基于仿真系统的ATS自动化测试的设计与实现

刘 燕

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

随着城市轨道交通行业和信息技术的快速发展，全自动运行系统（Fully Automatic Operation，FAO）已成为列车运行全自动化的新一代城市轨道交通发展趋势。列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS）系统作为FAO的重要组成部分，在提高运输效率和保障运行安全方面起到了至关重要的作用。由于ATS系统较多的内外部接口、常态化的需求订制、繁多的数据配置、复杂的逻辑处理、大量的功能点，使得该系统搭建测试环境复杂，测试用例数量巨大，执行困难。目前行业内ATS系统的软件确认测试较多依赖仿真系统环境，靠人工手动执行测试用例完成。受制于测试人员的经验水平和测试人员心态因素，如何在保证测试覆盖率的情况下，降低测试成本，提高测试效率，是软件开发中亟待解决的问题。

为解决这一问题，本文以ATS产品功能测试用例及产品交付测试用例做分析，探索ATS自动化测试方法。通过对仿真系统结构和功能的调整，设计出一套适用于ATS自动化测试的仿真系统，用仿真技术代替部分人工手动测试方法来提高测试效力，解放生产力。数据证明，该软件的设计与实现对ATS系统软件确认测试工作的效率和质量起到了积极作用，节省大量人力和物力的投入。

1 自动化测试方法

本文所指的ATS测试是ATS系统的软件确认测试。可将该测试分为产品功能测试和产品交付测试。

功能测试用例的组成形式以及测试用例数目情况如表1所示。

表1 功能测试用例数目统计Tab.1 Statistical table of the number of functional test cases

从表1中可以看到，ATS功能测试用例共分为6部分，分别是人机界面显示测试用例、ATS产品功能测试用例、列车识别与跟踪测试用例、运行图相关测试用例、其他测试用例、FAO新增场景测试用例，用例数目共计约3 840个。其中需要仿真系统支持的用例数目（表1中无背景的测试用例部分）共计约2 270个，占测试用例总数目的60%。

场景保存替代测试准备和测试步骤，结合脚本输入实现自动化测试，提高测试执行效率。

目前行业内的ATS测试依赖测试脚本，以消息的发送和接收为基础，构造测试前置条件，通过执行脚本实现自动化测试。但脚本编制复杂，通用性不高。当功能发生变更时，需要针对相关测试用例，人工重新编写测试脚本。脚本可维护成本较高，对ATS测试支持程度较低。而测试人员人工手动执行测试用例时，需要经过阅读、理解、测试执行、记录等多个步骤，尤其是当测试用例描述复杂，步骤繁多时，阅读和理解测试用例的时间占用了测试工作的绝大多数时间，使得整个测试周期冗长，测试执行困难，测试质量也无法得到保证。

需要仿真系统支持的测试用例中摘选的用例如表2、3所示。

表2 列车停稳信息校核测试用例Tab.2 Test cases for train fully stop information verification

表3 计划车进路自动触发测试用例Tab.3 Test cases for automatic route triggering of planned vehicle

表2测试用例测试步骤中，包括3个操作，分别是股道加车、设置列车的通信模式、设置列车的停稳信息。表3测试用例测试步骤中，需4个条件，分别是特定计划、特定时间、特定信号机模式、特定位置加计划车。

通过对大量需要仿真系统支持的ATS功能测试用例分析，得出这些用例需要仿真系统支持的输入信息共4类，分别是计划信息、设备状态信息，列车相关信息和故障模拟信息。如果将这些信息作为场景保存起来，代替繁琐的脚本开发与编制，避开测试的阅读和理解，结合简单脚本控制场景自动载入的时间、顺序、时长等信息，即可便捷地实现ATS自动化测试。

计划加载结合进路自动触发、列车模拟等功能，使仿真系统独立于ATS系统，高效便捷地测试数据配置，提高测试效率。

按照上述对产品功能测试用例的统计、分析方式，产品交付测试用例涉及表格数目约35个，其中有约15个表格需要仿真系统支持测试，如计划车运行交路测试表、计划车自动触发表、头码车触发轨及目的地测试表、计划车冲突检测表等。通过对表格测试内容的分析，得出这些测试需要仿真系统支持的除了列车模拟外，更多的需要仿真系统具有能够独立“按图跑车”的功能。在此基础上可通过调整列车的速度、运行时间、列车最小追踪间隔、列车折返时间等，实现自动化测试，提高测试效率。

