CTCS-3级列控系统仿真试验平台的研究

张萍 赵阳 窦伟

CTCS-3级列控系统仿真试验平台的研究

张萍*赵阳*窦伟＊＊

阐述了CTCS-3级列控系统仿真试验平台的构成、主要测试内容及工作流程，并通过具体的测试实例对试验平台进行了优缺点评价，同时对其前景进行了展望。

CTCS-3级;列控系统;仿真;试验平台

CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车-地信息双向传输、无线闭塞中心(RBC)生成行车许可的列控系统，是我国铁路客运专线的重要技术装备。系统采用先进的技术手段，对高速运行下的列车进行运行速度、运行间隔等实时监控和超速防护，以目标-距离连续速度控制模式、设备制动优先的方式监控列车安全运行。鉴于CTCS-3级列控系统设备先进、运营要求复杂、缺少可借鉴的实践经验，为了对其各项功能和综合性能进行全面、深入的测试和验证，必须搭建仿真试验平台，为集成创新具有完全自主知识产权的CTCS-3级列车运行控制系统提供必要的支持。

1 CTCS-3级列控系统仿真试验平台的构成

CTCS-3级列控系统仿真试验平台由仿真支撑系统、仿真模型、数据配置系统、实物接入系统、分析测评系统、自动测试执行系统、实物系统、人机界面等8个部分组成。

1.仿真支撑系统。作为试验平台的核心，其作用是将试验平台的各个部分连接到一起，实现试验平台的仿真运行。采用并行仿真技术，完全可以满足试验平台整体运行的实时性要求。

2.仿真模型。它是虚拟的列控实物对象，采用“通用软件建模+实物软件植入”的混合建模方法，实现CTCS-3级列控系统的仿真运行。

3.数据配置系统。对现场的线路数据以及信号数据进行录入和配置，使得整个仿真测试过程完全基于现场数据进行。通过仿真系统与实物系统之间数据的转换和管理工具，实现线路级仿真数据与实物配置数据的一体化编制、适配和测试。

4.实物接入系统。它是实物设备与试验平台其他部分之间的软件和硬件接口，用于实现被测实物设备的接入和测试。采用基于中间件技术，实现真实系统和虚拟仿真系统之间的数据虚实互换、虚实互控和时序配合。

5.分析测评系统。它是对试验平台各项测试工作及结果进行分析和测评的辅助工具，其工作贯穿于整个仿真测试过程。在测试过程中，分析测评系统针对CTCS-3级列控系统的外部接口和内部接口，根据接口电气特性和应用特性，采用接口无扰监测技术、在线记录和分析技术，监测各实物设备接口的数据，以及实物系统与各模型交互的数据，并对监测到的数据进行分析、故障定位以及辅助测评。

6.自动测试执行系统。它主要用于完成测试语言的选择、测试脚本的编制、测试案例的生成、测试序列的优化及自动执行功能，是提高试验平台自动化水平的关键部分。采用自动测试方法对被测对象进行测试与验证，实现全部仿真测试过程。

7.实物系统。它是真实的CTCS-3级列控系统，将实物接入系统纳入整个仿真测试环境当中，在试验平台中实现了实物与仿真的有机结合。

8.人机界面。它是平台接收测试人员干预并反馈、显示测试结果的人-机交互设备，可以实现模拟驾驶、三维视景显示、站场和区间线路平面动态显示等功能。

2 主要测试内容

CTCS-3级列控系统仿真试验平台以CTCS-3级列控系统总体技术方案和CTCS-3级列控系统的相关技术标准与规范为依据，对CTCS-3级列控系统进行全覆盖测试，测试的主要内容如下。

2.1 CTCS-2级车载软件移植后的测试

此项测试主要包括车载设备基本功能、车载设备工作模式功能、车载设备模式监控曲线、故障条件模式等内容。其中，车载设备基本功能测试包括TCR等各子模块功能、制动功能、列车溜逸防护功能、车尾保持功能等;车载设备工作模式功能测试包括完全监控各个工作模式下的功能测试以及模式转换功能、级间转换功能等;车载设备模式监控曲线测试包括区间追踪运行、正线接发列车、侧线接发列车、临时限速等条件下速度监控曲线的功能测试;故障条件模式测试包括模拟在轨道电路故障、应答器丢失、列车空转打滑、车载主机切换等故障条件下的车载设备功能测试等。

2.2 RBC功能、性能及与其他设备接口的测试

此类测试主要包括RBC基本功能、RBC与其他设备接口的信息传输等内容。其中，RBC基本功能测试包括根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可，并通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给CTCS-3级车载设备，同时接收车载设备发送的位置和列车数据等信息;RBC与其他设备的接口包括与车站联锁设备的接口、与CTC设备的接口、与TSRS的接口、与其他RBC的接口以及与GSM-R网络之间的接口。

2.3 TSRS功能、性能及与其他设备接口的测试

此类测试主要包括TSRS基本功能、TSRS与其他设备接口物理电气特性、TSRS与其他设备接口信息传输等内容。其中，TSRS基本功能测试包括临时限速命令的拟定、设置、下达、取消和初始确认等;TSRS与其他设备的接口包括与TCC设备的接口、与RBC设备的接口、与CTC设备的接口、与相邻TSRS的接口等。

