CN114987796A - 基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法，包括用户管理模块、工程管理模块、模型构建模块、基础运行模块、评估比较模块，通过模型构建模块构建的综合模型包括显示元素模型、测试用例模型和条件约束模型；其中显示元素模型采用UML概要图建模，测试用例模型采用UML状态机图建模，条件约束模型采用对象约束语言OCL建模；通过基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法将测试内容、测试用例以及测试约束模型化，模型化后即可实现对座舱显示系统的自动化测试，继而可以解决座舱显示系统传统测试过程中采用手动构造测试场景，人为判别测试结果存在的效率低、错误率偏高的问题。

Description

基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法

技术领域

本发明属于飞机座舱显示系统测试技术领域，尤其是涉及基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法。

背景技术

随着航空仪表显示系统的发展，传统的圆盘机械仪表已被电子仪表所代替，发展成为“玻璃显示”，所有主飞行信息综合显示布置在驾驶舱主仪表板的显示器上，飞行员可以通过菜单、手动控制等不同方式来访问与管理信息，座舱显示系统作为航电系统重要的一部分，需要满足国际安全标准所设定的安全性要求。

传统的座舱显示系统测试所采取的方式常常是手动构造不同的飞行场景，人工依据安全规范标准逐条进行目视检查；当测试的场景数量非常大时，或者座舱显示系统在不同测试场景下显示的信息有很大差异时，采用传统的检查方法会出现效率低、错误率偏高、结果难以溯源等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法，以解决上述背景中提出的问题。

为解决上述问题，本发明提供基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统，该平台包括以下部分：

用户管理模块，用于对使用该测试平台的测试工程师进行管理；其包括有用户添加单元、用户删除单元以及权限设定单元；

工程管理模块，用于管理测试平台开展的不同测试项目，并将测试报告与测试项目进行关联；其包括有项目新建单元、项目启动单元以及项目报告单元；

模型构建模块，用于选取不同的建模语言和方法进行构建综合模型，其包括有显示元素模型构建单元、测试用例模型构建单元、条件约束模型构建单元；

基础运行模块，用于通过执行不同的测试场景刷新座舱显示系统测试元素，同时捕获座舱显示系统测试元素的信息；其包括有测试场景处理单元、仪表驱动接口单元、图像采集存储单元；

评估比较模块，用于将座舱显示系统显示元素的实际值与期望值对比；其包括有图像信息抽取单元、图像数据填充单元、条件约束比较单元。

优选的，通过模型构建模块构建的综合模型包括显示元素模型、测试用例模型、条件约束模型，其中显示元素模型采用UML概要图，测试用例模型采用UML状态机图，条件约束模型采用对象约束语言OCL建模；

本发明还提供基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，包括以下步骤：

步骤1、分析测试内容和需求，主要分析座舱显示系统测试元素的测试要求；

步骤2、搭建综合模型：模型构建模块的显示元素模型构建单元根据座舱显示系统测试元素的特征建立显示元素模型，模型构建模块的测试用例模型构建单元根据测试评估需求构建测试用例模型，模型构建模块的条件约束模型构建单元根据安全规范和测试需求搭建条件约束模型；

步骤3、创建测试场景：对测试用例模型处理生成模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本，模拟飞行软件JSBSim根据测试脚本创建用于座舱显示系统测试元素测试的场景数据；

步骤4、测试元素数据刷新：基础运行模块的测试场景处理单元使用测试场景数据驱动座舱显示系统测试元素的刷新；

步骤5、测试元素捕获与存储：基础运行模块的图像采集存储单元捕获座舱显示系统测试元素的变化，并对采集到的图像进行存储；

步骤6、数值比较与报告生成：评估比较模块的图像信息抽取单元利用图像处理与字符识别技术提取步骤5中得到的图像信息，评估比较模块的图像数据填充单元将获得的图像信息实际值填充至步骤2提前构建好的显示元素模型的属性中，评估比较模块的条件约束比较单元将显示元素模型的实际值与条件约束模型的约束期望值进行比较并生成测试结果。

