专利名称：中国列车运行控制系统-等级3的故障再现方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及仿真测试技术领域，尤其涉及一种中国列车运行控制系统-等级3的 故障再现方法及系统。
背景技术：
随着铁路运输事业的不断发展，列车的运行时速不断的提高，目前客运专线列车 的时速可达到300 350km，传统的列车控制系统不能适应如此高速下安全行车的要求。为 了满足客运专线列车在时速300 350km时安全运行的需要，我国设计研制了中国列车运 行控制系统-等级3 (China Train Control System 3，CTCS-3)，CTCS-3是中国铁路时速 300 350km高速客运专线的重要技术设备，是保证高速列车运行安全、可靠、高效的核心 技术之一。CTCS-3是基于GSM-R无线通信传输信息的大规模分布式交互系统，由地面子系 统和车载子系统两部分组成，其中地面子系统包括无线闭塞中心(RBC)、临时限速服务器 (TSR)、列控中心(TCC)、计算机联锁(CBI)、轨道电路、应答器、GSM-R交换中心(MSC)等设 备，车载子系统主要是列车自动防护系统ATP，包括车载安全计算机(VC)、应答器接收模块 (BTM)、轨道电路信息读取器(TCR)、GSM-R接收模块(RTM)、测速测距单元(ODO)、人机界面 (DMI)、司法记录单元(JRU)、列车接口 (TIU)等设备。整个CTCS-3的构成复杂、接口多样，互操作性和实时性要求高，在路测过程或商 业运营过程中可能发生故障，在发生故障之后要对CTCS-3的性能进行测评分析，并进行 故障再现。目前采用的故障再现方法是基于实物系统运行实现的，但此方法受到场地和环 境的限制，例如我国的铁路运输繁忙，无法为实物系统的运行提供长时间空闲线路，或者 CTCS-3在极端的环境中发生故障，由于该环境是无法复现的，所以无法实现故障再现。在未 公开的文件中记载了一种CTCS-3仿真子系统，在实验室内由实物以及可以模拟实物设备 运行的仿真模型共同搭建，可以在外部数据激励下对CTCS-3的运行进行仿真。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种CTCS-3的故障再现方法及系统，可以基于 仿真环境实现故障再现。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种CTCS-3的故障再现方法，包括获取所述CTCS-3在运行过程中的监测数据； 确定要再现的故障类型；在所述监测数据中获取与所述故障类型对应的仿真数据；将所述 仿真数据注入CTCS-3仿真子系统，所述CTCS-3仿真子系统利用所述仿真数据进行仿真，再 现故障。优选的，在上述方法中，所述故障类型包括系统集成故障、通信故障和设备运行故障。优选的，在上述方法中，当要再现的故障类型为系统集成故障和通信故障时，获取
4仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为获取所述监测数据中的列车运行 信息作为仿真数据；添加所述列车运行信息到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；解 析所述新测试执行脚本，获得包含所述列车运行信息的控制信息；将所述控制信息中的列 车运行信息注入所述CTCS-3仿真子系统。优选的，在上述方法中，所述列车运行信息包括环境信息、状态信息和操作信息。优选的，在上述方法中，当要再现的故障类型为系统集成故障和设备运行故障时， 获取仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为根据用户确定的检索条件检 索所述监测数据，获得关键数据作为仿真数据；添加所述关键数据，以及将所述关键数据注 入所述CTCS-3仿真子系统的注入条件或注入时间到原测试执行脚本，生成新测试执行脚 本；解析所述新测试执行脚本，获得包含所述关键数据，以及注入条件或注入时间的控制信 息；判断是否满足所述注入条件或注入时间，若是，则将所述控制信息中的关键数据注入所 述CTCS-3仿真子系统。优选的，在上述方法中，所述用户确定的检索条件为关键字或时间范围。优选的，在上述方法中，当要再现的故障类型为通信故障和设备运行故障时，获取 仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为获取所述监测数据为仿真数据；设 定数据切换策略，所述数据切换策略为切换时间或切换条件；添加所述数据切换策略到原 测试执行脚本，生成新测试执行脚本；解析所述新测试执行脚本，得到包含所述数据切换策 略的控制信息；判断是否满足所述数据切换策略中的切换时间或切换条件，若是，则将所述 监测数据注入所述CTCS-3仿真子系统。