（交通信息工程及控制专业论文）CTCS3级列控系统车载设备测试平台关键问题研究.pdf

中文摘要 摘要：近年来，随着我国铁路客运专线的建设和既有线的不断提速，需要高 性能的列车运行控制系统为高速列车的安全运行提供必要的保证。我国已经确定 3 0 0 k m h 及以上的高速客运专线使用c t c s 3 ( c h i n e s et r a i nc o n t r o ls y s t e ml e v e l 3 ) 级列控系统作为全路统一技术平台体系。在这样的背景下，如何验证c t c s 3 级相关设备是否满足c t c s 3 级列控系统需求规范是一个随之而来，并且急需解决 的问题。车载设备作为c t c s 3 级列控系统的核心设备，所有与行车安全相关的任 务都是交由车载设备来实现的，对车载设备的测试是整个c t c s 3 级列控系统测试 中的重要组成部分。 本文通过对目前国内外铁路信号设备第三方测试平台的研究，根据c t c s 3 级列控系统的特点，提出了车载设备的测试方法，完成了c t c s 3 级车载设备测试 平台的框架设计，并对该测试平台的工作原理做了 兑明，分析得到实现测试平台 需要解决以下两个关键问题：测试案例生成和测试序列生成。 针对第一个关键问题，本文提出了基于列车运行流程模型的测试案例生成方 法。测试案例的生成分为两个阶段：第一个阶段，根据车载设备需求规范划分功 能实体，提取具体的功能特征；第二阶段，针对每个功能特征，和列车运行流程 模型图结合，根据测试案例的描述方式生成具体的测试案例。 针对第二个关键问题，本文提出了基于遗传算法的优化测试序列生成方法。 将优化测试序列生成问题演化为中国邮递员问题，利用遗传算法解决中国邮递员 问题的优势，将遗传算法应用于优化测试序列的生成。首先根据车载模式转换图 构造测试子序列图，然后应用遗传算法求解得到优化测试序列。 分析结果表明：本文提出的测试案例生成方法在保证测试完备性的同时大大 减少了测试案例的数量；基于遗传算法的优化测试序列生成方法使得测试效率得 到了大幅度的提高，是一种解决优化测试序列生成问题的可行方法。 本文最后给出车载测试平台数据库管理工具的实现。该工具实现了测试案例 导入功能、基于c o m 组件的优化测试序列生成功能以及多种格式的测试数据导出 功能，为测试平台的实现奠定了基础。 关键词：c t c s 3 ；车载设备；测试案例；测试序列；遗传算法 分类号：t p 3 9 1 1 1 1 j 匕塞交道厶堂亟堂僮途塞垒墨! 基鳗 a bs t r a c t w i t ht h ec o n s t r u c t i o no fd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e ，a n dt h et r a i ns p e e dh a sb e e n c o n s t a n t l yr a i s i n go ne x i s t i n gm a i nl i n e ，i ti su r g e n tt od e v e l o ph i g hp e r f o r m a n c et r a i n c o n t r o ls y s t e mt og u a r a n t e et r a i no p e r a t i o ns a f e t ya n de f f i c i e n c y i no b i c o u n t r y , i th a s b e e nd e c i d e dt h a tc t c s 一3i su n i f i e dt e c h n i c a lp l a t f o r ms t a n d a r do n3 0 0k m hd e d i c a t e d p a s s e n g e rl i n e s o ，h e r ec o m e st h ep r o b l e mw h e t h e rt h eo n - b o a r de q u i p m e n tc a nm e e t c t c s 一3s t a n d a r d s o n - b o a r de q u i p m e n tt a k e sr e s p o n s i b i l i t yf o ra l ls a f e t y - r e l a t e dt a s k s ， a n di ti st h ec o r ee q m p m e n to fc t c s 一3 o n b o a r de q u i p m e n tt e s t i n gi st h em o s t i m p o r t a n tp a r to fc t c s - 3t e s t i n