一种列控系统测试序列的自动生成方法

摘要

本发明属于一种列控系统测试序列的自动生成方法，能够为测试序列的编制提供一个图形化的编辑环境，辅助编制人员完成测试序列的编写，并能自动生成WORD格式的测试序列文档以及供CTCS-3级列控系统仿真测试平台使用的XML脚本。主要由下列步骤组成：依据开始结束点从站场数据中提取出测试进路；构建案例依赖图；最优案例的确定，包括案例权值的确定以及依赖图内最长路径的确定；配合条件的添加。

说明书

技术领域

本发明涉及列车运行控制系统领域，涉及一种列控系统测试序列的自动生成方法。

背景技术

按照“先进、成熟、经济、适用、可靠”的要求，我国300km/h及以上高速铁路确定CTCS-3级列控系统作为全路统一技术平台体系，并兼容CTCS-2级列控系统实现动车组上下线运行。CTCS-3级列车运行控制系统是保证列车高速安全运行的重要装备，目前，它已在武广、郑西、沪杭、沪宁、京沪等300km/h高速铁路上得到成功应用。

为了验证CTCS-3级列控系统的功能是否满足技术规范的要求，以及保证列车在装备不同厂家的无线闭塞中心的线路上的不间断运行(跨线运行)，必须进行一系列的测试，包括实验室仿真测试、现场试验段测试、联调联试和互联互通测试等。

由于列控系统的现场测试不仅仅是一个单独设备的测试，而是需要整个列控系统的运转与配合，并且还需要铁路系统中的车辆、电务、供电、工务、运输等多部门进行协同配合。这样使得测试的复杂性大大提高，并将消耗大量的人力、物力与财力，并且具有一定的安全隐患。

现在CTCS-3级列控系统测试工作中所采用的测试序列均为人工方法编制(手工编制)，不仅序列编制的工作量大，对于编制人员的要求也较高，同时为了保证序列的正确性还需要进行反复的论证，费时费力效率低下。

发明内容

针对此情况，北京交通大学开发了测试序列自动生成系统，能够为测试序列的编制提供一个图形化的编辑环境，辅助编制人员完成测试序列的编写，并能自动生成WORD格式的测试序列文档以及供CTCS-3级列控系统仿真测试平台使用的XML脚本，大大减轻了编制测试序列的工作量。

本发明的目的是提供一种能够为CTCS-3级列控系统现场测试所需的测试序列的自动生成技术，该技术参考人工编制序列的方法，以CTCS-3级列控系统测试案例以及测试现场的线路条件为基础，采用一定的算法，自动生成现场测试所用的测试序列。该方法：1)输入为用户选择的测试案例集和测试现场线路条件；2)需要在序列生成过程中记录系统当前的状态(主要考虑车载设备状态)；3)依据添加的案例以及配合条件，更改车载设备的状态；4)输出为生成的测试序列集。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案是一种方法，具体如下：

