CN112198867A - 列车控制***软件仿真测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列控***软件仿真测试方法,该方法通过对给定的列控***中的硬件功能和业务逻辑进行仿真,实现对该列控***下列车运行过程的软件模拟,并生成测试用例完成对仿真***的测试;首先,解析选定的列控***,得出功能硬件列表和业务逻辑信息;然后,设计软件仿真***模拟硬件功能和业务逻辑信息;最后,设计测试***,生成一组用于测试软件仿真***的列车运行数据,得到最终的列控***软件仿真测试***。本发明可以通过更深层次的二次开发和不同测试序列生成方法,达到对可成长的智能化网构软件进行实例验证的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种软件仿真测试方法,特别是一种列车控制***软件仿真测试方法。
背景技术
***仿真技术是以相似理论、控制理论、计算机技术、信息技术及其应用领域的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用***模型对实际的或者设想的***进行动态实验研究的列车控制一门综合性技术。***是研究的对象,模型是***的抽象,仿真是对模型进行实验,以达到研究***的目的。
***仿真是一种实用而有效的***分析和研究方法,具有以下特点:
(1)成本低、不会对人身和财产造成伤害;
(2)可以对各种破坏性试验进行仿真;
(3)容易处理列车运行固有的离散特性和动态随机性;
(4)可以对运行过程进行回放,以便分析***的性能。
传统仿真软件与测试用例的生成相互分离,需要额外的时间与人力成本进行测试用例的生成,使用人工进行测试用例的生成同时也会出现测试用例无法完全覆盖的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种列车控制***软件仿真测试方法,以列控***为场景,对可成长的智能化网构软件进行实例验证。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种列控***软件仿真测试方法,对给定的某一个或某一类列控***,对其硬件和功能进行抽象与简化,设计与之相符的仿真测试***,其具体步骤为:
步骤1,对给定的列控***进行功能简化,提取关键的硬件信息和业务流程逻辑,作为仿真测试***设计的依据;
步骤2,根据抽象出的硬件功能信息和业务逻辑,通过软件模拟实现硬件功能与业务逻辑流程,设计软件仿真***,其中软件仿真***由仿真功能模块、仿真数据模块和显示界面模块组成;
步骤3,根据抽象的业务流程逻辑,设计列控***的测试用例生成器,选取需要测试的关键节点,获取完全覆盖相关节点信息的一组列车运行信息,存放于仿真数据模块中,用于作为一组列控***的仿真***的测试用例。
进一步的,步骤1中需提取目标列控***中包含轨道信息和应答器在内的功能硬件列表,并使用逻辑语言抽象出包括列车碰撞防护和计算机联锁在内的列控***的核心业务逻辑。
进一步的,步骤2中,所述仿真功能模块由轨旁信息仿真模块和列车仿真模块组成,其功能是对列控***的各个组成部分的功能进行仿真;其中轨旁信息仿真模块包含轨旁电路仿真模块、轨旁电路信息处理模块、应答器仿真模块和应答器信息处理模块;列车仿真模块包含列车自动操作模块和列车自动防护模块。
进一步的,仿真功能模块中各基本模块的具体功能如下:
轨旁电路仿真模块,根据列车运行所在的区间和车站进路信息,发送追踪码序或者特殊进路需要的轨道电路码序,给列车自动防护模块提供计算超速防护曲线的响应信息;
轨旁电路信息处理模块,根据列车控制***轨道电路的相关协议,对采集到的电路信息进行处理,以便于传输;
应答器仿真模块,根据列车运行的距离,模拟应答器在列车轨道区间的起止位置触发,并实时发送应答器消息,给列车自动防护模块提供计算超速防护曲线的各种线路数据;
应答器信息处理模块,根据列控***应答器原则中的应答器报文相关协议,将列车中模拟车载设备接收到的应答器报文信息进行解码;应答器报文信息中包括列车前方线路数据,包括应答器链接信息、轨道区间信息、静态线路限速、临时限速、分相区信息;
列车自动操作模块,实现列车的运行模式切换功能和列车运行过程中的各类手动操作功能;
列车自动防护模块,根据线路限速信息、轨道区间信息和列车的位置信息,在不同的模式下,分别实时计算移动闭塞和固定闭塞下列车允许的最大运行速度,监控列车的运行状态。
进一步的,步骤2中,所述仿真数据模块由仿真线路数据库、数据处理和数据通信组成;其功能为存储、传输和处理基本的数据信息;
仿真线路数据库,存储列控***仿真***运行所需的线路数据,包括列车运图信息、进路信息、线路条件、应答器报文;
