陈俊强

（中电和瑞科技有限公司，北京 100083）



基于数据驱动的ATS系统功能测试方法研究

陈俊强

（中电和瑞科技有限公司，北京 100083）

提出一种基于数据驱动的ATS系统功能测试方法，结合ATS系统功能和外部接口特征，设计了包含测试场景管理模块、测试数据管理模块、在线数据执行模块、接口适配模块以及测试数据记录、分析模块的功能测试平台，该方法具有测试平台结构通用化、功能可重用性强、成本较低等特点。关键词：数据驱动；功能测试；测试平台；ATS

1　概述

社会经济的发展极大推动了中国的城市化进程，城市化的过程中产业结构在变化、人口数量在急剧增长，巨大型城市、特大型城市数量不断增多。人口的增多对城市的环境带来很大影响，在交通方面更是面临着越来越严峻的挑战。事实证明，大力发展公共交通是解决交通问题的关键，公共交通中的轨道交通具有安全准时、运能大、节约能源的优点，因此，采用快速轨道交通来解决日益严重的城市交通问题已经成为城市公共交通发展的一大趋势。

在城市轨道交通信号系统中，列车运行自动控制系统是保证轨道交通系统安全高效运行的关键，其包括3个子系统：列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）、列车自动保护系统（Automatic Train Protection，ATP）、列车自动运行系统（Automatic Train Operation，ATO）。ATO主要用于实现“地对车控制”，即用地面设备实现对列车的行驶、制动的控制，其能模拟经验丰富的司机完成对列车的驾驶任务，使列车时刻处于一个最佳的运行状态。ATP主要用于对列车驾驶进行安全防护，对与安全有关的系统或设备进行监控，实现列车超速防护、间隔保护等功能。ATS是在ATO、ATP子系统的支持下完成对列车运行的监督和控制，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理，实时对在线列车进行自动控制，提高乘客舒适度、列车准点率，极大降低调度人员的劳动强度，使轨道交通系统更好的为人民服务。所以，在ATS系统研发过程中对ATS系统进行仿真测试研究，确保ATS系统功能的正确性，并提前发现系统设计缺陷，提高系统的可用性显得尤为重要。

ATS系统功能测试方法有很多，从是否针对ATS系统的实现算法和内部结构的角度来说，ATS系统功能测试方法分为黑盒和白盒测试。黑盒测试即常见的功能测试，是在已知ATS系统所应具有的功能条件下，检测所有功能是否都已正常实现。在测试时，把被ATS系统看作一个未知的黑盒子，且测试过程中完全不考虑系统内部如何实现，通过对系统外部标准接口进行测试，检查该系统实际的功能是否符合用户功能需求，是否能正常地处理输入数据并产生相应正确的输出信息。白盒测试也称结构测试或逻辑驱动测试，是在ATS系统内部结构已知的情况下，对系统进行的测试。白盒测试需要全面了解ATS系统实现的内部逻辑结构、对所有的逻辑路径进行测试。白盒测试主要完成对ATS系统设计及系统结构的测试，通过结构测试保证系统的各个流程在各种情况下都能够发挥相应作用，不存在系统结构设计错误或者在程序编写中的空流程（即永远不能执行的流程）。

本文在分析ATS系统的结构和功能基础上，提出一种基于数据驱动的ATS系统功能测试方法，从测试数据准备、测试数据执行以及测试数据结果分析等几个角度阐述了该方法在ATS系统功能测试中的应用，该方法具有测试平台结构通用化、功能可重用性强、成本相对比较低等特点。

2　ATS系统简介

2.1ATS系统功能分析

ATS系统的主要功能有6项，分别为集中显示、集中控制、列车运行时刻表管理、运行数据记录与统计、仿真功能和监测与报警功能。

1）集中显示功能：在控制中心通过调度终端和大屏设备以图形的方式实时显示出全线的状态，包括线路的状态、列车的运行位置及运行状态等。

2）集中控制功能：在ATS系统中设置中央及车站两级控制权限。在正常运营时，运行控制权属于中心；在必要（如控制中心设备故障）时，经过权限转移，可将控制权转移至车站。控制权转移后，车站控制设备临时代替中央控制中心，负责全线的运营调度。

