城轨交通全自动运行系统组合测试用例生成方法

为提高城轨全自动运行系统测试的全面性，结合时间自动机建模方法和组合测试理论，提出全自动运行系统组合测试用例生成方法。首先，以全自动运行系统运营场景为测试建模对象，基于时间自动机建模方法，描述全自动运行系统的运营场景，利用Yggdrasil生成100%满足运营场景时间自动机模型节点覆盖和边覆盖的测试路径；其次，采用输入域建模理论，提取测试路径反映的系统工况作为组合测试的输入参数，利用组合测试算法生成全自动运行系统的组合测试用例；最后，以全自动运行系统中的唤醒场景为例，采用UPPAAL从ATP、ATO、TCMS、AOM和车辆5个方面建立唤醒场景的时间自动机模型，以向前跳跃失败为例，采用2-维组合覆盖生成组合测试用例。结果表明，测试用例100%覆盖测试模型所有的边和节点，以及测试模型任意2个输入之间的组合，提升了全自动运行系统测试的完备性。     

基于DRPP的列控车载设备测试序列生成方法

在列控车载设备功能场景的测试序列生成过程中,针对不能充分利用场景以外子序列衔接关系的问题,提出一种基于有向乡村邮路问题的测试序列优化生成方法。将列控车载设备所有功能场景的子序列构建成一个强连通有向图模型,并根据覆盖的功能场景构建需求弧集。利用有下界容量网络最小费用可行流算法,实现以最小成本构建包含需求弧集的欧拉图,再利用Hierholzer算法生成测试序列。以CTCS-2级列控车载设备的功能场景为例并相比于现有方法。结果表明：所述方法能够充分利用所有子序列的衔接关系生成覆盖指定功能场景的最优测试序列,等级转换和模式转换场景测试序列的成本分别降低4.2%和1.4%。     

基于时间自动机的自主化ATP等级转换功能建模与验证

自主化ATP(列车自动保护)系统在国产化ATP系统的基础上,增加了一些新的功能需求。针对自主化ATP系统安全关键功能的安全性和正确性保障的问题,以自主化ATP系统中典型的C2等级转换C3等级的等级转换功能为研究对象,采用时间自动机形式化地分析等级转换功能的安全性、活性和实时性。研究时间自动机的数学理论基础,分析自主化ATP系统等级转换功能的逻辑和与其他系统的数据交互;采用时间自动机建模方法,从ATP、RBC(无线闭塞中心)和应答器3个方面,建立C2等级转换C3等级的时间自动机模型;研究自主化ATP系统等级转换功能需要满足的安全性、活性和实时性要求,利用UPPAAL软件验证等级转换功能的系统性质。结果表明,自主化ATP系统C2等级转换C3等级功能满足期望的系统需求。     

基于MSC与UPPAAL的列控系统等级转换场景形式化验证

等级转换是C3级列控系统的重要场景,是列控系统兼容性的集中体现,转换的成功与否直接关系到列车的运行安全和行车效率。因此,有必要对设计规范中所描述的转换过程进行形式化建模和验证,以保障系统的安全性和实时性。为保证设计规范与所建模型的一致性,采取消息顺序图(MSC)与时间自动机相结合的方式,建立等级转换场景中C2级向C3级转换过程的MSC模型,并将其转换为时间自动机模型。应用UPPAAL对模型的安全性和受限活性进行仿真验证,结果表明设计规范中所描述的转换过程是安全可靠的,可以满足C3级列控系统的兼容性和安全性要求。     

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。     

面向列控系统安全软件黑盒测试的 危险分析方法

针对高速铁路列控系统安全软件黑盒测试中对危险事件的可测性、全面性和优先性的需求,研究能够生成有效危险事件测试集的危险分析方法。根据列控系统接口交互信息的类型及特点,改进HAZOP的引导词及节点参数并进行接口危险辨识;然后利用风险矩阵评估接口危险事件的风险等级,提出面向安全软件黑盒测试的接口危险分析方法—HAZOP-I;将该方法应用到CTCS-3级列车运行控制系统运行场景中。研究结果表明:该方法能够为列控系统安全软件黑盒测试提供满足需求的危险事件测试集。     

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。     

基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

为了改善当前列控系统等级转换功能测试用例覆盖不全面的问题,以CTCS-2级转CTCS-3级功能为研究对象,采用场景法分析转换逻辑,设计测试用例。首先,分析CTCS-2级转CTCS-3级的功能逻辑;然后,介绍场景法设计测试用例的过程及基本流和备选流划分原则;最后,采用场景法对CTCS-2级转CTCS-3级过程中的基本流和备选流进行划分,确定基本流和备选流有向图,设计测试用例。结果表明,该方法设计的测试用例能够提高列控系统功能性和安全性测试的完备性,从而保障列控系统产品的质量。     

基于XML的时间自动机状态可达性分析在RBC子系统中的应用

时间自动机中的状态可达性分析是模型建立完成之后的一个重要验证工作,大多数时间自动机建模工具均为非开源代码,不能与实际系统进行有机的结合.本文以CTCS-3中的无线闭塞中心(RBC)[1]为实际系统,提出基于XML的时间自动机状态可达性分析[2],实现了建模工具与实际测试平台不同开发环境下的数据交互,为完善整个测试平台在理论方法与实际应用相结合方面提出一个较为可行的方法.     

列控数据完备性建模方法研究

列控数据作为列车运行控制的基础,是列控系统的中枢神经,其完备性直接关系到列车运行安全.列控数据完备性能够保证列车安全控制数据的完整性、正确性、有序性、实时性、有序性和兼容性.本文以CTCS-3级列控系统和CTCS-2级列控系统之间的等级转换以及典型的设备故障导致降级场景为例,利用随机Petri网建立列控数据完备性模型,重点研究了列控数据完备性的完整性、实时性和兼容性方面的问题,最后提出了用模型完成的成功率以及系统平均延时时间分析列控数据完备性的方法.     

