通过测试脚本自动处理车载设备人机界面数据的方法研究

张友兵 张 波

（北京全路通信信号研究设计院有限公司列车自动控制研究所，100073，北京∥第一作者，助理工程师）

车载ATP（列车自动保护）功能作为CTCS－2级列控系统的重要组成部分，影响着列车的行车安全，故对车载ATP进行严格完备的测试是必不可少的。

对车载ATP功能进行人工测试，存在测试人员工作强度大、浪费人力、效率低下等问题，因此亟需研究和开发一种针对车载ATP的自动测试方法。自动测试能够代替手工测试工作，避免重复测试，还可以完成大量手工测试无法完成的测试工作［1－2］。

对车载ATP功能进行自动测试，可以从DMI（人机界面）获取有关车载ATP的实时信息，并编写测试脚本对这些信息进行处理分析，以实现对车载ATP功能的测试。

本文主要介绍了一种针对CTCS－2级车载ATP功能的自动测试平台，介绍了该自动测试平台的系统结构；详细介绍了通过脚本自动按压DMI按钮来自动确认或取消DMI文本消息，自动判断DMI输出语言、DMI显示图标、DMI动态图像信息的基本原理和方法。利用这些方法对来自DMI的数据进行分析处理，就可以实现对车载ATP功能的自动测试。

1 CTCS－2级车载ATP自动测试原理

CTCS－2级车载ATP功能自动测试平台结构如图1所示。从图1可以看出，除了被测设备车载ATP外，车载ATP功能自动测试平台包含4个部分：测试脚本，主引擎，分引擎和测试接口。

图1 CTCS－2级车载ATP功能自动测试平台结构图

1）测试脚本分为3类：测试案例脚本，轨道电路脚本和应答器脚本。轨道电路脚本包含1条测试案例对应线路上所有轨道区段的低频、载频和位置信息。应答器脚本包含1条测试案例对应线路上所有应答器的报文和位置信息。测试案例脚本是文字形式的测试案例的脚本化，是可以测试车载ATP功能且能被计算机语言解析的字符串。

2）主引擎负责依次读取测试案例脚本的每一句脚本命令，根据protocol buffer协议将脚本命令发送给分引擎，另外主引擎还要将分引擎的数据传递给脚本。主引擎是测试案例脚本与分引擎之间交互数据的桥梁。

3）分引擎要么通过主引擎获取测试案例脚本命令，要么直接读取轨道电路脚本和应答器脚本，根据命令内容执行相应的具体操作，并向主引擎回复车载ATP的实时信息等。分引擎分为DMI分引擎、列车动力学分引擎和ATP接口平台分引擎。

4）测试接口是各个分引擎和被测车载ATP之间交互数据的通道。

通过DMI接口，DMI分引擎可以获取ATP发送给DMI的所有数据包。还可以对DMI进行以下操纵：设置司机号，设置车次号，设置列车长度，设置载频等。

通过ATP接口平台，ATP接口平台分引擎可以对ATP进行以下操作：ATP上电，ATP断电，激活驾驶台，关闭驾驶台，设置列车运行方向，发送轨道电路低频和载频信息，发送应答器报文等；还可以获取列车当前位置坐标、当前速度、当前加速度等。

2 构建控制DMI的传输控制协议

为了对车载ATP功能进行自动测试，需要实时获取车载ATP的状态信息。车载ATP通过DMI向列车司机显示列车运行的状态信息［3］，因此可以通过DMI获取车载ATP的实时信息。可以利用图像识别技术识别DMI上的信息［4］，但是这种方法比较复杂，实现难度比较大。本文采用直接与DMI通信，获取DMI数据包的方法。为了可以通过DMI获取有关车载ATP的数据，需要在DMI分引擎和DMI之间建立交互数据的通信协议。

在DMI分引擎和DMI之间建立传输控制协议（TCP）。通过TCP，DMI分引擎可以对DMI进行以下操作：设置司机号，设置车次号，设置列车长度，设置载频，设置列车运行等级，设置列车运行模式，设置RBC（无限闭塞中心）的ID（标识），设置RBC号码，模拟按压启动按钮、缓解按钮、警惕按钮、回复DMI文本消息等。

通过TCP，DMI向DMI分引擎发送以下信息：所有MMI数据包和所有的CTCS数据包。这些数据包中包含DMI按钮状态、DMI文本消息、DMI语言信息等内容。

3 通过测试脚本处理DMI数据

3.1 测试脚本自动按压DMI按钮

在CTCS－2级车载ATP功能测试案例中，经常会遇到需要按压DMI上按钮的操作。例如，在列车运行过程中，当列车速度超过紧急制动速度时，车载ATP将实施紧急制动直到列车停车。列车停车后，DMI将提示司机缓解紧急制动，此时司机需要按压DMI上的缓解按钮。在自动测试中，需要将按压缓解按钮的命令写在测试脚本中，当测试脚本判断DMI出现按压缓解按钮的提示信息时，就将按压缓解按钮的命令发送给DMI。其步骤如下：