一种CTCS-3的故障再现系统，包括监测数据获取模块，用于获取所述CTCS-3在 运行过程中的监测数据；故障类型确定模块，用于确定要再现的故障类型；仿真数据获取 模块，用于在所述监测数据中获取与所述故障类型对应的仿真数据；仿真数据注入模块，用 于将所述仿真数据注入CTCS-3仿真子系统；CTCS-3仿真子系统，用于利用所述仿真数据进 行仿真，再现故障。优选的，在上述系统中，所述仿真数据获取模块用于获取所述监测数据中的列车 运行信息；所述仿真数据注入模块包括人机交互单元，用于添加所述列车运行信息到原 测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测试执行脚本，获得 包含所述列车运行信息的控制信息；注入单元，用于将所述控制信息中的列车运行信息注 入所述CTCS-3仿真子系统。优选的，在上述系统中，所述仿真数据获取模块用于根据用户确定的检索条件检 索所述监测数据，获得关键数据；所述仿真数据注入模块包括人机交互单元，用于添加所 述关键数据以及将所述关键数据注入所述CTCS-3仿真子系统的注入时间或注入条件到原 测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测试执行脚本，获得 包含所述关键数据、注入时间和注入条件的控制信息；判断单元，用于判断是否满足所述注 入时间或注入条件；注入单元，用于在满足所述注入时间或注入条件时将所述控制信息中 的关键数据注入所述CTCS-3仿真子系统。优选的，在上述系统中，所述仿真数据获取模块用于获取所述监测数据为仿真数 据；所述仿真数据注入模块包括数据切换策略设定单元，用于设定数据切换策略，所述数 据切换策略为切换时间或切换条件；人机交互单元，用于添加所述数据切换策略到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测试执行脚本，得到包含 所述数据切换策略的控制信息；判断单元，用于判断是否满足所述切换时间或切换条件； 注入单元，用于在满足所述切换时间或切换条件时将所述监测数据注入所述CTCS-3仿真 子系统。由此可见，本发明的有益效果为在本发明公开的CTCS-3故障再现方法中，根据 要实现再现的故障类型在监测数据中获取对应的仿真数据，将仿真数据注入CTCS-3仿真 子系统之后，由CTCS-3仿真子系统进行仿真实现故障再现，整个故障再现过程在实验室的 仿真环境下完成，不受场地和环境的限制。
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的 介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人 员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例公开的一种CTCS-3的故障再现方法的流程图；图2为本发明实施例公开的一种获取仿真数据并注入CTCS-3仿真子系统的流程 图；图3为本发明实施例公开的另一种获取仿真数据并注入CTCS-3仿真子系统的流 程图；图4为本发明实施例公开的另一种获取仿真数据并注入CTCS-3仿真子系统的流 程图；图5为本发明实施例公开的一种CTCS-3的故障再现系统的结构示意图；图6为本发明实施例公开的一种仿真数据注入模块的结构示意图；图7为本发明实施例公开的另一种仿真数据注入模块的结构示意图；图8为本发明实施例公开的另一种仿真数据注入模块的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护范围。本发明公开了一种CTCS-3的故障再现方法，可以基于仿真环境实现故障再现，不 受场地的限制。参见图1，图1为本发明实施例公开的一种CTCS-3的故障再现方法的流程图。包 括步骤Sl 获取CTCS-3在运行过程中的监测数据。在CTCS-3的路测过程或者商业运营过程中，客运专线列车运行于时速300 350km，对列车运行过程中的列车运行环境、列车运行状态、列车运行操作、地面设备和车载 设备的设备情况以及各个设备之间的通信数据进行监测，并记录入数据库。步骤S2 确定要再现的故障类型。
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在CTCS-3的路测过程中，CTCS-3可能发生的故障主要分为三大类系统集成故 障、通信故障和设备运行故障。其中，系统集成故障主要是CTCS-3在路测过程中不符合运 营规则和技术规范造成的错误和异常，例如CTCS-3不能正常进行C2/C3等级切换、车载ATP 模式转换故障等；通信故障主要是CTCS-3中的各个设备之间通信连接和通信传输的故障， 例如车-地无线通信故障、设备接口故障和协议适配故障等；设备运行故障主要是各个设 备软硬件不能满足功能需求和性能指标的错误状态。步骤S3 在监测数据中获取与故障类型对应的仿真数据。步骤S4 将仿真数据注入CTCS-3仿真子系统。步骤S5 :CTCS-3仿真子系统利用仿真数据进行系统运行仿真，再现故障。