城市軌道交通車車通信系統室內確認測試方案研究

李葉 周欣玥 張朝孟 夏蕓

摘? 要：基于車車通信的列車自主運行系統（TACS）作為新一代城市軌道交通信號系統，引起國內業界高度關注。TACS系統將軌旁信號設備（道岔、信號機）當成資源庫，將資源分配到列車，以簡化軌旁控制的列車間協同為基本原理，提高系統性能和運營的靈活性。對新一代信號系統進行測試方案研究的目的是評價TACS系統的功能及性能指標，為現場運營提供信心。該文對TACS系統功能、接口、性能的確認測試方案進行探討。結果表明，該測試方案能對TACS系統的功能及性能指標進行評價，為TACS系統的測試提供指導及參考。

關鍵詞：車車通信；測試平臺；確認測試；功能測試；性能測試

中圖分類號：U213.2? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0151-04

Abstract： As a new generation of urban rail transit signal system， the train autonomous control system（TACS） based on vehicle-to-vehicle communication has attracted great attention in the domestic industry. The TACS system takes the trackside signal equipment as a resource library， and allocates resources to trains. Based on the basic principle of simplifying the coordination between trains in trackside control， the system performance and operation flexibility are improved. The purpose of the research on the test scheme of the new generation signal system is to evaluate the function and performance index of the TACS system and to provide confidence for the field operation. This paper discusses the confirmation test scheme of the function， interface and performance of the TACS system. The results show that the test scheme can evaluate the function and performance index of TACS system， and provide guidance and reference for the test of TACS system.

Keywords： vehicle-to-vehicle communication; test platform; confirmation test; function test; performance test

目前，在我國城市軌道交通領域中應用最廣泛的列車控制系統是基于通信的列車控制（Communications Based Train Control，CBTC）系統。在傳統CBTC系統中，采用連續車-地-車雙向數據通信技術、不依賴軌旁列車占用檢測設備的列車主動定位技術，通過地面控制設備與車載控制設備協同配合，為列車提供連續的自動控制服務。

近年來，基于車車通信的列車自主運行系統（Train Autonomous Control System，TACS）作為城市軌道交通信號系統的新技術，得以迅速發展。TACS系統與目前廣泛應用的CBTC系統同屬于移動閉塞制式，但二者在系統結構和原理等方面均有較大差異，TACS系統憑借其優良的系統性能，逐漸從研發試驗走向工程應用。當前，車車通信信號系統在業界也得到關注，包括目前已使用TACS系統運營載客的深圳20號線，使用TACS系統進行現場調試試驗的青島6號線一期及上海3、4號線[1]。

TACS系統具有SIL4的安全等級，其應用需要重點關注系統功能的高可靠性和高安全性，在發布到現場應用之前，需要對系統功能、接口及性能進行完整的確認測試。傳統的CBTC系統的測試平臺、測試方法等均不適用于TACS測試，保障TACS系統質量的測試方法、測試流程、測試平臺研究卻較少涉及，這在一定程度上制約了TACS系統的安全高效實施應用[2]。

因此，本文針對基于車車通信的TACS系統確認測試方案進行研究，探討基于車車通信的TACS系統的測試平臺及系統測試方案，這對評估TACS系統的質量指標，在現場穩定運行具有重大的意義。

1? TACS系統組成及簡介

典型的基于車車通信的列車自主控制系統TACS信號系統主要由車載控制器（Carbone Controller，CC）、軌旁資源管理器（Wayside Resource Controller，WRC）、軌旁列車控制器（Wayside Train Controller，WTC）、目標控制器（Object Controller，OC）、列車自動監控系統（Automatic Traffic Supervision， ATS）、數據傳輸系統（Data Communication System， DCS）以及智能運維系統（Intelligent Operational& Maintenance System，IOM）子系統組成[3]。TACS系統結構如圖1所示。

各子系統主要功能如下[3]。

車載控制器（CC）主要負責根據計劃進行線路資源申請及釋放，自主計算移動授權并進行列車自動控制。

軌旁資源管理器（WRC）主要負責線路資源分配和回收。

軌旁列車控制器（WTC）主要負責管理及跟蹤故障列車，接管故障列車進行資源申請及釋放，并與相鄰列車進行信息交互。

目標控制器（OC）主要負責實現軌旁基礎信號設備的狀態采集及驅動。

列車自動監控系統（ATS）主要負責監督和控制列車的運營。

數據傳輸系統（DCS）主要負責各子系統提供網絡傳輸通道。

智能運維系統（IOM）主要負責設備運行狀態及故障信息監測，并進行智能分析，提供故障處理建議。

2? TACS系統測試平臺

對于TACS系統室內測試，室內仿真測試環境是必備且非常重要的一個環節。室內仿真測試環境的結構、仿真功能及故障注入功能的全面性也會影響測試完整性及測試質量。

TACS系統測試平臺主要用于執行TACS系統集成測試以及系統確認測試，包括接口測試、功能測試、性能測試及壓力測試，也用于現場故障場景的模擬和復現。傳統的CBTC系統大多采用真實硬件結合部分仿真的測試平臺。而TACS系統，由于車車通信的主體是列車，即車載控制器（CC），多輛真實的CC設備不僅占地較大、成本昂貴，而且僅能滿足部分功能測試，無法滿足車車通信系統的多車功能測試及性能測試。因此，根據功能和性能的測試需求，TACS測試平臺分為硬件測試平臺和軟件測試平臺。

