可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统和方法与流程

本发明涉及对列车运行监控装置的控制功能的测试技术，尤其涉及将仿真测试运行场景和半实物信号模拟设备相结合的可视化的针对列车运行监控装置的控制功能进行测试的系统和方法。

背景技术：

LKJ2000列车运行监控装置在功能测试和验证过程中，需要向其发出速度、压力、工况、轨道信号、通信等激励信号，并观察和检测其输出指令和反馈信息，以判断被测监控装置的功能完整性，并进行其安全控制性能评价。

目前在监控装置的功能测试和实验中，监控装置的实验室功能性验证仅依靠简易的模拟测试装置，以人工操作测试装置、人工观察测试结果和记录为主，测试环境简陋，效率低下。

这种测试方案具体可以体现在公开号为CN101334668A的名称为“监控装置信号发生器”的专利申请和公开号为CN101021451A的名称为“一种列车运行监控装置综合测试方法及综合测试台”的专利申请中。对于前者，其方案是设备通过信号调制电路生成供监控装置测试使用的模拟信号，需要人工按键操作。对于后者，其方案是以模拟机车条件信号发生设备为主体，增加监控装置做被测设备的输出信号检测，用于实现被测设备整机和单个插件的电气接口性能检测。

这些现有的测试方案存在如下的缺点：

1、仅仅根据监控装置所需运行环境给出轨道信号、速度脉冲信号、风缸压力电压信号、工况数字量信号等单一的测试激励，无法与测试场景与测试参数结合提供完整的功能测试环境；

2、主要向被测监控装置发出单向测试激励，缺乏对被测监控装置输出的测试响应的正确性判断，仅能实现开环测试功能；

3、测试人员在使用模拟测试装置进行功能性测试时，需要进行较为繁琐的人工按键操作，测试过程和结果需人工观察并记录，测试体验不佳，工作量大。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统和方法，将线路、列车等仿真测试运行场景与半实物信号模拟设备结合，形成完成的列车运行监控装置的控制功能测试环境，实现基于场景的自动化测试和人工干预测试，且便于搭建，使测试过程更为直观和高效。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统，包括测试主控子系统和设备状态监测子系统，其中：

测试主控子系统实现测试人机界面、地面线路及设备数据加载、虚拟列车运动学建模、列车运行位置运算、列车仿真运行场景图形化展示、测试激励信号发生装置的控制与采集、点式应答器报文发送、被测设备反馈信息显示、测试过程记录和网络通信；

设备状态监测子系统实现被测监控装置CAN总线运行信息采集、运行信息帧内容显示与分析、运行状态信息网络通信转发。

根据本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统的一实施例，测试主控子系统包括：

测试人机界面模块，提供测试人机接口；

列车仿真运行场景建模模块，加载线路特征数据，计算虚拟的列车与地面信号关键点的位置关系，图形化展示列车仿真运行场景；

列车牵引/制动特性建模模块，建立列车牵引/制动及动力学模型，计算被测设备所需机车信号环境数据并控制输出；

测试激励信号发生装置控制与检测模块，控制激励信号源向被测设备发出实际激励信号、检测被测设备输出反馈形成闭环；

点式应答器报文传输控制模块，模拟车载应答器信息接收模块与被测监控装置的连接和报文传输；

被测监控装置运行状态信息显示模块，显示和分析被测监控装置发出的运行信息；

测试过程记录模块，记录测试执行的情况；

网络通信模块，接收设备状态监测子系统转发的被测设备的运行信息。

根据本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统的一实施例，设备状态监测子系统包括：

检测人机界面模块，提供监测与数据分析的人机接口；

CAN总线运行信息采集模块，与被测监控装置建立CAN通信，采集CAN总线上的运行信息；

运行信息帧内容显示与分析模块，显示和分析获取到的CAN总线运行信息；

运行状态信息网络通信转发模块，通过网络发送被测装置的运行状态信息；

网络连接状态监视模块，显示与测试主控子系统的网络通信连接状态。

本发明揭示了一种可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法，在可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统上完成测试，测试系统包括测试主控子系统和设备状态监测子系统，测试主控子系统包括测试人机界面模块、列车仿真运行场景建模模块、列车牵引/制动特性建模模块、测试激励信号发生装置控制与检测模块、点式应答器报文传输控制模块、被测监控装置运行状态信息显示模块、测试过程记录模块、网络通信模块，设备状态监测子系统包括检测人机界面模块、CAN总线运行信息采集模块、运行信息帧内容显示与分析模块、运行状态信息网络通信转发模块、网络连接状态监视模块，测试方法包括：