当再现的故障类型不同时，步骤S3和步骤S4的具体实现也不同，下面分别进行说 明。当要再现的故障类型为系统集成故障和通信故障时，获取仿真数据并将其注入 CTCS-3仿真子系统的具体流程如图2所示。步骤S311 获取监测数据中的列车运行信息作为仿真数据。步骤S411 添加列车运行信息到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本。步骤S412 解析新测试执行脚本，获得包含列车运行信息的控制信息。步骤S413 将控制信息中的列车运行信息注入CTCS-3仿真子系统。列车运行信息包括环境信息、状态信息和操作信息。其中，环境信息包括列车运行 的径路、站场区间等，状态信息包括列车运行速度，操作信息包括列车司机的各项操作，在 CTCS-3的路测过程中，列车的运行信息由视频设备进行监测和添乘人员记录，此时，可以通 过查看监测数据中的视频信息和添乘记录来获取列车运行信息。在获取列车运行信息之 后将其作为约束条件添加到原测试执行脚本中，生成新测试执行脚本，解析新测试执行脚 本后获得的控制信息中包含列车运行信息，将列车运行信息作为仿真约束条件注入CTCS-3 仿真子系统后，CTCS-3仿真子系统在列车运行信息的约束下进行仿真，实现系统集成故障 和通信故障再现，如C2/C3等级切换失败、RBC发送移动授权(MA，Movement Authority)异 常、顶棚速度跳变、以及RBC通信中断引起的列车制动。当要再现的故障类型为系统集成故障和设备运行故障时，获取仿真数据并将其注 入CTCS-3仿真子系统的具体流程如图3所示。步骤S321 根据用户确定的检索条件检索监测数据，获得关键数据作为仿真数 据。CTCS-3在路测过程或商业运营过程中记录的监测数据量非常大，以无线通信数据 为例，包含有通用的交互消息以及系统等级转换、模式转换等控车命令和消息。用户可以在 大量监测数据中进行检索，获得关键数据并作为仿真数据，检索条件可以为关键字或者时 间范围。步骤S421 添加关键数据，以及注入时间或注入条件到原测试执行脚本，生成新 测试执行脚本。将作为仿真数据的关键数据，以及将关键数据注入CTCS-3仿真子系统的注入时 间或者注入条件添加到原测试执行脚本中，生成新测试执行脚本。步骤S422 解析新测试执行脚本，获得包含关键数据，以及注入条件或注入时间
7的控制信息。步骤S423 判断是否满足注入条件或注入时间，若是，则转向步骤S424，否则，转 向步骤S423。步骤S424 将控制信息中的关键数据注入CTCS-3仿真子系统。随着CTCS-3仿真子系统的运行，判断关键数据的注入条件或者注入时间是否被 满足，若不满足则继续等待，若满足则将关键数据注入CTCS-3仿真子系统。CTCS-3仿真子 系统利用注入的关键数据进行仿真，实现系统集成故障和设备运行故障再现。当要再现的故障类型为通信故障和设备运行故障时，获取仿真数据并将其注入 CTCS-3仿真子系统的具体流程如图4所示。步骤S331 获取监测数据为仿真数据。步骤S431 设定数据切换策略。该数据切换策略为切换时间或切换条件，可以依据CTCS-3在路测过程或者商业 运营过程中发生故障的时间来确定，将切换时间或切换条件设定在CTCS-3发生故障之前， 保证引起CTCS-3故障的监测数据全部注入CTCS-3仿真子系统中。步骤S432 添加数据切换策略到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本。步骤S433 解析新测试执行脚本，获得包含数据切换策略的控制信息。步骤S434 判断是否满足数据切换策略中的切换时间或切换条件，若满足则转向 步骤S435，否则转向步骤S434。步骤S435 将监测数据注入CTCS-3仿真子系统。对新测试执行脚本进行解析后获得的控制信息，包含有数据切换策略，当满足数 据切换策略中的切换时间或切换条件时，启动数据切换，中断CTCS-3仿真子系统中原有的 数据传输连接，将监测数据注入到CTCS-3仿真子系统中。在监测数据的注入过程中，要实 时地将CTCS-3仿真子系统中原有的数据与监测数据进行比对和预测，实现监测数据的同 步注入。CTCS-3仿真子系统利用注入的监测数据进行仿真，实现通信故障和设备运行故障 再现。在本发明公开的CTCS-3故障再现方法中，根据要实现再现的故障类型在监测数 据中获取对应的仿真数据，将仿真数据注入CTCS-3仿真子系统之后，由CTCS-3仿真子系统 进行仿真实现故障再现，整个故障再现过程在实验室的仿真环境下完成，不受场地和环境 的限制。本发明公开了一种CTCS-3的故障再现系统，可以基于仿真环境实现故障再现，不 受场地和环境的限制。参见图5，图5为本发明实施例公开的一种CTCS-3的故障再现系统的结构示意图。包括监测数据获取模块1、故障类型确定模块2、仿真数据获取模块3、仿真数据 注入模块4和CTCS-3仿真子系统5。