数据处理模块,实现传输数据过程中数据的编码和解码;
数据通信模块,实现列车与列车间、列车与车站、轨旁设备间的通信。
进一步的,步骤2中,所述显示界面模块的功能是将列车运行过程可视化显示,其数据来源是仿真功能模块传送给仿真数据模块的数据,显示内容包括列车运行线路图、列车运行监控图、车站控制界面、列车控制界面。
进一步的,显示界面模块的显示内容包括列车运行线路图、列车运行监控图、车站控制界面、列车控制界面,其具体内容如下:
列车运行线路图包括区间运行、正线接车、侧线接车时的线路图显示,包含列车运行时应答器信息、轨道电路码以及信号机状态的相应变化;
列车运行监控图的功能是根据ATO模块产生的列车运行速度以及ATP模块产生的列车允许速度信息,实时绘制列车速度曲线;并实时显示已有线路上所有列车的位置信息;
车站控制界面显示车站内列车、轨道以及轨旁设备的状态信息,并包括进路锁闭、扣车、跳车功能设置界面;
列车控制界面显示列车位置、速度、允许速度、轨道电路码、制动状态、运行模式的信息,并包括列车的初始状态的设定以及列车运行过程中的各类手动操作功能的实现界面。
进一步的,步骤3中,根据步骤1中得到的用逻辑语言描述的业务流程,添加一个或多个待测试的节点信息,生成一组完全覆盖相关节点信息的列车运行信息,存放于步骤2中设计的仿真数据模块中,得到一组可用于列控***的仿真***的测试用例。
进一步的,仿真功能模块中各基本模块的具体功能如下:
与现有技术相比,本发明的有益效果为:(1)列控***软件仿真,可以跨平台使用且使用方便;操作简单,容易上手;(2)将列控***各部分按模块封装并集中在一个框架下,降低了***仿真的复杂度,且***具备基本功能;(3)整个***可在实验室每个电脑上同步发布,满足多端同时使用的要求;可以进行单机测试,也可以多车站间协同;(4)***具有二次开发的能力,可以根据实际需求,调整列车的运行逻辑。
附图说明
图1是列控***软件仿真测试方法流程图。
图2是软件仿真***结构功能图。
图3是列车安全防护自动机建模说明图。
具体实施方式
本发明提出的基于.net的列车控制***软件仿真测试方法,其整体流程如图1所示。首先,解析选定的列控***,得出功能硬件列表和业务逻辑信息;然后,设计软件仿真***模拟硬件功能和业务逻辑信息;最后,设计测试***,生成一组用于测试软件仿真***的列车运行数据,得到最终的列控***软件仿真测试***。下面对各步骤具体说明:
第一步,解析选定的列控***。获取列控***关键硬件信息列表,包括但不限于应答器、区域控制器等;通过区间时序逻辑描述列控***运行过程中的关键业务逻辑,包括但不限于列车碰撞防护、列车进路等。
第二步,设计列控***软件仿真***。该***对应的结构功能示意图如图2所示。
软件仿真***包括仿真功能模块、仿真数据模块和显示界面模块三部分组成。其中:
1、仿真功能模块由轨旁信息仿真、列车仿真组成,轨旁信息仿真包含轨旁电路仿真、轨旁电路信息处理,应答器仿真和应答器信息处理;列车仿真模块包含ATO(AutomaticTrain Operation,列车自动操作)模块和ATP(Automatic Train Protection,列车自动防护)模块。其中,ATP模块和应答器信息处理模块对列控***的运行有着重要影响,因此作为仿真***的重点,提供二次开发的功能,满足多种不同情境下的列车控制需求。其余模块的代码不公开,只提供对外接口。将不公开的模块封装成动态链接库,接口调用方法有详细示例说明。
1.1,轨道电路仿真模块和轨道电路信息处理的功能是根据列车运行所在的区间和车站进路信息,发送追踪码序或者特殊进路需要的轨道电路码序,给ATP模块提供计算超速防护曲线的相应信息。
1.2,应答器信息仿真模块和应答器信息处理模块的功能是根据列车运行距离,在固定点根据距离触发的原则实时发送应答器信息,给ATP模块提供计算超速防护曲线的各种线路数据。
1.3,ATO模块的功能是实现列车的运行模式切换功能和列车运行过程中的各类手动操作功能;ATP模块的功能是根据线路限速信息、轨道区间信息和列车的位置信息,在不同的模式下,分别实时计算移动闭塞和固定闭塞下列车允许的最大运行速度,监控列车的运行状态,防止超速;
2、仿真数据模块由仿真线路数据库、数据处理和数据通信组成;其功能是仿真线路数据库用于存储仿真列控***运行所需的线路数据,包括进路信息、线路条件、应答器报文;数据处理用于进行列车控制信息的编码与解码;数据通信用于列车、车站、轨旁设备之间的数据传输。
2.1,仿真线路数据库的功能是存储仿真列控***运行所需的线路数据,包括列车运图信息、进路信息、线路条件、应答器报文;
