关于城市轨道CBTC系统测试探讨

黄小华

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

目前，北京地铁10号线、2号线、4号线、亦庄线等大部分国内地铁新建线路信号系统均采用基于通信的列车控制（Communication Based Train Control，CBTC）系统技术，CBTC系统代表了当今铁路信号的发展趋势。然而随之而来的一个严峻问题摆在面前——在系统投入使用前，即如何对系统的安全性、可靠性、可用性、功能性进行测试。CBTC系统融合了ATP、ATO、ATS、计算机联锁系统（CBI）、数据通信系统（DCS）、MSS（维护管理系统）及与车辆的接口7大部分，各子系统间既有一定的独立性又相互依存，系统间交互的信息量大，因此需要统一的组织和协调，进行规范的流程管理。随着亦庄线的开通，国产CBTC系统已开始应用，国内相关系统标准也正在逐步完善过程中，且在项目实施过程中已逐步引入第三方安全认证，测试将是认证项目审查的重要环节，因此本文就CBTC系统的测试内容及测试流程进行探讨。

1 CBTC系统简述

1.1 CBTC系统原理

CBTC系统原理如图1所示。

CBTC系统以移动闭塞的方式运行，移动闭塞是基于控制列车在线路上的安全间隔，与基于由固定轨道区段间隔的固定闭塞不同，轨旁ATP建立一个可根据列车位移运动的虚拟安全范围，这种称为自动防护的安全范围也可被称为移动闭塞分区。轨旁ATP是负责列车间隔的子系统，并负责保护称为移动闭塞区间的区域，系统能够通过无线传输进行列车移动授权的更新,缩短列车行车间隔。移动闭塞方式的列控系统采取目标-距离控制模式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线。移动闭塞的追踪目标点是前行列车的防护点, 后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点与前行列车的走行和速度有关,是随时变化的,而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。

1.2 CBTC系统结构

以北京地铁2号线为例，CBTC系统结构如图2所示。

按照CBTC系统结构主要包括以下设备。

控制中心设备：ATC设备、中央逻辑控制器（CLC）、维护管理系统（MMS）；

车站及轨旁设备：区域联锁控制器（ZLC）、ATS显示终端、信标编码器、乘客信息系统（PIS）、发车计时器（TDT）、紧急关闭（ESP）、计轴设备、转辙机、信号机和信标等。

车辆段设备：区域控制器（ZC）、ATS显示终端、轨道电路、转辙机、信号机等；车载设备：车载计算机（CC）、驾驶员人机接口（DMI）、编码里程计、信标天线、无线天线、无线调制解调器等；通信系统设备：骨干网传输系统、无线传输系统、网络管理系统（NMS）等。

1.3 系统功能

主要功能：ATS功能、联锁功能、ATP/ATO功能和列车检测功能。

1）ATS功能：自动进路排列功能、自动进路调整功能、列车监督和追踪功能、时刻表功能、控制中心HMI 功能和报告、报警、归档功能。

2）联锁功能：轨道区段处理功能、进路调用功能、道岔控制功能和信号机控制功能。

3）ATP/ATO 功能：ATP 轨旁功能、通信功能、ATP 车载功能和ATO 车载功能。

2 测试准备

2.1 测试人员组成

测试队伍的建立开始测试工作的第一步，也是最重要的一步。根据测试内容，测试组成员应包括白盒、黑盒及系统测试人员，完成从软件模块到最终的系统功能，测试人员应具有相应的资质及能力，这也是安全认证审核的内容之一。

2.2 测试的依据

测试依据应包括系统及软件的需求文档、设计文档，各系统间的接口协议，需要遵循的标准及规范；测试人员应根据以上文档编制对应的测试大纲及测试案例，做为测试的输入文件。

2.3 测试环境的搭建

现场测试及联调前均需进行厂内测试，测试人员应根据各系统的接口协议及测试需求编制工具软件及仿真软件，搭建系统仿真测试平台。通过仿真平台可以完成子系统的测试，且便于故障的定位及处理，确认子系统功能达到预期的要求。

3 测试步骤

由于单一的系统测试已经不能保证设备测试的完整性，为了保证各系统功能的可靠实现，保证各系统之间的一致性，提高测试的效率及准确性，因此需要把测试分步骤、分阶段进行，按具体情况可分为各子系统的试验、系统的综合实验、144 h试验，从而形成完整的测试流程，达到对系统的各个层面进行测试，确保试验完整、可靠的目的。

3.1 各子系统的试验

首先各子系统的单项试验是综合试验的前提和基础，只有确保各子系统的本身调试通过，显示正确，才能进行综合试验。另外，CBTC系统庞大，其中每一个子系统的大部分调试内容相对独立，例如联锁系统的调试，车辆的静、动态试验等，因此首先进行各子系统的单项测试、试验是可行的。

3.2 系统的综合试验

当各子系统的调试、试验完成后，可进行综合试验。综合试验主要检验各子系统之间（车、地、中心等）的一致性、各子系统接口之间的配合及系统各项功能是否达到设计要求。

3.3 144 h试验

当系统综合试验完成并达到设计要求后，可进行系统144 h连续运行试验，来检验系统的整体功能，运行效果，以及可靠性、安全性等各项性能指标。

4 测试内容

4.1 联锁部分

联锁部分试验主要依据信号平面图、联锁表、设计说明书、子系统接口协议来验证联锁关系的正确性，验证联锁与ATP及ATS系统之间信息交互的正确性。

4.1.1 联锁试验

联锁试验可分厂内测试和现场测试两部分。厂内试验主要针对联锁软件进行测试，侧重于联锁关系的正确性，核对信号平面图与操作界面（HMI）以及实际站场的一致性，采用工具软件模拟检查条件机接口信息。按照联锁表所列举项目一一核查进路、道岔、区段、信号机的锁闭、占用、显示的联锁关系，检查对于侵限绝缘、接近延长及保护进路等的处理是否正确，检查CBTC模式下联锁的特殊性，检查后备与CBTC两种闭塞模式之间的相互转换条件与设计要求是否相符，检查紧急关闭、屏蔽门等条件处理的是否正确；检查设备集中站与非集中站之间的控制权交换、显示是否正确，联锁与ATP、ATS系统之间的接口信息对应。现场测试侧重于检查联锁系统与驱动采集配线及继电电路配线的正确性，需制作模拟盘进行模拟试验，核对HMI显示与联锁采集、驱动板的状态及继电器的状态、模拟盘的显示是否一致。

