一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统

摘要

本发明涉及一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统，所述的测试系统包括离线工具、车载仿真模块和轨旁仿真模块；所述的离线工具，用于将不同线路的数据处理合并为一个线路的数据，供车载仿真模块和轨旁仿真模块使用；所述的车载仿真模块，用于仿真车辆与信号之间的接口，同时发送列车的实时位置到轨旁仿真模块，以便于轨旁仿真模块计算计轴的占用和出清状态；所述的轨旁仿真模块，用于仿真道岔、信号机、SDD、屏蔽门、ESP、SPKS的轨旁设备，同时发送轨旁设备的实时状态到车载仿真模块，所述的车载仿真模块使用轨旁仿真模块的实时状态来跑车并筛选信标。与现有技术相比，本发明具有可扩展性强、综合性强和通用性强等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及信号系统测试领域，尤其是涉及一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统。

背景技术

随着我国轨道交通行业的蓬勃发展，CBTC信号系统在国内已经成熟且在很多城市都有着实际的应用，国内很多信号厂商都具备了开通CBTC信号系统的能力。近几年，为了提高不同线路的资源利用率等原因，很多城市都对轨道交通信号系统提出了互联互通的要求。互联互通要求不同厂商的信号系统在不同的线路上能够共线、跨线运营，因此更加复杂；为了保证互联互通信号系统的安全稳定运行，在现场开通之前，需要在室内实验室搭建互联互通信号系统的测试平台，以便能够对信号系统进行充分的测试。

在现有的技术中，有些国内信号厂家已经实现了一些互联互通信号系统的测试技术，但存在以下缺点：

1)测试平台提供统一的硬件接口平台及接线盒，满足各厂家车载信号的生成以及硬线接口的快速接入，这种方案具有理论上的可行性，如果不同厂家使用的是同一个型号的速度传感器与应答器天线，这种方案完全可行；但实际中，如果不同厂家的速度传感器型号与应答器天线型号差别很大且对这种信号特征保密，这种方案也具有一定的局限性，单一厂家开发的VOBC仿真器很难满足不同厂家的需求。

2)测试平台提出了一种互联互通跨线的轨旁设备仿真技术，这种技术对多个线路采用多个轨旁设备仿真软件，且不同线路的轨旁设备器之间需要通信；这种技术的缺点在于不同线路的轨旁设备相互之间需要通信，系统相对比较复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统，该测试系统一端连接互联互通不同线路的数据，其中数据包括系统数据、车载数据、LEU数据和联锁数据，另一端连接被测信号系统，所述的测试系统包括离线工具、车载仿真模块和轨旁仿真模块；

所述的离线工具，用于将不同线路的数据处理合并为一个线路的数据，供车载仿真模块和轨旁仿真模块使用；

所述的车载仿真模块，用于仿真车辆与信号之间的接口，同时发送列车的实时位置到轨旁仿真模块，以便于轨旁仿真模块计算计轴的占用和出清状态；

所述的轨旁仿真模块，用于仿真道岔、信号机、SDD、屏蔽门、ESP、SPKS的轨旁设备，同时发送轨旁设备的实时状态到车载仿真模块，所述的车载仿真模块使用轨旁仿真模块的实时状态来跑车并筛选信标。

优选地，所述的离线工具包括仿真机车离线工具、信标离线工具和仿真轨旁离线工具。

优选地，所述的车载仿真模块包括仿真驾驶台和仿真机车，所述的仿真机车离线工具和信标离线工具连接仿真机车。

优选地，所述的轨旁仿真模块包括仿真轨旁设备，所述的仿真轨旁离线工具连接仿真轨旁设备。

优选地，所述的测试系统中的网络包括安全网、非安全网以及测试网，其中安全网为红蓝网，非安全网为深灰和浅灰网，所述的被测信号系统通过连接到安全网或者非安全网上进行互相通信，所述的仿真轨旁设备通过连接到安全网和非安全网与联锁通信，所述的仿真机车和车载CC之间通过真实的硬线连接，所述的测试系统的其余部分通过测试网连接并进行相互之间的通信。

优选地，所述的仿真驾驶台用于仿真实际线路中的驾驶台，包括仿真钥匙KSON、方向手柄、牵引制动手柄、开关门按钮以及与驾驶模式操作相关的按钮，所述的仿真驾驶台为运行在PC机上的模拟软件，通过测试网连接仿真机车，将测试人员的操作命令下发给仿真机车，由仿真机车处理；同时接收仿真机车发送的按钮状态信息。

