的实际物理接口输入。并根据CBTC系统的运行状态实现了接口的自动控制，使得接口信息符合CBTC系统的逻辑检查原则，可被视为合法输入，在室内环境下仿真实现包括ATO列车自动驾驶模式在内的列车运行真实场景环境。

Description

一种地铁列车信号系统自动化测试的方法及系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种地铁列车信号系统自动化测试的方法及系统。

背景技术

随着城市轨道交通事业和信息技术的发展，基于通信的列车控制系统（CBTC系统）已成为当前国内外轨道交通行业的主流列车控制技术。CBTC系统是列车安全、高效运行的重要保障，有极高的安全性和可靠性要求。在CBTC系统上线运行前，需要进行大量的室内测试。仿真与测试设备需要为CBTC系统的室内测试搭建一个与现场测试尽可能一致的环境，对以下接口进行仿真：

1）列车物理运动仿真。需要在室内模拟列车的物理运动，为CBTC系统车载部分的传感器设备提供真实的速度信号、应答器报文。

2）列车占用仿真。需要在室内模拟列车的物理运动，为CBTC系统轨旁设备提供真实的列车区段占用状态输入。

3）司机操作与列车状态仿真。对列车控制系统和司机的人机接口仿真。

4）轨旁信号设备状态。对轨旁道岔、紧急停车按钮、自动折返按钮、信号机反馈等信号元素的采集。

现有技术中，针对CBTC系统的仿真与测试需求，普遍采用的机制为全软件仿真，且车载仿真设备与轨旁仿真设备相对独立，其基本原理为：

1）车载仿真设备。仿真功能由一台仿真计算机实现，内置列车运行仿真软件，可根据测试人员在软件上人工操作模拟列车的加速、减速和巡航过程。列车的速度、位移信息完全由软件模拟，仿真软件根据计算的列车速度和位移生成虚拟的CBTC系统车载传感器的速度和应答器报文。CBTC系统车载设备直接接收速度报文，并作为正式的速度采集信息处理。CBTC系统车载设备与列车控制器和司机的接口由实际的按钮、开关实现，CBTC系统采集按钮、开关的动作并做出反应，但按钮、开关必须由测试人员手工操作。

2）轨旁仿真设备。轨旁仿真计算机设计了人机界面，可根据测试人员的人工输入信息模拟计轴占用、道岔动作等信息。CBTC系统轨旁设备以报文的形式接收这些输入信息，并作为真实的输入信息处理，原有的采集功能屏蔽。

发明人在进行发明创造时，发现上述现有技术主要存在如下缺陷：

1）无法对CBTC系统的自动驾驶指令进行闭环检查。由于列车速度信号是软件根据人工输入的操作信息生成，未用到真实的速度信号发生单元，无法对CBTC系统输出的列车控制指令进行响应。这就造成了CBTC系统的列车自动驾驶功能无法在室内完成验证测试，需要占用大量的现场测试，严重影响了自动驾驶功能的稳定性和系统整体调试时间。

2）硬件接口无法得到有效验证。由于测试设备的输入为软件模拟生成的报文输入，造成CBTC系统的数据采集接口（如：速度信号采集、继电器状态采集等）无法得到有效测试。

3）CBTC系统车载与轨旁软件只能分别使用各自的仿真进行测试。由于计轴占用信息需要手工输入，与车载设备接收的列车的运动信息无法自动匹配，造成车载、轨旁两部分设备无法联合调试，无法仿真实现列车运行的实际场景。

4）无法进行自动化测试。由于计轴占用、道岔动作、信号机反馈、按钮操作等轨旁信号元素状态都需要手动输入，列车的驾驶动作也需要测试人员人工输入，针对CBTC系统的自动化测试无法开展。系统测试案例需要人工执行，限制了测试的时间与规模，降低了系统稳定性测试的强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种地铁列车信号系统自动化测试的方法及系统，极大的提高了CBTC系统测试的自动化程度和可信度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种地铁列车信号系统自动化测试的方法，该方法包括：

