cbc系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

cbc系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著中國公共交通協(xié)會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“協(xié)會(huì)”）組織制定的一系列關(guān)于cpc的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，國內(nèi)互聯(lián)cbc系統(tǒng)的建設(shè)如詩如畫的形式正在有序發(fā)展。本文依據(jù)協(xié)會(huì)發(fā)布的系列標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)與被測(cè)系統(tǒng)閉環(huán)的半實(shí)物仿真條件下，可為跨廠商的互聯(lián)互通型CBTC系統(tǒng)及其所包含的子系統(tǒng)提供功能、性能和接口的交叉測(cè)試驗(yàn)證。1連接定義和結(jié)構(gòu)1.1互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)途徑城市軌道交通的互聯(lián)互通是指裝備不同信號(hào)廠家車載設(shè)備的列車可以在裝備不同信號(hào)廠家軌旁設(shè)備的一條軌道交通線路內(nèi)或多條軌道交通線路上無縫互通安全可靠運(yùn)營從國內(nèi)外城市軌道交通互聯(lián)互通研究現(xiàn)狀來看，目前實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通主要有4種處理方式：(1)A家車載設(shè)備在B家CBTC線路上運(yùn)行；(2)A家軌旁設(shè)備作為B家線路的延伸段設(shè)備組成完整的工程線路；(3)A家的ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）可以控制B家線路并指揮B家車載設(shè)備運(yùn)行；(4)線路間ATS的互聯(lián)互通。1.2互聯(lián)互通型cbtc接口對(duì)比根據(jù)文獻(xiàn)如下圖1所示，與傳統(tǒng)CBTC相比，互聯(lián)互通型CBTC系統(tǒng)物理接口和功能接口中增加了列車與鄰線地面設(shè)備間的接口，以及各線間地面設(shè)備間的接口。2網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)的需求分析2.1互聯(lián)互通測(cè)試需求系統(tǒng)測(cè)試是確保不同廠商產(chǎn)品及系統(tǒng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，驗(yàn)證其實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試生命周期劃分，將測(cè)試驗(yàn)證活動(dòng)分為產(chǎn)品供應(yīng)商測(cè)試、第三方實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)測(cè)試和試驗(yàn)線測(cè)試三個(gè)階段對(duì)CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通進(jìn)行驗(yàn)證應(yīng)根據(jù)功能分配進(jìn)行測(cè)試需求的劃分，即可測(cè)需求和不可測(cè)需求。其中，對(duì)可測(cè)需求，應(yīng)借助互聯(lián)互通系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證平臺(tái)，采用黑盒測(cè)試的方法對(duì)系統(tǒng)及其各子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。驗(yàn)證的內(nèi)容包括系統(tǒng)功能需求、接口內(nèi)容、車載電子地圖和車-地通信協(xié)議等。本文重點(diǎn)關(guān)注第二階段室內(nèi)測(cè)試驗(yàn)證。2.2互聯(lián)互通線路運(yùn)行對(duì)于室內(nèi)測(cè)試驗(yàn)證，由不同廠商的軌旁設(shè)備、不同廠商的車載設(shè)備與測(cè)試平臺(tái)構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)行環(huán)境。通過仿真列車進(jìn)行本線、跨線、其他互聯(lián)互通線路運(yùn)行，來驗(yàn)證CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通功能。因此，搭建CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)，應(yīng)能模擬線路上各基礎(chǔ)設(shè)備（如信號(hào)機(jī)、道岔、區(qū)段、應(yīng)答器、站臺(tái)門、緊急停車按鈕等）、仿真列車（包括車輛仿真器、車載VOBC（車載控制器）仿真軟件、虛擬駕駛臺(tái)等），以及與被測(cè)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其它外部子系統(tǒng)，構(gòu)建與CBTC系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營場(chǎng)景一致的半實(shí)物仿真環(huán)境，提供系統(tǒng)互聯(lián)互通功能、性能和接口測(cè)試條件3測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)3.1聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)針對(duì)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)需求，本文設(shè)計(jì)的CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)（結(jié)構(gòu)框圖見2）主要由被測(cè)CBTC系統(tǒng)、CBTC組件仿真器、接口仿真器、線路設(shè)備仿真器和車輛（群）仿真器5大模塊組成，各模塊的功能如表1所示。