一种列控系统测试序列自动生成方法，其主要由下列步骤组成：

1)通过提取测试进路来简化站场数据，从而从网络拓扑中提取出线性结构；

2)通过案例与测试进路上特殊点的匹配，来确定需要特殊线路条件的案例的测试地点，其他案例按照案例串接顺序确定测试地点；

3)构建案例依赖图，将有紧密联系的案例结合起来考虑；

4)通过计算案例权值来确定案例依赖图中各个联通分量之间的选择，对于连通分量之内的案例通过选择最长路径来确定案例连接顺序；

5)通过案例之间的状态匹配来确定需要添加的配合条件。

以下通过附图和相应的具体实施例进行说明和描述。

附图说明

图1CTCS-3级列控系统结构

图2：自动生成系统的总体结构

图3：测试进路的提取过程

图4：测试序列自动生成方法流程图

图5测试进路提取的示意图

具体实施例

CTCS-3级列控系统由地面子系统和车载子系统组成，其中地面子系统包括：应答器、RBC(Radio Block Centre，即无线闭塞中心)、轨道电路等；车载子系统包括：车载设备(车载主机、应答器接收模块等)、车载GSM-R无线系统等。CTCS-3级列控系统有别于传统的列控系统，它采用高可靠、高安全的GSM-R无线通信技术，实现了列车与地面之间稳定、连续、双向的数据通信。同时，CTCS-3级列控系统通过线路上铺设的应答器实现列车定位；利用轨道电路实现列车的占用与完整性检查。RBC根据列车位置、轨道占用信息以及来自联锁的进路信息等，动态生成行车许可MA(Movement Authority)，并通过GSM-R无线通信网络传输到车载设备；车载设备通过接收RBC的行车许可、线路参数和临时限速等信息，生成目标距离连续速度控制模式曲线，实时监控列车安全运行。CTCS-3级列控系统的结构如图1所示。

CTCS-3级列控系统的系统测试是一项综合的系统校核、确认、验证与完善的过程。采用先进的、全面的测试验证技术和手段，发现CTCS-3级列控系统设备在设计、施工中或者特殊条件下可能出现的潜在问题，并加以改进和完善。具体的测试内容包括如下几个方面：

1)实验室仿真测试，在结合实验室仿真测试环境下对CTCS-3级列控系统的关键设备、具体功能和系统接口进行的测试。可以用于实际设备运营前的完备测试，以及对运营设备的故障重现和故障查找等测试。

2)现场测试：在实验室仿真测试基础上，并且结合现场线路实际情况，在具体线路上进行的测试。这种测试方法可以通过对现场测试验证来优化所有系统接口之间的整体能力。主要包括：(1)调试并且优化系统的性能，验证是否符合设计要求；(2)测试并判断所有接口是否符合规定要求；(3)在故障的条件下对系统的性能进行试验等。

3)联调联试：主要是以CTCS-3级列控系统测试为主，辅以CTC和联锁系统进行测试与验证，包括对系统功能的测试、故障安全功能测试和系统接口关系的测试等。内容主要包括：(1)CTCS-3级列控系统功能测试；(2)CTCS2级列控系统功能测试；(3)跨线运行时对CTCS-3级列控系统兼容性测试；(4)跨线运行时对CTCS-2级列控系统兼容性测试.

4)互联互通测试，即跨线运行，即装备了不同设备供应商的车载设备的列车，在装备其它设备供应商的地面设备的线路上安全地不间断运行。该测试的内容主要包括：(1)注册与启动设备上电、列车唤醒、列车注册、输入列车数据、启动列车；(2)注销：列车驾驶室关闭，RBC注销列车，结束任务；(3)C2/C3级间转换；(4)行车许可：接发车进路、通过进路、区间闭塞分区、反向运行、侧线(接、发、通过)、MA缩短和延长；(5)模式转换：SB、OS、FS、CO、TR、PT模式间的转换；(6)MA缩短和延长；(7)人工解锁进路；(8)自动过分相；(9)降级运行：自动从C3降级到C2运行；(10)临时限速：站内(正线和侧线)、区间、多处，以及临时限速的设置和撤销；(11)RBC切换(包括单电台和双电台条件下的切换)。

CTCS-3级列控系统测试案例是依据黑盒测试的要求，并且结合我国铁路的客运专线和高速铁路运营和建设的需求进行编制的。

测试序列是一个用于指导现场测试的手册。它是测试人员按照既定的测试目的，以简便、高效为原则，根据测试案例之间的联系，将测试案例串联起来，成为一个可以使现场工作人员按照序列中的内容进行操作，从而完成测试的工具。最终达到将每一个测试案例在测试中都得到执行的目的。

一个测试序列中应包含以下内容：测试序列名称和编号、主要测试内容、试验时间；实验前提条件(列车初始位置，ATP设备的初始状态等)、列车进路设置；列车运行路径图(线路信号布置图、临时限速区段、故障区段设置、测试项目提示信息等)；测试的详细步骤(在每一步中列出司机操作、车上/地面人员的配合、车载设备模式的变化、测试预期结果等)。