列车仿真运行场景建模模块加载线路及轨旁设备数据并建立运行场景数字化模型；

列车牵引/制动特性建模模块加载列车参数并建立列车牵引/制动动力学模型；

测试人机界面模块输入的牵引/制动级位驱动列车牵引/制动特性建模模块进行列车动力学实时计算，计算结果通过测试激励信号发生装置控制与检测模块控制信号发生装置发出车载激励信号；

列车仿真运行场景建模模块根据当前虚拟列车运行速度，计算列车当前所在位置并判断地面信号关键点位置关系和过关键点时刻，如地面信号为信号机，则通过测试激励信号发生装置控制与检测模块驱动激励信号源发出相应的机车信号，如地面信号为点式应答器，则通过点式应答器报文传输控制模块直接向被测装置发出应答器报文信号；

CAN总线运行信息采集模块检测被测监控装置运行时的运行状态信息，并交由运行信息帧内容显示与分析模块进行详细运行状态数据的显示和分析，同时交由运行状态信息网络通信转发模块组包发送至网络通信模块；

网络通信模块解析运行状态数据包，发送至被测监控装置运行状态信息显示模块进行实时显示，发送至测试过程记录模块进行记录；

测试过程记录模块记录整个测试过程中的详细测试过程和被测监控装置运行状态信息，并写入文件保存。

根据本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法的一实施例，列车仿真运行场景建模模块加载的线路及轨旁设备数据包括：线路坡道数据、曲线数据、道口/桥梁/隧道数据、线路限速数据、分相点数据、轨道区段数据、车站数据、车站侧线数据、信号机数据、点式应答器数据。

根据本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法的一实施例，列车牵引/制动特性建模模块加载的列车参数包括：机车牵引特性曲线、机车制动特性曲线、车辆制动特性曲线、级位控制曲线、列车编组参数。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的特点是加载线路特征参数，形成虚拟线路及轨旁设备(包括轨道电路、点式应答器等)模型，结合实时的列车运动学计算构成列车仿真运行场景，使用直观图形动态显示列车运行位置、运行工况等信息，并形成外部信号关键点位置触发条件，自动驱动半实物信号模拟设备向被测监控装置发出激励信号，同时显示并记录被测监控装置反馈的测试信息，可实现监控装置的闭环测试，因此本发明提供的方法和系统更易于构建典型测试场景，使测试过程更为直观、高效。

具体而言，首先，本发明通过加载预先配置的地面线路数据、轨旁设备数据、列车编组信息及牵引制动特性等参数，构建线路模型与列车运动学模型，模拟列车在被测监控装置控制下的运行状态，并驱动相关测试激励信号发生设备，向被测的监控装置提供功能与控制模式测试所需的完整测试场景。

其次，本发明通过加载预先配置的地面线路数据、轨旁设备数据、列车编组信息及牵引制动特性等参数，构建线路模型与列车运动学模型，模拟列车在被测监控装置控制下的运行状态，并驱动相关测试激励信号发生设备，向被测的监控装置提供功能与控制模式测试所需的完整测试场景。

最后，本发明提供集成化人机界面，操作简便，界面友好，信息丰富，且具备记录功能，测试过程直观，可提高测试工作效率。

附图说明

图1示出了本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统的实施例的总体原理图。

图2示出了本发明的测试主控子系统的原理图。

图3示出了本发明的设备状态监测子系统的原理图。

图4示出了本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法的实施例的流程图。

图5示出了测试主控子系统的运行流程图。

图6示出了设备状态监测子系统的运行流程图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统的实施例

图1示出了本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试系统的实施例的总体原理，请参见图1，本实施例的测试系统包括：测试主控子系统1和设备状态监测子系统2，均使用工控机，而两者之间通过以太网连接。

测试主控子系统1实现测试人机界面、地面线路及设备数据加载、虚拟列车运动学建模、列车运行位置运算、列车仿真运行场景图形化展示、测试激励信号发生装置的控制与采集、点式应答器报文发送、被测设备反馈信息显示和网络通信。