g b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h et h i r d p a r t yt e s tp l a t f o r mo ft h ep r e s e n tr a i l w a ys i g n a l s y s t e mh o m ea n da b r o a d ，a n da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fc t c s 一3 ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h em e t h o df o rt e s t i n go n - b o a r de q u i p m e n t ，a n dc o m p l e t e st h ea r c h i t e c t u r e d e s i g no ft h ec t c s 3o n - b o a r de q u i p m e n tt e s tp l a t f o r m ，a n da tt h es a m et i m ei t e x p l a i n st h ep r i n c i p l eo ft h ec t c s - 3o n - b o a r de q u i p m e n tt e s tp l a t f o r m t h ea n a l y s i s s h o w st h a tt e s tc a s e sg e n e r a t i o na n dt e s ts e q u e n c eg e n e r a t i o na r et h ek e yp r o b l e m st h a t w i l lb ef u r t h e rs t u d i e d a i m i n ga tt h ef i r s tk e yp r o b l e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t sat r a i no p e r a t i o np r o c e s sm o d e l b a s e dm e t h o d t h eg e n e r a t i o no ft e s tc a s ei sd i v i d e di n t ot w os t a g e s i nt h ef i r s ts t a g e ， f u n c t i o nf e a t u r e sa r eo b t a i n e df r o ms y s t e mr e q u i r e m e n ts p e c i f i c a t i o n t e s tc a s e sa r e c r e a t e da c c o r d i n gt ot h et r a i no p e r a t i o np r o c e s s i o n sm o d e l i n gg r a p hi nt h es e c o n ds t a g e a b o u tt h es e c o n dk e yp r o b l e m ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dag e n e t i ca l g o r i t h mb a s e d m e t h o df o ro p t i m i z et e s ts e q u e n c eg e n e r a t i o n u s i n gt h ea d v a n t a g e so f g e n e t i c a l g o r i t h mi nr e s o l v i n gt h ep r o b l e mo fc h i n e s ep o s t m a n ，t h ep r o b l e mo ft e s ts e q u e n c e g e n e r a t i o ni st r a n s f o r m e di n t oc h i n e s ep o s t m a np r o b l e ma n dg e n e t i ca l g o r i t h mi su s e d i nt h ef i r s tp l a c e ，t h eo n b o a r de q u i p m e n tm o d e st r a n s f e rd i a g r a mi st r a n s f o r m e di n t o s u b s e q