一种针对全自动运行系统的测试用例生成方法

针对全自动运行系统测试指定路径覆盖的测试需求,基于时间自动机建模理论提出满足指定路径覆盖和边覆盖的全自动运行系统测试用例自动生成算法。研究时间自动机建模理论,建立全自动运行系统的时间自动机模型;为表征全自动运行系统指定路径覆盖的测试需求,提出基于时间自动机模型的标记变量建模方法 ;结合Yggdrasil的测试用例生成机制,提出全自动运行系统测试用例生成方法,同时满足全自动运行系统测试的指定路径覆盖和边覆盖准则;以全自动运行系统的模式转换功能为例,建立时间自动机模型并生成测试用例。结果表明,测试用例100%覆盖测试人员指定的测试需求和时间自动机模型所有的边,能够满足全自动运行系统指定路径覆盖的测试要求。     

一种全覆盖的列控车载系统测试用例自动生成算法研究

列控车载系统是保证列车行车安全的重要装备,是典型的安全苛求系统。测试用例生成是测试车载系统功能的关键和基础。根据车载系统的特点,本文利用时间自动机建模工具UPPAAL,对车载系统模式转换的规范建立DRB-TE自动机网络模型,并指出车载系统模型的非确定性会导致模式转换测试用例不能达到全覆盖。针对该问题设计一种能够满足全状态、全变迁覆盖准则测试用例的生成算法,利用实时系统测试用例自动生成工具CoVer生成模式转换测试用例套,从而实现自动生成覆盖全部车载模式转换规范的测试用例,同时提高了测试用例的生成效率和重用性。     

一种基于场景的CTCS-3列车控制系统建模方法研究

对CTCS-3列车控制系统进行有效的测试、分析和验证是保证列车运行安全和旅客生命财产安全的重要手段,而形式化模型是系统测试、分析和验证的基础。本文以CTCS-3列车运行控制系统的UML非形式化模型为基础,以自动机模型作为系统形式化模型描述的数学工具,研究UML顺序图(场景)自动转化为自动机网模型的方法。首先将场景的UML顺序图自动转化为子系统的子自动机模型,然后通过合并不同场景的子自动机模型,得到子系统的组元自动机模型,最后通过对通信通道的建模得到系统的自动机网模型。使用本方法,基于系统的UML顺序图模型可以自动生成系统的自动机网模型。     

基于SCADE模型的车载ATP测试用例生成方法

车载ATP是保证列车安全运行的关键列控设备。为满足其苛刻的安全要求,实际应用之前需要对其进行全面严格的测试。传统的编写测试用例的方法过分依赖人工经验,耗时耗力,且测试质量难以保证。提出一种基于SCADE模型自动生成车载ATP测试用例的方法。首先,利用SCADE对车载ATP系统进行建模,并针对安全状态机模型生成满足全迁移覆盖准则的测试用例;再根据MC/DC覆盖准则生成测试数据,将抽象的测试用例转化为可直接用于测试的具体测试用例集;最后,通过变异分析对生成的测试用例进行评估。结果表明,测试用例具有良好的覆盖度,优于传统人工方法。     

基于UML状态图的列控中心软件测试路径生成方法

针对列控中心测试，介绍了基于UML状态图的列控中心测试路径生成方法。根据列控中心需求规范建立UML状态图模型；采用改进的深度优先搜索算法（DFS）自动搜索有向图得到从初始节点到终止节点的所有路径集合，利用贪心算法构造超串合并测试需求；利用路径集合扩展测试需求集合，最终实现测试路径自动生成；以列控中心改变区间运行方向功能为例，给出测试路径生成方法实现。     

基于UML2.0活动图的车载设备测试用例生成方法研究

重点研究基于UML2.0活动图的CTCS-2级车载设备测试用例生成方法.介绍车载设备的构成和功能,对活动图进行形式化定义,阐述测试用例的设计,包括车载设备活动图建模规则、测试用例的形式化定义、测试覆盖准则的定义、基于深度优先搜索并且带回溯的遍历算法的测试场景生成,以及测试用例的生成算法,最后实现了测试用例生成.     

基于场景模拟的地铁ATS软件自动化测试系统

为适应快速交付可靠的地铁ATS软件产品的要求,开发了基于场景模拟的地铁ATS软件自动化测试系统。介绍系统构成、主要功能设计、测试环境部署与配置、测试用例设计及测试流程。测试系统由被测对象服务器、模拟集成服务器和测试管理服务器构成,将ATS系统内部环境的模拟与ATS系统外部环境的模拟分离,可降低ATS软件仿真测试系统的复杂度。利用虚拟机技术搭建模拟测试环境,设计基于场景模拟的测试用例,将被测试的ATS软件功能项与运营场景结合,使用基于一个场景模拟的测试用例即可验证多个功能项组合的正确性;通过不断优化和积累复用基于场景模拟的测试用例,可显著提高ATS软件的测试效率;此外,测试系统可自动生成测试报告。以上海地铁1号线信号系统升级项目为例,详细描述该项目中ATS软件的自动化测试过程。     

