DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張友兵 張國振 馬 麟 牛道恒

（北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張友兵 張國振 馬 麟 牛道恒

（北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

在CTCS-2級和CTCS-3級列控車載設(shè)備中，司機(jī)通過觀察和操作人機(jī)界面DMI（Driver-Machine Interface）單元監(jiān)控和調(diào)整列車運(yùn)行狀態(tài)，但是司機(jī)的錯(cuò)誤操作、DMI設(shè)備故障等均可能導(dǎo)致列控車載設(shè)備故障，造成運(yùn)營晚點(diǎn)。為了對司機(jī)的操作和車載設(shè)備故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，需要開發(fā)一種可以復(fù)現(xiàn)列控車載設(shè)備DMI運(yùn)營過程的系統(tǒng)。首先介紹列控車載設(shè)備DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)框架和基本原理；其次介紹在DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)中DMI日志記錄的使用方法；最后介紹車載主機(jī)模擬工具的一些關(guān)鍵技術(shù)。

列控車載設(shè)備；人機(jī)界面；運(yùn)營復(fù)現(xiàn)

在CTCS-2級和CTCS-3級列控車載設(shè)備中，車載主機(jī)向DMI實(shí)時(shí)傳遞列車的位置、速度、等級、模式等重要信息，DMI以圖形、文字等形式實(shí)時(shí)顯示列車的各種運(yùn)行狀態(tài)信息；另外，司機(jī)操作DMI界面按鍵時(shí)，DMI將把按鍵信息及時(shí)傳遞給車載主機(jī)，達(dá)到調(diào)整列車運(yùn)行狀態(tài)的目的[1]。

在列車運(yùn)行過程中，如果司機(jī)錯(cuò)誤操作了DMI設(shè)備，或者由于DMI設(shè)備軟件缺陷導(dǎo)致不能正常運(yùn)行，均會影響列控車載設(shè)備的正常運(yùn)行，降低鐵路運(yùn)輸效率。為了對司機(jī)的操作和車載設(shè)備故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，需要開發(fā)一種可以利用DMI日志記錄復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程的系統(tǒng)。

1 DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)成

DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示，該系統(tǒng)包括DMI日志記錄文件、車載主機(jī)模擬工具和DMI設(shè)備。

圖1 DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

1）DMI日志記錄文件：真實(shí)DMI設(shè)備運(yùn)行過程中的日志記錄數(shù)據(jù)，包含DMI設(shè)備與車載主機(jī)通信過程中交互的所有消息。

2）車載主機(jī)模擬工具：在系統(tǒng)中模擬車載主機(jī)，以DMI日志記錄文件為腳本驅(qū)動DMI設(shè)備工作。

3）DMI設(shè)備：為真實(shí)的DMI設(shè)備或者具有DMI軟件邏輯的PC機(jī)軟件。

2 DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的基本原理

DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的基本原理：以真實(shí)DMI設(shè)備產(chǎn)生的日志記錄文件為腳本，以DMI日志記錄文件中前后兩條日志記錄的系統(tǒng)時(shí)間間隔作為處理消息的時(shí)間間隔。提取日志記錄文件中車載設(shè)備發(fā)送給DMI的消息并發(fā)送給DMI，驅(qū)動DMI正常工作。提取日志記錄文件中DMI發(fā)送給車載主機(jī)的消息，將消息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的DMI按鍵操作命令，重新發(fā)送給DMI，DMI接收到按鍵命令時(shí)自動觸發(fā)按壓按鍵的操作，模擬司機(jī)操作DMI按鍵的過程。

3 DMI日志記錄文件的使用方法

3.1 DMI日志記錄構(gòu)成

DMI設(shè)備在運(yùn)行過程中，從車載主機(jī)收到一條消息或者向車載主機(jī)發(fā)送一條消息， 就在DMI日志記錄文件中記錄該條消息。每條日志記錄包含時(shí)間戳、系統(tǒng)時(shí)間、消息方向和消息內(nèi)容4個(gè)組成部分。

1）時(shí)間戳：以100 ms為單位，DMI上電啟動時(shí)，時(shí)間戳初始值為0，此后隨著時(shí)間向上累加。

2）系統(tǒng)時(shí)間：包括年、月、日、時(shí)、分、秒和毫秒，為消息產(chǎn)生時(shí)的DMI設(shè)備時(shí)間。

3）消息方向：記錄本條消息是由車載主機(jī)發(fā)送給DMI，還是由DMI發(fā)送給車載主機(jī)。

4）消息內(nèi)容：本條消息的具體內(nèi)容。

3.2 車載主機(jī)發(fā)送給DMI的消息

車載主機(jī)模擬工具扮演著車載主機(jī)的角色，從DMI日志記錄文件中識別出車載主機(jī)發(fā)送給DMI的消息，對消息進(jìn)行解析、組包并發(fā)送給DMI，驅(qū)動DMI工作。