u e n c ed i a g r a m ，a n dt h e no p t i m i z et e s ts e q u e n c e sa r eo b t a i n e dt h r o u g ht h e g e n e t i ca l g o r i t h m t h ea n a l y z e dr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r e s e n t e dt e s tc a s e sg e n e r a t i o nm e t h o dc a n s i g n i f i c a n t l yr e d u c et h en u m b e ro ft h et e s t c a s e sw i t h t e s t i n gi n t e g r i t yg u a r a n t e e m e a n w h i l et h et e s t e f f i c i e n c yi sw e l li m p r o v e db yu s i n gt h ep r e s e n t e dt e s ts e q u e n c e g e n e r a t i o nm e t l l o d ，a n di ti saf e a s i b l em e t h o dt od e a lw i t ht h ep r o b l e mo ft e s ts e q u e n c e g e n e r a t i o n f i n a l l y , t h ep a p e rp r o p o s e sh o wt h eo n - b o a r dt e s tp l a t f o r md a t a b a s em a n a g e m e n t t o o li sd e s i g n e d st o o lr e a l i z e dt h ef u n c t i o no fi m p o r t i n gt e s tc a s e s ，o p t i m i z et e s t s e q u e n c eg e n e r a t i o nb a s e d o nc o m ，a n de x p o r t i n gm u l t i f o r m a tt e s td a t a , w h i c hl a y i n g as t r o n gf o u n d a t i o nf o rt e s tp l a t f o r m k e y w o r d s ：c t c s 一3 ；o n - b o a r de q u i p m e n t ；t e s tc a s e ；t e s ts e q u e n c e ；g e n e t i c a l g o r i t h m c l a s s n o ：t p 3 9 】 v 图索引 图lc t c s 3 级列控系统车载设备结构5 图2 车载设备测试平台l l 图3 测试案例生成流程图一1 4 图4 系统需求规范、功能特征、测试案例之间的关系1 5 图5 运行环境与功能实体对应图1 6 图6a t p 功能体细化后的功能特征1 7 图7 等级功能体细化后的功能特征1 8 图8 模式功能体细化后的功能特征。1 9 图9 车载任务开始用例图一2 4 图1 0r b c 接受列车顺序图2 5 图l l 车载任务开始状态图2 6 图1 2 车载任务开始活动图2 7 图1 3 车载模式转换示意图3 2 图1 4 转换示意图4 l 图l5 遗传算法框图4 2 图1 6 部分匹配交叉策略4 4 图1 72 0 0 次迭代中求得优化测试序列所覆盖测试案例数目跟踪图4 6 图1 8 实验结果对比图4 6 图l9 测试数据产生流程4 7 图2 0 软件结构图4 8 图2 l 车载测试平台数据库简要e r 图4 9 图2 2 测试案例数据表关系图5 1 图2 3 测试子序列数据库数据表关系图5 2 图2 4 测试序列数据库数据表关系图5 2 图2 5 测试数据编辑及显示功能流程图5 3 图2 6 优化测试序列生成功能程序结构图5 4 图2 7w o r d 格式测试数据导出流程图5 6 图2 8x m l 格式测试数据导出流程图5 7 图2 9 登录界亟5 8 图3 0 测试案例编辑显示界面5 9 图3 l 测试子序列生成界面5 9 幽3 2 测试案例删除界匾6 0 图3 3 测试序列导出界面6 0 表索引 表1 车载模式转换3 4 表2 模式转换条件3 4 表3 车载设备模式转换表3 6 表4 邻接矩阵3 8 表5 车载模式转换图的带权邻接矩阵3 9 表6 车载设备各模式转换最短距离矩阵d 4 0 表7 最短路径矩阵p a t h 一4 0 表8 测试案例数据表。