可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統和方法與流程

本發明涉及對列車運行監控裝置的控制功能的測試技術，尤其涉及將仿真測試運行場景和半實物信號模擬設備相結合的可視化的針對列車運行監控裝置的控制功能進行測試的系統和方法。

背景技術：

LKJ2000列車運行監控裝置在功能測試和驗證過程中，需要向其發出速度、壓力、工況、軌道信號、通信等激勵信號，并觀察和檢測其輸出指令和反饋信息，以判斷被測監控裝置的功能完整性，并進行其安全控制性能評價。

目前在監控裝置的功能測試和實驗中，監控裝置的實驗室功能性驗證僅依靠簡易的模擬測試裝置，以人工操作測試裝置、人工觀察測試結果和記錄為主，測試環境簡陋，效率低下。

這種測試方案具體可以體現在公開號為CN101334668A的名稱為“監控裝置信號發生器”的專利申請和公開號為CN101021451A的名稱為“一種列車運行監控裝置綜合測試方法及綜合測試臺”的專利申請中。對于前者，其方案是設備通過信號調制電路生成供監控裝置測試使用的模擬信號，需要人工按鍵操作。對于后者，其方案是以模擬機車條件信號發生設備為主體，增加監控裝置做被測設備的輸出信號檢測，用于實現被測設備整機和單個插件的電氣接口性能檢測。

這些現有的測試方案存在如下的缺點：

1、僅僅根據監控裝置所需運行環境給出軌道信號、速度脈沖信號、風缸壓力電壓信號、工況數字量信號等單一的測試激勵，無法與測試場景與測試參數結合提供完整的功能測試環境；

2、主要向被測監控裝置發出單向測試激勵，缺乏對被測監控裝置輸出的測試響應的正確性判斷，僅能實現開環測試功能；

3、測試人員在使用模擬測試裝置進行功能性測試時，需要進行較為繁瑣的人工按鍵操作，測試過程和結果需人工觀察并記錄，測試體驗不佳，工作量大。

技術實現要素：

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

本發明的目的在于解決上述問題，提供了一種可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統和方法，將線路、列車等仿真測試運行場景與半實物信號模擬設備結合，形成完成的列車運行監控裝置的控制功能測試環境，實現基于場景的自動化測試和人工干預測試，且便于搭建，使測試過程更為直觀和高效。

本發明的技術方案為：本發明揭示了一種可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統，包括測試主控子系統和設備狀態監測子系統，其中：

測試主控子系統實現測試人機界面、地面線路及設備數據加載、虛擬列車運動學建模、列車運行位置運算、列車仿真運行場景圖形化展示、測試激勵信號發生裝置的控制與采集、點式應答器報文發送、被測設備反饋信息顯示、測試過程記錄和網絡通信；

設備狀態監測子系統實現被測監控裝置CAN總線運行信息采集、運行信息幀內容顯示與分析、運行狀態信息網絡通信轉發。

根據本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統的一實施例，測試主控子系統包括：

測試人機界面模塊，提供測試人機接口；

列車仿真運行場景建模模塊，加載線路特征數據，計算虛擬的列車與地面信號關鍵點的位置關系，圖形化展示列車仿真運行場景；

列車牽引/制動特性建模模塊，建立列車牽引/制動及動力學模型，計算被測設備所需機車信號環境數據并控制輸出；

測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊，控制激勵信號源向被測設備發出實際激勵信號、檢測被測設備輸出反饋形成閉環；

