基于轨道交通信号系统的缺陷分析与研究

基于轨道交通信号系统的缺陷分析与研究

张自贵

甘肃综合铁道工程承包有限公司 甘肃 730030

摘要：随着经济的持续化增长，城市交通问题逐渐显现出来，为缓解城市交通的压力，部分城市已经开始大力发展轨道交通，城市轨道交通的最大优势是便捷和快捷，已逐渐成为市民出行的首选交通方式。城市轨道交通信号系统是其自动化系统中的关键部分，是保证列车和乘客安全，实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。文章主要分轨道交通信号系统的缺陷展开分析。

关键词：轨道交通；信号系统；缺陷；类型；原因

随着微电子技术、计算机技术、通信技术的不断更新，轨道交通信号系统也在更新换代。从模拟轨道电路，到数字轨道电路，再到现在的无线通信，轨道交通信号系统持续走向智能高效、安全可靠、方便快捷。同时不同城市的定制化需求，也促使着轨道交通信号系统的不断升级。功能的实现与优化必定伴随着软硬件的变更，产品的迭代，而每一次的开发过程都是不确定的，受流程，工具以及人的影响，缺陷依然如影随形。

1 城市轨道交通信号系统概述

在城市轨道交通中，信号系统是为保证运输安全而诞生和发展的。信号系统的第一使命是保证行车安全，必须满足“故障导向安全”的原则，是指挥列车运行、保证列车安全、提高运输效率的关键设备。信号系统通常由列车运行自动控制系统和车辆段信号控制系统两大部分组成，用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理等，由此构成了一个高效的综合自动化系统。随着通信技术特别是无线电技术飞速发展，人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统。目前，城市轨道交通信号系统通常采用基于无线通信的移动闭塞列车自动控制系统（ATC），系统包括：列车自动监控子系统（ATS）、列车自动防护子系统（ATP）、列车自动运行子系统（ATO）、计算机联锁子系统（CBI）、数据通信子系统（DCS）、维护监测子系统（MSS）、培训子系统等。

2轨道交通信号缺陷分析的维度

地铁工程是技术水平要求高的多专业、多系统的大型工程，信号系统与相关专业存在大量、复杂的接口，如：与土建、装修、轨道、车辆、通信系统、综合监控系统（含IBP盘）、站台门系统、乘客信息系统、大屏幕显示系统、线网指挥系统、动力照明专业、限界专业等。在全自动运行线路中，信号系统与全自动洗车机、工程车、综合UPS电源系统等也存在接口。由此可见，在开展轨道交通信号系统设计时，务必要综合考虑上述因素，协调好各个专业，避免出现失误，从而导致信号系统出现缺陷。

2.1缺陷发现的阶段

首先，我们引用缺陷属性中的defect_detection_p h a s e 作为缺陷分析对象的第一步筛选， d e f e c t _detection_phase即缺陷发现阶段，一般情况该字段按照产品的生命周期阶段划分，可以归纳为三大类。

（1）需求设计阶段：该阶段发现的缺陷一般都是文档类的，多数为评审和验证过程中发现的需求设计问题；该阶段的缺陷修复成本非常低，可忽略。

（2）产品测试阶段：顾名思义，该阶段发现的缺陷多数为各级产品测试人员提出，对产品的研发质量有一定的评估价值。缺陷修复需要回滚到Coding甚至Design阶段，对研发和测试人力都不同程度的消耗，对该阶段的缺陷进行分析可以识别出问题较多的模块以及开发流程中存在的问题，帮助测试人员定位测试侧重点，哪些模块需要重点测试的，提高缺陷发现率，同时也帮助研发团队针对性的总结经验，并且避免将来发生类似的错误。此外，通过分析该组缺陷发现测试阶段的分布情况，可以判断哪些阶段的测试需要加强。例如，系统级测试发现的缺陷，理论上软件级测试也能发现，这种情况则需要做对应的缺陷分析。