由轨旁输入输出控制单元采集列车控制系统CBTC输出的轨旁设备控制指令，由车载输入输出控制单元采集CBTC系统输出的车载设备控制指令；

由测试场景生成系统根据所述轨旁设备控制指令、车载设备控制指令以及速度发生器输出位移信息并结合预设的测试策略输出驱动指令至对应的轨旁输入输出控制单元、车载输入输出控制单元与速度发生器；

由所述轨旁输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出轨旁状态模拟信息至CBTC系统轨旁设备，由所述车载输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出列车控制电路与司机输入状态模拟信息至CBTC系统车载设备，由所述速度发生器发送速度脉冲至所述CBTC系统车载设备；完成地铁列车信号系统自动化测试。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于实体速度发生器提供速度脉冲信号，基于轨旁、车载输入输出控制单元提供继电器动作，并且实现了二者的自动控制，完整仿真了CBTC系统的实际物理接口输入。并根据CBTC系统的运行状态实现了接口的自动控制，使得接口信息符合CBTC系统的逻辑检查原则，可被视为合法输入，在室内环境下仿真实现包括ATO列车自动驾驶模式在内的列车运行真实场景环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种地铁列车信号系统自动化测试的方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种测试场景生成系统工作的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种地铁列车信号系统自动化测试的方法的示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种地铁列车信号系统自动化测试的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种地铁列车信号系统自动化测试的方法的流程图。如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤11、由轨旁输入输出控制单元采集列车控制系统CBTC输出的轨旁设备控制指令，由车载输入输出控制单元采集CBTC系统输出的车载设备控制指令。

步骤12、由测试场景生成系统根据所述轨旁设备控制指令、车载设备控制指令以及速度发生器输出位移信息并结合预设的测试策略输出驱动指令至对应的轨旁输入输出控制单元、车载输入输出控制单元与速度发生器。

具体来说，1）所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述轨旁输入输出控制单元包括：根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算轨旁信号元素动作状态；根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算列车位置偏移量，从而获得列车计轴占用状态；根据所述轨旁信号元素动作状态与所述列车计轴占用状态生成对应的驱动指令发送至所述轨旁输入输出控制单元；

2）所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述车载输入输出控制单元包括：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，计算列车控制电路与司机输入状态，并生成对应的驱动指令发送至所述车载输入输出控制单元；

3）所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述速度发生器包括：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，生成用于控制所述速度发生器转动的驱动指令，并输出至所述速度发生器。

其中，所述预设的测试策略中包括：列车初始化的时机与位置、列车错误状态的注入、轨旁设备的动作时机、轨旁采集信息的错误注入、轨旁驱动信息的错误注入。

在实际使用中，由人机接口管理单元接收用户输入的位置初始化指令、线路数据和预设的测试脚本并输出至所述测试场景生成系统。然后，由所述测试场景生成系统根据接收到的上述信息生成测试策略。

步骤13、由所述轨旁输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出轨旁状态模拟信息至CBTC系统轨旁设备，由所述车载输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出列车控制电路与司机输入状态模拟信息至CBTC系统车载设备，由所述速度发生器发送速度脉冲至所述CBTC系统车载设备；完成地铁列车信号系统自动化测试。

进一步的，还可以由所述测试场景生成系统发送车载设备报文至所述CBTC系统车载设备；所述测试场景生成系统根据CBTC轨旁设备的输出状态、列车位置信息及预设的测试策略生成应答器报文信息；所述测试场景生成系统根据所述速度发生器的转动信息及预设的测试策略生成测速雷达报文；所述测试场景生成系统将所述应答器报文信息与所述测速雷达报文作为车载设备报文发送至所述CBTC系统车载设备。

本发明实施例基于速度发生器提供速度脉冲信号，基于轨旁、车载输入输出控制单元提供继电器动作，并且实现了二者的自动控制，完整仿真了CBTC系统的实际物理接口输入。并根据CBTC系统的运行状态实现了接口的自动控制，使得接口信息符合CBTC系统的逻辑检查原则，可被视为合法输入，在室内环境下仿真实现包括ATO列车自动驾驶模式在内的列车运行真实场景环境。