设备状态监测子系统2实现被测监控装置CAN总线运行信息采集、运行信息帧内容显示与分析、运行状态信息网络通信转发。

图2示出了本发明的测试主控子系统的原理，图5示出了测试主控子系统的运行流程，请参见图2和图5，测试主控子系统1包括：测试人机界面模块11、列车仿真运行场景建模模块12、列车牵引/制动特性建模模块13、测试激励信号发生装置控制与检测模块14、点式应答器报文传输控制模块15、被测监控装置运行状态信息显示模块16、测试过程记录模块17、网络通信模块18。

测试人机界面模块11提供测试人机接口。测试人机界面由模拟司机控制器区、机车工况显示区、地面轨道信号显示区、应答器列表显示区、列车运行线路纵断面显示区、列车运行平面俯视图形显示区、被测监控装置输出信息显示区、平调测试控制区、网络状态监视区构成。

列车仿真运行场景建模模块12加载线路特征数据，计算虚拟的列车与地面信号关键点的位置关系，图形化展示列车仿真运行场景。加载LKJ基础数据源文件和轨旁设备数据，根据线路数据特征构建线路模型；根据任务设置的开车位置放置虚拟列车；根据虚拟列车速度和运行径路设置，进行列车运动学计算和实时线路运行信息数据运算，计算列车当前所在位置，获取当前所在位置平均坡度，根据当前位置判断过地面轨旁设备关键点，并直接或通过精确控制测试信号激励装置向被测监控装置发出测试信号。

在运行过程中，实时绘制列车运行场景纵断面图和平面俯视图，直观显示并反映列车位置、速度、限速、制动输出控制效果(是否冒进、冒出信号机和超速)、地面信号机变化、站场侧线进路等运行场景。

列车牵引/制动特性建模模块13建立列车牵引/制动及动力学模型，计算被测设备所需机车信号环境数据并控制输出。根据列车参数和编组设置，建立动车/列车牵引制动计算模型，根据获取的模拟司机控制器手柄位、控制按钮、被测监控装置输出制动信号、虚拟列车当前平均坡度等信息，计算列车受力情况，并计算加速度、速度、风缸压力等信息，通过串口控制测试信号激励装置向被测监控装置发出测试信号。

测试激励信号发生装置控制与检测模块14控制激励信号源向被测设备发出实际激励信号、检测被测设备输出反馈形成闭环。主控程序通过RS232串行通信控制和检测测试激励信号发生装置。

主控程序与测试激励信号发生装置连接后，根据运行场景建模运算和列车牵引制动运算，控制测试激励信号发生装置向被测LKJ监控装置发出速度方波信号、速度相位、机车信号、过绝缘节、机车工况开关量、风缸压力、原边信号、柴速信号、防溜试验信号、平调试验信号、GYK(轨道车运行监控装置)轴温信号等激励信号；主控程序从测试激励信号发生装置检测被测监控装置输出的以下信号：卸载信号、减压信号、关风信号、紧急制动信号、备用制动信号。

点式应答器报文传输控制模块15模拟车载应答器信息接收模块与被测监控装置的连接和报文传输。主控程序通过RS422连接被测LKJ监控装置实现点式应答器报文传输控制。

建立连接后，主控程序模拟BTM(Balise Transmission Module，应答器信息接收模块)接收被测LKJ监控装置发出的请求帧，在虚拟列车运算尚未经过应答器时，向LKJ应答空闲帧，在经过应答器时，检索相应的应答器报文，并向LKJ应答报文帧。

被测监控装置运行状态信息显示模块16显示和分析被测监控装置发出的运行信息。主控程序通过以太网连接设备状态监测子系统程序，接收由其转发的被测监控装置实时运行状态信息，并进行显示，显示内容主要包括：实速、限速、工况、管压、信号、里程、时钟、制动输出、设备状态、设备故障信息等。

测试过程记录模块17记录测试执行的情况。主控程序记录每次测试任务执行的详细情况，主要包括：时间、测试激励信号类型、激励信号参数、列车状态、被测LKJ状态、故障信息、制动输出控车异常等，以文本文件形式保存，用作对被测设备的综合功能和性能评价。

网络通信模块18接收设备状态监测子系统转发的被测设备的运行信息。主控程序通过以太网通信连接设备状态监测子系统程序。采用TCP/IP网络通信协议，主控程序为客户端，设备状态监测子系统程序为服务器端，网络交互的数据包包括：设备实时运行信息包、检测信息包、运行参数包、设备状态包。主控数据接收数据包并进行数据包解析，供显示和记录。设备实时运行信息包内容主要包括：实速、限速、时钟、工况、色灯、信号机、制动输出、里程等。检测信息包内容包括：风缸压力、原边信息、速度通道信息等。运行参数包内容包括：线路编号、编组信息、车次信息、系统控制信息等。设备状态包内容包括：显示器状态、ROM状态、CPU RAM状态、通信状态、软件版本信息等。