2.1? 硬件測試平臺

硬件測試平臺主要用于進行系統內部接口集成測試，以及單車及降級列車功能測試，硬件測試平臺結構如圖2所示，左側虛線框內為測試平臺仿真設備，包括軌旁及車載的測試平臺、OC測試平臺，測試平臺中包含運行在Windows操作系統下的測試環境、測試平臺以及查看測試變量的工具OMAP，右側為被測系統設備，包括WRC、WTC、OC、ATS及IOM。

2.2? 軟件測試平臺

軟件測試平臺主要用于進行多車功能測試，以及多車性能測試，軟件測試平臺不使用真實的機柜和板卡設備，由純軟件環境組成，主要用于部分系統確認測試用例執行以及多車性能測試，如圖3所示：虛線框內為車載測試平臺、軌旁測試平臺，車載測試平臺由運行在windows操作系統下的測試環境、多個仿真CC組成；軌旁測試平臺由運行在windows操作系統下的測試環境、WRC仿真和WTC仿真組成。右側為被測系統設備ATS子系統，組成完整的軟件測試環境。

3? TACS系統測試方案

車車通信TACS系統是一種功能復雜的大型系統，對其進行系統功能確認測試、接口測試及性能測試是系統投入運營前的必備環節。目的在于驗證系統是否滿足系統需求規范，屬于黑盒測試范疇。系統的很多功能測試，尤其是與安全相關和非正常降級情況下的系統功能測試，無法在現場進行或是需要投入大量的時間和人力才能在現場完成。因此，TACS系統的功能測試、性能測試，需要使用與實際線路相符的仿真環境進行實驗室測試，才能保證測試方案完整性和有效性[4]。TACS系統功能及性能測試基于系統需求規格書及工程應用項目需求，將測試方案分為功能測試、接口測試、性能測試及拷機測試，目的及使用的測試平臺見表1。

3.1? 功能測試

TACS系統功能完備性、可靠性和安全性，直接影響到軌道交通運行效率和行車安全[4]。為了保證系統滿足系統需求規范中的安全需求、非安全需求及性能需求，必須對其進行完整的測試。測試場景的設計、測試用例編寫及測試執行對功能測試的正確性和完整性起著重要作用[5]。

TACS系統的功能測試內容包括：正常運行模式下功能測試、降級運行模式下功能測試，多車防護場景測試等，具體對應的功能點及測試平臺舉例見表2。

3.2? 接口測試

接口測試也叫集成測試，是測試系統組件間接口的一種測試，主要用于測試系統與外部其他系統之間的接口，以及系統內部各個子模塊之間的接口。測試的重點是要檢查接口協議的一致性，數據傳遞的正確性，接口功能實現的正確性。

TACS系統的接口測試，包括通信屬性測試，協議一致性測試以及數據接口測試，目的是驗證子系統之間的接口滿足接口定義文件的需求定義。TACS子系統接口測試需在硬件測試平臺進行，包含的接口及所需設備見表3。

3.3? 性能測試

性能測試是通過自動化的測試工具模擬多種正常、峰值以及異常負載條件來對系統的各項性能指標進行測試。

TACS系統的性能測試，以工程項目合同中要求的性能指標，如兌現率、正點率及故障率為驗證目標，使用軟件測試平臺模擬現場高峰時期的進行多車跑運行圖測試，城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范中要求不少于20 d，最后通過測試情況給出性能指標是否滿足的結論。表4中列出了城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范中的性能指標要求[6]。

3.4? 測試評估

測試結論作為產品質量評估的重要輸入，一般從版本通過率、測試用例通過率、開放缺陷比例等指標來衡量。

版本通過率是指本輪測試版本的通過次數除以總測試版本數的比率，用于評估本輪新增及變更的功能質量。版本通過的標準為本版測試未提交一般以上等級的缺陷，并且本輪驗證的缺陷全都通過。

測試用例通過率是指通過的測試用例數除以總用例數的比率，結合開放缺陷數比例，共同用于評估產品整體功能質量。

當版本通過率和測試用例通過率達到產品質量標準要求時，才允許發布現場應用。

4? 結束語

基于車車通信的TACS是目前國際軌道交通業內應用于載客的城市軌道交通信號系統最前沿的技術，TACS系統測試方案的完整性、測試設計的合理性顯得尤為重要，對相關質量指標的測試結論將為TACS系統廣泛應用提供強有力的支撐。本文探討基于車車通信的TACS系統功能、接口及性能測試平臺測試方案及測試評估，該方案已成功應用于深圳20號線的系統測試。在該系統的后續測試方案優化中，可考慮增加場景測試及故障測試，結合更多現場運營場景進一步驗證系統的可靠性。

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] 徐海貴，汪小勇，陸怡然.基于車車通信的列車自主控制系統：CN212500426U[P].2021-02-09.

[3] 歐陽玲萍，熊坤鵬，朱程輝，等.城市軌道交通TACS系統測試探討[J].電子技術與軟件工程，2023（3）：143-147.

[4] 王大慶.城市軌道交通CBTC系統驗收測試方法[J].城市軌道交通研究，2016（3）：21-26.

[5] 王學浩，劉瑞娟.基于車車通信的列車自主運行系統研究及應用[J].城市軌道交通研究，2022（11）：134-139.

[6] 城市軌道交通初期運營前安全評估技術規范 第1部分：地鐵和輕軌（交辦運〔2019〕17號）[Z].