实施例二

为了便于理解本发明，下面结合附图2-3对本发明实施例中所涉及的各个单元做详细介绍。

1、测试场景生成系统为本发明实施例中的核心控制部分，其工作流程图如图2所示，主要包含以下功能：

1）测试策略生成

根据人机接口管理单元传输的由用户输入的位置初始化指令、线路数据和测试脚本，生成实际执行的测试策略，测试策略包含了列车初始化的时机、位置、列车错误状态的注入、轨旁设备的动作时机、轨旁采集信息的错误注入、轨旁驱动信息的错误注入等功能，可以完整的体现测试人员的测试意图。

2）CBTC系统轨旁设备指令采集

根据轨旁输入输出控制单元采集到的硬件动作完成CBTC系统的轨旁控制指令采集（例如道岔控制指令、信号机点灯指令等）。

3）轨旁信号元素状态控制

根据采集到的CBTC系统的轨旁控制指令并结合测试策略，指挥轨旁输入输出控制单元驱动相关继电器，完成轨旁信号元素的动作模拟（例如：吸起道岔表示继电器、信号机灯丝回采继电器等）。

根据列车的位置信息并结合测试策略，指挥轨旁输入输出控制单元驱动相关继电器，完成车载位置报告到轨旁占用检查信息的协调处理（例如：吸起计轴（列车检测装置）占用状态继电器）。

4）CBTC系统车载设备指令采集

根据车载输入输出控制单元采集到的硬件动作完成CBTC系统的车载控制指令采集（例如牵引指令继电器、制动指令继电器等）。

5）列车控制接口输出

根据采集到的CBTC系统的车载控制指令并结合测试策略指挥车载输入输出控制单元继电器动作，给出列车控制电路和司机操作表示（例如：司机钥匙开关、车门状态输入等）。

6）速度发生器控制与检测

根据采集到的CBTC系统的车载控制指令并结合测试策略报文指挥实体速度传感器的速度发生器转动，同时采集位移信息更新列车位置。

7）报文控制

根据CBTC轨旁设备的输出的信号元素状态（例如：信号机状态、道岔动作等信息）以及列车的位置信息（可通过上述功能6）获得）和测试策略生成应答器报文信息。

根据速度发生器的转动信息并结合测试策略生成测速雷达报文。

2、人机接口管理单元

接收人机界面输入的信息，并提供给测试场景生成系统。

3、轨旁输入输出控制单元

其包括互连的继电器和驱动采集电路，负责采集CBTC系统轨旁设备输出的动作指令并按照测试场景生成系统发送的驱动命令动作相关继电器，将结果输出至CBTC系统轨旁设备。

4、车载输入输出控制单元

其包括互连的继电器和驱动采集电路，负责采集CBTC系统车载设备输出的动作指令并按照测试场景生成系统发送的驱动命令动作相关继电器，将结果输出至CBTC系统车载设备。

5、速度发生器

可以由控制器、数传电动和相关的速度传感器机械安装接口组成，负责按照测试场景生成系统发送的控制报文指挥电机转动，电机带动安装在中心轴孔上的速度传感器转动，模拟车轮实际的物理运动，同时提供位移信息给测试场景生成系统。

本发明实施例上述5个单元的实际工作流程可参见图3。其通过对原有技术缺陷的克服，解决了CBTC系统测试中存在的测试覆盖面不完全、无法进行室内综合测试和无法进行自动化测试的问题。极大的提高了CBTC系统测试的自动化程度和可信度，为CBTC系统的室内集成测试提供了一个很好的选择。

同时，本发明实施例的设计是基于通用的继电或模拟量接口，克服了原有的CBTC仿真与测试设备严重依赖CBTC系统内部报文，不同厂家的系统不能通用的缺陷。为轨道交通行业的CBTC系统标准化和互联互通提供了一个很好的自动化测试方法。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种地铁列车信号系统自动化测试的系统的示意图。如图4所示，该系统主要包括：