优选地，所述的仿真机车离线工具用于将互联互通多个线路的车载数据合并，包括道岔Point、信号机Signal、信标Beacon和Block信息，并处理两个线路临界处的Block链接关系，以便于车能够从线路A跨到线路B上，最终输出相应文件供仿真机车读取。

优选地，所述的信标离线工具用于将多个线路的LEU数据合并，并根据LEU数据生成信标筛选文件，所述的信标离线工具离线处理好LEU数据供仿真机车读取。

优选地，所述的仿真机车用于实现的功能包括：

初始化阶段读取仿真机车离线工具和信标离线工具生成的离线文件；

实时接收仿真驾驶台发送的各种命令；

根据仿真驾驶台或者车载CC发送的加速度命令实时计算每周期的位移并转换成脉冲信号发给车载CC，用于模拟编码里程计的功能；

根据每周期的位移计算列车经过的位置，根据线路地图查询本周期是否经过信标，如果经过信标，则生成信标波形发送给车载CC，用于模拟信标天线的功能；

模拟车载的输入输出IO功能；

实时将列车位置发送给仿真轨旁设备，仿真轨旁设备根据列车位置实时计算计轴的占用和出清信息；

实时从仿真轨旁设备接收道岔和信号机的状态信息，用于跑车和信标的筛选。

优选地，所述的仿真轨旁离线工具用于将多个线路的系统数据和联锁数据合并，并将系统数据和联锁数据中的轨旁设备对应起来，包括道岔Point、信号机Signal、SDD、屏蔽门PSD、ESP和SPKS信息，最终输出相应的文件供仿真轨旁设备读取；

所述的仿真轨旁设备用于实现的功能包括：

初始化阶段读取仿真轨旁离线工具生成的轨旁设备信息；

接收仿真机车发送的实时列车位置信息，计算计轴的占用出清信息；

发送道岔、信号机等轨旁设备的状态信息给仿真机车；

接收联锁发送来的输出码位状态，仿真道岔机、信号机模型，计算联锁的输入码位状态并发送给联锁。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可扩展性强，测试系统将测试平台主要分为车载仿真和轨旁仿真两部分，通过定义车载仿真和轨旁仿真之间的接口，各个厂家可以分别开发不同的部分并通过统一的接口进行集成；因为不同厂家所使用的速度传感器和信标天线可能不一样，如果某个厂家不愿意公开自己的车载接口的信号特征，可以自己开发自己的车载仿真部分，并和其他厂家开发的轨旁仿真进行集成，从而更好地对互联互通信号系统进行测试。

2、综合性强，测试系统将互联互通多个线路的数据通过离线工具进行处理，将多个线路数据合并为一个线路，从而可以将互联互通多个线路看作某个单一线路的延长，从而可以用测试非互联互通信号系统的方法来测试互联互通信号系统。相比于不同线路采用不同的仿真轨旁设备，该方法更简单，综合性更强。

3、通用性强，测试平台只是定义了系统的组成部分以及各个部分之间的接口，具体到每个部分的实现，各个厂家可以有自己的不同，譬如A厂家可以开发自己的车载仿真，B厂家可以开发轨旁仿真，双方通过统一的接口进行集成，共同完成互联互通测试平台的搭建，以进行互联互通信号系统的测试。相比于其他方法，该方法扩展性、通用性更强。

附图说明

图1是本发明测试系统的结构示意图；

图2是本发明测试方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明一种轨道交通互联互通信号系统的测试系统，该测试系统主要分为离线工具、车载仿真和轨旁仿真三部分，并定义了车载仿真和轨旁仿真两部分之间的通信接口，这样车载仿真和轨旁仿真可以由不同的厂家分别开发，通过统一的接口进行集成。同时通过离线工具将不同的线路合并为同一个线路，这样不同的线路就可以采用同一个仿真轨旁设备软件，不需要考虑跨线过程中不同仿真轨旁设备之间的通信问题，该方法更简单且综合性更强。

如图1所示，本发明轨道交通互联互通信号系统的测试系统，具体如下：

1)本发明测试系统的测试平台部分主要分为离线工具、车载仿真和轨旁仿真三部分。离线工具分为仿真机车离线工具，信标离线工具、仿真轨旁离线工具，生成的数据供仿真机车、仿真轨旁设备使用。仿真机车发送列车的实时位置到仿真轨旁设备，以便于仿真轨旁设备计算计轴的占用和出清状态；仿真轨旁设备发送道岔、信号机等轨旁设备的实时状态到仿真机车，仿真机车使用这些轨旁设备的状态来跑车并筛选信标。

