城市轨道交通车车通信系统室内确认测试方案研究

李叶 周欣玥 张朝孟 夏芸

摘  要：基于车车通信的列车自主运行系统（TACS）作为新一代城市轨道交通信号系统，引起国内业界高度关注。TACS系统将轨旁信号设备（道岔、信号机）当成资源库，将资源分配到列车，以简化轨旁控制的列车间协同为基本原理，提高系统性能和运营的灵活性。对新一代信号系统进行测试方案研究的目的是评价TACS系统的功能及性能指标，为现场运营提供信心。该文对TACS系统功能、接口、性能的确认测试方案进行探讨。结果表明，该测试方案能对TACS系统的功能及性能指标进行评价，为TACS系统的测试提供指导及参考。

关键词：车车通信；测试平台；确认测试；功能测试；性能测试

中图分类号：U213.2      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0151-04

Abstract： As a new generation of urban rail transit signal system， the train autonomous control system（TACS） based on vehicle-to-vehicle communication has attracted great attention in the domestic industry. The TACS system takes the trackside signal equipment as a resource library， and allocates resources to trains. Based on the basic principle of simplifying the coordination between trains in trackside control， the system performance and operation flexibility are improved. The purpose of the research on the test scheme of the new generation signal system is to evaluate the function and performance index of the TACS system and to provide confidence for the field operation. This paper discusses the confirmation test scheme of the function， interface and performance of the TACS system. The results show that the test scheme can evaluate the function and performance index of TACS system， and provide guidance and reference for the test of TACS system.

Keywords： vehicle-to-vehicle communication; test platform; confirmation test; function test; performance test

目前，在我国城市轨道交通领域中应用最广泛的列车控制系统是基于通信的列车控制（Communications Based Train Control，CBTC）系统。在传统CBTC系统中，采用连续车-地-车双向数据通信技术、不依赖轨旁列车占用检测设备的列车主动定位技术，通过地面控制设备与车载控制设备协同配合，为列车提供连续的自动控制服务。

近年来，基于车车通信的列车自主运行系统（Train Autonomous Control System，TACS）作为城市轨道交通信号系统的新技术，得以迅速发展。TACS系统与目前广泛应用的CBTC系统同属于移动闭塞制式，但二者在系统结构和原理等方面均有较大差异，TACS系统凭借其优良的系统性能，逐渐从研发试验走向工程应用。当前，车车通信信号系统在业界也得到关注，包括目前已使用TACS系统运营载客的深圳20号线，使用TACS系统进行现场调试试验的青岛6号线一期及上海3、4号线[1]。

TACS系统具有SIL4的安全等级，其应用需要重点关注系统功能的高可靠性和高安全性，在发布到现场应用之前，需要对系统功能、接口及性能进行完整的确认测试。传统的CBTC系统的测试平台、测试方法等均不适用于TACS测试，保障TACS系统质量的测试方法、测试流程、测试平台研究却较少涉及，这在一定程度上制约了TACS系统的安全高效实施应用[2]。

因此，本文针对基于车车通信的TACS系统确认测试方案进行研究，探讨基于车车通信的TACS系统的测试平台及系统测试方案，这对评估TACS系统的质量指标，在现场稳定运行具有重大的意义。

1  TACS系统组成及简介

典型的基于车车通信的列车自主控制系统TACS信号系统主要由车载控制器（Carbone Controller，CC）、轨旁资源管理器（Wayside Resource Controller，WRC）、轨旁列车控制器（Wayside Train Controller，WTC）、目标控制器（Object Controller，OC）、列车自动监控系统（Automatic Traffic Supervision， ATS）、数据传输系统（Data Communication System， DCS）以及智能运维系统（Intelligent Operational& Maintenance System，IOM）子系统组成[3]。TACS系统结构如图1所示。

各子系统主要功能如下[3]。

车载控制器（CC）主要负责根据计划进行线路资源申请及释放，自主计算移动授权并进行列车自动控制。

轨旁资源管理器（WRC）主要负责线路资源分配和回收。

轨旁列车控制器（WTC）主要负责管理及跟踪故障列车，接管故障列车进行资源申请及释放，并与相邻列车进行信息交互。

目标控制器（OC）主要负责实现轨旁基础信号设备的状态采集及驱动。

列车自动监控系统（ATS）主要负责监督和控制列车的运营。

数据传输系统（DCS）主要负责各子系统提供网络传输通道。

智能运维系统（IOM）主要负责设备运行状态及故障信息监测，并进行智能分析，提供故障处理建议。

2  TACS系统测试平台

对于TACS系统室内测试，室内仿真测试环境是必备且非常重要的一个环节。室内仿真测试环境的结构、仿真功能及故障注入功能的全面性也会影响测试完整性及测试质量。

TACS系统测试平台主要用于执行TACS系统集成测试以及系统确认测试，包括接口测试、功能测试、性能测试及压力测试，也用于现场故障场景的模拟和复现。传统的CBTC系统大多采用真实硬件结合部分仿真的测试平台。而TACS系统，由于车车通信的主体是列车，即车载控制器（CC），多辆真实的CC设备不仅占地较大、成本昂贵，而且仅能满足部分功能测试，无法满足车车通信系统的多车功能测试及性能测试。因此，根据功能和性能的测试需求，TACS测试平台分为硬件测试平台和软件测试平台。