优选的，在步骤2中显示元素模型可由专业的座舱仪表显示系统设计软件VAPS XT得到，VAPS XT软件生成座舱显示系统测试元素的映射文件，映射文件采用扩展标记语言XML，由映射文件的信息得到显示元素模型。

步骤2中显示元素模型包含四类，分别为基础组件、复杂组件、容器组件以及交互组件，基础组件是其他三种组件类型的核心，包含标签、箭头、颜色、矩形框、三角形框、直线、圆、半圆弧；复杂组件由基础组件构成，是多个组件相互集成的结果，例如在主飞行显示界面中包含空速指示器、高度表、航向指示器、测角仪；容器组件包含闪烁容器、转换容器、旋转容器；交互组件可实现飞行员通过驾驶舱内的按键，旋钮，功能键盘，以及触摸板与座舱显示系统测试元素进行交互，由输入框、按钮、下拉框、滑片、单选框、多选框组成。

步骤3中测试用例模型包含直接影响座舱显示系统变化的重要状态，例如爬升、巡航、下降、进近，条件约束模型定义每个状态的预期值和座舱显示系统测试元素的安全规范标准，其模型建立在显示元素模型的属性中。

优选的，在步骤3中对测试用例模型处理生成模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本的具体步骤为：

S1、对测试用例模型UML状态机图进行展平化处理，由状态机生成展平状态机；

S2、采用N+测试策略由展平状态机生成相应的转换树，根据转换树产生往返全覆盖的测试路径；

S3、测试工程师根据测试路径编写模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本；

优选的，在步骤4中基础运行模块的测试场景处理单元使用数据描述文件的方式和共享内存的方法，使模拟飞行软件JSBSim和座舱显示系统进行交互；

优选的，在步骤5中基础运行模块的图像采集存储单元采用实体相机或屏幕截图器，图像采集存储单元的捕获间隔为状态模式，在状态模式下，基础运行模块的图像采集存储单元在特定标记状态捕获图像，捕获后的图像标记对应的时间戳信息，由捕获的时间顺序进行存储。

优选的，在步骤6中评估比较模块的图像信息抽取单元对图像进行处理的步骤为：

a1、对图像整体进行灰度化处理；

a2、根据显示元素模型提供的坐标对采集到的图像进行分割；

a3、对分割后的图像进行缩放以增加字符之间的距离；

a4、对缩放后的图像进行二值化处理，使背景变成白色，字符变成黑色；

a5、对二值化后的图像进行形态变化处理，采用侵蚀和膨胀操作；

a6、采用字符识别软件库Tesseract对处理后的图像进行字符信息识别。

本发明提供的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统及方法带来了以下有益效果：

首先通过基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法将测试内容、测试用例以及测试约束模型化，模型化后即可实现对座舱显示系统的自动化测试，继而可以解决座舱显示系统传统测试过程中采用手动构造测试场景，人为判别测试结果存在的效率低、错误率偏高的问题。

其次，采用测试报告和存储至本地的图像解决了传统测试过程中难以克服的测试结果溯源的问题，该测试方法针对测试不合格的测试项，采用标签标记的方式进行管理以方便测试工程师查看。

然后，测试平台利用模型化的方式加强了其通用性，可以实现测试工程师对多种显示方案、多型号机型座舱显示系统的测试。最后该平台提高了座舱显示系统的开发效率，缩短了整个系统生命周期，同时也降低了项目的后期风险，增强了项目的可控性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明提供的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统框图；

图2为本发明提供的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试流程图；

图3为本发明提供的飞机转向控制部分测试用例模型UML状态机示意图；

图4为本发明提供的由测试用例模型生成测试路径流程图；

图5为本发明提供的测试路径处理算法示意图；

图6为本发明提供的模拟飞行软件与仪表程序数据交互示意图；

图7为本发明提供的图像信息处理流程图；

图8为本发明提供的图像信息处理算法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统，平台框图如图1所示，平台采用Java编程语言结合Eclipse提供的建模框架EMF（Eclipse Modeling Framework）进行开发，采用面向对象的思想和模块化的构建功能模块单元，其包含用户管理模块、工程管理模块、模型构建模块、基础运行模块以及评估比较模块。

