基于通信的列车控制系统（CBTC）互联互通测试方案设计与实现

徐 鑫 焦凤霞

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京，100070)

1 概述

随着我国国民经济的快速发展，城镇化建设步伐的加快，城市规模逐渐扩大，城市区域范围通勤和城市交通拥堵问题已越来越成为各大城市在快速发展过程中迫切需要解决的问题。加快发展轨道交通建设，实现互联互通，不仅能够很好的解决广大人民群众关心的拥堵问题，而且还能极大的带动轨道交通上下游产业链的发展，推动当地经济的快速发展。互联互通CBTC系统遵循故障导向安全的设计理念，系统安全相关功能须具备SIL4安全完整性等级，因此在系统全生命周期，需进行包括软件单元测试、子系统功能测试、系统测试、互联互通系统测试、工程交付测试等多层级全面严格的验证测试工作，其中互联互通CBTC系统测试是互联互通系统验证的最直接有效手段。

本文针对互联互通系统的特点，结合重庆互联互通项目提出CBTC系统互联互通测试方案。

2 重庆互联互通工程项目简介

重庆地铁互联互通国家示范工程项目由重庆轨道交通环线、4号线、5号线、10号线组成，如图1所示。以重庆市轨道交通第二轮建设为背景，旨在完成互联互通信号系统的安装、调试和投入运营，在全局调度的运营管理下，实现重庆轨道交通第二轮建设规划线路的网络化运营，达到国内先进运营和管理的示范效果。

图1 互联互通线路示意图Fig.1 Schematic diagram of Interoperability lines

互联互通首先要实现互通互换，任一家供应商车辆可在任一条线路上互通互换；再次实现联通联运，减少换乘，需线路配线、运营管理体系的支持。项目于2014年启动，制定区域轨道交通技术规范，统一关键技术接口和系统设计原则，研制满足互联互通的系统设备和搭建测试平台，经过测试验证、专家评审，已经实现在5号线的车载共线试运行。

3 互联互通CBTC系统测试平台

互联互通测试的最好环境是现场真实场景，但是由于互联互通涉及线路多，不同线路应用不同厂商的系统，全部测试在现场进行带来成本高、周期长、现场因素不确定、事故率高、发现问题定位繁琐等问题，因此搭建互联互通仿真测试平台，通过仿真与实物相结合的方式，最大限度地模拟现场实际场景，解决互联互通测试的可行性和全面性。

互联互通仿真测试平台整体按照“硬件最小化，功能最大化”的最小系统思想，以重庆环线、4号线、5号线、10号线为背景，提取列车运行控制系统中的核心设备和典型设备作为最小系统的雏形，选取功能和接口全覆盖的最小子集作为最小系统的首选模型，采用功能接口全部预留和增量式的整体架构，按照控制中心层、网络层、车站设备层、仿真层（轨旁仿真、车载仿真）、车载设备层构建仿真测试平台架构，满足互联互通接口、互联互通功能测试验证需求的交叉测试平台。互联互通仿真测试平台架构如图2所示。

控制中心层主要包括中心ATS设备。

网络层包括地面设备之间的有线网络及车地之间的无线网络，与现场实际一样布置为双网。

车站设备层主要包括车站ATS、计算机联锁、地面ATP设备。

轨旁仿真层主要模拟轨旁的信号设备，如道岔、应答器、计轴、信号机等设备。列车仿真层主要模拟列车驾驶台、车辆动力学模型以及速度传感器、雷达、应答器接收天线等信号外围设备。

车载设备层主要包括真实车载设备以及MMI。

4 CBTC系统互联互通测试方案

图2 互联互通仿真测试平台架构图Fig.2 Interoperability simulation testing platform architecture

互联互通统一系统功能需求、系统间的接口协议，各厂家系统需要在各自原有系统的基础上进行功能和接口的二次开发和协作。互联互通测试的目的就是在各互联互通产品供货商按照互联互通的技术要求对各子系统产品进行设计与实现的基础上，根据互联互通总体要求，对互联互通系统接口、功能等进行验证，同时保障现场互联互通试验线测试顺利进行。本章即针对互联互通的测试需求制定测试方案。

4.1 测试范围

互联互通测试主要集中本线车载与他线地面系统之间的测试。对于本线车载与本线地面之间的测试，建议在自家测试完成，不纳入到互联互通测试中。自家需保证本线系统内数据和功能复合性，后交由互联互通实验室和现场进行交叉测试、共线测试和跨线测试。

4.1.1 交叉测试

交叉测试指的是不同线车载在不同线地面进行的测试。以重庆互联互通为例，由4条线路组成，每条线路的车载设备与其他线地面设备之间的交叉测试组合共有12种，如表1所示。每个测试组合，需完成接口测试、数据测试和功能测试。

表1 交叉测试组合示例Tab.1 Cross test composite examples

4.1.2 共线测试

共线测试指的是不同线车载在同一条线地面进行的测试，主要是多车测试。以重庆互联互通为例，共存在24种组合，如表2所示。每个测试组合需完成功能测试。

4.1.3 跨线测试

跨线测试指的是列车由一条线跨入另一条线的测试，包含不同线路地面系统之间的接口测试和车载跨线测试。以重庆互联互通为例，地面系统的接口测试共分为6种组合，车载跨线测试存在24种组合，如表3、4所示。

表2 共线测试组合示例Tab.2 Collinear test composite examples

表3 跨线接口测试组合示例Tab.3 Overline interface test composite examples

表4 车载跨线测试组合示例Tab.4 Onboard overline test composite examples

4.2 测试内容

互联互通测试以中国城市轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通信号系统互联互通标准-互联互通测试及验证技术规范（点式部分）》、《中国城市轨道交通信号系统互联互通标准-互联互通测试及验证技术规范（点式部分）》及相关接口、通信协议规范为依据，进行互联互通测试用例设计。

根据现有互联互通CBTC系统的构成，以及目前各线系统地面和车载系统均出自同一厂家，互联互通交叉测试的接口测试包括VOBC-CI、VOBCZC、VOBC-ATS之间的接口测试。跨线测试的接口 测 试 包 括 CI-CI、ZC-ZC、ATS-ATS之 间 的接口测试。随着互联互通日后的深入和发展，一条线路的列车和地面分别采用不同厂家的信号系统时，互联互通测试还需对不同厂家系统间CI-ZC、CIATS、ZC-ATS的接口进行测试，互联互通测试方案随之调整。

在实验室测试阶段，根据测试策略对接口、数据和功能均进行完整测试。现场测试阶段，仅进行数据和功能的测试。由于互联互通测试通常伴随着各线的工程测试，一方面为缩短互联互通测试的周期，另一方面又避免室内和现场测试的重复，对现场测试的内容需要在室内测试的基础上进行筛选和再设计。以重庆互联互通为例，现场测试用例的设计基本遵循以下原则。

1） 由于受实验室环境限制无法实现而现场具备条件的相关测试项，在现场测试阶段进行验证。

2） 对于实验室环境与现场环境的不同造成测试存在差异的相关测试项，在现场测试阶段再次验证。

5 结束语

重庆互联互通项目目前已经实现环线、4号线、5号线、10号线在5号线的车载共线试运行，正在进行其他线路的共线测试，下一阶段目标要实现在环线、4号线、10号线的共线运行以及跨线运行。通过本测试方案，互联互通测试积累了相关经验，同时为验证互联互通规范标准方案的可行性，推动互联互通行业规范标准改进与发展，为城市轨道交通互联互通建设提供了技术支撑。