轨旁输入输出控制单元41，用于采集列车控制系统CBTC输出的轨旁设备控制指令；

车载输入输出控制单元42，用于采集CBTC系统输出的车载设备控制指令；

速度发生器43，用于输出位移信息；

测试场景生成系统44，用于根据所述轨旁设备控制指令、车载设备控制指令以及速度发生器输出位移信息并结合预设的测试策略输出驱动指令至对应的轨旁输入输出控制单元、车载输入输出控制单元与速度发生器；

所述轨旁输入输出控制单元41，还用于根据接收到的驱动指令输出轨旁状态模拟信息至CBTC系统轨旁设备；

所述车载输入输出控制单元42，还用于根据接收到的驱动指令输出列车控制电路与司机输入状态模拟信息至CBTC系统车载设备；

所述速度发生器43，还用于发送速度脉冲至所述CBTC系统车载设备。

进一步的，所述测试场景生成系统44包括：

第一驱动指令输出单元441，用于输出驱动指令至所述轨旁输入输出控制单元；具体的：根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算轨旁信号元素动作状态；根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算列车位置偏移量，从而获得列车计轴占用状态；根据所述轨旁信号元素动作状态与所述列车计轴占用状态生成对应的驱动指令发送至所述轨旁输入输出控制单元；

第二驱动指令输出单元442，用于输出驱动指令至所述车载输入输出控制单元；具体的：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，计算列车控制电路与司机输入状态，并生成对应的驱动指令发送至所述车载输入输出控制单元；

第三驱动指令输出单元443，用于输出驱动指令至所述速度发生器；具体的：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，生成用于控制所述速度发生器转动的驱动指令，并输出至所述速度发生器。

进一步的，所述测试场景生成系统44包括：车载设备报文发送单元444，用于发送车载设备报文至所述CBTC系统车载设备；具体的：所述测试场景生成系统根据CBTC轨旁设备的输出状态、列车位置信息及预设的测试策略生成应答器报文信息；所述测试场景生成系统根据所述速度发生器的转动信息及预设的测试策略生成测速雷达报文；所述测试场景生成系统将所述应答器报文信息与所述测速雷达报文作为车载设备报文发送至所述CBTC系统车载设备。

进一步的，该系统还包括：

人机接口管理单元45，用于接收用户输入的位置初始化指令、线路数据和预设的测试脚本并输出至所述测试场景生成系统；

所述测试场景生成系统44还包括：测试策略生成单元445，用于根据接收到的上述信息生成测试策略；其中，测试策略中包括：列车初始化的时机与位置、列车错误状态的注入、轨旁设备的动作时机、轨旁采集信息的错误注入、轨旁驱动信息的错误注入。

需要说明的是，上述系统中包含的各个单元所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种地铁列车信号系统自动化测试的方法，其特征在于，该方法包括：

由轨旁输入输出控制单元采集列车控制系统CBTC输出的轨旁设备控制指令，由车载输入输出控制单元采集CBTC系统输出的车载设备控制指令；

由测试场景生成系统根据所述轨旁设备控制指令、车载设备控制指令以及速度发生器输出位移信息并结合预设的测试策略输出驱动指令至对应的轨旁输入输出控制单元、车载输入输出控制单元与速度发生器；其中，所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述轨旁输入输出控制单元包括：根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算轨旁信号元素动作状态；根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算列车位置偏移量，从而获得列车计轴占用状态；根据所述轨旁信号元素动作状态与所述列车计轴占用状态生成对应的驱动指令发送至所述轨旁输入输出控制单元；所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述车载输入输出控制单元包括：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，计算列车控制电路与司机输入状态，并生成对应的驱动指令发送至所述车载输入输出控制单元；所述测试场景生成系统输出驱动指令至所述速度发生器包括：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，生成用于控制所述速度发生器转动的驱动指令，并输出至所述速度发生器；