以下详细介绍测试序列的自动生成方法：

该方法以测试案例为基本依据，结合现场条件，在测试序列的生成过程中尽量减少用户的交互操作。该自动生成方法的核心操作是依据当前系统状态(当前系统状态，即车载设备ATP状态)，结合线路条件(包括：线路长度、车站位置、站场拓扑结构、信号设备布置、线路限速、等级转换点、RBC切换点、分相区位置、应答器布置等)，在测试案例中选择最合适的一个案例，将其加入当前序列中，然后更新系统状态；重复这一过程直到测试案例集中的所有案例均被包括在内。

系统的总体结构如图2所示。

系统主要由案例数据管理、序列数据管理、站场数据管理、序列自动生成及管理模块、站场图绘制模块、文档生成模块组成，其核心部分为序列自动生成及管理模块。

其中：1)序列自动生成方法主要在序列自动生成及管理模块中实现，主要包括案例依赖图的确定、案例权值的确定、案例的串接、配合条件的添加以及案例测试地点的确定；2)测试进路的提取则在站场数据管理模块中实现。“序列自动生成方法”和“测试进路的提取”这两个模块构成了该自动生成方法的核心。

该生成方法涉及到测试案例以及线路条件，其具体处理方式以及自动生成方法将在下方阐述。

第一步：提取测试进路

为了明确提取过程，先对相关概念进行阐述：

1、线路条件

线路条件确定了现场测试时的线路状态，这对于序列的编制是一个限制条件，线路条件确定就意味着CTCS-3级列控系统的某些场景只能在确定的地点进行，也就是说与这些场景相关的测试案例就只能在这些点进行测试。

线路条件包括区间以及车站的条件，因此其构成了一个网状的拓扑结构，但在测试序列自动生成过程中并不需要考虑站场的拓扑结构，在车站的进路确定之后，测试列车就沿着一条纵向的进路前进，我们称这条完整的进路为测试进路，这样我们就只需要关心测试进路上相关的线路条件即可。

2、特殊点

将测试进路上能够进行固定场景称为特殊点，按照测试案例中所涉及的内容，定义特殊点为：RBC切换点、分相区、进站口、出站口、车站内、区间、轨道区段末端。

如下采用图3描述测试进路的提取过程。

第二步：选择测试案例

按照系统未来运行服务的线路对象(如：列车的运行路径、现场的线路条件)，为用户选定的测试案例集(待测案例)。

测试案例是测试的核心，其规定了需要进行的测试项目以及相应的测试方法，为了满足序列的自动生成技术，需要对其进行整理，以满足本生成方法的要求。

由于本生成方法针对现场测试序列，故需要对案例进行分类，将不能在现场进行测试案例进行剔除，只需考虑现场可以测试的案例。

第三步：定义系统状态和案例整理

为了规范测试工作，铁道部发布了《CTCS-3级列控系统测试案例V3.0》，其中的测试案例均为文本形式的描述，不能用于测试序列的自动生成。已发布的测试案例中主要包含案例的基本信息、起始条件(内部状态)、接口需满足的起始条件、测试步骤、测试步骤中使用的信息包、结束条件(内部状态)和接口结束条件这几个方面的内容。

为了使计算机能够进行自动生成工作，需要对案例进行规范化整理，为了配合本生成方法，下面对于案例整理工作中的相关概念进行如下阐述和定义：

案例信息中的基本信息：线路条件类、内部状态类、案例之间的关系类、测试步骤类以及执行范围。

1、线路条件类：测试案例所包含的线路条件类主要是用来说明该案例进行测试时所必须的线路条件，依据该线路条件，可用来确定案例的测试地点。这些线路条件与线路数据中的特殊点相对应。

