中国列车运行控制系统 - 等级 3 的故障再现方法及系统 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。 附图说明 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 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 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。程图 ；
程图 ；
具体实施方式
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 S1 ： 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。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
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。