联锁系统逻辑测试方法研究

刘木齐，席武夷，李开成，袁 磊，李晓宇，李玉兰，陈思捷

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2. 广州铁路（集团）公司 电务处，广州 510088；3.轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京 100044；）

联锁系统逻辑测试方法研究

刘木齐1，席武夷2，李开成3，袁 磊3，李晓宇1，李玉兰1，陈思捷1

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2. 广州铁路（集团）公司 电务处，广州 510088；3.轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京 100044；）

联锁系统是轨道交通列车运行控制系统的重要组成部分，它对列车的运行安全和效率有重要的影响。目前，地铁联锁测试通常归结于对系统进行相应的场景复现，按照测试序列对进路进行相应的操作，观察联锁的逻辑是否正确。根据该测试方法编制的测试序列，测试内容重复，测试效率较低。本文采用等价类划分方法的思想，对地铁联锁系统的测试需求进行归类，优化了测试序列，提高了测试效率，并且以北京地铁亦庄站的联锁系统测试进行了验证。

联锁；联锁逻辑; 测试序列；优化

随着城市人口的增加，在交通的流量也极大地增加的情况下，城市轨道交通为缓解交通压力，发挥了巨大的作用。联锁系统决定了列车正常的接发车作业，它是轨道交通列车运行控制系统的重要组成部分，对列车的运行安全和效率有重要的影响。因此,在联锁系统投入使用前，必须在实验室和现场进行测试，观察联锁系统的逻辑正确与否以保证系统功能需求，这些功能包括正常功能以及故障防护功能。

对于联锁系统的测试，国内也对此进行了相关的研究。北京交通大学、北京交控科技有限公司针对联锁系统提出了一套测试方法对联锁正常功能以及故障防护功能进行测试[1]，并成功地在北京地铁亦庄线宋家庄等开通站进行了测试，收到了较好的效果。但其测试方法存在了一些重复性工作，产生了一些冗余使得测试效率变低。本文在既有研究的基础上，通过对冗余测试项进行合并，提出一套优化后的测试方法，从而提高了测试效率。

1 联锁系统功能及其测试

结合城轨信号系统的需求和特点，在实现基于通信的列车控制（CBTC, Communication Based Train Control）模式与后备模式混跑的前提下，联锁系统实现以下功能：列车防护、维护功能、紧急情况下的引导进路、列车运行管理、提供列车运行命令、与旅客安全系统的信息交换等功能[2]。

城轨轨道交通联锁系统的测试项一般包括正线一般性测试项以及引导进路、自动折返、自动通过进路测试项[3]。下面以北京地铁亦庄线已开通站联锁测试项为例，介绍其测试项内容。

1.1 一般性测试项目

北京地铁亦庄线联锁系统的一般测试有23项目，如表1所示。

1.2 引导进路测试项目

表1 一般性测试项目

北京地铁亦庄线联锁系统的引导进路测试项有14个项目，如表2所示。

1.3 自动折返以及自动通过进路测试项目

表2 引导进路测试项目

北京地铁亦庄线联锁系统的自动通过进路测试有4个项目、自动折返进路测试项有3个项目，如表3所示。

表3 自动折返以及自动通过进路测试项目

以上测试项基本覆盖了测试要求，但是在以往的测试中，测试每条进路针对每个测试项目都会办理一条进路，为了更好的覆盖测试项，每个测试项目还可能会有多个测试点，一般测试项目有36个测试点，正线引导进路有24个测试点，这样增大了测试的工作量。

2 测试方法的优化

以一般性测试项为例，亦庄站需要测试的进路数有24条，如果采用如上的测试案例进行测试，共有23个测试项目36个测试点，总共要有36× 24=864个工作量，也即就是要建立864个进路进行测试。这只是局限于正线一般测试项，对于引导进路的测试，同样存在大量的冗余，重复度是极高的，这样降低了测试效率。

为此，可以借鉴黑盒测试中的等价类划分方法，对测试项进行约简，将测试项进行合并， 使得在覆盖测试项的同时达到效率成倍的提高。

2.1 等价类划分方法

为了能够约简测试项目，以办理最少的进路去覆盖更多的测试项目为原则来提高效率。

本次测试为功能性测试，属于黑盒测试范畴。在测试中，借鉴了等价类划分方法的思想[4]。等价类划分方法是软件测试里黑盒测试中的一种最常见也是应用最广泛的方法。它是把所有数据分为若干类子集，每一类子集是不相交的，分别代表了一类的特性。这类方法适用于一些简单无关联的测试项目，它们之间是独立无关联的。在软件测试中等价类有2种：有效等价类与无效等价类。有效等价类是针对程序来说是有意义的数据的集合，利用它可以检验有效程序是否完成了规格要求。无效等价类与之相反。

本文借鉴了这种思想，将能通过办理一条进路便能实现的测试项目归为一类子集。在测试一条进路的过程中，将测试过程划分为不同的步骤进行，每个步骤包含了同类的测试项，也即每个步骤通过办理一条进路，便能实现这些同类的测试项的覆盖。在设计步骤时，以建立最少的步骤为原则，从而约简测试项，实现办理最少的进路覆盖所有的测试项。