5 0 表9 测试子序列数据表5l 表1 0 测试序列数据表5 2 6 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 毒 模块事件记录单元：列车运行距离和时间戳。 t i u 仿真器一) 模块事件记录单元：t i u 发送的信息，包括时间戳和里程戳。 轨旁设备( r b c 、应答器) 一 模块事件记录单元：轨旁设备接收发送的消 息内容和时间戳。 列车运行仿真器一) 模块事件记录单元：速度信息和时问戳。 d m 卜) d m i 记录器：d m i 记录的信息和时间戳。 j r u 一) j r u 下载单元：j r u 记录的信息和时间戳。 测试数据记录单元一) 测试数据分析单元：模块事件记录单元、d m i 记录器 的信息以及j r u 下载单元中的数据。 2 4 车载设备测试平台关键问题分析 经过研究分析可知，测试案例和测试序列的生成是整个测试平台的基础，没有 它们，整个测试平台就无从谈起。c t c s 3 级车载设备测试平台实现过程中存在以 1 2 下两个关键问题： ( 一) 测试案例集的生成 车载设备测试的核心是测试案例的生成，对于c t c s 3 级车载设备而言，测试 案例集是针对车载设备功能需求分析出的c t c s 3 级车载设备应当实现的功能和 不应当实现的功能，测试案例集是c t c s 3 级车载设备研发成功与否的判定标准。 必须研究测试案例的生成方法，确保测试案例覆盖所有的系统功能需求并且尽可 能减少测试案例的数量。 ( 二) 优化测试序列的生成 在测试案例集生成后，根据测试子序列生成原则得到各个测试框架内的测试子 序列，然后由测试子序列组合排列得到测试序列。测试序列是提高测试效率的关 键因素。优化测试序列生成算法是车载设备平台的另一个关键问题。组织良好的 测试序列可以缩短测试进程，提高测试效率，而组织差的测试序列会大大降低测 试效率。 只有在上述两个关键问题解决后，我们才能够着手开发c t c s 一3 级列控系统车 载设备测试平台的相关测试工具，搭建车载设备的运行环境，实现车载设备的自 动化测试。 2 5 本章小结 在本章中，首先介绍了c t c s 3 级列控系统车载设备，描述了车载设备的框架 结构及其实现功能，然后介绍了车载设备的测试方法和车载设备测试平台的框架 设计，并对车载设备测试平台各模块具体功能和各模块之间的数据交换进行了简 单描述，最后分析得到了车载设备测试平台的关键问题：车载设备测试案例生成 和优化测试序列生成。车载设备测试案例的生成方法和优化测试序列的生成方法 将分别在第三章和第四章详细研究。 3 测试案例生成方法研究 由第二章中车载设备测试平台关键问题分析可知，测试案例生成是车载设备 测试平台的关键问题之一。在本章中具体研究了测试案例的生成方法，提出了基 于列车运行流程模型的测试案例生成方法，并且给出了应用此方法生成的测试案 例实例。 3 1 测试案例生成方法 本文提出的测试案例生成方法如下：首先根据车载设备系统需求规范划分功 能实体，提取具体的功能特征，然后针对每个功能特征，和列车运行流程建模图 结合，生成每个功能特征对应的测试案例。 测试案例生成流程图如图3 所示： 图3 测试案例生成流程图 f i g3g e n e r a t i n gf l o wo f t e s tc a s e 这种由系统需求规范到功能特征，再由功能特征到测试案例的案例生成过程 可以从c t c s 3 级列控系统车载设备的全局角度集中规划案例，减少测试案例的数 量，并且通过测试案例的独立性、原子性( 不可分割性) 减少测试案例的复杂性； 在既有的可用接口上测试s r s 中的需求，提供了对系统能力的整体评估。系统需 求规范，功能特征，测试案例之间的关系如图4 所示： 1 4 一一、一一一、 i。j【。j【j 提取测试 图4 系统需求规范、功能特征、测试案例之间的关系 f i g4r e l a t i o n so fs r s ，f u n c t i o nf e a t u r ea n dt e s tc a s e 根据功能特征直接生成测试案例的方法，对设备测试人员要求较高，如果对 车载设备功能需求的理解不够深入，会出现不能考虑到所有可能情况而造成遗漏 测试案例的现象；因此，为了解决上述问题，本文提出了基于列车运行流程建模 图生成测试案例的方法，可以明确知道车载功能的执行环境，在保证测试完备性 的同时大大减少了测试案例的数量。同时列车运行流程建模图将车载设备每个运 行流程中的功能需求进行抽象、简化，使得根据功能特征来生成测试案例的整个 过程都能够清晰有序地进行。 3 2 功能特征提取 s r s 描述了整个列车控制系统中车载设备的所有必需的需求。