基于TACS地鐵信號系統的項目室內點對點測試方案設計

摘" 要：列車自主運行系統（TACS）通過簡化系統架構、細化資源管理、優化安全平臺，以實現最佳的系統性能；確保降級模式下的穩健性；提供操作的靈活性；減少軌旁設備；降低維護成本。該文基于TACS系統架構，提出一種項目室內點對點測試的方案，詳細闡述TACS地鐵信號系統的項目點對點測試的對象、環境配置及測試策略等。

關鍵詞：TACS；地鐵信號；點對點測試；測試方案；方案設計

中圖分類號：U284.48" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0157-04

Abstract： The Train Autonomous Control System （TACS） achieves optimal system performance by simplifying the system architecture， refining resource management， and optimizing the safety platform; ensures robustness in degraded mode; provides operational flexibility; reduces trackside equipment; and reduces maintenance costs. Based on the architecture of TACS system， this paper puts forward a scheme of point-to-point test in the project， and describes in detail the object， environment configuration and test strategy of point-to-point test of TACS subway signal system.

Keywords： TACS; subway signal; point-to-point test; test scheme; scheme design

隨著城市軌道交通的持續發展，軌道交通行業面臨多重挑戰：運能增長、靈活運營、舊線改造需求、降低維護成本等，對信號系統的性能、靈活性、維護成本和易部署性等方面提出了更高的要求。卡斯柯作為城市軌道交通信號系統的領先者，高度重視自主創新，以啟驥[][R]TACS應對以上挑戰，目前使用該系統的深圳地鐵20號線已投入使用，上海軌道交通3、4號線也采用該系統進行改造中。

列車自主運行系統（Train Autonomous Control System，TACS）是指列車基于運行計劃和實時位置實現自主資源管理和主動間隔防護的信號系統。系統通過簡化系統架構、細化資源管理、優化安全平臺，以實現最佳的系統性能；確保降級模式下的穩健性；提供操作的靈活性；減少軌旁設備；降低維護成本[1]。

1" TACS系統架構

傳統的CBTC（Communication Based train Control System）使用調度系統控制進路，并發送行車任務給車輛，軌旁資源管理顆粒度大，列車追蹤間隔受制約[2]；軌旁集中控制設備較多，數據傳輸流復雜，隨著線路增長及車輛增加，復雜度大大增加，導致系統運行效率受制約[3]。CBTC采用結構如圖1所示。

TACS系統減少了軌旁集中控制設備，簡化了數據流[4]；列車根據任務自主申請軌旁資源，增加車與車的通信，車載自主計算移動授權[5]，提高了系統的性能。TACS采用結構如圖2所示。

TACS系統正常運行模式下：①調度系統根據計劃向列車發送運行任務。②車載控制器根據調度系統的命令，確認并執行行車請求，并反饋行車狀態給調度系統。③車載控制器自主向軌旁資源控制器申請或釋放資源，獲取一定范圍內其他列車的信息。④軌旁資源控制器將資源申請或釋放指令發送給目標控制器，并將資源鎖閉狀態反饋給列車。⑤車載根據軌旁資源申請情況進行行車管理，通過車車通信進行移動授權計算并進行行車間隔防護。

降級模式下：軌旁列車控制器負責管理降級列車的資源申請及釋放，并與相鄰列車進行通信，進行行車間隔防護。

2" 測試目的及對象

平臺及項目測試的分工如圖3所示。

TACS地鐵信號系統室內測試包括平臺測試及項目測試，這是2個互補的活動，具有不同的方法和目標，平臺測試執行系統和子系統接口集成和確認并對產品基線功能進行詳盡的確認；項目測試基于項目數據進行系統集成測試；對系統進行系統信心測試。

平臺測試包括車載控制器、軌旁資源控制器、軌旁車載控制器、列車自動監控系統、目標控制器及智能運維系統的集成確認測試；TACS系統的集成和確認測試。項目測試包括子系統信心測試、系統點對點測試及系統信心測試。

本文介紹項目點對點測試的相關內容，主要闡述TACS各個子系統間點對點測試的測試目的、測試對象、測試環境、測試方案、測試通過/失敗準則、準入/準出原則、輸出文檔，明確測試結果的響應方式，識別測試過程中可能發生的風險，以及可能的規避措施等。

點對點測試的被測對象為項目數據配置的子系統間的交互碼位，測試的目的是檢查每個子系統接口數據的正確性，驗證一個子系統和另一個子系統間項目相關的系統參數的一致性。數據生成過程能確保數據接口正確（每個子系統使用相同的系統數據庫和數據接口），為進一步增加對數據的信心，進行點對點測試。