用户管理模块，包含用户添加单元、用户删除单元以及权限设定单元，通过该模块可实现对该测试平台用户的添加、删除以及权限管理。

工程管理模块，包含项目新建单元、项目启动单元以及项目报告单元，通过该模块可管理测试平台开展的不同测试项目，并将测试报告与测试项目进行关联。

模型构建模块，包含显示元素模型构建单元、测试用例模型构建单元、条件约束模型构建单元；用于选取不同的建模语言和方法对综合模型进行构建。

基础运行模块，包含测试场景处理单元、仪表驱动接口单元、图像采集存储单元；用于通过执行不同的测试场景刷新座舱显示系统测试元素，同时捕获座舱显示系统测试元素的信息。

评估比较模块，包含图像信息抽取单元、图像数据填充单元、条件约束比较单元；用于将座舱显示系统显示元素的实际值与期望值对比。

本发明还提出基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，该方法通过构建显示元素模型、测试用例模型以及条件约束模型实现对座舱显示系统测试的模型化，根据相应模型完成对整个飞机座舱显示系统显示元素从设计、运行、到评估的三个环节。

请参阅图2，具体步骤如下：

步骤一、分析测试内容和需求，主要分析座舱显示系统测试元素的测试要求，例如元素的颜色、大小、字体、响应时间，同时结合元素的安全规范条例对测试内容和需求进行扩充，如安全条例中所规范的元素位置。

步骤二、搭建综合模型：综合模型主要包括显示元素模型、测试用例模型、条件约束模型；其中模型构建模块的显示元素模型构建单元可根据座舱仪表显示系统设计软件VAPS XT导出的座舱显示系统测试元素的映射文件得到显示元素模型，映射文件采用扩展标记语XML语言描述元素的位置、方向、变量类型、属性信息，模型构建模块的测试用例构建单元用于建立测试用例模型，测试用例模型采用UML状态机图描述了各种状态信息以及状态与状态之间的转换条件，例如图3所示的飞机转向控制部分测试用例模型UML状态机示意图，示意图中当飞机在地面滑行时，显示判断转向状态的内容，内容由左转，右转以及直行三个选项；在直行状态执行过程中，根据转向轮的角度对其转向进行调整，转向角度大于0度小于90度时，执行右转使其恢复至直行状态，转向角度大于-90度小于0度时，执行右转使其恢复至直行状态；对于左转和右转状态与直行过程类似，在左转或右转过程中会判别转向轮的角度是否在对应的范围内，如果不在范围内，则继续执行对应的转向状态，如果在范围内，则该状态执行结束。

模型构建模块的条件约束模型构建单元根据测试需求和安全标准建立 条件约束模型，采用对象约束语言OCL，对象约束语言OCL是一种在模型中广泛应用的文本语言，为了方便测试工程师编写，采用了支持速记方式的对象约束语言OCL语法，而不是使用对象约束语言OCL表达式，使用极其简化的方式构建座舱显示系统测试元素的约束期望值。

AirspeedTap显示元素模型如下：

<

xml version="1.0"encoding="UTF-8"

>

<object name="AirspeedTape" class="TapeCircular">

<model>

<prop name="IsVisible">TRUE</prop>

<xyprop name="Position" x="392" y="377"/>

<prop name="Value">0</prop>

<prop name="ValuePerRevolution">10000</prop>

<structprop name="DisplayArea">

<field name="Left">-2300</field>

<field name="Bottom">-5000</field>

<field name="Right">2300</field>

<field name="Top">6500</field>

</structprop>

<xyprop name="Motion" x="0" y="128571"/>

<xyprop name="Size" x="111" y="26"/>

</model>

</object>

条件约束模型示例如下：

--Standing

context Aircraft inv: self.oclIsInState(Standing) andself.airspeedtape.airspeed>=0 and self.airspeedtape.airspeed<=10

--Taxiing

context Aircraft inv: self.oclIsInState(Taxiing) andself.airspeedtape.airspeed>=10 and self.airspeedtape.airspeed<=60

