基于通信的列車控制系統（CBTC）互聯互通測試方案設計與實現

徐 鑫 焦鳳霞

(通號城市軌道交通技術有限公司，北京，100070)

1 概述

隨著我國國民經濟的快速發展，城鎮化建設步伐的加快，城市規模逐漸擴大，城市區域范圍通勤和城市交通擁堵問題已越來越成為各大城市在快速發展過程中迫切需要解決的問題。加快發展軌道交通建設，實現互聯互通，不僅能夠很好的解決廣大人民群眾關心的擁堵問題，而且還能極大的帶動軌道交通上下游產業鏈的發展，推動當地經濟的快速發展。互聯互通CBTC系統遵循故障導向安全的設計理念，系統安全相關功能須具備SIL4安全完整性等級，因此在系統全生命周期，需進行包括軟件單元測試、子系統功能測試、系統測試、互聯互通系統測試、工程交付測試等多層級全面嚴格的驗證測試工作，其中互聯互通CBTC系統測試是互聯互通系統驗證的最直接有效手段。

本文針對互聯互通系統的特點，結合重慶互聯互通項目提出CBTC系統互聯互通測試方案。

2 重慶互聯互通工程項目簡介

重慶地鐵互聯互通國家示范工程項目由重慶軌道交通環線、4號線、5號線、10號線組成，如圖1所示。以重慶市軌道交通第二輪建設為背景，旨在完成互聯互通信號系統的安裝、調試和投入運營，在全局調度的運營管理下，實現重慶軌道交通第二輪建設規劃線路的網絡化運營，達到國內先進運營和管理的示范效果。

圖1 互聯互通線路示意圖Fig.1 Schematic diagram of Interoperability lines

互聯互通首先要實現互通互換，任一家供應商車輛可在任一條線路上互通互換；再次實現聯通聯運，減少換乘，需線路配線、運營管理體系的支持。項目于2014年啟動，制定區域軌道交通技術規范，統一關鍵技術接口和系統設計原則，研制滿足互聯互通的系統設備和搭建測試平臺，經過測試驗證、專家評審，已經實現在5號線的車載共線試運行。

3 互聯互通CBTC系統測試平臺

互聯互通測試的最好環境是現場真實場景，但是由于互聯互通涉及線路多，不同線路應用不同廠商的系統，全部測試在現場進行帶來成本高、周期長、現場因素不確定、事故率高、發現問題定位繁瑣等問題，因此搭建互聯互通仿真測試平臺，通過仿真與實物相結合的方式，最大限度地模擬現場實際場景，解決互聯互通測試的可行性和全面性。

互聯互通仿真測試平臺整體按照“硬件最小化，功能最大化”的最小系統思想，以重慶環線、4號線、5號線、10號線為背景，提取列車運行控制系統中的核心設備和典型設備作為最小系統的雛形，選取功能和接口全覆蓋的最小子集作為最小系統的首選模型，采用功能接口全部預留和增量式的整體架構，按照控制中心層、網絡層、車站設備層、仿真層（軌旁仿真、車載仿真）、車載設備層構建仿真測試平臺架構，滿足互聯互通接口、互聯互通功能測試驗證需求的交叉測試平臺。互聯互通仿真測試平臺架構如圖2所示。

控制中心層主要包括中心ATS設備。

網絡層包括地面設備之間的有線網絡及車地之間的無線網絡，與現場實際一樣布置為雙網。

車站設備層主要包括車站ATS、計算機聯鎖、地面ATP設備。

軌旁仿真層主要模擬軌旁的信號設備，如道岔、應答器、計軸、信號機等設備。列車仿真層主要模擬列車駕駛臺、車輛動力學模型以及速度傳感器、雷達、應答器接收天線等信號外圍設備。