3" 測試環境

3.1" 硬件環境

基于地鐵信號系統項目的特點，全線車站數量多，室內測試受場地和設備成本限制、搭建全套真實環境難度很高。項目測試組通過與產品研發組、項目數據組討論，制定了一套基于虛擬化的測試環境（表1），列出了室內點對點測試使用的硬件設備。

3.2" 測試軟件及數據

測試使用的軟件從公司產品發布管理系統中獲取正式版本，項目數據根據標簽從項目配置庫下載發布的版本，并根據數據發布單比較數據的MD5碼以確保獲取數據的正確性。

3.3" 測試工具

在測試過程中還用到以下工具。

日志分析工具：由列車自動控制團隊提供，可用于實時查看車載控制器/軌旁資源控制器/軌旁車載控制器內部變量，并可對日志進行保存，用于問題分析。

網絡抓包工具這個工具需要為每個項目提供一個解析插件，且根據各個子系統之間的接口變化，需要同步更新，用于在交換機上抓取各個子系統之間交互的數據包。

4" 測試方案

4.1" 測試策略

以下是TACS項目的系統接口圖（圖4），其中實線表示信號系統內部接口，虛線表示信號系統與外部系統接口，方框內部方塊表示信號系統集成采購設備，方框外部方塊表示與信號系統接口的外部設備（非信號系統集成采購）。

其中各個子系統的功能如下。

列車自動監控系統：確保運營監控和資源管理。

車載控制器：請求軌旁資源，根據任務駕駛列車并負責列車安全防護。

軌旁列車控制器：負責監控非裝備列車，為這些列車請求線路資源，此外還負責管理全線臨時限速。

軌旁資源控制器：負責給車載控制器或軌旁列車控制器分配資源。

目標控制器：通過網絡鏈接向軌旁資源控制器發送軌旁資源的信息，并獲取軌旁資源的狀態。

維護支持系統：提供信號系統的維護性能。

數據通信系統：負責為信號系統提供軌旁、車載之間的數據通信。

根據項目接口圖，總結了項目點對點測試的范圍（表2）。

車載控制器、軌旁資源控制器及軌旁車載控制器之間協議的測試（不涉及項目數據配置的全測），由平臺集成測試確保正確性；信號系統與外部設備的接口調試由于室內不具備外部設備，由現場執行。

4.2" 測試活動

本章節僅對室內點對點測試活動進行介紹，平臺集成測試和現場調試不在討論范圍。

4.2.1" 列車自動監控系統與軌旁資源控制器的點對點測試

目的：確認列車自動監控系統與軌旁資源控制器之間碼位的一致性。

輸入：列車運行規則/平面圖/系統數據；典型列車自動監控系統與軌旁資源控制器點對點測試規程。

輸出：列車自動監控系統與軌旁資源控制器點對點測試報告。

描述：對子系統之間傳輸的碼位通過抓包或日志分析的方式進行確認，包括但不限于以下內容，道岔信息；信號機信息；屏蔽門防護區域；軌旁資源控制器初始化狀態；出清區域、人工控制區域的狀態、列車自動控制系統與軌旁資源控制器透傳的信息等。

以防護區域為例介紹測試過程。

前置條件：軌旁資源控制器已完成初始化，軌道資源已出清。

測試步驟：①軌旁資源控制器發送防護區域的狀態給列車自動監控系統，通過網絡抓包工具查看防護區域的狀態為允許狀態。②在列車自動監控系統上設置一個防護區域，列車自動監控系統給軌旁資源控制器發送防護區域設置請求。③防護區域成功設置，軌旁資源控制器給列車自動監控系統反饋防護區域的限制狀態，可以通過抓包工具查看軌旁資源控制器收到的防護區域狀態正確且自動監控系統界面正確顯示防區區域狀態。④在列車自動監控系統上取消這個防護區域，列車自動監控系統給軌旁資源控制器發送防護區域取消請求。⑤防護區域成功取消，可以通過抓包工具查看軌旁資源控制器收到取消設置防護區域且自動監控系統界面正確顯示防區區域狀態。