3.3 DMI發(fā)送給車載主機(jī)的消息

對于DMI發(fā)送給車載主機(jī)的消息，許多消息是由于司機(jī)操作DMI界面上的按鍵而觸發(fā)的，所以車載主機(jī)模擬工具發(fā)現(xiàn)當(dāng)前需要處理的消息是DMI發(fā)送給車載主機(jī)的，需要進(jìn)一步識別該消息是否是由于操作DMI按鍵而觸發(fā)的。如果是由于司機(jī)操作DMI按鍵而觸發(fā)該消息，則需要將該消息對應(yīng)成正確的DMI按鍵操作，并將這些按鍵命令依次發(fā)送給DMI，DMI根據(jù)收到的按鍵命令自動觸發(fā)按鍵的按壓操作，以模擬司機(jī)操作DMI按鍵的過程。如果DMI消息的發(fā)送不是由于司機(jī)操作DMI按鍵而觸發(fā)的，車載主機(jī)模擬工具將忽略該消息。

4 車載主機(jī)模擬工具的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 根據(jù)運(yùn)營分割DMI日志記錄

一個(gè)DMI日志記錄文件可能包含多次DMI運(yùn)營數(shù)據(jù)，對于同一次運(yùn)營，DMI日志記錄的時(shí)間戳是由小到大向上增長的，前后兩次運(yùn)營的DMI日志記錄的時(shí)間戳存在由大到小的跳變，車載主機(jī)模擬工具根據(jù)這個(gè)特征將一個(gè)DMI日志記錄文件分割成若干次運(yùn)營數(shù)據(jù)，支持選擇和復(fù)現(xiàn)指定的運(yùn)營數(shù)據(jù)。4.2 處理DMI日志記錄的時(shí)間機(jī)制

為了盡可能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)車載主機(jī)與DMI的通信過程，車載主機(jī)模擬工具根據(jù)前后兩條DMI日志記錄系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間間隔計(jì)算處理后一條DMI日志記錄的時(shí)機(jī)。當(dāng)處理完前一條DMI日志記錄時(shí)，就從零開始累加時(shí)間，并將累加時(shí)間與前后兩條DMI日志記錄系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間間隔做比較，當(dāng)累加時(shí)間大于等于時(shí)間間隔時(shí)，開始處理后一條DMI日志記錄，以保證車載主機(jī)模擬工具盡可能真實(shí)地模擬車載主機(jī)向DMI發(fā)送消息的時(shí)機(jī)，也保證車載主機(jī)模擬工具把握正確的時(shí)機(jī)向DMI發(fā)送按鍵命令，驅(qū)動DMI自動觸發(fā)按鍵操作，如實(shí)地還原出司機(jī)操作DMI按鍵的過程。

4.3 模擬司機(jī)操作DMI按鍵

在DMI運(yùn)行過程中，司機(jī)操作DMI按鍵，觸發(fā)DMI向車載主機(jī)發(fā)送特定的消息。在車載主機(jī)模擬工具使用DMI日志記錄文件復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程時(shí)，當(dāng)讀取到這些特定的消息時(shí)，則根據(jù)DMI發(fā)送消息的內(nèi)在邏輯將特定消息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的DMI按鍵命令并發(fā)送給DMI，命令DMI自動觸發(fā)按壓按鍵的操作，以模擬司機(jī)操作DMI按鍵的過程。

圖2為輸入列車數(shù)據(jù)流程，詳細(xì)說明如下。

1) 車載主機(jī)向DMI發(fā)送消息MMI_CURRENT_ TRAIN_DATA，該消息攜帶有車載主機(jī)存儲的列車數(shù)據(jù)。

圖2 輸入列車數(shù)據(jù)流程

2) DMI收到消息MMI_CURRENT_TRAIN_ DATA，自動彈出“列車數(shù)據(jù)輸入界面”，顯示列車數(shù)據(jù)，提示司機(jī)修改列車數(shù)據(jù)。

3) 司機(jī)在“列車數(shù)據(jù)輸入界面”輸入新的列車數(shù)據(jù)，按壓確定鍵（F6鍵）觸發(fā)DMI發(fā)送消息MMI_NEW_TRAIN_DATA，向車載主機(jī)報(bào)告新的列車數(shù)據(jù)。

4) 車載主機(jī)收到消息MMI_NEW_TRAIN_ DATA，對新的列車數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，并發(fā)送消息MMI_ECHOED_TRAIN_DATA，請求司機(jī)確認(rèn)之前輸入的列車數(shù)據(jù)。

5) DMI收到消息MMI_ECHOED_TRAIN_ DATA，自動彈出“列車數(shù)據(jù)確認(rèn)界面”，提示司機(jī)確認(rèn)之前輸入的列車數(shù)據(jù)。