对车载设备进 行功能测试，就是验证车载设备是否满足s r s 。因此生成测试案例的立足点是就 是s r s ，然而对于s r s 中的许多需求，不可能在车载设备的外部标准接口上对其 进行直接测试；而且如果将s r s 中每一个需求，都转变成测试案例的话，测试案 例的数量非常庞大。 为了解决上述问题，本文提出了功能特征的概念。s r s 中的每一个需求，至 少能在一个功能特征中得到反映，每一个功能特征都来自于s r s 中的需求。功能 特征就是一组需求的集合，它们能够通过既有的车载设备外部标准接口进行测试。 功能特征就是提炼出的一些精简后的必要的功能体，这些功能实体是外部可 见的( 即操作者或用户能实施的) ，并且能分解成基本的因果关系。这样，就能够 将s r s 中详细的需求概括成功能特征。功能特征包含一个或多个需求，这些需求 以一种外部可见、易于管理的、广泛独立以用于测试的方式概括出来。 因此，我们需要根据被测车载设备的外部标准可见接口来规划大概的功能实 体，然后进行功能特征分割，逐步细化，直到功能特征成为原子单位，即具有不 可分割性。在定义功能特征时，必须参考各相关接口文件。根据图2 可知，要参 考的接口有j r u 接口、d m i 接v i 、t i u 接口、t c r 接1 ：3 、b t m 接口和r t m 接口。 功能特征的划分，可以根据c t c s 3 级列控系统的一些必要功能实体进行逐步 细分。这些功能实体根据列控系统的运行环境，得到初步的划分。运行环境主要 分为车载和轨旁两部分。运行环境与功能实体的对应关系如图5 所示。 ， 车载轨旁 匿 息传输 i 本： l g a t p 行 la t p功能l i 运行条件l l 翟磊l| 侣媒介 系统 环i ll 境 l 运行规则的改变| 牟牟 1r1 l 等级il 模式i 1t + i 柽 a t p 功能体等级功能体模式功能体 图5 运行环境与功能实体对应图 f i g5r e l a t i o n sb e t w e e no p e r a t i o ns i t u a t i o na n df u n c t i o ne n t i t y 功能实体大致分为a t p 、模式以及等级这三大类，这三类功能实体也就是最 高层的功能特征。对这三类功能实体进行进一步划分可以得到： a t p 功能实体划分为： 监督特征：包括数据完整性和正确性监督，列车速度、列车问隔、列车运 行等监督功能特征。 辅助特征：包括无线通信、列车观察、处理顶棚速度监督、列车制动处理 和释放、列车定位、m a 调整、提供时间r 期数据、列车数据和附加数据的输入、 r b c 切换、运行权限的请求、改变列车运行方向等。 等级功能实体划分为： 等级表示：即呈现当前车载设备运行的等级。 等级转换：当车载设备满足等级转换条件时进行等级之问的转换。 模式功能实体划分为： 模式表示：即呈现车载设备当前所处的运行模式。 模式转换：当车载设备满足模式转换条件时进行各模式之间的转换。 得到的二级功能特征还可以继续进行划分，直到功能特征成为原子单位，即 具有不可分割性，则最终得到最底层用于生成测试案例的功能特征集。a t p 、等级 以及模式这三大类功能实体最终对应的功能特征分别如图6 、图7 和图8 所示： 1 6 监督教据的完整性 监督数据的i e 确性 速度监督 遥过髓l c 传输的蕺据的完整性 透过应昝嚣传输的教掘的完整性 避入特定模式时韧始化监督赣据 检矗来自r f j f 消息的止确性 逋过髓f 搜逆矾轨进描琏数据 据后技逆姒 图6a t p 功能体细化后的功能特征 f i g6f u n c t i o nf e a t u r ea f t e rr e f i n i n ga t pf u n c t i o ne n t i t y 1 7 穹功能 图7 等级功能体细化后的功能特征 九执 ? 0 级转换州cr c s 2 缓盯l “j 未 收到c b s 2 的。继续fi | j c t c s a 的舭 f i g7f u n c t i o nf e a t u r ea f t e rr e f i n i n gl e v e lf u n c t i o ne n t i t y 1 8 图8 模式功能体细化后的功能特征 f i g8f u n c t i o nf e a t u r ea f t e rr e f i n i n gm o d ef u n c t i o ne n t i t y 3 3 列车运行流程建模 本论文借助r a t i o n a lr o s e 建模工具对车载设备的各个运行流程建立模型。建 模可以帮助我们更好地理解c t c s 3 级列控系统，通过建模可以达到以下目的： 模型帮助我们按照实际情况和需要的样式对运行流程进行可视化； 模型允许我们详细说明列车运行过程中每个片段车载设备所处的状态和 车载设备与其他列控设备的交互动作及交互信息； 模型给出了指导我们根据功能特征生成测试案例的依据。