--TakeOff

context Aircraft inv: self.oclIsInState(TakeOff) andself.airspeedtape.airspeed>=40 and self.airspeedtape.airspeed<=200

--Climb

context Aircraft inv: self.oclIsInState(Climb) andself.airspeedtape.airspeed>=60 and self.airspeedtape.airspeed<=200

步骤三、创建测试场景，模拟飞行软件JSBSim根据测试脚本创建用于座舱显示系统测试元素测试的场景数据；具体步骤如图4所示，首先对测试用例模型UML状态机图进行展平化处理，即由状态机生成展平状态机；然后采用N+测试策略由展平状态机生成相应的转换树，之后采用如图5的算法，该算法首先选择初状态并将其标记为转换树的根节点，然后如果目标状态为非终端，则创建一个新的节点，这个新的节点对应一个事件，记录新节点相关的信息，之后如果新节点已经由其他节点表示，或它是最终状态，则将其标记为终端节点，最后重复上述步骤，直到所有节点都标记为终端节点，步骤结束后，将生成一组具有端到端测试场景的测试路径，最后测试工程师根据测试路径编写模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本。

步骤四、测试元素数据刷新，首先判断测试脚本是否执行完毕，如果执行完毕，则跳至步骤六，如果未执行完毕，则模拟飞行软件JSBSim运行相应的测试脚本产生对应的测试场景和数据，基础运行模块的仪表驱动接口单元采用共享内存的方法将驱动座舱显示系统测试元素的刷新，具体方法参考图6，首先在模拟飞行软件JSBSim和座舱显示系统测试元素程序的逻辑内存区外开辟一块共享内存，然后模拟飞行软件JSBSim将产生的测试数据写入到共享内存区，最后座舱显示系统测试元素程序根据共享内存区的测试数据驱动相应的测试元素信息的刷新。

步骤五、测试元素捕获与存储，在测试元素数据刷新的同时，基础运行模块的图像采集存储单元采用实体相机或屏幕截图器以特定节点状态对测试元素显示画面进行采集，并将采集到的图像以时间的先后顺序存储至本地磁盘；循环执行上述步骤，直到飞行脚本运行完毕，即可获得全部的座舱显示系统测试元素的更新图像。

步骤六、测试元素评估比较，由于座舱显示系统测试元素的实际变化信息均以图像的形式保存，故可以提取图像中的数据信息并与模型中的约束期望值对比，即可实现测试元素的评估比较。采集的图像以时间帧的形式存储在磁盘中，对于存储的图像，首先需要判断存储的图像是否处理完毕，如果处理完成，则跳至步骤七，如果未处理完毕，则评估比较模块的图像信息抽取单元先抽取一帧图像字符的信息，详细过程如图7所示，包含两部分，一是图像预处理，二是字符识别。图像预处理的目的是保证字符识别的准确度，具体方法为首先是对图像整体进行灰度化处理

，然后根据显示元素模型提供的坐标对于采集到的整体图像进行图像截取，之后对截取的图像进行缩放以增加字符之间的间距，再进行图像二值化处理，使背景变成白色，字符变成黑色，然后对二值化后的图像进行形态变化处理，包含侵蚀和膨胀操作，最后采用开源的Tesseract库对预处理后的图像进行字符信息识别，即可获得一帧的图像数据，相关算法如图8所示。

在获得一帧的图像信息后，评估比较模块的条件约束比较单元将座舱显示系统测试元素的实际显示值与条件约束模型中的约束期望值进行比较，如果实际显示信息与期望信息一致，则该测试项合格，反之不合格，对不合格的测试项标记对应的图像，以方便后续对测试失效原因的分析，最后将该测试结果写入至测试报告中，至此一帧图像数据处理完毕，循环执行，直到所有图像帧处理完毕，即可获得一份完整的测试报告。