3）列车运行时刻表管理功能：分为离线编图和在线运行图两个终端。离线编图负责编辑生成时刻表，在线运行图负责根据当日时刻表生成工作计划，当列车实际运行计划和当日计划时刻有偏差时，在线运行图能根据偏差对在线列车进行运行调整。

4）运行数据记录与统计功能：记录列车运行相关的数据，如线路表示信息、运行图信息、列车状态信息、列车运行里程信息、系统故障报警信息、操作记录等。ATS还可以将所记录的数据进行回放，且能够提供数据的统计报表。

5）系统仿真功能：系统仿真是通过仿真手段，离线模拟列车的在线运行。主要用于系统演示以及人员培训。

6）监测与报警功能：ATS子系统能够记录被监测对象的状态，除状态监视功能外，还有一定的故障定位功能。

2.2ATS外部接口分析

以CBTC系统为例，ATS主要的外部接口包括：联锁（CBI）接口、区控（ZC）接口、轨旁（TWC）接口、发车计时器（DTI）接口、时钟（CLOCK）接口、综合监控（ISCS）接口、乘客信息系统（PIS）接口等，如图1所示。

CBI接口。ATS主要接收此接口传来的站场表示信息（包括：区段表示、道岔表示、信号表示、进路表示、IBP盘扣车等）、报警信息。ATS将对信号设备控制命令传送给联锁子系统。

ZC接口。ATS向ZC接口传送列车调整信息和临时限速命令。ZC向ATS传送移动授权信息、临时限速命令执行状态、列车位置报告和报警等信息。

TWC接口。ATS向TWC接口发送列车调整信息。TWC向ATS发送地面设备状态和列车信息。

DTI接口。ATS将列车停站信息（包括发车时机、早晚点提示、跳停、扣车等）传送给发车计时器系统。

CLOCK接口。ATS接收时钟接口传来的时钟信息，对ATS系统内部所有设备进行校时。

ISCS接口。ATS接收综合监控传来的三轨供电信息，且传递线路上列车的运行信息到综合监控。

其他接口。其他接口主要接收ATS发送的各种线路信息，并进行显示等。

3　基于数据驱动的方法

数据驱动的测试方法属于典型的黑盒测试方法，其被测系统的输入数据被包含在测试数据文件中，测试执行过程中需按测试数据规定的流程和动作进行测试，整个过程以测试数据来控制测试的自动化执行。基于数据驱动的测试方法的执行应遵循以下步骤：

1） 准备测试数据

测试数据是数据驱动测试方法的基础。数据准备分为设计测试案例、设计测试序列和生成测试数据等几个步骤。其中，设计测试案例时，不仅要考虑对被测功能特征的覆盖度，还应详细说明测试步骤和测试的预期结果，如：当前测试步骤要发送的信息、预期接收的数据等，这是测试案例有效性的基础。

2） 执行测试数据

测试平台负责测试数据的执行和测试结果的记录。测试平台的主要功能是在测试执行过程中根据测试数据的测试序列实时向被测系统发送测试数据，从而为被测系统模拟出外部运行环境，使被测系统的功能得以执行。测试平台并不模拟与被测系统相连的外部设备功能，只是严格按照测试序列要求的数据发送逻辑判断何时该发送什么数据。

3） 测试结果分析和判定

测试平台控制待测系统完成对测试序列的执行后，还需要对测试过程中产生的数据进行分析，从而判断被测系统是否正确完成测试要求。事实上，测试平台在线执行测试序列的过程中，只对测试数据进行记录，并不进行结果分析，而关于被测系统是否按需求实现了功能，则依赖于对测试产生的数据离线分析，这是采用数据驱动方式进行测试的一关键点。

4　基于数据驱动的ATS功能测试平台设计

本文设计了一套基于数据驱动方法的ATS功能测试平台，整个平台结构包含测试场景数据管理模块、在线执行模块、接口适配模块以及数据记录和分析模块。系统测试平台架构如图2所示。