通过建模将车载 设备的每个运行流程中的功能需求进行抽象、简化，使得根据功能特征生 成测试案例的整个过程都能够清晰有序地进行。 3 3 1 统一建模语言 统一建模语言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是用来对系统进行可视化图 形建模的一种语言，是为开发系统的产品进行说明、可视化、和编制文档的一种 标准语言【2 。u m l 建模方法是在丌发阶段，说明、可视化、构建和书写该系统的 开放方法，是一种总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模方 法。u m l 是最广泛使用的建模语言，是信息技术的蓝图，是详细描述系统结构的 方法1 2 2 1 。u m l 为人们提供了从不同的角度去观察和展示系统的各种特征的一种标 准方法。在u m l 中，从任何一个角度对系统所作的抽象都可能需要用几种模型图 来描述，而这些来自不同角度的模型图组成了系统的完整图像。 标准建模语言u m l 的重要内容由5 图( 9 种图形) 定义：一是用例图( u s e c a s e d i a g r a m ) ；二是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括类图、对象图和包图；三是行为图 ( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，包括状态图和活动图；四图是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) ， 包括顺序图、合作图；五是实现图( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) 2 3 2 4 】。对于车载设 备测试来说，测试的重点在于验证车载设备与轨旁设备、司机等的信息交互、反 应动作等的正确性，注重动态性能的测试，所以应该选择建模图中反映执行场景 的动念模型，因此本文使用例图、顺序图、合作图、状态图和活动图针对车找设 备运行流程建模。各个模型图简介如下： 用例图：显示用例和角色的关系，使用用例图来描述系统静态的功能场景， 对于组织和模型化系统的动作是很重要的。 顺序图：是一种交互图，强调的是事件和消息的次序。顺序图显示了一系列 的对象和在这些对象之间发送和接收的消息以及这些消息的交互次序。使用顺序 图来说明系统的动态情况。 合作图：是一种交互图，强调的是发送和接收消息的对象之间的组织结构。 合作图显示了一系列的对象和在这些对象之间的联系、对象间发送和接收的消息 以及这些消息的交互次序。 活动图：显示了系统中从一个活动到另一个活动的流程。活动图对于系统的 功能建模是很重要的，强调的是对象之间的流程控制。 状态图：显示了一个状态机，由状态、转换、事件和活动组成。使用状态图 说明系统的动态情况。 3 3 2 列车运行流程 车载设备控制列车启动、运行，直到停止的整个过程可以拆分成若干个运行 流程，每个流程的过程都很复杂，包含车载设备和其他列控设备的大量的操作和 信息交互，由于篇幅限制在此只对各流程作简要介绍。 ( 1 ) 车载任务开始流程 车载设备处于s b 模式并打开控制台时，启动“任务开始”流程。车载设备确 定列车位置、c t c s 等级、r b ci d 电话号码、列车数据，司机输入司机号、列车 数据等，与r b c 建立无线链接，接收来自r b c 的包括模式的行车许可，进入允 许运行模式等待运行的整个过程。 ( 2 ) 任务结束流程 任务结束是指地面设备停止列车运行授权的情况。当车载设备由f s 、o s 、s r 模式进入s b 模式时，或者由f s 、o s 、s r 、p t 模式进入s h 模式时，认为车载任 务结束，执行任务结束流程，删除m a 、轨道描述数据和列车数据，中断与r b c 的通信，结束任务。 ( 3 ) 司机发起的调车模式处理流程 司机在s b 、f s 、o s 、s r 和p t 模式下选择进入调车模式，车载设备向r b c 发送“s h 模式请求消息包，d m i 通知司机“等待s h 请求的应答 ，若r b c 拒绝了s h 模式请求，d m i 通知司机“s h 被拒绝”。若接收到r b c 发送的s h 模 式m a ，则转换到s h 模式。 ( 4 ) 地面设备命令进入调车模式处理流程 分为当前位置的调车请求和前方更远位置的调车请求两种情况。处理当前位 置的调车请求时，如果当前车载设备处于s b 和p t 以外的其它模式，直接切换到 s h 模式并请求司机确认，如接收到司机确认转入s h 模式；如果当前车载设备处 于s b 和p t 模式则先请求司机确认，司机确认后才转为s h 模式。