歐陽(yáng)玲萍 熊坤鵬 朱程輝 夏蕓

（卡斯柯信號(hào)有限公司 上海市 200072）

2019 年，發(fā)改委將基于車(chē)-車(chē)通信的列車(chē)自主運(yùn)行系統(tǒng)（Train Autonomous Control System, TACS）投入《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》鼓勵(lì)類(lèi)清單，2020 年，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》并將青島6 號(hào)線列車(chē)自主運(yùn)行系統(tǒng)作為示范工程，為車(chē)-車(chē)通信技術(shù)在列車(chē)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中的發(fā)展和應(yīng)用提供了政策指導(dǎo)。

基于車(chē)-車(chē)通信的TACS 系統(tǒng)代表了當(dāng)今鐵路信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)，其遵循故障導(dǎo)向安全的設(shè)計(jì)原理，系統(tǒng)安全相關(guān)功能必須具備SIL4 安全完整性等級(jí)。因此在系統(tǒng)全生命周期中，需要進(jìn)行軟件單元、軟件集成、軟件確認(rèn)、子系統(tǒng)集成、子系統(tǒng)確認(rèn)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試 等多層級(jí)全面完整嚴(yán)格的測(cè)試及驗(yàn)證工作。

1 TACS系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)原理

TACS 系統(tǒng)和傳統(tǒng)的CBTC 系統(tǒng)一樣，都是以移動(dòng)閉塞的方式運(yùn)行，移動(dòng)閉塞是基于控制列車(chē)在線路上的安全間隔。但兩者的區(qū)別在于：

CBTC 信號(hào)系統(tǒng)是以軌旁設(shè)備為中心的列車(chē)控制系統(tǒng)，軌旁資源管理和間隔防護(hù)是以地面軌旁設(shè)備為核心的，系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)流匯集到軌旁的區(qū)域控制器（ZC），區(qū)域控制器（ZC）根據(jù)從計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CI）獲取當(dāng)前線路上信號(hào)機(jī)、道岔 等軌旁資源情況并結(jié)合從所有通信車(chē)的車(chē)載控制器（CC）獲取每輛車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息，從而實(shí)時(shí)為每輛通信車(chē)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，并將移動(dòng)授權(quán)發(fā)給各輛車(chē)，每輛車(chē)的車(chē)載控制器（CC）根據(jù)從區(qū)域控制器（ZC）收到的移動(dòng)授權(quán)信息來(lái)計(jì)算列車(chē)安全運(yùn)行曲線，從而控制列車(chē)的安全運(yùn)行。

而TACS 信號(hào)系統(tǒng)是以車(chē)載設(shè)備為中心的列車(chē)控制系統(tǒng)，由車(chē)載控制器（CC）根據(jù)從列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）收到的運(yùn)行任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行路線規(guī)劃，根據(jù)列車(chē)當(dāng)前實(shí)際位置，自主計(jì)算對(duì)軌旁資源的需求，并擇機(jī)向軌旁資源管理器（WRC）申請(qǐng)軌旁資源，軌旁資源管理器（WRC）對(duì)軌旁資源進(jìn)行分配后并告知車(chē)載控制器（CC），車(chē)載控制器（CC）自主計(jì)算移動(dòng)授權(quán)。同時(shí)車(chē)載控制器（CC）與相鄰列車(chē)直接進(jìn)行通信，獲取相鄰列車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息，并根據(jù)交互信息自主更新移動(dòng)授權(quán)和列車(chē)安全運(yùn)行曲線，從而控制列車(chē)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)間隔防護(hù)。

CBTC 信號(hào)系統(tǒng)中資源的管理和實(shí)際使用并不是同一個(gè)設(shè)備，車(chē)載設(shè)備和軌旁設(shè)備之間交互的信息量非常大，且交互信息鏈路復(fù)雜，影響信息傳遞的效率。而與傳統(tǒng)的CBTC 系統(tǒng)相比，TACS 系統(tǒng)中車(chē)載控制器（CC）能自主管理資源，自主與相鄰車(chē)輛進(jìn)行直接通信，自主計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，資源的管理和實(shí)際使用都是車(chē)載控制器（CC），故相比傳統(tǒng)的CBTC 系統(tǒng)，TACS 系統(tǒng)具有更簡(jiǎn)單、更高效、更靈活的特點(diǎn)。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型的基于車(chē)-車(chē)通信的列車(chē)自主控制系統(tǒng)（TACS）信號(hào)系統(tǒng)主要由車(chē)載控制器（CC）、軌旁資源管理器（WRC）、軌旁列車(chē)控制器（WTC）、目標(biāo)控制器（OC）、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）以及智能運(yùn)維系統(tǒng)（IOM）子系統(tǒng)組成，并根據(jù)項(xiàng)目需求配置用于后備列車(chē)定位的BLS（Backup Location System）子系統(tǒng)。