車載設備層主要包括真實車載設備以及MMI。

4 CBTC系統互聯互通測試方案

圖2 互聯互通仿真測試平臺架構圖Fig.2 Interoperability simulation testing platform architecture

互聯互通統一系統功能需求、系統間的接口協議，各廠家系統需要在各自原有系統的基礎上進行功能和接口的二次開發和協作。互聯互通測試的目的就是在各互聯互通產品供貨商按照互聯互通的技術要求對各子系統產品進行設計與實現的基礎上，根據互聯互通總體要求，對互聯互通系統接口、功能等進行驗證，同時保障現場互聯互通試驗線測試順利進行。本章即針對互聯互通的測試需求制定測試方案。

4.1 測試范圍

互聯互通測試主要集中本線車載與他線地面系統之間的測試。對于本線車載與本線地面之間的測試，建議在自家測試完成，不納入到互聯互通測試中。自家需保證本線系統內數據和功能復合性，后交由互聯互通實驗室和現場進行交叉測試、共線測試和跨線測試。

4.1.1 交叉測試

交叉測試指的是不同線車載在不同線地面進行的測試。以重慶互聯互通為例，由4條線路組成，每條線路的車載設備與其他線地面設備之間的交叉測試組合共有12種，如表1所示。每個測試組合，需完成接口測試、數據測試和功能測試。

表1 交叉測試組合示例Tab.1 Cross test composite examples

4.1.2 共線測試

共線測試指的是不同線車載在同一條線地面進行的測試，主要是多車測試。以重慶互聯互通為例，共存在24種組合，如表2所示。每個測試組合需完成功能測試。

4.1.3 跨線測試

跨線測試指的是列車由一條線跨入另一條線的測試，包含不同線路地面系統之間的接口測試和車載跨線測試。以重慶互聯互通為例，地面系統的接口測試共分為6種組合，車載跨線測試存在24種組合，如表3、4所示。

表2 共線測試組合示例Tab.2 Collinear test composite examples

表3 跨線接口測試組合示例Tab.3 Overline interface test composite examples

表4 車載跨線測試組合示例Tab.4 Onboard overline test composite examples

4.2 測試內容

互聯互通測試以中國城市軌道交通協會發布的《中國城市軌道交通信號系統互聯互通標準-互聯互通測試及驗證技術規范（點式部分）》、《中國城市軌道交通信號系統互聯互通標準-互聯互通測試及驗證技術規范（點式部分）》及相關接口、通信協議規范為依據，進行互聯互通測試用例設計。

根據現有互聯互通CBTC系統的構成，以及目前各線系統地面和車載系統均出自同一廠家，互聯互通交叉測試的接口測試包括VOBC-CI、VOBCZC、VOBC-ATS之間的接口測試。跨線測試的接口 測 試 包 括 CI-CI、ZC-ZC、ATS-ATS之 間 的接口測試。隨著互聯互通日后的深入和發展，一條線路的列車和地面分別采用不同廠家的信號系統時，互聯互通測試還需對不同廠家系統間CI-ZC、CIATS、ZC-ATS的接口進行測試，互聯互通測試方案隨之調整。

在實驗室測試階段，根據測試策略對接口、數據和功能均進行完整測試。現場測試階段，僅進行數據和功能的測試。由于互聯互通測試通常伴隨著各線的工程測試，一方面為縮短互聯互通測試的周期，另一方面又避免室內和現場測試的重復，對現場測試的內容需要在室內測試的基礎上進行篩選和再設計。以重慶互聯互通為例，現場測試用例的設計基本遵循以下原則。

1） 由于受實驗室環境限制無法實現而現場具備條件的相關測試項，在現場測試階段進行驗證。

2） 對于實驗室環境與現場環境的不同造成測試存在差異的相關測試項，在現場測試階段再次驗證。

5 結束語

重慶互聯互通項目目前已經實現環線、4號線、5號線、10號線在5號線的車載共線試運行，正在進行其他線路的共線測試，下一階段目標要實現在環線、4號線、10號線的共線運行以及跨線運行。通過本測試方案，互聯互通測試積累了相關經驗，同時為驗證互聯互通規范標準方案的可行性，推動互聯互通行業規范標準改進與發展，為城市軌道交通互聯互通建設提供了技術支撐。