基于數據驅動的ATS系統功能測試方法研究

陳俊強

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

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基于數據驅動的ATS系統功能測試方法研究

陳俊強

（中電和瑞科技有限公司，北京 100083）

提出一種基于數據驅動的ATS系統功能測試方法，結合ATS系統功能和外部接口特征，設計了包含測試場景管理模塊、測試數據管理模塊、在線數據執行模塊、接口適配模塊以及測試數據記錄、分析模塊的功能測試平臺，該方法具有測試平臺結構通用化、功能可重用性強、成本較低等特點。關鍵詞：數據驅動；功能測試；測試平臺；ATS

1　概述

社會經濟的發展極大推動了中國的城市化進程，城市化的過程中產業結構在變化、人口數量在急劇增長，巨大型城市、特大型城市數量不斷增多。人口的增多對城市的環境帶來很大影響，在交通方面更是面臨著越來越嚴峻的挑戰。事實證明，大力發展公共交通是解決交通問題的關鍵，公共交通中的軌道交通具有安全準時、運能大、節約能源的優點，因此，采用快速軌道交通來解決日益嚴重的城市交通問題已經成為城市公共交通發展的一大趨勢。

在城市軌道交通信號系統中，列車運行自動控制系統是保證軌道交通系統安全高效運行的關鍵，其包括3個子系統：列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，ATS）、列車自動保護系統（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動運行系統（Automatic Train Operation，ATO）。ATO主要用于實現“地對車控制”，即用地面設備實現對列車的行駛、制動的控制，其能模擬經驗豐富的司機完成對列車的駕駛任務，使列車時刻處于一個最佳的運行狀態。ATP主要用于對列車駕駛進行安全防護，對與安全有關的系統或設備進行監控，實現列車超速防護、間隔保護等功能。ATS是在ATO、ATP子系統的支持下完成對列車運行的監督和控制，輔助行車調度人員對全線列車運行進行管理，實時對在線列車進行自動控制，提高乘客舒適度、列車準點率，極大降低調度人員的勞動強度，使軌道交通系統更好的為人民服務。所以，在ATS系統研發過程中對ATS系統進行仿真測試研究，確保ATS系統功能的正確性，并提前發現系統設計缺陷，提高系統的可用性顯得尤為重要。

ATS系統功能測試方法有很多，從是否針對ATS系統的實現算法和內部結構的角度來說，ATS系統功能測試方法分為黑盒和白盒測試。黑盒測試即常見的功能測試，是在已知ATS系統所應具有的功能條件下，檢測所有功能是否都已正常實現。在測試時，把被ATS系統看作一個未知的黑盒子，且測試過程中完全不考慮系統內部如何實現，通過對系統外部標準接口進行測試，檢查該系統實際的功能是否符合用戶功能需求，是否能正常地處理輸入數據并產生相應正確的輸出信息。白盒測試也稱結構測試或邏輯驅動測試，是在ATS系統內部結構已知的情況下，對系統進行的測試。白盒測試需要全面了解ATS系統實現的內部邏輯結構、對所有的邏輯路徑進行測試。白盒測試主要完成對ATS系統設計及系統結構的測試，通過結構測試保證系統的各個流程在各種情況下都能夠發揮相應作用，不存在系統結構設計錯誤或者在程序編寫中的空流程（即永遠不能執行的流程）。

本文在分析ATS系統的結構和功能基礎上，提出一種基于數據驅動的ATS系統功能測試方法，從測試數據準備、測試數據執行以及測試數據結果分析等幾個角度闡述了該方法在ATS系統功能測試中的應用，該方法具有測試平臺結構通用化、功能可重用性強、成本相對比較低等特點。

2　ATS系統簡介

2.1ATS系統功能分析

ATS系統的主要功能有6項，分別為集中顯示、集中控制、列車運行時刻表管理、運行數據記錄與統計、仿真功能和監測與報警功能。

1）集中顯示功能：在控制中心通過調度終端和大屏設備以圖形的方式實時顯示出全線的狀態，包括線路的狀態、列車的運行位置及運行狀態等。

2）集中控制功能：在ATS系統中設置中央及車站兩級控制權限。在正常運營時，運行控制權屬于中心；在必要（如控制中心設備故障）時，經過權限轉移，可將控制權轉移至車站。控制權轉移后，車站控制設備臨時代替中央控制中心，負責全線的運營調度。