2)本测试系统的主要原理是通过将互联互通不同线路的数据(系统数据、车载数据、LEU数据、联锁数据等)通过离线工具处理合并为一个线路的数据，从而可以当成一条线路来处理。例如，线路A和线路B进行互联互通，线路A(线路ID为a)有m个信号机(编号为1-m)，线路B(线路ID为b)有n个信号机(编号为1-n)，如果不处理，简单地将两个线路的数据进行合并，则信号机的ID会有重复的情况，所以可以将所有线路设备的ID重新处理为newID＝10000*lineID+oldID。这样所有的ID就不再会重复，从而在测试平台端可以将两个线路合并为一个线路处理。这里所讨论的ID一般是各个厂商内部使用的ID，其实互联互通对所有的设备编制了一个互联互通ID，这个互联互通ID对所有的线路也是唯一的，之所以不使用这个ID，一方面互联互通ID由于信息丰富，所以更复杂，可读性不强，而测试平台其实不需要使用那么多的信息，一般只关心线路ID和内部使用的较小ID；另一方面是因为信标等设备并没有互联互通ID，所以用上述方法统一处理。上述提到的ID处理方法只是一个举例，也可以采用其他类似的方式处理。

3)本互联互通信号系统的测试系统主要分为三大部分，第一部分是各个线路的线路数据，主要包括系统数据、车载数据、联锁数据、LEU数据等；第二部分是测试平台部分，主要包含仿真驾驶台模块，仿真机车离线工具模块，信标离线工具模块，仿真机车模块，仿真轨旁离线工具模块，仿真轨旁设备模块；第三部分是被测信号系统，主要包括ATS，ZC&DSU，车载CC，联锁等。

4)本互联互通信号系统的测试系统中的网络主要分为安全网(红蓝网)、非安全网(深灰和浅灰网)以及测试网。其中被测对象信号系统通过连接到安全网或者非安全网上进行互相通信。测试平台主要通过测试网进行相互之间的通信，仿真轨旁设备需要通过连接到信号网(安全网与非安全网)与联锁通信。

5)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真驾驶台模块主要用于仿真实际线路中的驾驶台，主要仿真钥匙KSON、方向手柄、牵引制动手柄、开关门按钮、驾驶模式操作相关的按钮等。仿真驾驶台是一个运行在PC机上的模拟软件，通过测试网与仿真机车相连，将测试人员的操作命令下发给仿真机车，由仿真机车处理；同时接收仿真机车发送的按钮状态信息。

6)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真机车离线工具模块主要用于将互联互通多个线路的车载数据按照上述的方法合并，主要有道岔Point、信号机Signal、信标Beacon、Block等信息，并处理两个线路临界处的Block链接关系，以便于车能够从线路A跨到线路B上。最终输出相应文件供仿真机车模块读取。

7)本互联互通信号系统的测试系统中的信标离线工具主要用于将多个线路的LEU数据按照上述方法合并，并根据LEU数据生成信标筛选文件。LEU文件定义了每个信标在满足不同的输入条件时候输出的不同信标报文。信标离线工具离线处理好LEU数据供仿真机车读取，仿真机车在运行过程中实时从仿真轨旁设备读取轨旁设备的状态，并根据轨旁设备状态实时选择正确的信标报文输出给车载CC。

8)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真机车模块主要实现以下功能：初始化阶段读取仿真机车离线工具和信标离线工具生成的离线文件；实时接收仿真驾驶台发送的各种命令；根据仿真驾驶台或者车载CC发送的加速度命令实时计算每周期的位移并转换成脉冲信号发给车载CC(模拟编码里程计的功能)；根据每周期的位移计算列车经过的位置，根据线路地图查询本周期是否经过信标，如果经过信标，则生成信标波形发送给车载CC(模拟信标天线的功能)；模拟车载的输入输出IO功能等；实时将列车位置发送给仿真轨旁设备，轨旁设备根据列车位置实时计算计轴的占用和出清信息；实时从仿真轨旁设备接收道岔和信号机等轨旁设备的状态信息，以用于跑车和信标的筛选等。

9)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真轨旁离线工具主要用于将多个线路的系统数据和联锁数据按照上述方法合并，并将系统数据和联锁数据中的轨旁设备对应起来，主要有道岔Point、信号机Signal、SDD、屏蔽门PSD，ESP、SPKS等信息。最终输出相应的文件供仿真轨旁设备模块读取。

10)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真轨旁设备模块主要实现如下功能：初始化阶段读取仿真轨旁离线工具生成的轨旁设备信息；接收仿真机车发送的实时列车位置信息，计算计轴的占用出清信息；发送道岔、信号机等轨旁设备的状态信息给仿真机车；接收联锁发送来的输出码位状态，仿真道岔机、信号机等模型，计算联锁的输入码位状态并发送给联锁。