4.2.2" 列車自動監控系統與軌旁車載控制器的點對點測試

目的：確認列車自動監控系統與軌旁車載控制器之間碼位的一致。

輸入：列車運行規則/平面圖/系統數據；典型列車自動監控系統與軌旁車載控制器點對點測試規程。

輸出：列車自動監控系統與軌旁車載控制器點對點測試報告。

描述：對子系統之間傳輸的碼位通過抓包或日志分析的方式進行確認，包括但不限于以下內容，軌旁車載控制器初始化狀態；臨時限速范圍及可設置的速度值等。

以軌旁車載控制器初始化為例介紹測試過程。

前置條件：軌旁列車控制器未初始化。

測試步驟：①軌旁列車控制器未初始化，通過抓包工具獲取軌旁車載控制器發送給列車自動監控系統的初始化狀態正確，臨時限速采用最嚴格的初始化值，且列車自動監控系統上正確顯示軌旁列車控制器的狀態。②在列車自動監控系統上設置一個軌旁列車控制器初始化，通過抓包工具查看軌旁列車控制器正確響應初始化命令。③在列車自動監控系統上二次確認，通過抓包工具查看軌旁列車控制器發送初始化成功的狀態給列車自動監控系統，且列車自動監控系統正確顯示軌旁列車控制器的狀態。

4.2.3" 維護支持系統與其他子系統的點對點測試

目的：確認維護支持系統與其他子系統之間碼位的一致性。

輸入：維護支持系統規格書；典型維護支持系統與列車自動監控系統點對點測試規程；典型維護支持系統與列車自動控制系統點對點測試規程；典型維護支持系統與目標控制器點對點測試規程。

輸出：列車維護支持系統與其他子系統點對點測試報告。

描述：維護支持系統與列車自動監控系統點對點測試包括通信狀態、網絡通信故障、設備故障報警等。

以開關量狀態監測為例介紹測試過程。

①在各個集中站模擬每種類型的設備的狀態表示，如在目標模擬控制器上設置緊急停車報警。②在維護工作站的狀態采集界面查看設置的緊急停車報警正確顯示。

4.3" 測試通過/失敗準則

測試的結果可能是OK、NOK、Acceptable、NO Run、NA。①OK：每個測試項必須通過測試用例中描述的每個步驟，測試結果與用例期望結果一致，測試結論為通過。②NOK：測試項中有測試期望結果與用例描述結論不一致的，測試結論為不通過，不通過的測試項，需要提交缺陷記錄到缺陷配置庫中反饋給項目數據組或軟件組，不通過的測試項需要備注提交的缺陷編號。③Acceptable：測試項中，部分步驟由于測試環境限制無法測試，或測試步驟中描述的功能部分不具備，其他已測試部分測試結論與期望結果一致，此類情況認為該測試項可接受，可接受的測試項需要備注原因。④NO Run：測試用例暫未執行，測試結論未執行，需要說明未執行的原因。⑤NA：測試項中，部分車站不具備的功能，對應的車站結論為不適用，并需要說明不適用的原因。

4.4" 準入原則

點對點測試滿足以下準入條件后，才能開始測試。

點對點測試規程經過批準；點對點測試相關子系統產品已發布；點對點測試相關子系統數據已發布；相關子系統信心測試已完成。

4.5" 出口準則

點對點測試的出口準則如下。

當數據用于現場試運行及以后階段，要求累計碼位執行率100%；在試運行之前階段，要求本輪碼位執行率100%；不允許存在需求、設計、實現上的缺陷。

5" 結束語

TACS地鐵信號系統項目室內點對點測試的被測對象是真實軟件和數據，使用目標模擬控制器，實現在室內搭建全線測試環境，將子系統之間點對點測試工作放在室內完成。通過此方案能夠將各個子系統之間的碼位問題在數據發現場前發現并解決，能有效減少數據發現場后的返工、節省現場調試工作量、縮短調試周期，為地鐵項目的高效開通作出重要貢獻。

參考文獻：

[1] 汪小勇.城市軌道交通基于車車通信的列車自主運行系統探討[J].中國鐵路，2020（9）：77-81.

[2] 陳紹文.列車自主運行系統下城市軌道交通線路配線需求研究[J].城市軌道交通研究，2022，25（11）：72-75.

[3] 郭玉珊，成正波，陳紹文.基于車車通信系統的折返能力研究[J].鐵路通信信號工程技術，2021，18（7）：77-80.

[4] 姜堅華，汪濤，劉華祥.基于車車通信的列車自主控制系統在客運鐵路運用可行性探討[J].鐵路技術創新，2021（S1）：1-6.

[5] 邢艷陽.城市軌道交通CBTC系統升級為TACS系統的方案探討[J].現代城市軌道交通，2021（9）：18-21.