各部分模块基本功能如下：

1） 测试场景数据管理模块

该模块负责在测试序列开始执行前，对测试执行所需的测试场景数据进行管理，包括测试序列生成、线路数据管理和测试数据准备等。

2） 在线执行模块

在线执行模块包括场景控制器、CBI数据仿真模块、ZC数据仿真模块、TWC数据仿真模块、ISCS数据仿真模块、CLOCK数据仿真模块和其他接口仿真模块，在线执行模块负责按照测试序列的要求为ATS各接口提供相应的数据。

a.场景控制器

场景控制器是在线测试的主控模块，负责从测试场景数据管理模块读入本次测试所需的全部数据，并对其他在线执行模块进行数据配置，控制测试的开始和结束，以及监控整个测试过程。

b.CBI数据仿真模块

CBI数据仿真模块用于向ATS子系统提供基本的站场表示信息（包括区段表示、道岔表示、信号显示、进路表示、IBP盘扣车等）和报警信息。并接收ATS的命令信息（包括进路选排、道岔操作等），根据命令发送相应的应答报文。该模块在测试开始前根据既定流程与ATS接口转换模块建立链接；测试开始后，实时模拟站场设备信息并接收消息，根据条件向ATS系统发送配置信息中的表示信息。

c.ZC仿真模块

ZC仿真模块用于向ATS子系统提供列车的表示信息、移动授权信息和报警信息，接收ATS限速命令、列车调整命令，并对命令做出相应响应。测试开始后，实时模拟列车位置和状态等信息。当收到列车命令时，根据不同命令向ATS发送应答报文。

d.TWC接口仿真模块

TWC接口仿真模块为被测系统提供列车信息。该模块的功能：接收ATS子系统的列车控制命令，模拟根据命令发送相应的应答报文。发送列车状态信息报文。

e.ISCS数据仿真模块

综合监控数据仿真模块主要模拟向ATS发送三轨供电信息，且接收ATS发送的列车位置信息。该模块在测试开始前接收场景控制器的配置参数，测试开始后，根据配置参数模拟发送三轨供电信息。该模块实施检测测试场景中的列车信息。

f.CLOCK数据仿真模块

时钟数据仿真模块向测试系统提供时钟数据。测试开始后，根据本地时间实时发送时钟信息到测试模块。

g.其他接口

其他接口包括PIS、DTI等接口，该模块根据运行场景实时检测列车位置，判断接收到的列车信息是否正常。

3） 接口适配模块

接口适配模块用于连接测试平台和被测接口。接口适配模块包括：CBI接口适配、ZC接口适配、TWC接口适配、ISCS接口适配、CLOCK接口适配、DTI接口适配等。所有的接口适配均采用与真实接口完全相同的标准，并模拟真实接口发送数据，对ATS系统输出的信息返回应答报文。

4） 数据记录和分析模块

数据记录和分析模块用于记录测试过程中产生的所有测试数据，供离线分析用。数据记录和分析模块能记录完整测试数据，然后提供给测试人员，同时该模块负责使用对应规则进行自动判断，并辅助人员完成对测试结果的分析和判定。

5　结论

本文提出的基于数据驱动的ATS系统功能测试方法，设计了包含测试场景数据管理模块、在线数据执行模块、接口适配模块以及测试数据记录和分析模块的功能测试平台。该方法降低了ATS仿真系统设计的复杂程度，提高了测试平台的可用性。

实践应用表明，无论是在ATS系统开发阶段对系统功能的初步调试，还是ATS系统功能的后期全面测试，基于数据驱动的测试方法都发挥显著的作用。但对本测试方法仍需进一步深入研究，包括：如何合理设计测试案例保证全面覆盖待测功能，如何快速构建复杂场景的测试数据等。

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This paper puts forward a function test method of ATS system based on data driven. Combined with features of ATS system functions and external interfaces， the function test platform is designed for the test scenario management module， test data management module， online data execution module， interface adapter module and test data record analysis module. The method have the advantages of universal test platform structure， strong reusability and lower cost.

data driven； function test； test platform； ATS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.019

2014-08-31）