城市轨道交通全自动运行系统及安全需求

结合国内外全自动运行系统的运营研究资料,介绍国际轨道交通全自动运行系统发展状况,探讨全自动运行系统的功能结构。结合IEC62267与IEC62290等国际标准,论述全自动运行系统典型的系统功能与安全需求。以系统FAM与CAM模式转换为例,对运营场景进行分析研究,如实反映列车全自动驾驶系统真实的运营过程,在建模之前需对系统的功能进行梳理,实现需求到场景的追踪,以确保所建模型与功能需求的一致性,即此模型表达系统最终需要完成哪些功能,这些功能之间的关系如何以及系统完成这些功能需要与哪些外部参与者或系统实现交互。对全自动运行系统展开深入而全面的研究,对我国自主研发全自动运行系统提出参考建议,为全自动运行系统的安全运营保驾护航。     

自主化全自动运行系统研究与应用

介绍全自动运行系统项目的研究目的及研究内容,提出具有普遍借鉴意义的新技术研发、应用思路,形成产学研用、科研攻关、工程推广相结合的技术路线;详细说明自主化全自动运行系统的研究思路,阐述场景和运营规则的研究主线,注重科研与工程相互支撑的理念;在项目组织实施过程中,采用国内调研、国外调研、联合攻关、专家咨询的工作思路,取得丰硕的研究成果;阐述全自动运行系统的架构、创新点及解决的关键问题,论述FAO系统在减少工作重复性、降低损失成本、降低维护成本等方面所起的关键作用;描述系统的测试手段、测试过程及测试方法,测试中按照地铁实际运营线路中的几个场景分别验证,包括室内测试、停车场测试、样板段测试、全线测试;通过完善的系统测试验证,证明系统设计的合理性、技术的先进性及项目管理的科学性,为全自动运行系统的推广和发展提供借鉴。     

基于变异模型的CTCS-3级列控系统测试用例自动生成方法研究

本文提出一种基于变异模型的CTCS-3级列控系统测试用例自动生成方法。根据列控系统需求规范,建立它的SMV（Symbolic Model Verifier）模型,对此模型进行变异,将变异之后的模型输入到模型检验器SMV中,利用模型检验生成反例的技术,自动生成测试用例,提高了测试用例的生成效率。并以CTCS-3级列控系统的无线闭塞中心（RBC）切换场景为例,验证了该方法的有效性。     

面向全自动运行的城轨交通火灾联动方案设计与建模验证

全自动运行是未来城市轨道交通发展的主要方向，与传统驾驶模式相比，对于特殊运行场景下的应急处理能力与处理效率有着更高的要求。本文基于列车发生火灾的特殊运行场景，区别于以往由调度人员作为综合监控系统与列车自动监督系统的联动桥梁，设计了全自动驾驶场景下的火灾联动方案，确定了火灾报警系统的火灾识别流程、列车控制管理系统的数据转发和应急控制流程、运行控制中心的火灾响应流程，以及各系统之间的通信校验流程；同时，使用基于时间自动机理论的UPPAAL工具，对从火灾识别到火灾应急响应的全过程进行了形式化建模分析，并且对该联动方案的安全性和功能进行了形式化验证。验证结果表明，该联动方案能够有效地满足各个系统之间的联动要求，为全自动驾驶模式下的非正常运行场景的应急联动处理打下基础。     

CTCS-2级列控车载设备层次化组合测试方法

对列控车载设备开展组合测试，可有效提高设备的安全性。针对现有组合测试方法未充分考虑车载设备测试过程中输入的时序性、设备状态等影响软件安全的各种因素组合的问题，提出一种车载设备层次化组合测试方法。首先，划分CTCS-2级车载设备测试过程中各种影响因素的组合层次，设置层次化覆盖强度。其次，提出了车载设备层次化组合覆盖准则，给出形式化定义，构建层次化组合测试模型。然后，提出一种两阶段层次化组合测试用例生成方法，高效精简构造层次化组合测试集。最后，以CTCS-2/0等级转换测试为例对方法进行验证。结果表明，在保证各种影响因素组合覆盖的前提下，相对于现有方法，在覆盖强度t={2,2,2}时，采用本方法的测试成本可降低23.53%,有效提高测试的针对性，验证了方法的有效性。     

基于UPPAAL的FAO系统典型运营场景建模与验证

全自动驾驶系统FAO(Fully Automatic Operation)具有安全、可靠、高效的特点,成为未来城市轨道智能交通系统的主要发展方向。FAO系统典型运营场景是1个实时的过程,为发现其逻辑的错误、功能和性能的缺陷,需要在系统设计前,针对系统需求规范中典型运营场景的实现流程进行形式化分析。本文分析FAO典型运营场景保护区的实现流程,在系统需求规范中提取其功能与性能的需求,采用基于时间自动机理论的UPPAAL构建时间自动机网络模型,进行仿真分析,并验证其功能属性、性能属性与安全属性。通过反例分析、模型修正,增强对FAO系统的理解,减少设计故障,提高安全性,为系统设计与实现打下良好的基础。     

基于成对组合的遗传算法生成联锁测试用例

计算机联锁自动测试的质量往往取决于测试用例的质量.本文提出一种新的设计思想:将基于成对组合覆盖的遗传算法用于计算机联锁测试用例的生成和优化,并以道岔测试为例对该算法的应用过程进行详细分析,重点介绍成对组合覆盖方法、算法的整体框架和遗传操作设计.采用遗传算法对成对组合的启发式算法AETG进行改进,有效地减少了冗余的测试用例,提高测试用例质量和联锁测试效率.     