2、内部状态类：分为两部分，包括案例的起始状态以及案例测试后的状态转换。

案例的起始状态主要用来确定案例衔接问题，选择案例时依据其内部状态与当前系统状态是否匹配以及其匹配程度，选择最优的案例，将其加入序列中。

案例测试后的状态转换主要用来确定该案例的测试对系统状态的影响，用来确定该案例测试后的系统状态，这样就完成了案例测试过程中系统状态的不断转换。

内部状态类并不是唯一确定最优案例的依据，确定最优案例应综合考虑案例的条件。

内部状态类中所包含的字段与系统状态中包含的字段一致。

3、案例之间的关系分为后继案例、包含案例和前驱案例，其内容主要是为确定案例之间的关系，并作为有紧密依赖关系的案例之间的选择依据。

后继案例：系统采用后继案例来体现案例之间的前后关系，即后继案例组成了案例之间的一种图形数据结构，可以叫做案例之间的依赖关系图，该图为非联通有向图，包含若干个联通分量。

包含案例：包含案例作为案例测试步骤中引用的案例的形式出现，系统中对于包含案例的处理方式为若对某案例进行测试，则其包含案例应一并进行测试。

前驱案例：若案例A为案例B的后继案例或包含案例，则案例B为案例A的前驱案例。

4、测试步骤用来指明该案例的测试过程以及其中需要的司机操作等。该部分主要用来向用户展示测试过程以及用来生成最后的测试文本时使用。

测试步骤类在选择下一个最优的测试案例时无需使用。

5、执行范围主要用来确定该案例最短的测试距离，用于将案例安排到线路上时确定案例测试结束后测试车辆的在线路上的位置，为前方线路条件的判断提供信息。

目前考虑执行范围分为点式及区段式，点式即该案例可在某个点上测试完成；区段式表示该案例的测试需要车辆走行一定的距离。该信息为估算值，其取值应为估计的最大值。

案例的整理过程主要依人工方式，首先需要依据上述5类信息中的具体项目，采用人工的方式在现有案例的文本描述中提取出相关信息，按照上述信息的内容整理成本方法所需的案例格式。

第四步：定义状态转换表

系统首先定义一张状态转换表，其中包含4项内容，起始状态、结束状态、权值和需进行的操作。这样，通过查询该状态转换表便可得到不同状态之间转换的代价以及要进行的操作。

这里的起始状态、结束状态指的是具体的状态信息，如FS模式、有链接信息等。该转换表可同时用于最优案例的确定以及案例之间配合条件的添加。

权值的确定依据不同状态转换之间的难易程度确定，越难进行的状态转换其权值越高，这样就可以将所有状态转换对应的权值相加，得到总的权值。

第五步：序列自动生成过程

本生成方法的基本思想为：依据列车前方线路状态以及当前车载设备(ATP)的状态，从测试案例集中选择一条最优的测试案例，将其加入到当前测试序列中、添加所需的配合条件并更新当前系统状态(定义为ATP状态以及列车前方线路条件)。该自动生成方法流程图4。

1、最优案例的确定

选择最优案例分为两类，案例依赖图中联通分量之内的选择和联通分量之间的选择。联通分量之内采用选择最长路径的方式，争取在一个序列中尽可能包含更多的案例；连通分量之间采用计算权值取最低的方式。

首先需要根据前方线路状态信息对未测案例进行筛选，首先将符合前方线路条件的案例抽取出来，最优案例应在这些案例中选择，这就保证了选出的案例一定满足现场的线路条件，即优先选择需要线路条件配合的案例。若根据前方线路条件未选出案例，则表明未测案例中没有需要该特殊点的案例，那就将列车当前位置前移过该特殊点，即在该特殊点处不安排测试案例。

系统状态：选定一些列控系统相关的项目，通过这些选定的项目，可以对整个CTCS-3级列控系统进行简化建模，这样就可以通过这些选定的项目，模拟出一个简化版的CTCS-3级列控系统，这样就可以通过对于系统状态的匹配，达到选择最优案例的目的。

对于案例权值的确定，由于系统状态中包含的项目较多，对于单个案例的前提条件可能不会关心全部的项目，这样就分为了3种情况，案例状态匹配、案例状态不匹配与案例状态不关心，在计算案例权值的时候对其进行分开考虑：将案例状态不匹配的项目相加可得到总的不匹配值。这样选择不匹配值最低的案例为最优案例。

