高速铁路信号系统联调联试技术发展新思路

张云飞

中铁电气化局集团北京电气化公司 北京 100000

引言

联调联试以达到设计速度为目标，通过采用检测列车、综合检视列车、测试动车组和相关检测设备在规定测试速度下对各系统及相关系统间接口、匹配关系进行综合测试；评价和验证牵引供电、接触网、远动、通信、信号、客服、灾害监测等系统的性能或功能；验证轨道、道岔、路基、桥梁、隧道、声屏障等结构工程的适用性，评价综合接地、电磁环境、振动噪声、分相装置等是否满足相关标准的要求；为高速铁路各业务系统和整体系统的调试、优化提供技术支持，使各系统和整体系统的功能及性能达到标准要求。

高速铁路联调联试需多单位联合作战、专业涉及面广、参与人数众多、时间跨度长、剩余工程较多、管理难度较大，因此，研判联调联试期间主要安全风险，研究相应预防措施，对加强联调联试安全管理，推进高铁高质量开通运营具有一定的指导意义。

1 联调联试技术现状

1.1 “实车实景”测试

信号系统联调联试采用CTCS3-300T车载设备进行测试，试验过程中车载设备严格按线路允许速度等地面信息自动生成目标距离速度曲线监控列车运行，地面信号设备全部为真实设备，列控工程数据配置均为拟开通的数据版本；测试场景除了现场运营过程中最基本或使用频率最高的场景，还包括系统运用过程中一些常见的故障场景，最大限度地贴近实车实景测试要求。

1.2 完善的测试案例库

信号系统联调联试是对系统功能的测试，按照国际通用做法，2009年原铁道部制定颁布了《客运专线CTCS-3级测试案例》，将系统功能需求按最小单元划分为470个测试案例；2020年在此基础上进行了补充完善，测试案例达到了1055个。信号系统联调联试以颁布的测试案例为基础，结合测地面设备、现场可实施等情况，按照与系统测试相关、现场可实施、测试地面设备功能及接口等原则选取和编制相应的测试案例。

1.3 统型与兼容性测试

实现不同厂家、不同型号信号设备的统型是技术发展的目标，但由于不同厂家对规范理解存在偏差以及设计理念、设备构造型式的不同，实现完全统型需要一个长期的过程；信号系统联调联试过程中安排了多种型号车载设备的兼容性测试，并针对不同厂家、不同型号设备的差异设计相应的场景。

1.4 大系统级的功能测试

信号系统联调联试通过功能和场景测试，不但验证信号系统内部的各项功能，同时验证信号系统与牵引供电、站场、通信、防灾、运输调度等多个专业接口关系、数据配置以及整体设计的匹配性和一致性。

2 联调联试技术重难点

2.1 众多系统之间接口测试重点

2.1.1 测试验证计算机连锁系统（CBI）与列控中心（TCC）、调度集中系统（CTC）车站分机、无线闭塞中心（RBC）的接口功能。

2.1.2 测试验证调度集中系统（CTC）与计算机连锁系统（CBI）、列控中心（TCC）、临时限速服务器、GSM-R、无线闭塞中心（RBC）系统的接口功能，测试验证动态场景下调度终端的相关功能。

2.1.3 郑万铁路重庆段，针对云阳至万州北郑渝场区间设置的C3/C2级间转换点，增加等级转换过程中进路变更、临时限速特殊场景。

2.1.4 郑万铁路重庆段，针对巫山站至巴东北区间延缓开通，利用巫山站（郑州方向）出站应答器组进行尽头防护，增加巫山站（郑州方向）出站应答器组报文测试特殊场景。

2.2 测试深度与条件局限

近年来的联调联试经验表明，信号系统故障往往发生在多种条件叠加的情况下，这就要求信号系统联调联试测试场景的设计应结合测试案例的发生概率、发生频次及组合关系，而由于现场条件的局限，相关的时机、时序和案例组合很难实现。因此，在信号系统安全功能需求越来越复杂的背景下，如何利用相关辅助测试技术，提升测试深度是下一步测试技术发展必须考虑的问题。

2.3 测试手段与海量数据的矛盾

列控工程数据是列控系统正常工作的基础，其准确性至关重要，且数据量十分庞大；联调联试测试方案编制过程中运用的测试案例非常多，联调联试过程中车载、连锁、列控、调度集中、集中监测等设备实时产生的监测记录数据更是海量。目前，现场测试数据分析主要依靠人工手段，分析深度难以满足高质量的测试要求。

3 联调联试技术发展新思路

3.1 基于模型与形式化验证的测试技术

基于模型的测试是针对被测系统进行模型提取，并基于该模型自动生成测试用例以及运用于系统测试的过程。模型即被测系统的行为预期，将测试结果与预期结果进行对比，来判断系统需求的一致性[1]。测试过程及测试结果的对比通过可进行交互的测试平台自动实现，该方法能够增强测试平台的重用性和互操作性，具有更加完备、自动化率更高的优点，在目前的高铁列控系统测试中备受关注。例如，佛罗伦萨大学通过使用数学模型与动力学方程模拟应用场景，模拟了现场很难设置的特殊故障环境。

基于模型的测试通常使用形式化验证方法，形式化验证是针对模型用数学语言来设定断言，并寻找反例来证明断言正确或者错误的测试方法。近10年来，形式化方法逐渐被引入高铁列控系统的验证与测试工作中。例如，使用基于有色Petri网、时间自动机、UML、EVENT-B和Prover等建模方法和建模语言，对列控系统、计算机连锁、ATP以及安全通信系统等进行分析验证。建立模型的过程，是黑盒变白盒的过程，针对特定模型的特定功能，可以实现全覆盖测试。