點式應答器報文傳輸控制模塊，模擬車載應答器信息接收模塊與被測監控裝置的連接和報文傳輸；

被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊，顯示和分析被測監控裝置發出的運行信息；

測試過程記錄模塊，記錄測試執行的情況；

網絡通信模塊，接收設備狀態監測子系統轉發的被測設備的運行信息。

根據本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統的一實施例，設備狀態監測子系統包括：

檢測人機界面模塊，提供監測與數據分析的人機接口；

CAN總線運行信息采集模塊，與被測監控裝置建立CAN通信，采集CAN總線上的運行信息；

運行信息幀內容顯示與分析模塊，顯示和分析獲取到的CAN總線運行信息；

運行狀態信息網絡通信轉發模塊，通過網絡發送被測裝置的運行狀態信息；

網絡連接狀態監視模塊，顯示與測試主控子系統的網絡通信連接狀態。

本發明揭示了一種可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法，在可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統上完成測試，測試系統包括測試主控子系統和設備狀態監測子系統，測試主控子系統包括測試人機界面模塊、列車仿真運行場景建模模塊、列車牽引/制動特性建模模塊、測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊、點式應答器報文傳輸控制模塊、被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊、測試過程記錄模塊、網絡通信模塊，設備狀態監測子系統包括檢測人機界面模塊、CAN總線運行信息采集模塊、運行信息幀內容顯示與分析模塊、運行狀態信息網絡通信轉發模塊、網絡連接狀態監視模塊，測試方法包括：

列車仿真運行場景建模模塊加載線路及軌旁設備數據并建立運行場景數字化模型；

列車牽引/制動特性建模模塊加載列車參數并建立列車牽引/制動動力學模型；

測試人機界面模塊輸入的牽引/制動級位驅動列車牽引/制動特性建模模塊進行列車動力學實時計算，計算結果通過測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊控制信號發生裝置發出車載激勵信號；

列車仿真運行場景建模模塊根據當前虛擬列車運行速度，計算列車當前所在位置并判斷地面信號關鍵點位置關系和過關鍵點時刻，如地面信號為信號機，則通過測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊驅動激勵信號源發出相應的機車信號，如地面信號為點式應答器，則通過點式應答器報文傳輸控制模塊直接向被測裝置發出應答器報文信號；

CAN總線運行信息采集模塊檢測被測監控裝置運行時的運行狀態信息，并交由運行信息幀內容顯示與分析模塊進行詳細運行狀態數據的顯示和分析，同時交由運行狀態信息網絡通信轉發模塊組包發送至網絡通信模塊；

網絡通信模塊解析運行狀態數據包，發送至被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊進行實時顯示，發送至測試過程記錄模塊進行記錄；

測試過程記錄模塊記錄整個測試過程中的詳細測試過程和被測監控裝置運行狀態信息，并寫入文件保存。

根據本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法的一實施例，列車仿真運行場景建模模塊加載的線路及軌旁設備數據包括：線路坡道數據、曲線數據、道口/橋梁/隧道數據、線路限速數據、分相點數據、軌道區段數據、車站數據、車站側線數據、信號機數據、點式應答器數據。

根據本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法的一實施例，列車牽引/制動特性建模模塊加載的列車參數包括：機車牽引特性曲線、機車制動特性曲線、車輛制動特性曲線、級位控制曲線、列車編組參數。

本發明對比現有技術有如下的有益效果：本發明的特點是加載線路特征參數，形成虛擬線路及軌旁設備(包括軌道電路、點式應答器等)模型，結合實時的列車運動學計算構成列車仿真運行場景，使用直觀圖形動態顯示列車運行位置、運行工況等信息，并形成外部信號關鍵點位置觸發條件，自動驅動半實物信號模擬設備向被測監控裝置發出激勵信號，同時顯示并記錄被測監控裝置反饋的測試信息，可實現監控裝置的閉環測試，因此本發明提供的方法和系統更易于構建典型測試場景，使測試過程更為直觀、高效。

具體而言，首先，本發明通過加載預先配置的地面線路數據、軌旁設備數據、列車編組信息及牽引制動特性等參數，構建線路模型與列車運動學模型，模擬列車在被測監控裝置控制下的運行狀態，并驅動相關測試激勵信號發生設備，向被測的監控裝置提供功能與控制模式測試所需的完整測試場景。

其次，本發明通過加載預先配置的地面線路數據、軌旁設備數據、列車編組信息及牽引制動特性等參數，構建線路模型與列車運動學模型，模擬列車在被測監控裝置控制下的運行狀態，并驅動相關測試激勵信號發生設備，向被測的監控裝置提供功能與控制模式測試所需的完整測試場景。