步骤七、导出测试报告，工程管理模块的项目报告单元可对测试报告进行管理，测试报告主要包含测试项类别、测试结果、失效信息标记、以及测试时间基本信息，信息存储至数据库，在测试完成后，即可导出相应的测试报告。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统，其特征在于：包括用户管理模块，用于对使用测试平台的测试工程师进行管理；其包括有用户添加单元、用户删除单元以及权限设定单元；

工程管理模块，用于管理测试平台开展的不同测试项目，并将测试报告与测试项目进行关联；其包括有项目新建单元、项目启动单元以及项目报告单元；

模型构建模块，用于选取不同的建模语言和方法进行构建综合模型，其包括有显示元素模型构建单元、测试用例模型构建单元、条件约束模型构建单元；

基础运行模块，用于通过执行不同的测试场景刷新座舱显示系统测试元素，同时捕获座舱显示系统测试元素的信息；其包括有测试场景处理单元、仪表驱动接口单元、图像采集存储单元；

评估比较模块，用于将座舱显示系统显示元素的实际值与期望值对比；其包括有图像信息抽取单元、图像数据填充单元、条件约束比较单元。

2.根据权利要求1所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试系统，其特征在于：通过模型构建模块构建的综合模型包括显示元素模型、测试用例模型和条件约束模型；其中显示元素模型采用UML概要图进行建模，测试用例模型采用UML状态机图进行建模，条件约束模型采用对象约束语言OCL建模。

3.基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、分析座舱显示系统测试元素的测试要求；

步骤2、搭建综合模型：根据座舱显示系统测试元素的特征建立显示元素模型，根据测试评估需求构建测试用例模型，根据安全规范和测试需求搭建条件约束模型；

步骤3、创建测试场景：对测试用例模型处理生成模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本，模拟飞行软件JSBSim根据测试脚本创建用于座舱显示系统测试元素测试的场景数据；

步骤4、测试元素数据刷新：基础运行模块的测试场景处理单元利用测试场景数据驱动座舱显示系统测试元素的刷新；

步骤5、测试元素捕获与存储：基础运行模块的图像采集存储单元捕获座舱显示系统测试元素的变化，并对采集到的图像进行存储；

步骤6、数值比较与报告生成：评估比较模块的图像信息抽取单元利用图像处理与字符识别技术提取步骤5中得到的图像信息，评估比较模块的图像数据填充单元将获得的图像信息实际值填充至步骤2提前构建好的显示元素模型的属性中，评估比较模块的条件约束比较单元将显示元素模型的实际值与条件约束模型的期望值进行比较并生成测试结果。

4.根据权利要求3所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：在步骤2中显示元素模型由座舱仪表显示系统设计软件VAPS XT得到，VAPS XT软件生成座舱显示系统测试元素的映射文件，映射文件采用扩展标记语言XML，由映射文件的信息可得到显示元素模型。

5.根据权利要求3所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：在步骤3中，对测试用例模型处理生成模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本的具体步骤为：

S1、对测试用例模型UML状态机图进行展平化处理；

S2、采用N+测试策略由展平状态机生成相应的转换树，根据转换树产生往返全覆盖的测试路径；

S3、测试工程师根据测试路径编写模拟飞行软件JSBSim可执行的测试脚本。

6.根据权利要求3所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：在步骤4中，基础运行模块的测试场景处理单元使用数据描述文件的方式和共享内存的方法，使模拟飞行软件JSBSim和座舱显示系统进行交互。

7.根据权利要求3所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：在步骤5中基础运行模块的图像采集存储单元采用实体相机或屏幕截图器。

8.根据权利要求3所述的基于综合模型的飞机座舱显示系统测试方法，其特征在于：在步骤6中，评估比较模块的图像信息抽取单元对图像进行处理的步骤为：

a1、对图像整体进行灰度化处理；

a2、根据显示元素模型提供的坐标对采集到的图像进行分割；

a3、对分割后的图像进行缩放以增加字符之间的距离；

a4、对缩放后的图像进行二值化处理，使背景变成白色，字符变成黑色；

a5、通过侵蚀和膨胀操作对二值化后的图像进行形态变化处理；

a6、采用字符识别软件库Tesseract对处理后的图像进行字符信息识别。

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