典型的TACS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1：TACS 系統(tǒng)架構(gòu)

1.3 系統(tǒng)功能

各子系統(tǒng)主要功能如下：

車(chē)載控制器（CC）主要負(fù)責(zé)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行線路資源申請(qǐng)及釋放，自主計(jì)算移動(dòng)授權(quán)并進(jìn)行列車(chē)自動(dòng)控制；

軌旁資源管理器（WRC）主要負(fù)責(zé)線路資源分配和回收；

軌旁列車(chē)控制器（WTC）主要負(fù)責(zé)管理及跟蹤故障列車(chē)，接管故障列車(chē)進(jìn)行資源申請(qǐng)及釋放，并與相鄰列車(chē)進(jìn)行信息交互；

目標(biāo)控制器（OC）主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)軌旁基礎(chǔ)設(shè)備的狀態(tài)采集及驅(qū)動(dòng)；

列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）主要負(fù)責(zé)監(jiān)督和控制列車(chē)的運(yùn)營(yíng)；

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（DCS）主要負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)提供透明傳輸通道；

智能運(yùn)維系統(tǒng)（IOM）主要負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障信息監(jiān)視，并進(jìn)行智能分析，提供故障處理建議。

2 測(cè)試準(zhǔn)備

2.1 組建測(cè)試團(tuán)隊(duì)

在啟動(dòng)測(cè)試之前，組建一支優(yōu)秀的測(cè)試團(tuán)隊(duì)是非常重要的。需要包含白盒、黑盒以及系統(tǒng)級(jí)測(cè)試人員，從而滿足軟件單元、軟件集成、軟件確認(rèn)、子系統(tǒng)集成、子系統(tǒng)確認(rèn)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試各階段的測(cè)試需要。

測(cè)試人員在上崗前，需經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并必須上崗考核合格，證明測(cè)試人員具有相應(yīng)的資質(zhì)及能力才能正式從事相關(guān)測(cè)試工作，這也是安全認(rèn)證中人員考核的內(nèi)容之一。

2.2 搭建測(cè)試平臺(tái)

信號(hào)系統(tǒng)最好的測(cè)試環(huán)境是理想的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，但現(xiàn)實(shí)中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試存在各種各樣的難點(diǎn)：

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人工、費(fèi)用成本很高，耗時(shí)長(zhǎng)；

（2）現(xiàn)場(chǎng)都是真實(shí)的設(shè)備，不支持故障模擬，不便于開(kāi)展一些異常測(cè)試，有些測(cè)試場(chǎng)景在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下無(wú)法開(kāi)展；

（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試無(wú)法預(yù)料的因素很多，容易發(fā)生事故，存在安全隱患；所以需要采用真實(shí)和仿真相結(jié)合的測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)對(duì)象務(wù)必是真實(shí)設(shè)備，非被測(cè)的輔助設(shè)備可以通過(guò)模擬仿真的方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，將真實(shí)設(shè)備接入仿真系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)半實(shí)物半仿真的測(cè)試環(huán)境。這樣的測(cè)試環(huán)境能支持完整的系統(tǒng)測(cè)試要求，同時(shí)測(cè)試環(huán)境要具備易操作性、可執(zhí)行性 等特點(diǎn)。詳細(xì)的測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2：TACS 系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)圖

3 TACS系統(tǒng)測(cè)試

當(dāng)各子系統(tǒng)均已完成一系列的軟件單元測(cè)試、軟件集成測(cè)試、軟件確認(rèn)測(cè)試、子系統(tǒng)集成測(cè)試及子系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試，證明各子系統(tǒng)符合各自子系統(tǒng)需求和接口規(guī)格說(shuō)明書(shū)的要求后，需要將各子系統(tǒng)組合在一起做系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，包括系統(tǒng)集成測(cè)試和系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試。用于驗(yàn)證各子系統(tǒng)之間（車(chē)、地、中心等）的一致性、各子系統(tǒng)接口之間的配合及系統(tǒng)各項(xiàng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1 系統(tǒng)集成測(cè)試