最后，本發明提供集成化人機界面，操作簡便，界面友好，信息豐富，且具備記錄功能，測試過程直觀，可提高測試工作效率。

附圖說明

圖1示出了本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統的實施例的總體原理圖。

圖2示出了本發明的測試主控子系統的原理圖。

圖3示出了本發明的設備狀態監測子系統的原理圖。

圖4示出了本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法的實施例的流程圖。

圖5示出了測試主控子系統的運行流程圖。

圖6示出了設備狀態監測子系統的運行流程圖。

具體實施方式

在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本發明的上述特征和優點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標記。

可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統的實施例

圖1示出了本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試系統的實施例的總體原理，請參見圖1，本實施例的測試系統包括：測試主控子系統1和設備狀態監測子系統2，均使用工控機，而兩者之間通過以太網連接。

測試主控子系統1實現測試人機界面、地面線路及設備數據加載、虛擬列車運動學建模、列車運行位置運算、列車仿真運行場景圖形化展示、測試激勵信號發生裝置的控制與采集、點式應答器報文發送、被測設備反饋信息顯示和網絡通信。

設備狀態監測子系統2實現被測監控裝置CAN總線運行信息采集、運行信息幀內容顯示與分析、運行狀態信息網絡通信轉發。

圖2示出了本發明的測試主控子系統的原理，圖5示出了測試主控子系統的運行流程，請參見圖2和圖5，測試主控子系統1包括：測試人機界面模塊11、列車仿真運行場景建模模塊12、列車牽引/制動特性建模模塊13、測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊14、點式應答器報文傳輸控制模塊15、被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊16、測試過程記錄模塊17、網絡通信模塊18。

測試人機界面模塊11提供測試人機接口。測試人機界面由模擬司機控制器區、機車工況顯示區、地面軌道信號顯示區、應答器列表顯示區、列車運行線路縱斷面顯示區、列車運行平面俯視圖形顯示區、被測監控裝置輸出信息顯示區、平調測試控制區、網絡狀態監視區構成。

列車仿真運行場景建模模塊12加載線路特征數據，計算虛擬的列車與地面信號關鍵點的位置關系，圖形化展示列車仿真運行場景。加載LKJ基礎數據源文件和軌旁設備數據，根據線路數據特征構建線路模型；根據任務設置的開車位置放置虛擬列車；根據虛擬列車速度和運行徑路設置，進行列車運動學計算和實時線路運行信息數據運算，計算列車當前所在位置，獲取當前所在位置平均坡度，根據當前位置判斷過地面軌旁設備關鍵點，并直接或通過精確控制測試信號激勵裝置向被測監控裝置發出測試信號。

在運行過程中，實時繪制列車運行場景縱斷面圖和平面俯視圖，直觀顯示并反映列車位置、速度、限速、制動輸出控制效果(是否冒進、冒出信號機和超速)、地面信號機變化、站場側線進路等運行場景。

列車牽引/制動特性建模模塊13建立列車牽引/制動及動力學模型，計算被測設備所需機車信號環境數據并控制輸出。根據列車參數和編組設置，建立動車/列車牽引制動計算模型，根據獲取的模擬司機控制器手柄位、控制按鈕、被測監控裝置輸出制動信號、虛擬列車當前平均坡度等信息，計算列車受力情況，并計算加速度、速度、風缸壓力等信息，通過串口控制測試信號激勵裝置向被測監控裝置發出測試信號。

測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊14控制激勵信號源向被測設備發出實際激勵信號、檢測被測設備輸出反饋形成閉環。主控程序通過RS232串行通信控制和檢測測試激勵信號發生裝置。

主控程序與測試激勵信號發生裝置連接后，根據運行場景建模運算和列車牽引制動運算，控制測試激勵信號發生裝置向被測LKJ監控裝置發出速度方波信號、速度相位、機車信號、過絕緣節、機車工況開關量、風缸壓力、原邊信號、柴速信號、防溜試驗信號、平調試驗信號、GYK(軌道車運行監控裝置)軸溫信號等激勵信號；主控程序從測試激勵信號發生裝置檢測被測監控裝置輸出的以下信號：卸載信號、減壓信號、關風信號、緊急制動信號、備用制動信號。

點式應答器報文傳輸控制模塊15模擬車載應答器信息接收模塊與被測監控裝置的連接和報文傳輸。主控程序通過RS422連接被測LKJ監控裝置實現點式應答器報文傳輸控制。

建立連接后，主控程序模擬BTM(Balise Transmission Module，應答器信息接收模塊)接收被測LKJ監控裝置發出的請求幀，在虛擬列車運算尚未經過應答器時，向LKJ應答空閑幀，在經過應答器時，檢索相應的應答器報文，并向LKJ應答報文幀。