1）主引擎识别出当前一条脚本命令为“按压DMI按钮”。

2）主引擎将“按压DMI按钮”命令下达给DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎与DMI之间的TCP，DMI分引擎将真实的按压启动按钮命令下达给DMI。

4）DMI收到“按压启动按钮”命令后，自动按压启动按钮。

脚本自动按压启动按钮原理如图2所示。

图2 脚本自动按压启动按钮原理

3.2 测试脚本自动确认或取消DMI文本信息

在列车运行过程中，DMI经常会出现文本消息。这些文本消息有些不需要司机进行任何操作。例如，列车以部分监控模式出站，当满足进入完全监控模式的条件时，车载ATP自动转入完全监控模式，此时DMI显示文本消息“进入完全监控模式”，此条文本消息只是提示司机，不需要司机对DMI进行任何操作。有些文本消息需要司机确认，即可按压DMI的确认按钮。例如，在车载ATP上电成功后，DMI显示文本消息“启动确认”，需要司机按压确认按钮。有些文本消息需要司机确认或取消，即按压DMI的确认按钮或取消按钮。例如在车载ATP上电成功后，DMI显示文本消息“执行制动测试”，如果需要执行制动测试，则司机按压确认按钮，如果不需要执行制动测试，则司机按压取消按钮。

在CTCS－2级车载ATP功能测试案例中，有些测试步骤的期望结果就是检查DMI显示某一条文本消息，并对该条文本消息进行确认或取消。现在，以文本消息“应答器信息缺失”为例，说明在车载ATP功能自动测试中，测试脚本如何自动确认和取消DMI文本消息。

在列车运行过程中，当列车越过一个应答器时，由于应答器故障，车载设备在期望窗口内未收到该应答器报文，则DMI将显示文本消息“应答器信息缺失”，则需要确认该条文本消息。自动测试中脚本自动确认文本消息“应答器信息缺失”的详细步骤如下：

1）主引擎识别出当前一条脚本命令为“期望DMI文本消息”。

2）主引擎将“期望DMI文本消息”命令下达给DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎与DMI之间的TCP，DMI分引擎将来自DMI的包含DMI文本消息的数据包发送给主引擎。

4）主引擎将包含DMI文本消息的数据包发送给脚本。

5）脚本解析包含DMI文本消息的数据包，判断当前DMI文本消息是否是“应答器信息缺失”。如果当前DMI文本消息是“应答器信息缺失”，则期望DMI文本消息成功，结束循环；如果当前DMI文本消息不是“应答器信息缺失”，则期望DMI文本消息失败，则继续循环。

脚本自动确认DMI文本消息的原理如图3所示。

3.3 测试脚本自动判断DMI输出语音

对车载ATP功能进行测试时，有些测试步骤的期望结果是DMI输出指定语音。例如，在列车运行过程中，当列车速度超过报警速度时，在车载ATP制动到目标速度过程中，DMI输出“减速”语音；当列车速度超过紧急制动速度时，车载ATP实施紧急制动直到列车停车，列车停稳后，DMI输出“允许缓解”语音。下面以“允许缓解”语音为例，说明自动测试中测试脚本如何自动判断DMI是否输出指定语音。

图3 脚本自动确认DMI文本消息原理

自动测试中脚本自动判断DMI输出语音“允许缓解”的详细步骤如下：

1）主引擎识别出当前一条脚本命令为“期望DMI输出语音”。

2）主引擎将“期望DMI输出语音”命令下达给DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎与DMI之间的TCP，DMI分引擎将来自DMI的包含DMI语音的数据包发送给主引擎。

4）主引擎将包含DMI语音的数据包发送给脚本。

5）脚本解析包含DMI语音的数据包，判断当前DMI语音是否是“允许缓解”。如果当前DMI语音是“允许缓解”，则期望DMI语音成功，结束循环；如果当前DMI语音不是“允许缓解”，则期望DMI语音失败，则继续循环。

脚本自动判断DMI输出语音的原理如图4所示。

图4 脚本自动判断DMI输出语音原理

3.4 测试脚本自动判断DMI显示图标

对车载ATP功能进行测试时，在列车运行过程中，当列车速度超过最大常用制动速度时，DMI将显示“最大常用制动图标”。有些测试案例要求判断DMI显示“最大常用制动图标”，但是在DMI所有数据包中，并没有包含DMI图标的数据包，所以不能使用判断DMI输出语音的方法去判断DMI显示图标。

