轨道交通联锁软件测试方法研究

来源:上海电气泰雷兹
2022-11-02
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联锁系统是轨道交通信号系统中的核心子系统,主要用于控制和监督轨旁设备,在列车自动防护中起到至关重要的作用。联锁系统的安全性和可靠性是研究、开发联锁设备必须遵循的永恒主题。联锁软件的失效会对列车的运行产生安全隐患,如何保障联锁软件安全性和可靠性是轨道交通行业的一项重要课题。本文从测试验证角度出发,通过探索三种测试方法来保障联锁软件的安全性和可靠性。


联锁软件的系统结构如下图,通信层主要接收中央ATS调度请求、移动授权单元进路请求和车载站台门请求等命令。逻辑运算层是联锁软件的核心部分,建立在常用的双重二取二热备冗余配置的硬件平台之上,极大的提升了联锁系统的安全性和可靠性。执行表示层主要完成控制命令的输出及信号设备状态的输入监督。

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以脚本驱动的联锁软件自动化测试——高覆盖率,低人力和时间成本


联锁软件的测试是一项非常繁琐且关键的任务,测试要尽可能地覆盖所有系统功能-数据的验证,由于联锁相关的数据量巨大,如果全部用手工测试会耗费大量的人力和时间成本,因此,自动化测试平台必不可少。如下图所示,以城市轨道交通CBTC信号系统架构为例,左边圆圈里集成了联锁软件的源码以及相关的车载软件、轨旁软件、车辆仿真、轨旁仿真和ATS仿真。所有CBTC设备和系统被集成到该自动化测试平台中,通过该自动化测试平台来控制各个系统的运作。右边是驱动脚本,驱动脚本是测试人员根据联锁系统需求规格说明书及联锁软件详细设计文档而开发,其中包括五种场景:
1. 全功能场景;
2.全数据逻辑关系遍历场景;
3. 运营场景;
4.故障场景;

5.特定复杂场景。脚本通过命令列车定位、移动道岔、办理进路、注入故障等操作实现高度复杂场景与大量的联锁数据交互、动态响应请求与验证,测试就可以在无人值守的状态下自动进行,并对测试输出状态进行动态分析反馈。


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以性能和压力导向的实验室集成测试——达到RAMS性能指标的必经之路


实验室集成测试环境示意图如下图所示,联锁软件烧录到联锁硬件设备接入到双网交换机中,环境仿真器负责仿真继电器接口电路及室外信号设备。实验室集成测试是一种黑盒测试,主要完成软件硬件集成测试,接口测试以及性能测试。软硬件集成测试的目的是为了测试联锁软件和各个硬件模块之间是否兼容;接口测试目的是为了测试和联锁系统相关的其他子系统之间的数据交换,传递和控制管理过程是否正常。性能测试主要测试联锁软件性能指标是否满足RAMS和行业标准的要求。

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下图是环境仿真器的操作界面,环境仿真器仿真了线路布置图,继电器接口电路和室外信号设备。同时给测试人员提供了丰富的操作选项,方便快捷的构建测试场景及注入故障。环境仿真器还能根据不同的需求进行各种功能的仿真模拟的开发,能使软件在到现场进行测试前在实验室里进行充分的测试与验证,把更多的问题发现在实验室里。

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以客户和运营导向的现场验收测试——系统与实际运营的匹配性测试

现场验收测试所需要的资源和成本往往比实验室测试要高,现场验收测试处于测试验证生命周期最后一个环节,如果发现联锁软件缺陷,修复的人力成本和时间成本较大,基于以上因素,联锁软件的功能测试和系统测试主要由自动化测试和实验室测试覆盖,现场验收测试主要侧重于对系统与实际工作环境、运行条件、人机交互等的匹配性进行评估,包括基本功能测试,轨旁设备一致性测试,A/B 机冗余测试等。现场验收测试也会邀请客户参与测试,确认最终联锁软件是否满足客户的要求。


张乃虎

上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司测试验证主管

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