被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊16顯示和分析被測監控裝置發出的運行信息。主控程序通過以太網連接設備狀態監測子系統程序，接收由其轉發的被測監控裝置實時運行狀態信息，并進行顯示，顯示內容主要包括：實速、限速、工況、管壓、信號、里程、時鐘、制動輸出、設備狀態、設備故障信息等。

測試過程記錄模塊17記錄測試執行的情況。主控程序記錄每次測試任務執行的詳細情況，主要包括：時間、測試激勵信號類型、激勵信號參數、列車狀態、被測LKJ狀態、故障信息、制動輸出控車異常等，以文本文件形式保存，用作對被測設備的綜合功能和性能評價。

網絡通信模塊18接收設備狀態監測子系統轉發的被測設備的運行信息。主控程序通過以太網通信連接設備狀態監測子系統程序。采用TCP/IP網絡通信協議，主控程序為客戶端，設備狀態監測子系統程序為服務器端，網絡交互的數據包包括：設備實時運行信息包、檢測信息包、運行參數包、設備狀態包。主控數據接收數據包并進行數據包解析，供顯示和記錄。設備實時運行信息包內容主要包括：實速、限速、時鐘、工況、色燈、信號機、制動輸出、里程等。檢測信息包內容包括：風缸壓力、原邊信息、速度通道信息等。運行參數包內容包括：線路編號、編組信息、車次信息、系統控制信息等。設備狀態包內容包括：顯示器狀態、ROM狀態、CPU RAM狀態、通信狀態、軟件版本信息等。

圖3示出了本發明的設備狀態監測子系統的原理，圖6示出了設備狀態監測子系統的運行流程，請參見圖3和圖6，設備狀態監測子系統2包括：檢測人機界面模塊21、CAN總線運行信息采集模塊22、運行信息幀內容顯示與分析模塊23、運行狀態信息網絡通信轉發模塊24、網絡連接狀態監視模塊25。

檢測人機界面模塊21，提供監測與數據分析的人機接口。檢測人機界面由CAN數據幀顯示區、設備類型選擇區、網絡客戶端列表顯示區構成。

CAN總線運行信息采集模塊22，與被測監控裝置建立CAN通信，采集CAN總線上的運行信息。設備狀態監測子系統計算機通過USB-CAN與被測LKJ監控裝置連接，打開CAN通信后，該模塊將CAN總線上所有數據幀寫入緩存區，供顯示和組包向主控程序發送。

運行信息幀內容顯示與分析模塊23，顯示和分析獲取到的CAN總線運行信息。該模塊將從CAN總線上獲取的所有監控裝置運行數據幀在CAN數據幀顯示區進行列表顯示，顯示內容包括每一幀的幀ID、優先級、幀號和8字節的幀數據；通過選擇指定優先級和幀號對顯示的幀數據進行過濾顯示，用于對被測監控裝置的運行狀態進行深入分析。

運行狀態信息網絡通信轉發模塊24，通過網絡發送被測裝置的運行狀態信息。設備狀態監測子系統通過以太網通信連接主控程序，采用TCP/IP網絡通信協議，設備狀態監測子系統為服務器端，主控程序為客戶端。當該程序檢測到當前的CAN幀數據與緩存中相同優先級和幀號的數據有不同時，才將相關內容組包，發送至客戶端。該程序將被測監控裝置運行狀態發送至所有已建立連接并握手成功的客戶端。

網絡連接狀態監視模塊25，顯示與測試主控子系統的網絡通信連接狀態。該模塊通過實時查詢建立連接的網絡套接字，監視與該模塊建立連接的客戶端通信狀態，并以客戶端IP地址和連接握手狀態信息在網絡客戶端列表中顯示。