系統(tǒng)集成測(cè)試的重點(diǎn)在于測(cè)試各子系統(tǒng)之間的接口是否滿足接口定義文件所規(guī)定的協(xié)議和消息傳遞的要求，以及集成后的系統(tǒng)功能的正確性。

當(dāng)執(zhí)行某兩個(gè)子系統(tǒng)之間的集成測(cè)試時(shí)，被測(cè)的這兩個(gè)子系統(tǒng)必須是真實(shí)子系統(tǒng)，其他用于支撐整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)正常工作的子系統(tǒng)可以是真實(shí)子系統(tǒng)也可以是仿真模擬的子系統(tǒng)。

圖3 給出了TACS 信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)的邏輯接口關(guān)系。

圖3：TACS 系統(tǒng)接口

TACS 系統(tǒng)接口測(cè)試需要覆蓋各子系統(tǒng)之間的接口，包括以下內(nèi)部接口測(cè)試，見(jiàn)表1。

表1：系統(tǒng)集成測(cè)試范圍

3.2 系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試

系統(tǒng)確認(rèn)測(cè)試的重點(diǎn)在于將所有子系統(tǒng)集成在一起后的系統(tǒng)功能是否符合系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的要求。

常見(jiàn)的測(cè)試場(chǎng)景有：駕駛室激活和門(mén)控管理。

3.2.1 駕駛室激活

駕駛室激活的判斷，涉及CC 跟車(chē)輛之間的繼電器接口，詳見(jiàn)表2。

表2：駕駛室激活相關(guān)繼電器定義及說(shuō)明

駕駛室激活狀態(tài)（COR）主要用來(lái)表示列車(chē)哪端車(chē)頭由司機(jī)在駕駛室激活鑰匙（KSON），或者DTO 模式下由CC 輸出駕駛室激活命令(CSR)來(lái)決定。詳細(xì)的測(cè)試項(xiàng)見(jiàn)表3。

表3：駕駛室激活測(cè)試項(xiàng)

3.2.2 門(mén)控管理

在本項(xiàng)目中，門(mén)模式的選擇是通過(guò)一個(gè)旋鈕實(shí)現(xiàn)的，有3 個(gè)擋位，分別是全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檔。涉及CC 跟車(chē)輛之間的繼電器接口，詳見(jiàn)表4。

表4：門(mén)控管理相關(guān)繼電器定義

如表5 所示，開(kāi)關(guān)門(mén)的管理方式有3 種方式：全自動(dòng)（自動(dòng)開(kāi)自動(dòng)關(guān)）、半自動(dòng)（自動(dòng)開(kāi)手動(dòng)關(guān)）、手動(dòng)（手動(dòng)開(kāi)手動(dòng)關(guān)）。對(duì)于手動(dòng)開(kāi)自動(dòng)關(guān)這種非法方式司機(jī)是無(wú)法選擇上的，但也存在，比如司機(jī)選擇自動(dòng)開(kāi)自動(dòng)關(guān)的方式，但DM11 和DM12 線路故障，CC 只能從繼電器采集到手動(dòng)開(kāi)門(mén)的信號(hào)，從而出現(xiàn)了非法的門(mén)控狀態(tài)，這種非法的門(mén)控狀態(tài)系統(tǒng)需要檢測(cè)到后需要提供相應(yīng)的報(bào)警。

表5：門(mén)控管理說(shuō)明

在本項(xiàng)目中：

（1）DTO/AM 駕駛模式下，支持全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)方式；

（2）CM 駕駛模式下，不管DM 輸入選擇什么方式，最終僅支持手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)方式；

（3）RMF/RMR/ATC BYPASS 駕駛模式下，僅支持手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)方式，并且由司機(jī)負(fù)責(zé)而不是CC。

詳細(xì)的測(cè)試項(xiàng)見(jiàn)表6。

表6：開(kāi)關(guān)門(mén)管理測(cè)試項(xiàng)

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了TACS 系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)以及功能，并從測(cè)試角度如何進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備，針對(duì)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試范圍進(jìn)行介紹，最后針對(duì)2 個(gè)常見(jiàn)的測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行詳細(xì)的分析，設(shè)計(jì)完整的測(cè)試項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)該場(chǎng)景詳細(xì)的功能測(cè)試。

鑒于筆者對(duì)系統(tǒng)的了解程度及水平有限，疏漏難免，愿與大家共同探討。