由所述轨旁输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出轨旁状态模拟信息至CBTC系统轨旁设备，由所述车载输入输出控制单元根据接收到的驱动指令输出列车控制电路与司机输入状态模拟信息至CBTC系统车载设备，由所述速度发生器发送速度脉冲至所述CBTC系统车载设备；完成地铁列车信号系统自动化测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：由所述测试场景生成系统发送车载设备报文至所述CBTC系统车载设备；具体的：所述测试场景生成系统根据CBTC轨旁设备的输出状态、列车位置信息及预设的测试策略生成应答器报文信息；所述测试场景生成系统根据所述速度发生器的转动信息及预设的测试策略生成测速雷达报文；所述测试场景生成系统将所述应答器报文信息与所述测速雷达报文作为车载设备报文发送至所述CBTC系统车载设备。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

由人机接口管理单元接收用户输入的位置初始化指令、线路数据和预设的测试脚本并输出至所述测试场景生成系统；

由所述测试场景生成系统根据接收到的上述信息生成测试策略；

其中，测试策略中包括：列车初始化的时机与位置、列车错误状态的注入、轨旁设备的动作时机、轨旁采集信息的错误注入、轨旁驱动信息的错误注入。

4.一种地铁列车信号系统自动化测试的系统，其特征在于，该系统包括：

轨旁输入输出控制单元，用于采集列车控制系统CBTC输出的轨旁设备控制指令；

车载输入输出控制单元，用于采集CBTC系统输出的车载设备控制指令；

速度发生器，用于输出位移信息；

测试场景生成系统，用于根据所述轨旁设备控制指令、车载设备控制指令以及速度发生器输出位移信息并结合预设的测试策略输出驱动指令至对应的轨旁输入输出控制单元、车载输入输出控制单元与速度发生器；其中，所述测试场景生成系统包括：第一驱动指令输出单元，用于输出驱动指令至所述轨旁输入输出控制单元；具体的：根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算轨旁信号元素动作状态；根据所述轨旁设备控制指令及预设的测试策略，计算列车位置偏移量，从而获得列车计轴占用状态；根据所述轨旁信号元素动作状态与所述列车计轴占用状态生成对应的驱动指令发送至所述轨旁输入输出控制单元；第二驱动指令输出单元，用于输出驱动指令至所述车载输入输出控制单元；具体的：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，计算列车控制电路与司机输入状态，并生成对应的驱动指令发送至所述车载输入输出控制单元；第三驱动指令输出单元，用于输出驱动指令至所述速度发生器；具体的：根据所述车载设备控制指令及预设的测试策略，生成用于控制所述速度发生器转动的驱动指令，并输出至所述速度发生器；

所述轨旁输入输出控制单元，还用于根据接收到的驱动指令输出轨旁状态模拟信息至CBTC系统轨旁设备；

所述车载输入输出控制单元，还用于根据接收到的驱动指令输出列车控制电路与司机输入状态模拟信息至CBTC系统车载设备；

所述速度发生器，还用于发送速度脉冲至所述CBTC系统车载设备。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述测试场景生成系统包括：车载设备报文发送单元，用于发送车载设备报文至所述CBTC系统车载设备；具体的：所述测试场景生成系统根据CBTC轨旁设备的输出状态、列车位置信息及预设的测试策略生成应答器报文信息；所述测试场景生成系统根据所述速度发生器的转动信息及预设的测试策略生成测速雷达报文；所述测试场景生成系统将所述应答器报文信息与所述测速雷达报文作为车载设备报文发送至所述CBTC系统车载设备。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

人机接口管理单元，用于接收用户输入的位置初始化指令、线路数据和预设的测试脚本并输出至所述测试场景生成系统；

所述测试场景生成系统还包括：测试策略生成单元，用于根据接收到的上述信息生成测试策略；其中，测试策略中包括：列车初始化的时机与位置、列车错误状态的注入、轨旁设备的动作时机、轨旁采集信息的错误注入、轨旁驱动信息的错误注入。