多端口形式化测试自动生成方法在CTCS-3车载系统中的应用

针对CTCS-3列控系统测试中普遍存在的需要多个端口协同测试的问题,在时间输入输出自动机(TIOA)的基础上,提出端口标记的时间输入输出自动机(LpTIOA).LpTIOA除在模型中能够反映系统的时间约束特性外,还能反映系统输入输出行为对应的端口信息,利用这些信息对基于覆盖度的搜索算法进行相应改进,形成包含端口信息的测试自动生成算法,用于生成满足给定覆盖度标准的测试套.文中还描述了运用UPPAAL工具对LpTIOA模型实现建模的方法,并运用COVER工具实现对经过UPPAAL验证的CTCS-3级车载系统LpTIOA模型的测试套自动生成.     

基于IRM-COM的列车运行控制系统测试用例生成方法

为验证高速铁路列车运行控制系统在多个故障发生时的安全性,针对系统故障降级场景,提出一种基于初始约简矩阵—组合遗漏矩阵(IRM-COM)测试用例生成算法的故障组合注入方法。首先对故障类型进行矩阵形式化描述,然后形成故障注入组合测试表初始矩阵,最后生成测试用例表。仿真结果表明,该组合测试的故障检测率比随机测试和自适应随机测试平均高10.2%,而且测试用例个数比自动高效测试用例生成器(AETG)和基于矩阵重复度的组合测试(CTboMRD)平均少13.4%,验证了所提算法具有更强的约简能力,提高了测试效率。     

基于全自动运行场景的信号系统与车辆系统控制时序设计

全自动运行工程中信号系统与车辆系统接口的控制质量决定着列车运行的安全性、可靠性及运行效率，同时也是设计谈判过程中的难点。提出以全自动运行场景为顶层设计的理念，通过梳理全自动运行信号系统与车辆系统的联动场景，对唤醒、联合自检、蠕动模式、自动校准等典型功能的控制时序进行设计，可为后续类似工程提供参考。     

基于在线一致性测试理论的CBTC车载ATO功能测试研究

自动列车驾驶系统(ATO)是CBTC系统的重要组成部分,验证测试其控制功能逻辑的正确性和安全性至关重要。介绍了ATO控制原理和功能,分析了CBTC中典型的两车追踪控制运行场景控制流程,得到了该场景下的列车运行安全需求。结合时间自动机理论,建立了包含列车动力学、车载ATO、ZC以及时钟控制器的两车追踪场景时间自动机网络模型,验证了模型中安全需求的正确性;基于一致性测试理论,定义了被测车载ATO软件与测试环境的可观测输入/输出接口,利用UPPAAL-TRON工具设计了被测车载ATO软件的一致性测试框架,并进行了一致性测试分析。在此基础上,采用变异测试,针对典型的车载ATO软件功能实现错误(错误的安全距离、静态限速、功能逻辑以及命令丢失等)进行了安全性验证。结论表明:该在线一致性测试方法能够及时发现车载ATO软件行为与规范模型的不一致,有效提升了车载ATO功能测试的检错能力。     

一种信号系统安全分析建模的设计与实现北大核心

为提高信号系统安全隐患分析效率,必须研究某一时刻多处失效的运营场景。当前有限自动机建模不能解决上述问题,设计一种用于信号系统安全分析的混合建模方法,一方面采用有限自动机建模进行某一处失效的安全隐患分析,另一方面采用Petri网建模进行多处失效且为异步并发的安全隐患分析。通过上述建模确定特定运营场景相关参数及性能指标,采用软件工具(例如VC6.0)实现信号系统安全分析模拟器。系统分析师通过安全分析模拟器进行系统安全分析,从而减少人为经验错误,提高信号系统安全隐患分析效率,避免重大安全隐患。     

一种信号系统安全分析建模的设计与实现

为提高信号系统安全隐患分析效率,必须研究某一时刻多处失效的运营场景。当前有限自动机建模不能解决上述问题,设计一种用于信号系统安全分析的混合建模方法,一方面采用有限自动机建模进行某一处失效的安全隐患分析,另一方面采用Petri网建模进行多处失效且为异步并发的安全隐患分析。通过上述建模确定特定运营场景相关参数及性能指标,采用软件工具(例如VC6.0)实现信号系统安全分析模拟器。系统分析师通过安全分析模拟器进行系统安全分析,从而减少人为经验错误,提高信号系统安全隐患分析效率,避免重大安全隐患。