11)本互联互通信号系统的测试系统中的仿真轨旁设备需要通过信号网从仿真联锁接收联锁的输出码位信息，并通过信号网发送联锁的输入码位信息到仿真联锁(真实联锁通过硬线直接连接到PLC或者其他设备，PLC通过网络连接到仿真轨旁设备)。仿真机车和车载CC之间通过真实的硬线连接。测试平台的其余部分通过测试网连接并进行相互之间信息交互。

如图2所示，本发明的测试系统使用流程图包括以下步骤：

步骤S1：此为测试平台的数据输入，轨道交通信号系统一般包含几个子系统，如车载CC、轨旁ZC/DSU、联锁CI、ATS等，每个子系统都有自己的数据，测试平台一般需要系统数据、车载数据、联锁数据、LEU数据等作为输入。和普通的非互联互通信号系统的数据输入区别在于，此处的数据输入包含了两条及以上的线路数据，即线路1数据、线路2数据…线路n数据。每条线路都会包含很多的真实设备(如道岔Point、信号机Signal、屏蔽门PSD、ESP、SPKS等)，每条线路都会对这些设备进行编号，如果测试平台不对这些数据进行处理而简单的合并，那么就会出现ID重复的现象，所以需要使用离线工具对这些输入数据进行处理重新编号，从而将多个线路数据合并为一个线路数据。

步骤S2：此为仿真机车离线工具，此工具以车载数据、系统数据为输入，通过newID＝10000*lineID+oldID这种方式对所有的设备ID重新编号，这里的LineID为每个不同线路的唯一ID，oldID是内部使用的较小ID(一般在10000以内)，newID为重新生成的ID。这样对多个线路合并为一之后，每个设备的ID就不再重复。注意这种ID的处理方式并不是唯一的，主要原则就是新ID要带有原始ID和线路ID且方便辨识。同时仿真机车离线工具需要将不同线路临界处的Block链接关系进行处理，以便车辆可以从一条线路跨线到另外一条线路。此步骤因为是离线工具，所以只需要运行一次，最终生成相应的数据供仿真机车读取。

步骤S3：此为信标离线工具，此工具以多个线路的LEU数据为输入，通过S2中同样的ID处理方法将所有信标数据合并。同时对于每一个信标根据其不同的LEU输入组合计算对应的信标报文。如表1所示：

表1

该表生成的数据供仿真机车读取，仿真机车每个周期知道自己的实时位置，根据线路地图可以查询本周期是否经过信标，如果经过信标，再根据仿真轨旁设备发送的轨旁设备状态从上表来选择发送哪一条报文到车载CC。

步骤S4：此为仿真驾驶台模块，该模块主要用来模拟真实驾驶台上的一些操作按钮，其通过测试网与仿真机车连接。仿真驾驶台每周期实时发送操作按钮命令到仿真机车(如KSON，方向手柄，牵引制动手柄等)，仿真机车每周期实时反馈操作按钮状态到仿真驾驶台(如允许ATO发车指示灯，允许开关门指示灯，RM指示灯等)。仿真驾驶台只和仿真机车进行通信，因为仿真机车一般是运行在实时控制器中，仿真驾驶台可以看作是仿真机车的上位机。

步骤S5：此为仿真机车的初始化过程，在初始化过程中，仿真机车读取S2和S3中离线工具生成的线路地图数据(包含所有线路)，同时对一些变量进行初始化，对发送里程计波形、信标波形、IO码位的一些硬件板卡进行初始化。

步骤S6：此为位移计算过程，每个周期仿真机车根据仿真驾驶台或者车载CC发送的加速度命令计算本周期的位移，在非ATO模式下，该加速度来源于仿真驾驶台上的牵引制动手柄，在ATO模式下，该加速度来源于车载CC。

步骤S7：此为列车位置更新过程，每个周期仿真机车根据本周期列车的初始位置和S6中计算的本周期位移实时计算本周期之后列车的位置。在更新位置的过程中，如果经过道岔，需要通过每周期从仿真轨旁设备接收到的道岔状态来计算列车的位置。同时，仿真机车需要将每周期整个列车的位置实时发送给仿真轨旁设备，仿真轨旁设备根据列车位置来计算计轴的占用和出清状态。

步骤S8：此为编码里程计或者速度传感器的模拟模块，仿真机车通过硬线接口与车载CC连接，所以需要将S6中计算的本周期位移转换为脉冲信号输出到车载CC，车载CC通过处理这些脉冲可以计算出列车的位移以及速度信息。