处理前方更远 位置的调车请求时，首先切换到f s o s 模式并将s h 模式的曲线起点当作e o a 来 2 l 监督，之后请求司机确认，待司机确认后切换至s h 模式；如果司机确认之前列车 已越过s h 区域边界，则直接转入s h 模式再请求司机确认。 ( 5 ) 车载跨越e o a 流程 在一些特定的降级情况下( 例如信号机故障、轨道电路故障、转辙机故障、 r b c 无法提供m a 等) ，允许列车执行跨越e o a 流程，当满足跨越条件或收到调 度员命令后，司机选择跨越功能，车载设备转为人工驾驶或调车模式跨越e o a 运 行，运行中不断尝试接收来自r b c 的m a ，当收到其他模式的m a 后转为相应模 式正常运行。 ( 6 ) 目视行车流程 分为当前位置的o s 模式请求和前方更远位置的o s 模式请求两种情况。处理 当前位置的o s 模式请求时，如果当前车载设备处于s b 和p t 以外的其它模式， 直接切换到o s 模式并请求司机确认，接收到司机确认则按o s 模式运行；如果当 前车载设备处于s b 和p t 模式则先请求司机确认，司机确认后才转为s h 模式。 处理前方更远位置的o s 模式请求时，首先切换到f s 模式并将o s 模式的曲线起 点当作e o a 来监督，之后请求司机确认，待司机确认后切换至o s 模式运行；如 果司机确认之前列车已越过o s 区域边界，则直接转入o s 模式再请求司机确认。 ( 7 ) 等级转换流程 c t c s 一3 转至c t c s 2 ，车载设备收到来自r b c 的等级转换命令，待司机确认 后，不断接收来自c 2 等级下轨旁设备的信息，在经过指定位置时执行等级转换。 c t c s 2 转至c t c s 3 ，车载设备收到来自应答器组或r b c 的等级转换命令，待司 机确认后，与r b c 建立无线链接，在经过指定位置时执行等级转换。 ( 8 ) 列车冒进防护流程 发生了导致列车冒进防护的事件，车载设备应切换到t r 模式，车载设备紧急 制动直至列车停稳。司机确认列车冒进防护后，车载设备进入冒进防护后模式。 车载设备应缓解紧急制动。司机负责在“启动 、“调车”和“越行之间做出适 当选择，列车j 下常运行。 ( 9 ) 列车方向改变流程 司机在列车前端的驾驶室控制列车、并且列车方向手柄在“前进”位置的列 车监督任务，此时车载设备执行列车方向改变流程。司机关闭控制台a ，离丌本 务机车的驾驶室a ；然后到同一机车的驾驶室b ，并打开控制台b 。 ( 1 0 ) r b c 交接流程 在列车到达r b c 切换边界时，移交r b c 发送切换预通告，车载设备与接收 r b c 建立无线通信会晤，并向接收r b c 报告列车数据、列车位置等，移交r b c 向接收r b c 移交列车监控权并断开与移交r b c 之间的通信。 ( 1 1 ) 位置报告流程 车载设备根据位置报告参数向r b c 发送列车位置报告。在列车未通过应答器 组时，发送特殊位置报告，与最后相关应答器组相关的数据位均设为未知；在经 过单应答器组或连续经过两个单应答器组时，发送特殊位置报告，与列车运行方 向相关的数据为设为未知。其它情况发送正常位置报告。 ( 1 2 ) m a 产生流程 车载设备向r b c 请求m a ，r b c 根据列车位置、临时限速信息、进路信息、 轨道占用信息等产生m a 信息，并发送给车载设备。 ( 1 3 ) m a 协作缩短流程 车载接收到“请求缩短m a 消息后按新的e o a 计算速度曲线，如果不使用 紧急制动就能够在要求位置停车，则同意缩短m a 的请求并删除新e o a 以外的线 路描述和链接信息，车载设备按照新的m a 监控列车运行；如果不使用紧急制动 无法在要求位置停车时，车载拒绝缩短m a 的请求，先前接受的m a 保持有效。 ( 1 4 ) 紧急消息处理流程 在接收到r b c 发送的无条件紧急制动消息时，车载设备实施紧急制动和相关 操作并向r b c 发送紧急确认信息；在接收到有条件紧急制动消息时，车载设备判 断列车最小安全前端是否已通过新的停车点，若已经通过，则忽略该紧急停车消 息并通知司机，之后向r b c 发送确认信息；若没有通过，车载设备接受紧急停车 消息并向r b c 发送确认消息。 ( 1 5 ) 静态速度曲线产生流程 车载设备根据来自r b c 和司机输入的各种静态速度限制( 静态速度曲线s s p 、 轴重速度曲线a s p 、临时限速t s r 、最大列车速度和与模式有关的速度限制) 以 及坡度限制信息确定最严格限速曲线。 3 - 3 3车载任务开始用例图的建立 用例是模型中结构实体的指定功能，它描述了系统的功能需求，将系统看作 黑盒，从外部执行者的角度朱理解系统。用例存在于结构上下文中，展示的是系 统提供的黑盒功能，这些功能将其自己表现为系统和外部对象之间的交互。