2.2 测试项目合并

根据等价类划分的方法，我们把能通过办理一条进路便能实现测试覆盖的测试项归为一个步骤一个类里。对办理进路划分为3个阶段：办理前的预操作、办理完毕后的观察性操作以及观察完毕后的对进路的后续操作。

按照这3个阶段，首先进行一般性测试项的合并。在办理进路前，可以把进路中的道岔扳至相反位置，之后办理进路。在办理进路后，进入第二个阶段，观察始端信号机以及进路中的道岔情况，并观察保护区段及其道岔情况。由表1可知，已经完成了对测试项目1、5、18、20测试项的测试。在进路建立完毕后开始对进路进行后续的操作。在已办好的进路的基础上，对道岔进行相应的操作，可以实现3、12的测试项目的覆盖。对始端信号机进行相应的操作可以覆盖测试项目4、9、11。通过办理敌对进路可以实现对测试项目13的测试。以上完成了一个步骤的制定。可以看出，通过办理一条进路，实现了对10个测试项目的覆盖。同理对于其他测试项目，按照同样的方法可以合并其它测试项目。

对引导进路测试项目可以同样的方法进行合并，对于自动折返进路以及自动通过进路，测试项无办理进路的冗余项，所以不需要合并。

由上可见，通过等价类划分的方法，把这些能够通过办理一条进路3个阶段所能覆盖的测试项归为了一类，从而减少了办理进路的数目，提高了效率。

2.3 合并结果的分析

测试项合并、优化前后，针对一条进路测试需要建立的进路数量对比如表4所示。

表4 优化前后测试案例办理进路数对比

从建立进路的角度比较优化效果看出，优化后的方法在效率上有了成倍的提高。图1为2种方法所需的测试时间对比。对于一般测试项：优化前的测试时间为8.5 min，优化后的测试时间为3 min；对于引导进路测试项：优化前的测试时间为6 min，优化后的测试时间为2.5 min。自动通过进路和自动折返进路分别为2 min与1.5 min。

图1 优化前后测试时间对比

表5给出了亦庄车站需要测试的总进路数的情况。

需办理的进路数等于待测进路数乘以每条进路需办理的进路数；测试耗时等于每条进路测试耗时乘以待测进路数。由表4、图1和表5可以得到：未经优化下需建立进路数1 088条，优化后需建立的进路数494条；未经优化测试耗时为285 min,优化后测试耗时113 min。

表5 亦庄火车站待测进路数

优化后的测试案例随着待测进路数的增加其优势会越来越凸显。为此假设在单位工作量不变情况下，做出如图2统计。

可见测试耗时随着进路数增加而相差越来越大。所以，优化后方案会随着测试进路数增加，其优越性会越来越显著。

图2 两方案随不同进路数测试耗时对比

3 结束语

通过合并测试案例，减少了工作的冗余度。就亦庄车站测试进路来讲，照优化前后的测试方法进行系统测试，经过数据对比，得出优化后的测试方法能够提高效率大概两倍之多。而且随着测试进路数的增加，测试时间，需办理的进路数会相比原测试方法的增长幅度会越来越小，所以对于进路数较多的大站，新的测试方法的优越性将会更加明显的体现出来。

[1] 牛英明，黄友能，智国胜，等. 北京地铁亦庄线CBTC示范工程的实施[J].都市快轨交通，2010， 24（4）：9-11.

[2] 余 勇，张亚影.北京市轨道交通亦庄线联锁子系统描述[J].市政技术，2010， 28（增刊）：375-381.

[3] 凌祝军.CBTC系统中的联锁技术研究[J].铁道通信信号，2009， 45 （9）：12-14.

[4] 向 润.黑盒测试方法探讨[J].软件导刊，2009， 8 （1）：33-34.

责任编辑 徐侃春

Logic testing methods for Interlock System

LIU Muqi1, XI Wuyi2, LI Kaicheng3,YUAN Lei3, LI Xiaoyu1, LI Yulan1, CHEN Sijie1
( 1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Electricity Department, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Guangzhou 510088, China; 3.National Engineering Research Center of Rail Transportation Operation and Control System, Beijing 100044, China )

Interlock System was an important part of Train Operation Control System. It was with signi fi cant impact on operational safety and ef fi ciency of the train. Currently, metro interlock testing was usually attributed to reproducing corresponding scene of the System, then operating on approach according to the test sequence to observe whether the interlocking logic was correct. The content of test sequence which was established according to the test method was redundant and low ef fi cient. In this paper, the equivalence class partitioning method was used to classify testing requirements of the metro Interlock System, optimize the test sequence, improve the testing ef fi ciency, and it was veri fi ed by testing the Interlock System of Beijing Yizhuang Subway Station.

interlock; interlock logic; testing methods; optimize

U284.3∶TP39

A

1005-8451（2014）10-0056-04

2013-04-21

北京高等学校青年英才计划项目（YETP0580）。

刘木齐，在读硕士研究生；席武夷，工程师。