4.1.2 联锁系统室内外一致性检查

完成联锁模拟实验及室外设备单送电试验后，进行联锁设备一致性检查。主要检查室外道岔位置、动作，区段的占用、出清，信号机的显示与室内对应继电器的状态，HMI的显示、操作是否一致。

4.1.3 联锁系统与其他系统的配合

在综合测试时，联锁系统要核对与ATS系统及车载系统之间的控制、显示是否一致，各站联锁系统与中心ATS系统的控制权转换是否正确等。

4.2 ATS部分

4.2.1 ATS基础测试

验证ATS与2号线控制中心的ZC设备连接正常，紧急停车区（ESA）区域状态显示，验证ATS能够正确显示ZC报告的计轴失效状态，并在计轴修复后，执行确认计轴有效操作；验证与联锁系统的显示操作一致性。

4.2.2 ATS与CBTC列车之间的测试

验证ATS显示与来自车载CC的运行信息是否一致，主要有车次号、车组号、运行模式、运行状态及计划信息与执行的偏差等。

验证ATS控制管理CBTC运行列车功能，主要有ATS能够获得CBTC列车精确位置报告并显示列车运行移动，ATS能够根据列车运行任务头码自动触发前方进路，ATS能够为ATO运行列车计算并发送列车运行命令，无人自动折返测试。

4.2.3 CBTC列车站台功能测试

验证ATS控制CBTC运行列车的站台功能测试，主要有ATS控制CBTC ATO列车按指定时间发车、提前发车，扣车、跳停等功能，能否正确触发TDT以及PID信息。

4.3 车载部分

4.3.1 CBTC列车单车运行测试

办理进路后，验证列车在人工驾驶（CM）及自动驾驶（AM）模式下能否在预计位置停车，办理进路后，目标速度、距离是否增加；车载显示界面（DMI）的信息是否与设置的进路一致，DMI上的速度曲线显示与设计的速度曲线保持一致，行驶过程中是否存在不正当的紧急现象；验证列车在ATO情况下是否可以自动停车、开关门以及停车的精度，接受中心的跳停、扣车、紧急关闭等命令的执行情况是否与中心及联锁一致。

4.3.2 CBTC列车追踪运行测试

追踪运行测试分两种情况进行：包括装备车（车载CBTC设备可用）追踪装备车，装备车追踪非装备车两种情况。装备车追踪装备车时，以不同的速度运行列车，观察随着后车与前车距离接近时，目标速度是否达到预期的变化，前车进站停车时，后车是否在授权的终点停车；前车出站，速度增加，后车的目标速度变化情况，AM车能否自动跟随等。

装备车追踪非装备车时，当前车由装备车转为非装备车时，后车的授权变化情况，目标速度变化情况，是否会紧急制动等。

4.3.3 CBTC列车运行能力测试

根据设计的运行间隔，安排足够的车组，进行系统运行能力的测试，验证列车的追踪间隔是否能够达到设计要求，验证实际运行与计划运行图的偏差情况；验证车载设备与ATS及联锁设备之间的配合情况，当出现一个非装备车时，ATS设备与联锁设备的显示及办理情况能否达到预期效果。

4.4 系统功能测试

4.4.1 系统的同步测试

验证系统设备I、II系在动（站场有车列运行或操作作业）、静态（办理好作业后无车列运行和没有其他操作）时进行切换，可以模拟单网中断，单系宕机等情况检查是否影响列车正常运行。ATP系统、联锁系统、ATS系统均涉及此项内容，各子系统首先完成同步测试；子系统集成后，应测试某一子系统切机是否对其他子系统有影响。

4.4.2 系统的冗余性测试

CBTC的网络系统、车载系统、联锁系统、电源系统均采用冗余结构，在其运行时断掉其中的一套或冗余的硬件，观察其能否正常工作以及显示状态、报警信息有无变化。例如车载的控制板、联锁冗余网络，以及屏蔽地面一组信标、观察列车的定位情况，连续屏蔽两组观察列车的定位情况等。

4.4.3 系统与车辆接口测试

根据与车辆的相关接口协议测试与车门联动、速度传感器信息的接收、牵引制动系统的关系是否达到预期的要求。

5 结束语

在测试过程中，通过以上的测试步骤和测试内容，可以较好的对系统功能及可靠性进行测试，基本达到了测试的目的，保证了系统可靠的投入运营。

CBTC系统的测试包含内容多且比较复杂，篇幅有限在这里就不再深入描述。随着CBTC技术的发展和广泛应用，必然会暴露出一些测试未曾发现的问题，对测试人员提出了更高的要求，需要不断完善测试方法，使测试能够为设备安全可靠运行提供保障。

鉴于笔者对系统的了解程度及水平有限，疏漏难免，愿与大家共同探讨。

[1] TB10071-2000 铁路信号站内联锁设计规范[S].

[2]铁运[2010]149号 铁路信号联锁试验暂行办法[S].