3.2列車控制器接口改造為實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)各仿真器與被測(cè)系統(tǒng)無縫對(duì)接，各系統(tǒng)設(shè)備之間的接口設(shè)計(jì)是測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)1）車輛仿真器（TrainSim）與VOBC接口。二者間存在3種接口：(1)采用繼電器構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)采集電路；(2)通過以太網(wǎng)接口傳輸電平信號(hào)對(duì)應(yīng)的表示值；(3)通過RS-485傳輸TIMS（列車綜合管理系統(tǒng)）信息（若有）。TrainSim通過車載接口中間件接收VOBC發(fā)送的列車控制命令（見表2），并向VOBC發(fā)送駕駛臺(tái)控制、列車狀態(tài)等信息，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換后，實(shí)現(xiàn)VOBC控制。2）線路仿真器（LineSim）與CI接口。二者間存在2種接口：(1)采用繼電器構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)采集電路；(2)通過以太網(wǎng)接口傳輸線路中各設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)。LineSim通過軌旁接口中間件接收CI發(fā)送的線路設(shè)備控制命令信息，并向CI發(fā)送線路設(shè)備狀態(tài)信息（見表3），經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換后，實(shí)現(xiàn)CI控制。3）車輛仿真器與線路仿真器接口。二者間采用RJ-45以太網(wǎng)接口連接，兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用UDP/IP方式通信。TrainSim向LineSim發(fā)送列車的當(dāng)前位置信息（見表4),LineSim向TrainSim發(fā)送應(yīng)答器報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)列車位置的校正，以及列車的運(yùn)行軌跡的實(shí)時(shí)顯示。4互聯(lián)互通驗(yàn)證平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用4.1公車駕駛信息實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛仿真器由車輛動(dòng)力學(xué)仿真和駕駛臺(tái)仿真兩部分構(gòu)成。1）車輛動(dòng)力學(xué)仿真。如圖3所示，實(shí)時(shí)顯示列車速度、加速度、門狀態(tài)、EB（緊急制動(dòng)）狀態(tài)、列車完整性等信息；實(shí)時(shí)更新列位置信息，由軌道區(qū)段ID和偏移量組成；通過接口板信息可查看TrainSim和VOBC之間的信息交互。2）駕駛臺(tái)仿真。如圖4所示，用于模擬司機(jī)駕駛臺(tái)各項(xiàng)操作，主要通過駕駛模式、車門模式、車門控制、運(yùn)行等級(jí)、方式方向手柄等選項(xiàng)，以及ATO發(fā)車、緊急停車、駕駛端激活等開關(guān)按鈕來實(shí)現(xiàn)。端A/B分別代表列車的兩端駕駛室，指示燈亮（紅色）表示該端頭被激活。4.2線路故障注入線路仿真器用于模擬信號(hào)機(jī)、道岔、計(jì)軸、站臺(tái)門、軌道區(qū)段等線路設(shè)備的動(dòng)作和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CBTC系統(tǒng)線路設(shè)備的功能邏輯仿真，以及設(shè)備狀態(tài)和列車運(yùn)行位置的實(shí)時(shí)性顯示（見圖5）、線路設(shè)備故障注入等，提供測(cè)試所需的各種列車運(yùn)行工況。在圖5中，通過“故障注入”操作，可實(shí)現(xiàn)不同故障場(chǎng)景的測(cè)試。若在X10-X12進(jìn)路正常辦理，X10信號(hào)開放后，向G06區(qū)段注入“占用”故障，LineSim上顯示該區(qū)段為被占用（顯示紅光帶），同時(shí)將區(qū)段占用信息發(fā)送給CI設(shè)備，由CI控制進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)X10的顯示，LineSim回采信號(hào)機(jī)的狀態(tài)后更新顯示。4.3室內(nèi)互聯(lián)互通交叉測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，測(cè)試平臺(tái)利用上海軌道交通張江試驗(yàn)線三站兩區(qū)間工程線路數(shù)據(jù)，對(duì)卡斯柯（A家）提供的iTRANVI型CBTC系統(tǒng)和電氣泰雷茲（B家）提供的TST＿CBTC-IOP型CBTC系統(tǒng)進(jìn)行了室內(nèi)互聯(lián)互通交叉測(cè)試，即分別驗(yàn)證了：1)A家的車載CBTC設(shè)備在B家的軌旁CBTC設(shè)備（含ATS）上無縫互通正常運(yùn)行；2)B家的車載CBTC設(shè)備在A家的軌旁CBTC設(shè)備（含ATS）上無縫互通正常運(yùn)行。依據(jù)文獻(xiàn)可見，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的測(cè)試平臺(tái)具備CBTC系統(tǒng)互聯(lián)互通功能、接口和性能的測(cè)試驗(yàn)證能力，可應(yīng)用于軌道交通互聯(lián)互通型CBTC系統(tǒng)產(chǎn)品測(cè)試和工程驗(yàn)證。5互聯(lián)互通測(cè)試平臺(tái)需求城市軌道交通互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營是大勢(shì)所趨，互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)可提高線路和設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)車輛、車輛基地等資源共享及分段建設(shè)和定制運(yùn)行線路等目標(biāo)。通過對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)測(cè)試需求和測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)功能要求的分析，在滿足互聯(lián)互