6) 司機(jī)在“列車數(shù)據(jù)確認(rèn)界面”按壓確定鍵（F6鍵），確認(rèn)之前輸入的列車數(shù)據(jù)，觸發(fā)DMI發(fā)送消息MMI_CONFIRMED_TRAIN_DATA。

7) 車載主機(jī)收到消息MMI_CONFIRMED_ TRAIN_DATA，存儲新的列車數(shù)據(jù)，列車數(shù)據(jù)輸入流程結(jié)束。

因此，復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程中，車載設(shè)備模擬工具在日志記錄文件中讀取到消息MMI_NEW_ TRAIN_DATA時(shí)，識別出是司機(jī)在“列車數(shù)據(jù)輸入界面”按壓了確定鍵（F6鍵），則向DMI發(fā)送F6鍵按壓命令，DMI將自動按壓F6鍵，模擬司機(jī)按壓F6鍵輸入列車數(shù)據(jù)的過程；DMI復(fù)現(xiàn)工具在日志記錄文件中讀取到消息MMI_CONFIRMED_ TRAIN_DATA時(shí)，識別出司機(jī)在“列車數(shù)據(jù)確認(rèn)界面”按壓了確定鍵（F6鍵），則向DMI發(fā)送F6鍵按壓命令，DMI將自動按壓F6鍵，模擬司機(jī)按壓F6鍵確認(rèn)列車數(shù)據(jù)的過程。

4.4 加快或放慢復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程的速度

從4.2節(jié)中可知，車載設(shè)備模擬工具從處理完前一條DMI日志記錄開始累加時(shí)間，此后將累加時(shí)間與前后兩條DMI日志記錄系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間間隔做比較，以判斷是否到達(dá)處理后一條DMI日志記錄的時(shí)間。如果將前后兩條DMI日志記錄系統(tǒng)時(shí)間的時(shí)間間隔擴(kuò)大一倍，再與累加時(shí)間做比較，相當(dāng)于將復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程的速度放慢了一倍；如果將時(shí)間間隔縮小一倍，再與累加時(shí)間做比較，相當(dāng)于將復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程的速度加快了一倍。加快DMI運(yùn)營過程的復(fù)現(xiàn)速度，可以忽略不重要的運(yùn)營過程，提高效率；放慢DMI運(yùn)營過程的復(fù)現(xiàn)速度，便于更仔細(xì)地觀察重要的運(yùn)營過程。

4.5 從指定時(shí)間復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程

復(fù)現(xiàn)DMI運(yùn)營過程時(shí)，需要加載DMI日志記錄文件，選擇某一次運(yùn)營數(shù)據(jù)。每一次運(yùn)營數(shù)據(jù)包含起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，如果一次運(yùn)營跨越的時(shí)間范圍很大，但是又不需要復(fù)現(xiàn)完整的運(yùn)營過程時(shí)，則可以指定復(fù)現(xiàn)的起始時(shí)間，車載設(shè)備模擬工具將忽略指定時(shí)間之前的所有DMI日志記錄，直接跳到指定時(shí)間之后的DMI日志記錄并開始處理，如此可以提高效率，便于分析指定時(shí)間點(diǎn)的DMI運(yùn)營過程。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種基于DMI日志記錄的DMI運(yùn)營過程復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以復(fù)現(xiàn)指定的DMI運(yùn)營過程。通過回放DMI運(yùn)營過程，方便分析列控車載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和司機(jī)操作，有助于減少DMI設(shè)備故障，規(guī)范司機(jī)操作，同時(shí)也有助于站在DMI角度協(xié)助分析車載主機(jī)是否存在異常，從而有利于提高列車控制系統(tǒng)整體的可用性。

[1]中國鐵路總公司.CTCS-2/CTCS-3級列控車載設(shè)備人機(jī)界面（DMI）顯示暫行規(guī)范[S].2014.

For onboard equipment of СTСS-2 and СTСS-3 train control systems, the driver monitors and adjusts the train running status through observing and operating DМI equipment. The driver's wrong operation or DМI equipment failure can cause train control system faults that may lead to an operation delay. In order to reappear driver's operation and onboard equipment faults, it needs to provide a system for reappearing DМI operating process. This paper fi rstly introduces a DМI operation reappearing system, including the system frame and basic principles, then it introduces the method of using the DМI log fi le. And fi nally it introduces some key technologies of the on-board equipment simulation tools.

on-board equipment; driver-machine interface; operation reappearing

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.01.004

2014-12-20）

鐵路總公司重點(diǎn)項(xiàng)目（2013X001-C）；北京市科學(xué)技術(shù)委員會項(xiàng)目（WK-Z131100002413007)