2.1  硬件测试平台

硬件测试平台主要用于进行系统内部接口集成测试，以及单车及降级列车功能测试，硬件测试平台结构如图2所示，左侧虚线框内为测试平台仿真设备，包括轨旁及车载的测试平台、OC测试平台，测试平台中包含运行在Windows操作系统下的测试环境、测试平台以及查看测试变量的工具OMAP，右侧为被测系统设备，包括WRC、WTC、OC、ATS及IOM。

2.2  软件测试平台

软件测试平台主要用于进行多车功能测试，以及多车性能测试，软件测试平台不使用真实的机柜和板卡设备，由纯软件环境组成，主要用于部分系统确认测试用例执行以及多车性能测试，如图3所示：虚线框内为车载测试平台、轨旁测试平台，车载测试平台由运行在windows操作系统下的测试环境、多个仿真CC组成；轨旁测试平台由运行在windows操作系统下的测试环境、WRC仿真和WTC仿真组成。右侧为被测系统设备ATS子系统，组成完整的软件测试环境。

3  TACS系统测试方案

车车通信TACS系统是一种功能复杂的大型系统，对其进行系统功能确认测试、接口测试及性能测试是系统投入运营前的必备环节。目的在于验证系统是否满足系统需求规范，属于黑盒测试范畴。系统的很多功能测试，尤其是与安全相关和非正常降级情况下的系统功能测试，无法在现场进行或是需要投入大量的时间和人力才能在现场完成。因此，TACS系统的功能测试、性能测试，需要使用与实际线路相符的仿真环境进行实验室测试，才能保证测试方案完整性和有效性[4]。TACS系统功能及性能测试基于系统需求规格书及工程应用项目需求，将测试方案分为功能测试、接口测试、性能测试及拷机测试，目的及使用的测试平台见表1。

3.1  功能测试

TACS系统功能完备性、可靠性和安全性，直接影响到轨道交通运行效率和行车安全[4]。为了保证系统满足系统需求规范中的安全需求、非安全需求及性能需求，必须对其进行完整的测试。测试场景的设计、测试用例编写及测试执行对功能测试的正确性和完整性起着重要作用[5]。

TACS系统的功能测试内容包括：正常运行模式下功能测试、降级运行模式下功能测试，多车防护场景测试等，具体对应的功能点及测试平台举例见表2。

3.2  接口测试

接口测试也叫集成测试，是测试系统组件间接口的一种测试，主要用于测试系统与外部其他系统之间的接口，以及系统内部各个子模块之间的接口。测试的重点是要检查接口协议的一致性，数据传递的正确性，接口功能实现的正确性。

TACS系统的接口测试，包括通信属性测试，协议一致性测试以及数据接口测试，目的是验证子系统之间的接口满足接口定义文件的需求定义。TACS子系统接口测试需在硬件测试平台进行，包含的接口及所需设备见表3。

3.3  性能测试

性能测试是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。

TACS系统的性能测试，以工程项目合同中要求的性能指标，如兑现率、正点率及故障率为验证目标，使用软件测试平台模拟现场高峰时期的进行多车跑运行图测试，城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范中要求不少于20 d，最后通过测试情况给出性能指标是否满足的结论。表4中列出了城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范中的性能指标要求[6]。

3.4  测试评估

测试结论作为产品质量评估的重要输入，一般从版本通过率、测试用例通过率、开放缺陷比例等指标来衡量。

版本通过率是指本轮测试版本的通过次数除以总测试版本数的比率，用于评估本轮新增及变更的功能质量。版本通过的标准为本版测试未提交一般以上等级的缺陷，并且本轮验证的缺陷全都通过。

测试用例通过率是指通过的测试用例数除以总用例数的比率，结合开放缺陷数比例，共同用于评估产品整体功能质量。

当版本通过率和测试用例通过率达到产品质量标准要求时，才允许发布现场应用。

4  结束语

基于车车通信的TACS是目前国际轨道交通业内应用于载客的城市轨道交通信号系统最前沿的技术，TACS系统测试方案的完整性、测试设计的合理性显得尤为重要，对相关质量指标的测试结论将为TACS系统广泛应用提供强有力的支撑。本文探讨基于车车通信的TACS系统功能、接口及性能测试平台测试方案及测试评估，该方案已成功应用于深圳20号线的系统测试。在该系统的后续测试方案优化中，可考虑增加场景测试及故障测试，结合更多现场运营场景进一步验证系统的可靠性。

参考文献：

[1] 汪小勇.城市轨道交通基于车车通信的列车自主运行系统探讨[J].中国铁路，2020（9）：77-81.

[2] 徐海贵，汪小勇，陆怡然.基于车车通信的列车自主控制系统：CN212500426U[P].2021-02-09.

[3] 欧阳玲萍，熊坤鹏，朱程辉，等.城市轨道交通TACS系统测试探讨[J].电子技术与软件工程，2023（3）：143-147.

[4] 王大庆.城市轨道交通CBTC系统验收测试方法[J].城市轨道交通研究，2016（3）：21-26.

[5] 王学浩，刘瑞娟.基于车车通信的列车自主运行系统研究及应用[J].城市轨道交通研究，2022（11）：134-139.

[6] 城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范 第1部分：地铁和轻轨（交办运〔2019〕17号）[Z].