由于案例的后续构成了案例依赖图中的各个联通分量，这样，就只能选择其后继案例中的某一案例。由于其是一张有向图，这样对于联通分量内的测试案例，将其进行统一考虑，选择出一条包含最多待测案例的路径，即选择最长路径。

2、配合条件的添加

依据该方案，配合条件可分为2部分内容：选定案例的测试步骤中包含的配合条件、为选定的案例创造测试的前提条件而添加的配合条件。

测试步骤中包含的配合条件可在案例选定后直接确定，不需要额外的操作。

创造前提条件而添加的配合条件一是系统依据案例前提条件与系统当前状态不匹配的项目而添加的，因此可描述为测试者对于列控系统(系统当前状态)所施加的影响。二是该测试案例本身要求设置的配合条件。

因此需要总结出每一个配合条件对于系统状态的影响，并能够依据所需状态的改变找到对应的配合条件。上述的信息可在状态转换表中得到，这就简化了配合条件添加的过程。

3、最终生成测试序列

测试序列中包含测试序列编号，主要测试内容，试验时间，站场图，实验前提条件，列车运行进路，地面配合条件，模式转换序列，测试步骤，覆盖的案例编号，期望结果等内容。

其中可以在生成序列的基础上进行站场图的绘制和相应文档的生成，具体如下：

站场图绘制：向编制者提供详细的站场，并依据编制出的序列在站场图上显示测试项目。

文档生成：根据序列自动生成出基于Word的文档，其中包括了基于Visio的站场图。

下面的内容结合“武广线武汉站至新咸宁之间的线路”之间的示例，其中测试案例选择分相区以及制动测试相关的若干个案例，具体详细描述自动生成方法：

第一步：提取测试进路

由于实际站场数据量较多，包括站场的dat文件和进路文件以及区间的线路数据文件，此处不再全部列出，给出图5作为测试进路提取的示意图：

第二步：选择测试案例

结合具体的线路条件等参考因素选择如下的测试案例，测试案例选择如下表所示：

表1测试案例选择表单

选取上述6个案例为待测案例，其中第一个与最后一个案例有线路条件要求，中间4个案例有前驱后继关系。

第三步：定义系统状态及案例整理

首先定义系统状态，因为系统状态包含项目较多，此处仅列出与上述案例相关的内容：系统状态包括以下内容：

表2：测试案例中的系统状态

依据上述状态可整理出案例的相关要求，为方便理解，此处采用文本形式描述：

表3：测试案例相关要求的文本描述形式

案例的后继状态此处就不再列出。

第四步：状态转换表

原状态后状态权值操作NPFS200完成SoM流程，转入FS模式FSCO50车站办理引导进路

表4：该示例需要的状态转换表项目

第五步：测试序列自动生成过程

自动生成过程之前，测试进路已提取，列车位于分相区之前足够距离，当前系统状态如下：

表5：当前的系统状态

此时对于案例进行匹配操作，因线路条件有分相区，因此最优案例为124.1，依据案例起始状态与当前系统状态比较，可知需要将模式从NP调整为FS，因此需添加“完成SoM流程，转入FS模式”的配合条件。该案例测试完成之后，当前系统状态如下：

C3FS已存储BXF之前车站...

表6：案例为124.1.测试完成之后系统状态

此时再对案例进行匹配，选择案例187.3，添加配合条件“车站办理引导进路”

该案例测试完成之后，当前系统状态如下：

表7：案例187.3完成之后的系统状态

此时选择案例69.1，因其有后继案例，故选择最长路径，级69.1→70.1→86.1。该路径无特殊要求，故可直接测试。

通过上述流程之后，待测案例只剩下69.2，因为其有前驱案例，故需要将69.1再次加入到案例集中。再次选择69.1→69.2，完成测试序列的生成。

最后生成的测试序列简要描述为：成SoM流程，转入FS模式→124.1→车站办理引导进路→187.3→69.1→70.1→86.1→69.1→69.2

以上所述仅仅是本发明的几种具体实施例，以上实施例仅用于对本发明的技术方案和发明构思作说明而非限制本发明的权利要求范围。