2.4 模拟场景CTCS-3级列控系统的功能测试

此项测试主要包括环行线的模拟测试和实际运营线场景的模拟测试。其中，环行线的模拟测试主要是在CTCS-3级列控系统的研发阶段，针对RBC、车载设备、联锁系统、CTC、TCC、无线设备等进行基本功能和接口测试，对技术方案进行试验验证;实际运营线场景的模拟测试主要是针对具体的工程项目，在实验室测试环境下，依据CTCS-3级列控系统的技术规范与标准，采用实际运营线路数据，对CTCS-3级列控系统进行功能及安全性的测试与验证，对解决方案进行验证。实际运营线场景的模拟测试可以尽早发现数据配置、软件设计方面的缺陷并进行修改完善，以便缩短现场的试验周期，提高现场试验的效率。

2.5 CTCS-3级列控系统设备的互联互通性室内测试

此类测试主要包括RBC与不同车载ATP之间、车载ATP与不同RBC之间的互联互通性测试，以及RBC与RBC的互联互通性测试等。

3 工作流程

CTCS-3级列控系统仿真试验平台的工作流程包括常规测试流程和缺陷管理流程。其中，常规测试流程由测试管理系统实现，包括测试计划的制定、测试设计、测试准备、测试实施以及测试报告的编写等几个主要阶段。

测试计划用于确定测试策略，明确测试内容，安排测试任务、测试进度和测试资源，通过风险控制来保持测试过程的顺畅。测试设计是指通过多种测试方法编写测试用例，以使最少的测试用例实现最大的测试覆盖，在保证被测对象实现需求正确性的同时提升其质量。测试准备包括测试案例准备和测试过程准备2类。测试案例准备主要是对测试设计阶段编写的测试用例进行审核，并将其分配至被测对象的各个操作模式之中。测试过程准备主要是为每个操作模式准备相应的测试过程，其中包括测试环境条件的设置以及测试驱动的载入。测试实施是指依据测试计划，按照测试用例进行测试，验证被测对象与需求的实际匹配程度。测试报告用于真实、客观地记录测试过程中各测试阶段和测试项的情况，并将结果进行数字化/图文化分析，从而如实地反映被测对象的实际情况。

缺陷管理流程由FRACAS系统实现，包括了一个由缺陷的提出、缺陷的审核、缺陷的分配、缺陷的交付和缺陷的解决共同构成的闭环过程。缺陷管理流程仅在测试实施阶段，当测试分析人员发现缺陷时，通过填写《NCR报告》并上传相应记录文件来提出缺陷的方式启动。

4 评价及前景展望

CTCS-3级列控系统仿真试验平台被测对象覆盖面广、接口标准统一、测试功能强大、自动化程度高、实物/半实物与仿真模型的组合灵活，与其他的测试验证手段相比，具有明显的优势。

1.能够对CTCS-3级列控系统中各设备进行充分地测试和验证，不仅可以完成设备功能和性能的各项测试与验证，还可以对设备运用维护、故障分析和进一步优化提供服务。

2.能够在后续的客运专线建设中，为相关工程项目的关键技术与集成方案的测试和验证创造条件，降低技术风险。

3.可以为CTCS-3级列控系统深入研发过程中的测试与验证，以及关键设备国产化的测试与验证提供支撑。

4.可以为不同厂商的CTCS-3列控系统设备提供统一的互联互通测试平台。

虽然在CTCS-3级列控系统仿真试验平台的搭建过程中，也会有平台接口种类繁多、仿真模型复杂、测试用例数目庞大、分布式交互仿真系统的同步等技术难点，但从我国铁路客运专线发展的长远角度来看，CTCS-3级列控系统仿真试验平台的建立不仅有其必要性和可行性，而且有着广阔的发展前景。CTCS-3级列控系统仿真试验平台集技术创新平台、测试验证平台和技术支持平台于一体，经优化后可作为CTCS-3级列控系统的理论研究基地和动态环境试验基地，为我国铁路客运专线的发展奠定基础。

5 结束语

CTCS-3级列控系统是高新技术集中的复杂系统，通过CTCS-3级列控系统仿真试验平台可以对其进行充分、彻底地测试和验证，可以有效地降低其技术风险。在武广、郑西等客运专线的设备开发、联调联试和试运行过程中，CTCS-3级列控系统仿真试验平台经过了实践的检验并发挥了重要的作用。实践表明:CTCS-3级列控系统仿真试验平台在我国铁路客运专线的发展过程中具有积极的促进作用。

The composition，main test contents and the working procedure of the simulation testing platform for CTCS-3 level train control system are described．And through specific examples，the advantages and disadvantages of the simulation testing platform are evaluated．Furthermore，the prospect of the simulation testing platform is addressed．

CTCS-3 level;Train control system;Simulation;Testing platform

中国铁道科学研究院通信信号研究所，100081北京

*副研究员，＊＊助理研究员

2011-05-13

(责任编辑:张利)