其中，监测数据获取模块1用于获取CTCS-3在运行中的监测数据；故障类型确 定模块2用于确定要再现的故障类型；仿真数据获取模块3用于在监测数据中获取与故 障类型对应的仿真数据；仿真数据注入模块4用于将仿真数据注入CTCS-3仿真子系统5 ； CTCS-3仿真子系统5用于利用所述仿真数据进行仿真，再现故障。当要再现的故障类型为系统集成故障和通信故障时，仿真数据获取模块3用于获取监测数据中的列车运行信息，仿真数据注入模块4的具体结构如图6所示，包括人机交 互单元411、脚本解析单元412和注入单元413。其中，人机交互单元411用于添加列车运 行信息到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元412用于解析新测试执行 脚本，获得包含列车运行信息的控制信息；注入单元413用于将控制信息中的列车运行信 息注入CTCS-3仿真子系统。当要再现的故障类型为系统集成故障和设备运行故障时，仿真数据获取模块3用 于根据用户确定的检索条件检索监测数据，获得关键数据，仿真数据注入模块4的具体结 构如图7所示，包括人机交互单元421、脚本解析单元422、判断单元423和注入单元424。 其中人机交互单元421用于添加关键数据，以及将关键数据注入CTCS-3仿真子系统的注入 时间或注入条件到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元422用于解析新 测试执行脚本，获得包含关键数据，以及注入时间或注入条件的控制信息；判断单元423用 于判断是否满足注入时间或注入条件；注入单元424用于在满足注入时间或注入条件时将 控制信息中的关键数据注入CTCS-3仿真子系统。当要再现的故障类型为通信故障和设备运行故障时，仿真数据获取模块3用于获 取所述监测数据为仿真数据，仿真数据注入模块4的具体结构如图8所示，包括数据切换 策略设定单元431、人机交互单元432、脚本解析单元433、判断单元434和注入单元435。其 中，数据切换策略设定单元431用于设定数据切换策略，数据切换策略为切换时间或切换 条件；人机交互单元432用于添加数据切换策略到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本； 脚本解析单元433用于解析新测试执行脚本，得到包含数据切换策略的控制信息；判断单 元434，用于判断是否满足切换时间或切换条件；注入单元435，用于在满足切换时间或切 换条件时将监测数据注入CTCS-3仿真子系统。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统 而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说 明即可。本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示 信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、电磁波、 磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。
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权利要求
一种中国列车运行控制系统 等级3CTCS 3的故障再现方法，其特征在于，包括获取所述CTCS 3在运行过程中的监测数据；确定要再现的故障类型；在所述监测数据中获取与所述故障类型对应的仿真数据；将所述仿真数据注入CTCS 3仿真子系统，所述CTCS 3仿真子系统利用所述仿真数据进行仿真，再现故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括系统集成故障、通信 故障和设备运行故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当要再现的故障类型为系统集成故障和 通信故障时，获取仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为获取所述监测数据中的列车运行信息作为仿真数据； 添加所述列车运行信息到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本； 解析所述新测试执行脚本，获得包含所述列车运行信息的控制信息； 将所述控制信息中的列车运行信息注入所述CTCS-3仿真子系统。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述列车运行信息包括环境信息、状态 信息和操作信息。