图3示出了本发明的设备状态监测子系统的原理，图6示出了设备状态监测子系统的运行流程，请参见图3和图6，设备状态监测子系统2包括：检测人机界面模块21、CAN总线运行信息采集模块22、运行信息帧内容显示与分析模块23、运行状态信息网络通信转发模块24、网络连接状态监视模块25。

检测人机界面模块21，提供监测与数据分析的人机接口。检测人机界面由CAN数据帧显示区、设备类型选择区、网络客户端列表显示区构成。

CAN总线运行信息采集模块22，与被测监控装置建立CAN通信，采集CAN总线上的运行信息。设备状态监测子系统计算机通过USB-CAN与被测LKJ监控装置连接，打开CAN通信后，该模块将CAN总线上所有数据帧写入缓存区，供显示和组包向主控程序发送。

运行信息帧内容显示与分析模块23，显示和分析获取到的CAN总线运行信息。该模块将从CAN总线上获取的所有监控装置运行数据帧在CAN数据帧显示区进行列表显示，显示内容包括每一帧的帧ID、优先级、帧号和8字节的帧数据；通过选择指定优先级和帧号对显示的帧数据进行过滤显示，用于对被测监控装置的运行状态进行深入分析。

运行状态信息网络通信转发模块24，通过网络发送被测装置的运行状态信息。设备状态监测子系统通过以太网通信连接主控程序，采用TCP/IP网络通信协议，设备状态监测子系统为服务器端，主控程序为客户端。当该程序检测到当前的CAN帧数据与缓存中相同优先级和帧号的数据有不同时，才将相关内容组包，发送至客户端。该程序将被测监控装置运行状态发送至所有已建立连接并握手成功的客户端。

网络连接状态监视模块25，显示与测试主控子系统的网络通信连接状态。该模块通过实时查询建立连接的网络套接字，监视与该模块建立连接的客户端通信状态，并以客户端IP地址和连接握手状态信息在网络客户端列表中显示。

可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法的实施例

图4示出了本发明的可视化列车运行监控装置的控制功能的测试方法的实施例的流程。请参见图4，本实施例的方法是在上述测试系统的实施例上实现的，其实现的具体步骤如下。

步骤S1：列车仿真运行场景建模模块加载线路及轨旁设备数据并建立运行场景数字化模型。列车仿真运行场景建模模块加载的线路及轨旁设备数据包括：线路坡道数据、曲线数据、道口/桥梁/隧道数据、线路限速数据、分相点数据、轨道区段数据、车站数据、车站侧线数据、信号机数据、点式应答器数据。

步骤S2：列车牵引/制动特性建模模块加载列车参数并建立列车牵引/制动动力学模型。列车牵引/制动特性建模模块加载的列车参数包括：机车牵引特性曲线、机车制动特性曲线、车辆制动特性曲线、级位控制曲线、列车编组参数。

步骤S3：测试人机界面模块输入的牵引/制动级位驱动列车牵引/制动特性建模模块进行列车动力学实时计算，计算结果通过测试激励信号发生装置控制与检测模块控制信号发生装置发出车载激励信号。

步骤S4：列车仿真运行场景建模模块根据当前虚拟列车运行速度，计算列车当前所在位置并判断地面信号关键点位置关系和过关键点时刻，如地面信号为信号机，则通过测试激励信号发生装置控制与检测模块驱动激励信号源发出相应的机车信号，如地面信号为点式应答器(轨道交通信号系统中用于地面向列车信息传输的点式设备)，则通过点式应答器报文传输控制模块直接向被测装置发出应答器报文信号。

步骤S5：CAN总线运行信息采集模块检测被测监控装置运行时的运行状态信息，并交由运行信息帧内容显示与分析模块进行详细运行状态数据的显示和分析，同时交由运行状态信息网络通信转发模块组包发送至网络通信模块。

步骤S6：网络通信模块解析运行状态数据包，发送至被测监控装置运行状态信息显示模块进行实时显示，发送至测试过程记录模块进行记录。

步骤S7：测试过程记录模块记录整个测试过程中的详细测试过程和被测监控装置运行状态信息，并写入文件保存。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。