步骤S9：此为车载CC的IO码位仿真模块，真实车载CC和列车之间有一些IO码位的交互。譬如在仿真驾驶台上操作激活某端的钥匙KSON，仿真驾驶台会将此信息发送给仿真机车，仿真机车会根据车辆与信号的接口文档，将对应的码位置1输出给车载CC，车载CC采集到该码位之后，就可以知道该端的钥匙KSON已经被激活。同理，当车载CC通过内部计算得出ATO可用之后，会输出对应的发车按钮指示灯码位，仿真机车采集到该码位信息后发送给仿真驾驶台，然后仿真驾驶台上对应的ATO发车按钮就会亮或者闪烁。

步骤S10：此为信标仿真模块，此模块根据S7中计算的本周期列车经过的位置信息以及初始化过程中读取的线路地图，查询本周期是否经过信标。如果不经过，则此步骤可以直接跳过。如果本周期经过信标，则要判断此信标是无源信标还是有源信标，如果是无源信标则根据规则直接生成对应的信标报文输出给车载CC；如果是有源信标，则要根据初始化过程中读取的信标筛选表和每周期从仿真轨旁设备中读取的轨旁设备状态筛选出对应的信标报文输出给车载CC。车载CC在解析出信标中的信息之后，根据自己存储的线路地图就可以知道列车目前所处的位置。

步骤S11：此为被测对象车载CC，车载CC只与仿真机车之间通过硬线接口直接相连，仿真机车将S8中模拟的速度传感器波形以及S10中模拟的信标波形通过硬件传给车载CC；同时采集车载CC的输出码位信息，经过逻辑运算得出车载CC的输入码位信息并传给车载CC。仿真机车与车载CC紧密相连。

步骤S12：此为仿真轨旁离线工具。此工具以系统数据和联锁数据为输入，利用S2中一样的方法将所有线路中相关的轨旁设备的ID重新计算后合并为一个线路的数据。并将系统数据和联锁数据中的轨旁设备对应起来。生成的离线数据供仿真轨旁设备读取。

步骤S13：此为仿真轨旁设备的初始化过程。在初始化过程中，仿真轨旁设备读取S12中仿真轨旁离线工具生成的所有数据，并初始化相关的变量。

步骤S14：此为从仿真轨旁设备接收联锁的输出码位信息的过程。对于仿真联锁，仿真轨旁设备直接通过网络协议接收联锁的输出码位信息；对于真实联锁，测试系统会通过PLC或者其他设备采集联锁的输出码位信息，仿真轨旁设备通过与PLC进行网络通信获取联锁的输出码位信息。

步骤S15：此为仿真轨旁设备的逻辑处理模块。仿真轨旁设备要能够模拟道岔机、信号机等轨旁设备。这里以道岔为例进行说明，在ATS上进行排进路的操作，ATS会将进路信息下发给联锁，联锁根据自己的规则检查进路条件是否满足，如果满足则操作对应的道岔排列进路，譬如将某个道岔从定位搬动到反位，则联锁相对应的输出码位会驱动对应的继电器带动道岔机动作，同时联锁会实时回采道岔机的状态。在本发明的测试系统中，联锁会实时输出所有的输出码位到仿真轨旁设备，仿真轨旁设备经过逻辑计算得出所有联锁的输入码位信息发送给联锁。

步骤S16：此为仿真轨旁设备与仿真机车的交互过程。每周期仿真轨旁设备实时从仿真机车获取列车的位置信息，根据初始化过程中读取的系统数据去计算计轴的占用和出清状态，并更新联锁的输入码位信息。同时，仿真轨旁设备把S15中计算的所有道岔和信号机等轨旁设备的状态发送给仿真机车，以供仿真机车更新自己的列车位置并筛选信标。

步骤S17：此为仿真轨旁设备发送联锁的输入码位信息到联锁的过程。仿真轨旁设备在S15和S16中更新了联锁的输入码位信息，每周期实时发送给联锁。对于仿真联锁，仿真轨旁设备直接通过网络协议发送所有更新后的输入码位信息到联锁；对于真实联锁，仿真轨旁设备将对应的输入码位信息通过网络发送给PLC等采集设备，PLC会驱动对应的输出码位供联锁采集。

步骤S18：此为被测设备联锁CI。仿真轨旁设备与联锁紧密相连。联锁将自己的所有输出码位信息实时发送给联锁，同时接收仿真轨旁设备计算后的所有输入码位信息。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。