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当要再现的故障类型为系统集成故障和 设备运行故障时，获取仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为根据用户确定的检索条件检索所述监测数据，获得关键数据作为仿真数据； 添加所述关键数据，以及将所述关键数据注入所述CTCS-3仿真子系统的注入条件或 注入时间到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；解析所述新测试执行脚本，获得包含所述关键数据，以及注入条件或注入时间的控制 fn息；判断是否满足所述注入条件或注入时间，若是，则将所述控制信息中的关键数据注入 所述CTCS-3仿真子系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户确定的检索条件为关键字或时 间范围。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当要再现的故障类型为通信故障和设备 运行故障时，获取仿真数据并将其注入CTCS-3仿真子系统的具体过程为获取所述监测数据为仿真数据；设定数据切换策略，所述数据切换策略为切换时间或切换条件； 添加所述数据切换策略到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本； 解析所述新测试执行脚本，得到包含所述数据切换策略的控制信息； 判断是否满足所述数据切换策略中的切换时间或切换条件，若是，则将所述监测数据 注入所述CTCS-3仿真子系统。
8.一种中国列车运行控制系统-等级3CTCS-3的故障再现系统，其特征在于，包括 监测数据获取模块，用于获取所述CTCS-3在运行过程中的监测数据；故障类型确定模块，用于确定要再现的故障类型；仿真数据获取模块，用于在所述监测数据中获取与所述故障类型对应的仿真数据；仿真数据注入模块，用于将所述仿真数据注入CTCS-3仿真子系统；CTCS-3仿真子系统，用于利用所述仿真数据进行仿真，再现故障。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述仿真数据获取模块用于获取所述监 测数据中的列车运行信息；所述仿真数据注入模块包括人机交互单元，用于添加所述列 车运行信息到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测试 执行脚本，获得包含所述列车运行信息的控制信息；注入单元，用于将所述控制信息中的列 车运行信息注入所述CTCS-3仿真子系统。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述仿真数据获取模块用于根据用户确 定的检索条件检索所述监测数据，获得关键数据；所述仿真数据注入模块包括人机交互 单元，用于添加所述关键数据，以及将所述关键数据注入所述CTCS-3仿真子系统的注入时 间或注入条件到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测 试执行脚本，获得包含所述关键数据，以及注入时间或注入条件的控制信息；判断单元，用 于判断是否满足所述注入时间或注入条件；注入单元，用于在满足所述注入时间或注入条 件时将所述控制信息中的关键数据注入所述CTCS-3仿真子系统。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述仿真数据获取模块用于获取所述监 测数据为仿真数据；所述仿真数据注入模块包括数据切换策略设定单元，用于设定数据 切换策略，所述数据切换策略为切换时间或切换条件；人机交互单元，用于添加所述数据切 换策略到原测试执行脚本，生成新测试执行脚本；脚本解析单元，用于解析所述新测试执行 脚本，得到包含所述数据切换策略的控制信息；判断单元，用于判断是否满足所述切换时间 或切换条件；注入单元，用于在满足所述切换时间或切换条件时将所述监测数据注入所述 CTCS-3仿真子系统。
全文摘要
本发明公开了一种中国列车运行控制系统-等级3的故障再现方法，包括获取CTCS-3在运行过程中的监测数据；确定要再现的故障类型；在监测数据中获取与故障类型对应的仿真数据；将仿真数据注入CTCS-3仿真子系统，CTCS-3仿真子系统利用仿真数据进行仿真，再现故障。在本发明公开的CTCS-3故障再现方法中，根据要实现再现的故障类型在监测数据中获取对应的仿真数据，将仿真数据注入CTCS-3仿真子系统之后，由CTCS-3仿真子系统进行仿真实现故障再现，整个故障再现过程在实验室的仿真环境下完成，不受场地和环境的限制。另外，本发明还公开了一种中国列车运行控制系统-等级3的故障再现系统。
文档编号G05B17/02GK101976047SQ20101027292
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者周暐, 赵洪军, 陈远旭 申请人:北京全路通信信号研究设计院