3）列車運行時刻表管理功能：分為離線編圖和在線運行圖兩個終端。離線編圖負責編輯生成時刻表，在線運行圖負責根據當日時刻表生成工作計劃，當列車實際運行計劃和當日計劃時刻有偏差時，在線運行圖能根據偏差對在線列車進行運行調整。

4）運行數據記錄與統計功能：記錄列車運行相關的數據，如線路表示信息、運行圖信息、列車狀態信息、列車運行里程信息、系統故障報警信息、操作記錄等。ATS還可以將所記錄的數據進行回放，且能夠提供數據的統計報表。

5）系統仿真功能：系統仿真是通過仿真手段，離線模擬列車的在線運行。主要用于系統演示以及人員培訓。

6）監測與報警功能：ATS子系統能夠記錄被監測對象的狀態，除狀態監視功能外，還有一定的故障定位功能。

2.2ATS外部接口分析

以CBTC系統為例，ATS主要的外部接口包括：聯鎖（CBI）接口、區控（ZC）接口、軌旁（TWC）接口、發車計時器（DTI）接口、時鐘（CLOCK）接口、綜合監控（ISCS）接口、乘客信息系統（PIS）接口等，如圖1所示。

CBI接口。ATS主要接收此接口傳來的站場表示信息（包括：區段表示、道岔表示、信號表示、進路表示、IBP盤扣車等）、報警信息。ATS將對信號設備控制命令傳送給聯鎖子系統。

ZC接口。ATS向ZC接口傳送列車調整信息和臨時限速命令。ZC向ATS傳送移動授權信息、臨時限速命令執行狀態、列車位置報告和報警等信息。

TWC接口。ATS向TWC接口發送列車調整信息。TWC向ATS發送地面設備狀態和列車信息。

DTI接口。ATS將列車停站信息（包括發車時機、早晚點提示、跳停、扣車等）傳送給發車計時器系統。

CLOCK接口。ATS接收時鐘接口傳來的時鐘信息，對ATS系統內部所有設備進行校時。

ISCS接口。ATS接收綜合監控傳來的三軌供電信息，且傳遞線路上列車的運行信息到綜合監控。

其他接口。其他接口主要接收ATS發送的各種線路信息，并進行顯示等。

3　基于數據驅動的方法

數據驅動的測試方法屬于典型的黑盒測試方法，其被測系統的輸入數據被包含在測試數據文件中，測試執行過程中需按測試數據規定的流程和動作進行測試，整個過程以測試數據來控制測試的自動化執行。基于數據驅動的測試方法的執行應遵循以下步驟：

1） 準備測試數據

測試數據是數據驅動測試方法的基礎。數據準備分為設計測試案例、設計測試序列和生成測試數據等幾個步驟。其中，設計測試案例時，不僅要考慮對被測功能特征的覆蓋度，還應詳細說明測試步驟和測試的預期結果，如：當前測試步驟要發送的信息、預期接收的數據等，這是測試案例有效性的基礎。

2） 執行測試數據

測試平臺負責測試數據的執行和測試結果的記錄。測試平臺的主要功能是在測試執行過程中根據測試數據的測試序列實時向被測系統發送測試數據，從而為被測系統模擬出外部運行環境，使被測系統的功能得以執行。測試平臺并不模擬與被測系統相連的外部設備功能，只是嚴格按照測試序列要求的數據發送邏輯判斷何時該發送什么數據。

3） 測試結果分析和判定

測試平臺控制待測系統完成對測試序列的執行后，還需要對測試過程中產生的數據進行分析，從而判斷被測系統是否正確完成測試要求。事實上，測試平臺在線執行測試序列的過程中，只對測試數據進行記錄，并不進行結果分析，而關于被測系統是否按需求實現了功能，則依賴于對測試產生的數據離線分析，這是采用數據驅動方式進行測試的一關鍵點。

4　基于數據驅動的ATS功能測試平臺設計

本文設計了一套基于數據驅動方法的ATS功能測試平臺，整個平臺結構包含測試場景數據管理模塊、在線執行模塊、接口適配模塊以及數據記錄和分析模塊。系統測試平臺架構如圖2所示。