可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法的實施例

圖4示出了本發明的可視化列車運行監控裝置的控制功能的測試方法的實施例的流程。請參見圖4，本實施例的方法是在上述測試系統的實施例上實現的，其實現的具體步驟如下。

步驟S1：列車仿真運行場景建模模塊加載線路及軌旁設備數據并建立運行場景數字化模型。列車仿真運行場景建模模塊加載的線路及軌旁設備數據包括：線路坡道數據、曲線數據、道口/橋梁/隧道數據、線路限速數據、分相點數據、軌道區段數據、車站數據、車站側線數據、信號機數據、點式應答器數據。

步驟S2：列車牽引/制動特性建模模塊加載列車參數并建立列車牽引/制動動力學模型。列車牽引/制動特性建模模塊加載的列車參數包括：機車牽引特性曲線、機車制動特性曲線、車輛制動特性曲線、級位控制曲線、列車編組參數。

步驟S3：測試人機界面模塊輸入的牽引/制動級位驅動列車牽引/制動特性建模模塊進行列車動力學實時計算，計算結果通過測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊控制信號發生裝置發出車載激勵信號。

步驟S4：列車仿真運行場景建模模塊根據當前虛擬列車運行速度，計算列車當前所在位置并判斷地面信號關鍵點位置關系和過關鍵點時刻，如地面信號為信號機，則通過測試激勵信號發生裝置控制與檢測模塊驅動激勵信號源發出相應的機車信號，如地面信號為點式應答器(軌道交通信號系統中用于地面向列車信息傳輸的點式設備)，則通過點式應答器報文傳輸控制模塊直接向被測裝置發出應答器報文信號。

步驟S5：CAN總線運行信息采集模塊檢測被測監控裝置運行時的運行狀態信息，并交由運行信息幀內容顯示與分析模塊進行詳細運行狀態數據的顯示和分析，同時交由運行狀態信息網絡通信轉發模塊組包發送至網絡通信模塊。

步驟S6：網絡通信模塊解析運行狀態數據包，發送至被測監控裝置運行狀態信息顯示模塊進行實時顯示，發送至測試過程記錄模塊進行記錄。

步驟S7：測試過程記錄模塊記錄整個測試過程中的詳細測試過程和被測監控裝置運行狀態信息，并寫入文件保存。

盡管為使解釋簡單化將上述方法圖示并描述為一系列動作，但是應理解并領會，這些方法不受動作的次序所限，因為根據一個或多個實施例，一些動作可按不同次序發生和/或與來自本文中圖示和描述或本文中未圖示和描述但本領域技術人員可以理解的其他動作并發地發生。

本領域技術人員將進一步領會，結合本文中所公開的實施例來描述的各種解說性邏輯板塊、模塊、電路、和算法步驟可實現為電子硬件、計算機軟件、或這兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、框、模塊、電路、和步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現為硬件還是軟件取決于具體應用和施加于整體系統的設計約束。技術人員對于每種特定應用可用不同的方式來實現所描述的功能性，但這樣的實現決策不應被解讀成導致脫離了本發明的范圍。

結合本文所公開的實施例描述的各種解說性邏輯板塊、模塊、和電路可用通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設計成執行本文所描述功能的任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，該處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器還可以被實現為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協作的一個或多個微處理器、或任何其他此類配置。

結合本文中公開的實施例描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中體現。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或本領域中所知的任何其他形式的存儲介質中。示例性存儲介質耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲介質讀取和寫入信息。在替換方案中，存儲介質可以被整合到處理器。處理器和存儲介質可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。在替換方案中，處理器和存儲介質可作為分立組件駐留在用戶終端中。

在一個或多個示例性實施例中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實現。如果在軟件中實現為計算機程序產品，則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質上或藉其進行傳送。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，其包括促成計算機程序從一地向另一地轉移的任何介質。存儲介質可以是能被計算機訪問的任何可用介質。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁存儲設備、或能被用來攜帶或存儲指令或數據結構形式的合意程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質。任何連接也被正當地稱為計算機可讀介質。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術從web網站、服務器、或其它遠程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術就被包括在介質的定義之中。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數字多用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現數據，而碟(disc)用激光以光學方式再現數據。上述的組合也應被包括在計算機可讀介質的范圍內。

提供對本公開的先前描述是為使得本領域任何技術人員皆能夠制作或使用本公開。對本公開的各種修改對本領域技術人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普適原理可被應用到其他變體而不會脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。