3.2 防止试验列车超速运行

3.2.1 综合检测动车组加装LKJ-15设备。LKJ2000设备最高控车速度为170km/h，不能满足试验需求，新一代LKJ能实时显示线路顶棚限速、里程、纵断面、曲线等准确信息，试验过程中根据试验逐级提速需要设置顶棚速度等级，防止司机超速并确保贴线运行[2]。例如，南昌局集团公司赣龙高铁进行了4.4m线间距逐级提速科学试验，为实现试验列车按规定速度贴线运行和精准交会的试验目标，综合检测动车组临时加装了LKJ-15（新一代LKJ）设备，最终圆满完成了4.4m线间距逐级提速科学试验。

3.2.2 动车组逐级提速安全措施。通过在地面设置进站信号机提示牌、电分相预告标、线路限速提示牌等临时标志牌，防止未安装LKJ装置的动车组试验列车在人工控车时出现超速。

3.2.3 强化切除LKJ、ATP控车试验的管理措施。试验列车确需切除LKJ、ATP控车时，机务、车务部门和调度所要严格执行规定的特殊安全措施，机务部门要对照站场平面图进行模拟推演，按试验开行车次提前制作操纵提示卡和操纵示意图，梳理安全风险点，安排胜任司机值乘，并派胜任人员添乘把关，无关人员不得进入司机室，不得影响司机操纵。各级添乘人员应严格执行试验计划，不违章指挥，不指示列车司机超试验计划速度运行。

3.2.4 强化分段重叠区段逐级提速试验把控。科学合理分析重叠（交叉）试验区段试验速度级，认真研究重叠（交叉）试验区段速度级试验方案，确保重叠（交叉）区段按速度级逐级进行提速试验。

3.2.5 公布列控工程数据表、LKJ基础数据。联调联试开始前，铁路局集团公司发布联调联试列控工程数据表、LKJ基础数据。

3.2.6 优化高速铁路联调联试试验流程。高速铁路联调联试试验流程一般为检测列车逐级提速、单列动车组列车逐级提速、重联动车组列车逐级提速、信号场景试验等。单列动车组列车逐级提速完成后，建议先安排信号ITC试验和正线信号场景试验，尽早开通使用列控CTCS-2/CTCS-3设备，实现重联动车组逐级提速列车尽可能采用ATP控车，最大限度降低安全风险。

3.3 稀缺类型列控车载设备动车组调配

每个铁路局集团公司配备各型列控车载设备的动车组数量差别较大，个别稀缺类型列控车载设备动车组因厂修、难以调配等原因，影响联调联试进度。因此，联调联试前铁路局集团公司科信部、运输部、客运部、车辆部应共同研究联调联试进度、稀缺类型列控车载设备动车组运用检修计划，满足兼容性试验。如难以调用本铁路局集团公司某种类型动车组，则需车辆部牵头，向其他铁路局集团公司借调。

3.4 基于云平台的远程测试技术

云平台可最大限度地利用硬件平台资源，整合多个操作系统，并根据需求进行重新分割独立运行，可构建资源集中、共享和远程互相调用的新服务器模式。对于传统联调联试工作中无法进行资源整合、高效管理和快速部署等问题，云平台测试技术有望提出新的解决方案。

云平台的关键技术是资源虚拟化，可将多台物理服务器的计算、存储、网络进行聚合管理，构建高铁仿真测试私有云，再使用虚拟化软件的方法将其分割为多个虚拟云服务器，为联调联试中的TCC仿真、RBC仿真、CBI仿真、TSRS仿真和线路仿真等提供独立的测试环境并可进行分布式管理。

基于云的远程测试及分析系统主要由3部分组成：信号采集端、云服务器和远程客户端。信号采集端负责将真实设备与测试仪器连接并进行数据实时采集、数据存储和定期将收集数据推送到云服务器，然后调用独立运行的虚拟机进行仿真测试[3]。远程客户端可进行用户界面管理，根据不同的测试需求进行相应的网络配置、测试环境配置、仿真文件管理等，实现自动化处理。在基于软硬件的联调联试中引入云技术，利用并行自动测试系统，通过组件进行测试任务分发并创建一个内部数据库，生成和存储大量随机测试用例，这样可根据实际需求动态调整硬件和软件资源。

3.5 换端组织

为提高测试效率，减少换端时间，应配备2把主控钥匙，并安排两端司机执乘。如条件具备，检测列车两端均配备行车指挥、试验人员。

信号测试时，检测列车需要越过进站信号后自区间折返，具体停车地点应纳入测试序列相关描述。确定区间停车里程时，注意分相区位置，防止检测列车低速进入接触网电分相内的无电区停车[4]。区间折返需两端站使用辅助按钮改方，相关车站应提前组织人员练习相关操作，避免因改方操作不及时影响测试。

3.6 试验配合与应急处置

为顺利完成测试任务，电务部门、设备管理单位、施工单位、设备厂家等，需登乘检测列车配合试验。集成商、设备供应商驻站技术负责人应将联系方式提前留存联调联试指挥部（临时调度所），以便于联络。试验期间，设备厂商应驻站配合试验，并及时处理试验中出现的问题；施工单位和设备管理单位应指派人员在车站行车室及临时调度所值守，并负责与试验列车、列车调度员及车站行车人员联系。

4 结束语

当前，我国高铁建设处于快速发展阶段，高铁联调联试是高铁建设和运营管理的重要工作内容。联调联试计划编制工作既是高铁工程项目联调联试组织实施的工作重点，也是保证联调联试任务按期完成的重要技术手段。建议对计划编制的流程和方法进行更深入探讨和研究，将计划编制工作提升到一个新的阶段，从而推动高铁联调联试工作向标准化、规范化、智能化发展。