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原文传递 CTCS-3级列控车载设备测试序列优化生成方法研究

论文题名：	CTCS-3级列控车载设备测试序列优化生成方法研究
关键词：	列控车载设备;有色Petri网;测试序列
摘要：	近年来，中国铁路高速发展，伴随着中国铁路运行控制系统(Chinesetraincontrolsystem,CTCS)的提出，中国铁路朝着高速度、高密度和高舒适度的运营目标不断迈进。CTCS共有5个等级，其中CTCS-3级列控系统适用于时速300km/h及以上的高速铁路。车载设备是CTCS-3级列控系统中对列车进行操控的主体，在保证列车运行安全、提高列车运行效率方面有着极其重要的作用，CTCS-3级列控车载设备作为一个典型的安全苛求系统，在其投入使用前必须进行严格的测试。相关统计显示测试可以减少约33%由系统设计缺陷所造成的经济损失，发现系统中潜在的问题和错误，这对于保证系统的正确性有着极其重要的作用。　　实际测试中离不开测试案例和测试序列的编写，当前CTCS-3级列控系统车载设备测试案例和测试序列大多由专家人工编写而成，在完备性、正确性、冗余度和覆盖度等方面存在较多问题，同时也需要巨大的人力、物力和财力的支持，造成大量资源浪费和测试周期较长等问题。基于以上问题，本文主要开展了以下几点研究：　　(1)首先，对CTCS-3级列控车载设备的总体结构和工作原理进行了详细的描述，介绍了有色Petri网(ColoredPetriNet,CPN)的定义，测试方法的概念及分类，测试案例和测试序列的定义及设计原则，并对本文总体测试策略进行阐述。　　(2)其次，对CTCS-3级列控车载设备测试案例生成方法进行研究。基于模型的测试方法可以描述系统复杂的状态和行为，在生成形式化模型的基础上自动生成测试案例，得到具体的测试数据，所以利用基于模型的测试方法自动生成车载设备测试案例。然后将测试案例按照一定的规则串联起来生成优化的测试序列，用于实际现场测试或实验室仿真测试。本文采用CPN作为形式化建模工具，以车载设备注册与启动场景为例自动生成测试案例。最终生成了16条测试案例，包含了测试所需的全部信息，满足测试条件。　　(3)再次，对CTCS-3级列控车载设备测试序列生成方法进行研究。CTCS-3级列控车载设备系统逻辑复杂，涉及到的功能场景较多，由于车载设备各工作模式之间可以相互转化，从而生成一个车载设备模式转化有向图，所以将车载设备测试序列优化问题转化为一个旅行商问题(TravelingSalesmanProblem,TSP)问题，然后利用改进的蚁群算法(ModifiedAntColonyOptimization,M-ACO)进行求解，最终生成了10条优化的车载设备测试序列，在保证测试案例全覆盖的基础上满足测试案例重复度最小的要求。　　(4)最后，开发测试生成软件，将利用该软件生成的测试案例和测试序列导入车载设备仿真测试平台进行验证。测试生成软件基于VS平台开发，可以自动生成满足要求的车载设备测试案例和测试序列，并转化为可以直接导入仿真平台的标准可扩展标记语言(EXtensibleMarkupLanguage,XML)格式。列控车载设备仿真测试平台的测试流程主要分为四个步骤，分别是测试准备、测试进程、测试分析和测试结果。最终将生成的测试序列导入仿真平台验证，可以观察到仿真平台界面列车运行正常，各部分模块之间通信正确，由此证明了本文生成的CTCS-3级列控车载设备测试案例和测试序列的正确性。
作者：	齐凡瑞
专业：	交通运输工程
导师：	李强;张锐
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022