（3）维护阶段：产品已经发布使用，甚至已经部署到现场。该阶段发现的缺陷通常我们定义为逃逸缺陷。在全面智能化的社会，轨道交通信号系统代替了多数人工操作，功能故障或者降级模式对用户来说几乎都是不可接受的。其中，涉及到SIL4的功能缺陷更是可能关系到人身安全，带来的影响已经不仅仅是人力时间成本的估算，该类缺陷产生的成本极高，也是我们需要深度分析的对象。

2.2缺陷的类型

缺陷的类型主要用来识别产品在功能，性能等各方面的表现情况，通过该属性缺陷分布的统计与分析，识别产品设计的薄弱环节，提示研发团队在后续的迭代开发中，需要着重关注的方向。在实践后，我们将缺陷类型分为以下6类：

（1）功能（定位到具体模块）

（2）接口（具体的软/硬件级之间）

（3）可用性（人机界面）

（4）性能（容量、响应时间）

（5）可靠性（宕机，失效）

（6）其他（例如兼容性等）

2.3缺陷根本原因

缺陷根本原因归类可以直接反映产品各阶段活动的质量为持续改进活动提供具体依据，根据实践中各产品的日常缺陷分析结果，将缺陷的根本原因分为以下几类。

（1）需求设计不足：例如，先写代码后需求设计的情况，很容易导致需求描述不完整，测试范围不全或者软件与数据接口描述过于简化，导致测试用例设计出现遗漏；

（2）测试设计不足：例如，信号系统各子系统之间都有详细的协议定义文件，测试人员对协议的覆盖仅停留在数据包组合分析，未结合实际运行场景，导致测试用例设计不充分；

（3）测试数据不足：例如，产品测试数据形式单一，但特定应用项目站型却千差万别，如果产品测试配置组合覆盖不完整，则容易导致特殊站型情况出现缺陷而产品测试过程未发现；

（4）测试环境不足：例如，模拟工具仿真接口与真实接口的差异导致缺陷未被发现或者室内不具备测试环境未执行测试，导致到现场该模块出现大量问题；

（5）影响分析不足：例如，影响分析的方法过于单一，缺乏系统性分析，仅停留在回归发现缺陷对应的测试用例层面，回归面小，缺乏自动化；

（6）流程缺陷：例如，软硬件接口未强制使用真实的设备或者代码走读规范定义不清晰，不全面，测试环境检查不到位等；

（7）偶发性：例如，未进行拷机实验，经过一定的运行时间后，产品缺陷暴露或者室内测试生成的数据通信量小，需要大量的现场数据作为前提，才能偶然出现，这种情况一般要求室内测试数据库中导入现场数据；

8．其他。

3缺陷分析的机制建立

缺陷分析的执行需要建立一定的机制，保证分析的及时性以及持续性。如果时间隔太久，会导致缺陷发生场景不清晰甚至不准确，周期性的跟踪总结才能沉淀成产品团队的资产，因此一般建议定义组织级文件，并明确以下内容。测试缺陷定期进行，分析的周期以及产出物；逃逸缺陷触发式进行，分析的周期以及产出物；指定分析活动的组织人、分析结果的汇报人以及汇报的形式。分析流程如下。

识别缺陷分析对象→缺陷关键字段分析

测试缺陷→缺陷根因分析→制定开发规程改进措施→执行跟踪→关闭

逃逸缺陷→逃逸类型识别→制定全过程改进措施→执行跟踪→关闭

总之，信号系统作为城市轨道交通中的“大脑”，智能化程度越来越高，安全性、可靠性成为各个城市轨道交通建设单位高度重视的两个方面。实践表明，通过及时、有效、持续的缺陷分析，并对分析结果进行跟踪落实，建立可实施的分析机制，能积极评估开发和测试活动的质量，更能指导研发和测试在方法以及流程上的持续改进，丰富产品团队资产。

参考文献

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[2]付立民.轨道交通信号测试技术发展研究[J].铁路通信信号工程技术,2021,18(08):111-116.

[3]陈乐.城市轨道交通信号智能运维探讨[J].中国设备工程,2021(15):13-14.