2.2.1,轨道电路信息处理的功能是根据列控***轨道电路相关协议,将车载设备接收到的轨道电路信息进行解码,包括上下行、载频及低频信息。
2.2.2,应答器信息处理模块的功能是根据列控***应答器应用原则中应答器报文相关协议,将车载设备接收到的应答器报文信息进行解码。应答器报文信息中包括列车运行前方线路数据,包括应答器链接信息、轨道区段信息、静态线路限速、坡度、临时限速、分相区信息等。
2.3,数据通信模块的功能是实现列车间的通信,为移动闭塞的实现提供位置信息;实现列车与车站、轨旁设备的通信,为仿真***的功能实现提供数据。
3、显示界面模块的功能是将列车运行过程可视化显示,其数据来源是功能仿真模块传送给数据模块的数据,显示内容包括列车运行线路图、列车运行监控图、车站控制界面、列车控制界面;其基本原理为,利用.net framework框架,对列控***各部分进行模块封装,并利用XAML语言进行界面的编写,将模块产生的数据以图形的方式可视化显示。能够在运行相关的测试用例后,通过观察列车运行过程的可视化显示界面,判断模块功能的正确性和测试用例序列的有效性与完备性。
3.1,列车运行线路图包括区间运行、正线接车、侧线接车时的线路图显示。包含列车运行时应答器信息、轨道电路码以及信号机状态的相应变化;
3.2,列车运行监控图的功能是根据ATO模块产生的列车运行速度以及ATP模块产生的列车允许速度信息,实时绘制列车速度曲线;并实时显示已有线路上所有列车的位置信息;
3.3,车站控制界面显示车站内列车、轨道以及轨旁设备的状态信息,并包括进路锁闭、扣车、跳车等功能设置界面;
3.4,列车控制界面显示列车位置、速度、允许速度、轨道电路码、制动状态、运行模式等信息,并包括列车的初始状态的设定以及列车运行过程中的各类手动操作功能的实现界面;
第三步,设计仿真***测试***。根据第一步得到的区间时序逻辑,进行建模,来描述列车的活动过程。选取待测试的节点,遍历模型中包含该节点的所有路径,得出一组覆盖待测节点的列车运行记录,将此记录存储在仿真线路数据库中,作为仿真***的测试用例。得出最终的列控***软件仿真测试***。
使用自动机来对列车的运行状态进行建模,其中以列车在不同区间的不同行驶状态作为基本状态,列车收到的定位信息、信号灯信息和区域控制器信息作为状态转换的条件,以始发站列车的停止作为初始状态,终点站列车的停止状态作为终止状态,以此建立自动机模型;
下以列车的安全防护为例,说明自动机的建模方法,如图3所示;
其中转换条件中:
signal表示列车是否接收到区域控制器发送的信号,1表示接收到信号,0表示未接收信号;
position表示列车定位信息,其值表示列车位于第i个区间;
rgb表示区间上的信号机,当值为r时禁止通行,值为g是准许通行;
distance为区域控制器发送的距离信息,表示列车与其前方其他列车间的最小距离;
safety distance为列车行驶过程中的安全距离。
列车行驶过程中,如果与前车的距离小于安全距离,则需要降速或停车来保证安全距离,回到安全距离后,列车回到正常行驶状态;
当列车无法接收区域控制器信息时,列车防护变为固定闭塞,信号机开始生效,在此期间,如果列车重新接收到区域控制器的信息,则回到正常行驶状态;
在固定闭塞过程中,由区间末端的信号机来保证列车安全,当下一区间存在其他列车时,信号机为红灯,禁止列车通行,当前方区间没有其他列车存在,信号机为绿灯,准许列车进入下一区间。
整个列车***被划分为若干个类似的区间,将这些区间的状态变化图合并整理即可得到整个***的状态变化,通过遍历包含有待测节点的路径即可得到一组测试数据。
本发明兼顾了开发难度和***跨平台性,使用基于.net的框架开发一种基于通信的列控***的软件仿真测试***。仿真测试***将列控***各部分封装成不同模块,各模块间相对独立,可对其进行编程修改。其中,可以二次开发的模块包括ATP(列车超速防护)模块和应答器信息接收模块,可以对相应模块进行编程修改,并实时在图形界面中看到程序运行结果,以此来满足不同情境下可能存在差异的列车控制逻辑。列控***的软件仿真***能够在运行相关的测试用例后,通过观察列车运行过程的可视化显示界面,判断模块功能的正确性和测试用例序列的有效性与完备性;通过更深层次的二次开发和不同测试序列生成方法,达到对可成长的智能化网构软件进行实例验证的目的。
Claims (8)
1.一种列控***软件仿真测试方法,其特征在于,对给定的某一个或某一类列控***,对其硬件和功能进行抽象与简化,设计与之相符的仿真测试***,其具体步骤为:
步骤1,对给定的列控***进行功能简化,提取关键的硬件信息和业务流程逻辑,作为仿真测试***设计的依据;
步骤2,根据抽象出的硬件功能信息和业务逻辑,通过软件模拟实现硬件功能与业务逻辑流程,设计软件仿真***,其中软件仿真***由仿真功能模块、仿真数据模块和显示界面模块组成;