下图 中所示用例图用于描述在车载任务丌始流程时待测车载设备与周围环境之间的互 通关系。用例图包括角色和用例两种元素，在此用例中各列控设备及司机是用例 图中的角色，车载设备在本流程中的功能需求作为用例元素。 车载任务开始用例图如图9 所示： o o 八 r b c 接受拒绝列车 ￥， 厂、 l 一 请求，发送m a 图9 车载任务开始用例图 f i g9u s ec a g ed i a g r a mo f o n - b o a r ds t a r to f m i s s i o n 如图9 所示，在车载任务开始用例图中共有两个参与者，分别是司机、r b c ； 包括6 个用例分别表示： ( 1 ) 车载设备上电完成自检。 ( 2 ) 车载设备请求司机输入和确认司机i d 和列车数据。 ( 3 )当满足与列车启动条件后，车载设备请求司机选择启动，司机进行选 择。 ( 4 )当车载设备己知r b c 电话号码和i d 后或者未知以上信息但保存的信 息有效时，车载设备发起请求建立与r b c 的通信会晤。 ( 5 ) 车载设备发送给r b c 列车当前位置，r b c 判断位置有效后进行确认接 受列车，当列车位置无效时，r b c 进一步判断是否满足接受列车条件， 当满足时接受列车，不满足时拒绝列车，车载收到r b c 回应信息后将 无效位置信息删除。 ( 6 ) 司机选择列车启动后，车载设备向r b c 发送m a 请求，r b c 根据当日仃 的列车位置、线路数据等条件计算m a 并发送给车载设备。 为了实现这些功能，车载设备需要与司机、r b c 进行信息的交互，并通过数 据在各个功能模块之间的传递最终实现对列车的控制。 3 3 4 车载任务开始顺序图的建立 顺序图用来描述各对象之间动态的交互关系，着重体现对象间消息传递的时 间顺序。顺序图存在两个轴：水平轴表示不同的对象，垂直轴表示时间。顺序图 中的对象用一个带有垂直虚线的矩形框表示，并标有对象名。对象间的通信通过 在对象之间画消息来表示，消息的箭头指明消息的类型。 1 ：司机打开驾驶台输入司机i d “h i 句r b c 报告无效，未知列车位置： 2 ：m 1 5 5 发起通信会话 卜一+ 一l 一l 叶1 1 ： 3 ：m 3 2 系统配置 | ： 4 ：m 1 5 9 会话建立 ! _ 一一 一_ 5 ：m 1 5 7s o m 位置报告 ：； 卜一 6 ：m 4 1 接受列车： l 一一1 l 7 ：m 1 4 6 确认 ! i l一 图1 0 r b c 接受列车顺序图 f i g10s e q u e n c ed i a g r a mo fr b ca c c e p t st r a i n 仅以r b c 接受拒绝列车用例中的r b c 接受列车功能建立顺序图，如图l o 所 示，通过本顺序图可以看出，系统在运行过程中需要解析来自司机以及r b c 的数 据，顺序图表现了司机和车载设备之间以及r b c 和车载设备之间的交互信息及信 息交互顺序。首先由司机输入司机i d 并确认，随后车载设备和r b c 建立无线通 信会晤，消息交互包括m 1 5 5 、m 3 2 和m 1 5 9 ，最后车载没备向r b c 报告列车位置， 消息为m 1 5 7 ，r b c 接受列车，发回m 4 1 接受列车消息。至此，信息交互结束。 3 3 5 车载任务开始状态图的建立 状态图用来说明系统的动态情况。每种状态在图中表示为一个没有棱角的矩 形，有两种比较特殊的状态：初始状念( 实心圆点) 和结束状态( 实心圆点外加 一个圆圈) 。一个状态图只能有一个初始状态，可能有多种结束状念。车载任务开 始状态图表示了在列车执行启动任务这一段时间里车载设备在某种激励下从一种 状态转移到另一种状态的行为。车载任务开始状态图如图1 1 所示。 一 甲八 一 f 量 拶等级 降 c c s 系统上电1 1 ，并完成幢霄 j广一 r 控始已卉开麟 l ，一一一一一一 i 赴f ? 模式jl | r 一一 l 鼍姆 蕈新确认可栅d i ： 毫：机芝嚣怨量 毫藏 曼 毋存等级是否 | 、7 为3 1 7 车警警酝卷u ：，缎玎镞鸳麓碧3 堡够 、一j 簪矽- ，向机选摔茂变等级 司帆琏择s h r b c 拒铯s h 。跨越漉程 川机艇起 的s i - i 洫程 司机选择启动井且等缓为3 r - 询r b c | 发送m aj 广一请求蚌等待 l-一 从r b c 接收到o s s h 昀m a 扶舳c 接收躺的m 一怒熊笺 司机确认 商j r 、o s 杰 愤 式 ， 孳蕴2 莲、 行 图1 1 车载任务开始状态图 f i g11s t a t ed i a g r a mo fo n - b o a r ds t a r to f m i s s i o n 3 3 6车