各部分模塊基本功能如下：

1） 測試場景數據管理模塊

該模塊負責在測試序列開始執行前，對測試執行所需的測試場景數據進行管理，包括測試序列生成、線路數據管理和測試數據準備等。

2） 在線執行模塊

在線執行模塊包括場景控制器、CBI數據仿真模塊、ZC數據仿真模塊、TWC數據仿真模塊、ISCS數據仿真模塊、CLOCK數據仿真模塊和其他接口仿真模塊，在線執行模塊負責按照測試序列的要求為ATS各接口提供相應的數據。

a.場景控制器

場景控制器是在線測試的主控模塊，負責從測試場景數據管理模塊讀入本次測試所需的全部數據，并對其他在線執行模塊進行數據配置，控制測試的開始和結束，以及監控整個測試過程。

b.CBI數據仿真模塊

CBI數據仿真模塊用于向ATS子系統提供基本的站場表示信息（包括區段表示、道岔表示、信號顯示、進路表示、IBP盤扣車等）和報警信息。并接收ATS的命令信息（包括進路選排、道岔操作等），根據命令發送相應的應答報文。該模塊在測試開始前根據既定流程與ATS接口轉換模塊建立鏈接；測試開始后，實時模擬站場設備信息并接收消息，根據條件向ATS系統發送配置信息中的表示信息。

c.ZC仿真模塊

ZC仿真模塊用于向ATS子系統提供列車的表示信息、移動授權信息和報警信息，接收ATS限速命令、列車調整命令，并對命令做出相應響應。測試開始后，實時模擬列車位置和狀態等信息。當收到列車命令時，根據不同命令向ATS發送應答報文。

d.TWC接口仿真模塊

TWC接口仿真模塊為被測系統提供列車信息。該模塊的功能：接收ATS子系統的列車控制命令，模擬根據命令發送相應的應答報文。發送列車狀態信息報文。

e.ISCS數據仿真模塊

綜合監控數據仿真模塊主要模擬向ATS發送三軌供電信息，且接收ATS發送的列車位置信息。該模塊在測試開始前接收場景控制器的配置參數，測試開始后，根據配置參數模擬發送三軌供電信息。該模塊實施檢測測試場景中的列車信息。

f.CLOCK數據仿真模塊

時鐘數據仿真模塊向測試系統提供時鐘數據。測試開始后，根據本地時間實時發送時鐘信息到測試模塊。

g.其他接口

其他接口包括PIS、DTI等接口，該模塊根據運行場景實時檢測列車位置，判斷接收到的列車信息是否正常。

3） 接口適配模塊

接口適配模塊用于連接測試平臺和被測接口。接口適配模塊包括：CBI接口適配、ZC接口適配、TWC接口適配、ISCS接口適配、CLOCK接口適配、DTI接口適配等。所有的接口適配均采用與真實接口完全相同的標準，并模擬真實接口發送數據，對ATS系統輸出的信息返回應答報文。

4） 數據記錄和分析模塊

數據記錄和分析模塊用于記錄測試過程中產生的所有測試數據，供離線分析用。數據記錄和分析模塊能記錄完整測試數據，然后提供給測試人員，同時該模塊負責使用對應規則進行自動判斷，并輔助人員完成對測試結果的分析和判定。

5　結論

本文提出的基于數據驅動的ATS系統功能測試方法，設計了包含測試場景數據管理模塊、在線數據執行模塊、接口適配模塊以及測試數據記錄和分析模塊的功能測試平臺。該方法降低了ATS仿真系統設計的復雜程度，提高了測試平臺的可用性。

實踐應用表明，無論是在ATS系統開發階段對系統功能的初步調試，還是ATS系統功能的后期全面測試，基于數據驅動的測試方法都發揮顯著的作用。但對本測試方法仍需進一步深入研究，包括：如何合理設計測試案例保證全面覆蓋待測功能，如何快速構建復雜場景的測試數據等。

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This paper puts forward a function test method of ATS system based on data driven. Combined with features of ATS system functions and external interfaces， the function test platform is designed for the test scenario management module， test data management module， online data execution module， interface adapter module and test data record analysis module. The method have the advantages of universal test platform structure， strong reusability and lower cost.

data driven； function test； test platform； ATS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.019

2014-08-31）