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。     

CTCS-3至CTCS-2等级转换应答器组布置

CTCS-3至CTCS-2级列控系统等级转换应答器布置非常重要。等级转换应答器布置不当,会引起列车紧急制动。通过对CTCS-3级列控系统应答器应用原则研究,介绍CTCS-3至CTCS-2等级转换应答器组布置原则,并详细分析特殊场景下引起列车紧急制动的原因。最后结合特殊场景,提出优化等级转换应答器布置的方法。     

CTCS-3级列控系统等级转换运营场景分析与研究

CTCS-3级列控系统是基于无线信息传输(GSM-R)的列车运行控制系统,目前有14个运营场景。针对其中的等级转换运营场景进行了初步分析,包括各种不同线路条件下等级转换应答器组的布置,等级转换点内方不同进路条件下的等级转换情况,以及降级情况下的等级转换处理等内容。     

Timed RAISE方法在列控系统等级转换场景中的应用研究

高速铁路列车运行控制系统是一个复杂的实时性系统,结合其实际特点,将域方法作为系统描述的切入。通过对模型检验和定理证明两种验证方法的分析比较,提出使用基于定理证明的时间化工业软件工程的严格方法Timed RAISE形式化方法对等级转换(CTCS-2级至CTCS-3级)场景进行描述,并对其场景交互一致性和实时性进行验证,结果表明该场景不会出现场景交互一致性错误,也不会违反时间的约束。     

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MSC与UPPAAL的区域控制器切换场景建模与验证

区域控制器(Zone Controller,ZC)边界切换场景是城市轨道交通列车控制系统的重要场景,切换过程中移交ZC、接管ZC和车载子系统之间要进行频繁的信息交互,因而对其安全性和实时性有更严苛的要求。根据ZC子系统特点,将MSC半形式化方法作为切入点,结合时间自动机理论,建立ZC切换场景的MSC模型和时间自动机网络模型,用于ZC切换场景功能和受限活性的安全验证。结果表明:ZC边界切换控制功能满足系统安全性和受限活性的规范要求。因此此种建模验证方法是可行的,可以将其应用于列控系统其他场景的建模与验证过程中。     

基于TRSL的RBC等级转换场景研究

无线闭塞中心等级转换场景作为中国列车运行控制系统主要场景之一,切换成功与否直接影响高速列车的安全和运行效率。通过对形式化验证方法的分析,采用基于定理证明的时间化工业软件工程规范语言的严格方法(Timed Rigorous Approach to Industrial Software Engineering Specification Language,TRSL),在对等级转换过程进行分析的基础上,设计交互信息图,构建状态迁移图,并结合域建模方法实现对该场景的TRSL描述,最后利用语言推理规则,结合系统特性,实现对切换正确性和实时性的双重验证,结果表明:该场景满足系统规范对功能性和实时性的要求,继而说明该方法的有效性、正确性和通用性,为我国列控系统的设计开发和验证提供一种新的途径和依据。     

基于TTCN-3的CTCS-3级列车运行控制系统自动测试方法

提出了基于TTCN-3语言的CTCS-3级列车运行控制系统的自动测试方法;该方法在考虑分布式实时系统自身复杂性和实时性等特点的前提下,首先将CTCS-3系统分解为多个实体,针对每个实体,根据功能需求规格说明书利用LPTIOA进行带时间约束信息的模型描述;然后,根据相应的算法得出测试序列及测试集;再将得到的测试序列及测试集根据规则转换成TTCN-3语言描述的测试序列和测试集;最后在基于TTCN-3测试平台中对被测实体进行测试。     

一种动态加权模糊聚类算法的研究

针对模糊C均值聚类（FCM）算法选取初始中心具有随机性这一缺陷,利用遗传算法优化FCM算法,根据适应度函数动态确定交叉、变异算子,从而选取最优初始中心,避免FCM算法陷入局部极小;针对FCM受噪声点、孤立点影响较大的缺陷,利用LOF加权降低数据噪声点对聚类的影响,并将FCM聚类、遗传算法、加权策略相结合,提出一种新的动态加权模糊聚类算法。经UCI通用数据集验证,优化后的聚类算法可以有效提高聚类质量和准确度。     

基于脚本技术的高速铁路列控中心系统安全性自动化测试研究

列控中心系统是实现高速铁路安全运行的关键设备。自动化的黑盒测试是验证其系统功能和确认系统满足系统需求,具有足够安全性防护能力的重要手段。脚本技术是实现软件测试自动化技术的有效方法。测试脚本语言是脚本技术的核心,但是目前没有专门针对列控中心测试的脚本语言。本文结合列控中心测试的特点,提出一种测试策略,设计了场景-事件驱动的测试脚本语言SED_TSL。在本文提出的测试策略中针对安全防护功能,以实际运营场景为核心,利用测试脚本语言SED_TSL定义正常场景与故障场景,测试序列与测试用例,仿真环境,形成分级测试脚本。通过场景变换控制测试逻辑与流程,触发仿真事件加载测试用例实现系统的功能性与安全性测试。本文对测试脚本语言SED_TSL与基于SED_TSL的自动化测试环境的实现机制进行阐述,并实现了基于SED_TSL的高速铁路列控中心系统自动化测试环境,投入到铁道部的列控中心产品制式检测中。实际应用表明:测试脚本语言的描述能力与自动化测试环境符合测试需求,有效地实现了列控中心产品的功能与安全性测试。