但是在DMI的动态数据包中，有一个变量保存着车载ATP的制动状态，通过该变量可以判断列车是否处于最大常用制动状态。假设DMI软件是完全正确的，则通过该变量也就可以间接判断出DMI是否显示“最大常用制动图标”。下面以“最大常用制动图标”为例，说明自动测试中脚本如何判断DMI是否显示指定图标。

自动测试中脚本自动判断DMI显示“最大常用制动图标”的详细步骤如下：

1）主引擎识别出当前一条脚本命令为判断DMI显示“最大常用制动图标”，此图标信息可以从DMI动态数据包中的制动状态信息间接获取，所以向主引擎发送“期望动态数据包”。

2）主引擎将“期望动态数据包”命令下达给DMI分引擎。

3）按照DMI分引擎与DMI之间的TCP，DMI分引擎将来自DMI的“动态数据包”发送给主引擎。

4）主引擎将“动态数据包”发送给脚本。

5）脚本解析“动态数据包”，判断动态数据包中包含的制动状态是否是“最大常用制动状态”。如果当前制动状态是“最大常用制动状态”，则判断DMI显示“最大常用制动图标”成功，结束循环；如果当前制动图标不是“最大常用制动状态”，则判断DMI显示“最大常用制动图标”失败，则继续循环。

脚本自动判断DMI显示图标的原理如图5所示。

图5 脚本自动判断DMI显示图标原理

3.5 测试脚本自动判断DMI动态图像信息

在列车运行过程中，DMI上会显示内容丰富的动态图像信息。有些动态图像信息是不可测的，比如，列车在减速过程中，列车离制动的时间越近，预警时间指示图标越大。对于另一些动态图像信息，将测试功能放在DMI分引擎中，脚本告诉DMI分引擎要测试的功能，DMI分引擎执行测试，再将测试结果报告给脚本，却是可以实现的。例如，对车尾保持功能的测试。

对车载ATP功能进行测试时，列车启动后，以部分模式行车，列车车头经过应答器后，转为完全监控模式。在列车车尾没有经过应答器之前，列车应该保持原有运行速度；当列车车尾越过应答器之后，列车才开始加速运行，即需要判断车尾保持功能。在对车载ATP功能进行自动测试时，脚本自动判断车尾保持功能的步骤如下：

1）主引擎识别出当前一条脚本命令为“测试车尾保持命令”。

2）主引擎将“测试车尾保持命令”下达给对应的DMI分引擎。

3）DMI分引擎实时判断列车是否位于测试车尾保持区域。当列车位于测试车尾保持区域，DMI分引擎向DMI发送获取允许速度命令，DMI向DMI分引擎回复列车当前允许速度。DMI分引擎判断列车当前允许速度是否等于要求的车尾保持速度。如果列车当前允许速度不等于车尾保持速度，则分引擎向主引擎报告“车尾保持失败”，主引擎向脚本报告“车尾保持失败”；如果列车当前允许速度等于车尾保持速度，则不做任何处理，继续下一次循环。当列车出了测试车尾保持区域，则DMI分引擎向主引擎报告“车尾保持成功”，主引擎向脚本报告“车尾保持成功”。

脚本自动判断车尾保持功能的原理如图6所示。

图6 脚本自动判断车尾保持功能原理

4 结语

在对CTCS－2级车载ATP进行人工测试过程中，许多测试步骤的期望结果是判断DMI是否显示指定文本消息、是否发出指定语音、是否显示指定图标等。本文介绍了在对车载ATP进行自动测试过程中，测试脚本自动按压DMI按钮、自动确认或取消DMI文本信息、自动判断DMI输出语音、自动判断DMI显示图标、自动判断DMI动态图像信息的基本原理和方法。通过开发和实验室验证，证明文中所述方法是正确的，通过判断DMI的各种信息，可以实现对车载ATP功能的自动测试，具有研究和应用价值。

［1］赵丽.基于TCL脚本的自动化测试工具的研究与实现［J］.信息化研究，2009，35（11）：28.

［2］蒋云，赵佳宝.自动化测试脚本自动生成技术的研究［J］.计算机技术与发展，2007，17（7）：4.

［3］朱磊.基于可重用框架的CTCS仿真车载DMI研究与实现［D］.北京：北京交通大学，2009.

［4］张勇，覃燕，李凯，等.CTCS－3级列控系统车载设备人机界面信息的识别方法［J］.中国铁道科学，2010，31（4）：92.

［5］林颖，王长林.车载列车自动保护系统对空转及滑行的检测与校正方法研究［J］.城市轨道交通研究，2011（3）：28.