步骤3,根据抽象的业务流程逻辑,设计列控***的测试用例生成器,选取需要测试的关键节点,获取完全覆盖相关节点信息的一组列车运行信息,存放于仿真数据模块中,用于作为一组列控***的仿真***的测试用例。
2.根据权利要求1中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,步骤1中需提取目标列控***中包含轨道信息和应答器在内的功能硬件列表,并使用逻辑语言抽象出包括列车碰撞防护和计算机联锁在内的列控***的核心业务逻辑。
3.根据权利要求1中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,步骤2中,所述仿真功能模块由轨旁信息仿真模块和列车仿真模块组成,其功能是对列控***的各个组成部分的功能进行仿真;其中轨旁信息仿真模块包含轨旁电路仿真模块、轨旁电路信息处理模块、应答器仿真模块和应答器信息处理模块;列车仿真模块包含列车自动操作模块和列车自动防护模块。
4.根据权利要求3中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,仿真功能模块中各基本模块的具体功能如下:
轨旁电路仿真模块,根据列车运行所在的区间和车站进路信息,发送追踪码序或者特殊进路需要的轨道电路码序,给列车自动防护模块提供计算超速防护曲线的响应信息;
轨旁电路信息处理模块,根据列车控制***轨道电路的相关协议,对采集到的电路信息进行处理,以便于传输;
应答器仿真模块,根据列车运行的距离,模拟应答器在列车轨道区间的起止位置触发,并实时发送应答器消息,给列车自动防护模块提供计算超速防护曲线的各种线路数据;
应答器信息处理模块,根据列控***应答器原则中的应答器报文相关协议,将列车中模拟车载设备接收到的应答器报文信息进行解码;应答器报文信息中包括列车前方线路数据,包括应答器链接信息、轨道区间信息、静态线路限速、临时限速、分相区信息;
列车自动操作模块,实现列车的运行模式切换功能和列车运行过程中的各类手动操作功能;
列车自动防护模块,根据线路限速信息、轨道区间信息和列车的位置信息,在不同的模式下,分别实时计算移动闭塞和固定闭塞下列车允许的最大运行速度,监控列车的运行状态。
5.根据权利要求1中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,步骤2中,所述仿真数据模块由仿真线路数据库、数据处理和数据通信组成;其功能为存储、传输和处理基本的数据信息;
仿真线路数据库,存储列控***仿真***运行所需的线路数据,包括列车运图信息、进路信息、线路条件、应答器报文;
数据处理模块,实现传输数据过程中数据的编码和解码;
数据通信模块,实现列车与列车间、列车与车站、轨旁设备间的通信。
6.根据权利要求1中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,步骤2中,所述显示界面模块的功能是将列车运行过程可视化显示,其数据来源是仿真功能模块传送给仿真数据模块的数据,显示内容包括列车运行线路图、列车运行监控图、车站控制界面、列车控制界面。
7.根据权利要求6中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,显示界面模块的显示内容包括列车运行线路图、列车运行监控图、车站控制界面、列车控制界面,其具体内容如下:
列车运行线路图包括区间运行、正线接车、侧线接车时的线路图显示,包含列车运行时应答器信息、轨道电路码以及信号机状态的相应变化;
列车运行监控图的功能是根据ATO模块产生的列车运行速度以及ATP模块产生的列车允许速度信息,实时绘制列车速度曲线;并实时显示已有线路上所有列车的位置信息;
车站控制界面显示车站内列车、轨道以及轨旁设备的状态信息,并包括进路锁闭、扣车、跳车功能设置界面;
列车控制界面显示列车位置、速度、允许速度、轨道电路码、制动状态、运行模式的信息,并包括列车的初始状态的设定以及列车运行过程中的各类手动操作功能的实现界面。
8.根据权利要求1中所述的列控***软件仿真测试方法,其特征在于,步骤3中,根据步骤1中得到的用逻辑语言描述的业务流程,添加一个或多个待测试的节点信息,生成一组完全覆盖相关节点信息的列车运行信息,存放于步骤2中设计的仿真数据模块中,得到一组可用于列控***的仿真***的测试用例。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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