2 仿真系统结构设计

综上分析，得出仿真系统的4个输入信息，分别是计划信息、设备状态信息、列车相关信息和故障模拟信息。

如图1所示，描述ATS仿真系统的结构、仿真系统与ATS系统的主要接口以及接口交互的数据内容。按ATS主要接口类型分类，共设计出5个接口模拟，分别是CI接口模拟、ZC与ATS车站接口模拟、ZC与ATS中心接口模拟、ATP/ATO接口模拟、AOM接口模拟，主要完成仿真终端协议到ATS与其他信号系统内部接口协议的相互转换工作。

图1 仿真系统结构示意Fig.1 Structure schematic of the simulation system

ATS仿真终端作为ATS仿真系统的核心，可通过计划信息模拟、设备状态模拟、列车模拟、故障模拟的输入，根据测试用例中测试步骤的要求，通过场景保存和加载，自动完成ATS相关测试用例的测试工作。

为解决多人在一套测试环境上同时测试及仿真终端的性能问题，将仿真终端进行拆分，新增仿真终端之间的交互功能，实现仿真终端管辖范围的灵活分割和终端与终端间的互联互通功能，进而支持测试环境的灵活性和便捷性。

3 仿真系统功能设计

目前行业内仿真系统的主要功能有列车操作、设备操作、模拟列车，其中模拟列车运行为仿真系统的核心功能。列车需要根据信号状态，区段状态等基本联锁条件自动运行，同时需要根据区段公里标，实际区段长度等实时计算列车的精确位置和移动授权等。

如图2所示，为支持和保障ATS自动化测试，在主要功能上新增设计的5个功能，包括运行图加载、进路自动触发、场景管理、回放、命令列表和报警列表。

运行图加载功能：包括离线运行图加载和在线运行图加载。离线状态下，仿真系统可脱离ATS生产系统独立运行；在线状态下，仿真系统与ATS生产系统（存储服务）连接。

图2 仿真系统新增功能示意Fig.2 New features schematic of the simulation system

进路自动触发功能：在自动进路触发模式下，仿真终端可根据运行图/目的地信息，自动加载列车，并实现办理进路、列车控制等功能。

场景管理功能：场景包括设备状态信息、列车相关信息、故障模拟信息、运行图信息，共4类信息。添加场景时，保存场景信息的同时生成一条保存记录。记录保存日期、保存名称、保存人、保存备注信息等。场景管理功能包括场景记录的添加（场景信息保存）、删除、载入（场景信息载入）。可用脚本控制场景自动载入的时间、顺序、时长、以及上述4类信息的详细内容。

回放功能：离线状态下，根据回放文件，建立实时信号状态复现（包括设备状态、列车信息等）。可对设备进行操作功能；在线状态下，仿真系统实时记录回放数据并保存在本地数据库，根据需要对数据进行复现。

命令列表和报警列表功能：命令列表记录仿真系统外部命令和仿真界面的操作流程。列表内容提供2种方式，分别是将接收/发送数据分类统计、直接顺序显示接收/发送的数据。报警列表用于显示仿真系统的异常、报警等信息。

4 仿真系统自动化测试应用

仿真系统把测试的输入条件保存成场景，用测试用例编号作为场景名称。一个场景可以对应一个或多个测试用例。在场景备注里，简单描述加载场景后的测试步骤。如图3所示，在执行测试时，将原来的阅读测试用例、理解测试用例，人工逐步设置测试输入条件的步骤，直接用加载用例对应的场景替代，进而实现测试的自动化程度，提升测试效率。

图3 仿真系统自动化测试过程示意Fig.3 Automation test process schematic of the simulation system

实验证明，用这种方式每执行一条测试用的时间，可从之前的5 min降低至2 min，这样大大降低了因人为因素导致的测试质量下降问题。按此数据计算，仅用该方法，测试时间可节省约60%。

仿真系统的运行图加载和进路触发功能，使得测试人员无需搭建复杂的ATS测试环境，即可通过仿真终端完成测试的相关内容，如测试连接关系、进路自动触发数据等。以列车速度为依据，列车速度可提升约70%以上，仅以此项计算，测试时间可节省约70%。

回放以及命令、报警列表功能，作为保存测试过程、记录测试问题的辅助功能，为研发人员复现问题和快速查找问题提供了有利的保证。

5 结束语

本文通过对仿真系统结构及功能的优化，以场景管理和场景管理脚本为基础，结合列车按计划图自动运行、列车运行速度调整等功能，以回放、命令和报警列表为辅助，极大节省了ATS产品确认测试的人工成本和时间成本，提高产品的测试效率和测试质量。该仿真系统也可作为ATS培训管理系统的创新点，同时也可以作为研发人员复现现场故障，分析软件问题的工具。