基于DMI的列控車載設備運用過程復現(xiàn)系統(tǒng)關鍵技術研究

張國振張友兵于曉娜

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；

2.北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100073）

基于DMI的列控車載設備運用過程復現(xiàn)系統(tǒng)關鍵技術研究

張國振1，2張友兵1，2于曉娜1，2

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；

2.北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100073）

在列控車載設備運用過程中，通過人機界面（DMI）單元以便于理解的方式引導司機完成控制操作，進行列車速度監(jiān)控。在實際的運營過程中，由于列控車載設備故障、司機操作等原因可能對運營造成影響，為了對運營過程進行分析，需要一種可以復現(xiàn)列控車載設備運用過程的系統(tǒng)。首先介紹基于DMI的列控車載設備運用過程復現(xiàn)系統(tǒng)框架和基本原理；其次介紹將DMI發(fā)送給列控車載設備主機的消息還原成正確的司機操作的關鍵技術，最后對司機操作進行分類，并給出模擬各類司機操作的方法。

列控車載設備；人機界面；運營復現(xiàn)

在列控車載設備（如CTCS-2級和CTCS-3級列控車載設備）中，車載主機向DMI實時傳遞列車的位置、速度、等級、模式等信息，DMI以圖形、文字、語音等形式顯示列車的各種運行狀態(tài)信息。此外，司機操作DMI設備的按鍵時，DMI將把按鍵信息及時傳遞給車載主機，達到調整列車運行狀態(tài)的目的［1］。

在列車運行過程中，如果司機錯誤操作DMI設備，或者DMI設備軟件缺陷、車載軟件缺陷、地面故障等均會影響列車的正常運行，降低鐵路運輸效率。為了對列控車載設備控車過程進行復現(xiàn)以分析司機操作、車載設備故障等，需要開發(fā)一種可以利用DMI日志記錄復現(xiàn)列控車載設備運營過程的系統(tǒng)。通過下載該DMI設備的日志記錄文件，并使用列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)進行復現(xiàn)，便于快速發(fā)現(xiàn)解決問題。

1 列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)簡介

列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)以真實DMI設備產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)時間間隔作為處理消息的時間間隔。提取日志記錄文件中車載設備發(fā)送給DMI的消息并發(fā)送給DMI，驅動DMI正常工作。提取日志記錄文件中DMI發(fā)送給車載主機的消息，根據(jù)消息內容、DMI按鍵布局、DMI按鍵菜單結構和DMI軟件邏輯將消息轉換成對應的DMI按鍵操作命令，重新發(fā)送給DMI。DMI接收到按鍵命令時，自動觸發(fā)按壓按鍵的操作，模擬司機操作DMI按鍵的過程。

圖1 列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)原理圖

列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的原理如圖1所示，該系統(tǒng)包括DMI日志記錄文件、車載主機模擬工具和DMI設備。DMI日志記錄文件為DMI設備運行過程中的日志記錄數(shù)據(jù)，包含DMI設備與車載主機交互的所有消息。車載主機模擬工具在系統(tǒng)中模擬車載主機的功能，以DMI日志記錄文件為腳本與DMI交互數(shù)據(jù)，驅動DMI工作。DMI設備為真實的DMI設備或者具有DMI軟件邏輯的PC機軟件。

在列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)中，車載主機模擬工具是關鍵組成部分，而如何將DMI日志記錄文件中DMI發(fā)送給車載主機的消息還原成正確的司機操作，則是車載主機模擬工具的關鍵技術。

2 列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)關鍵技術

列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)以DMI日志記錄為腳本復現(xiàn)DMI的運營過程。DMI日志記錄中，包含車載主機發(fā)送給DMI的消息和DMI發(fā)送給車載主機的消息。車載主機模擬工具讀取DMI日志記錄文件后，將日志記錄文件中車載主機發(fā)送給DMI的消息重新發(fā)送給DMI，激勵DMI正常工作。但是車載主機向DMI發(fā)送的有些消息會觸發(fā)DMI自動彈出窗口或文本消息，需要司機對窗口和文本消息及時做出正確的響應。否則，窗口和文本消息將一直顯示在DMI界面上而不會自動消失，影響DMI的正常工作。列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)是一個全自動的復現(xiàn)系統(tǒng)，復現(xiàn)過程中不需要人的介入，就可以使用DMI日志記錄復現(xiàn)DMI的運營過程。所以，當車載主機模擬工具向DMI發(fā)送消息，觸發(fā)DMI自動彈出窗口和文本消息時，如何自動且正確地模擬司機響應窗口和文本消息成為該系統(tǒng)的技術難點。

DMI自動彈出窗口和文本消息時，司機操作DMI按鍵做出正確響應，將觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送特定的文本消息。將這些文本消息與司機對DMI進行的按鍵操作準確對應，再將按鍵操作發(fā)送給DMI，命令DMI自動操作這些按鍵，將可以實現(xiàn)模擬司機操作DMI的過程。所以需要對DMI操作進行分類，研究不同類別的DMI操作與觸發(fā)的消息兩者之間的對應關系。

3 司機的DMI操作分析

司機通過列控車載設備DMI的若干操作來控制列車運行，為了能夠通過DMI日志記錄復現(xiàn)運營過程，需要首先對司機的DMI操作進行分類。按照功能區(qū)分，司機的DMI操作主要分為兩類。

1）對DMI顯示進行調節(jié)的操作。此類操作不會影響列控車載設備的控車，比如修改DMI亮度、DMI聲音等。

2）通過DMI操作列控車載設備來控車。此類操作會產生DMI與列控車載設備主機數(shù)據(jù)交互，比如向車載主機發(fā)送司機請求和列車數(shù)據(jù)，對車載主機的文本進行確認等。

3.1 第一類DMI操作分析

第一類操作主要是司機根據(jù)駕駛室的光線、噪音等具體情況，為了更好的控制列車而對DMI進行的操作。例如列車在日照強烈的地區(qū)運行時，將DMI的亮度調低；駕駛室中添乘人員較多時，將DMI的聲音調大。該類操作實施過程中，DMI日志會記錄司機操作的結果，并將調節(jié)后的亮度值、聲音值記錄到日志文件中。

3.2 第二類DMI操作分析

在日常運營過程中，司機對DMI的操作大部分屬于第二類操作。這些操作會影響到列控車載設備的列車控制功能，主要分為發(fā)送司機請求、輸入數(shù)據(jù)、確認文本和選擇操作4種。這些操作均會在DMI日志文件中產生對應的日志記錄，列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)通過對這些日志記錄的識別可復現(xiàn)出司機對DMI執(zhí)行的操作。

下面以目前中國高速鐵路廣泛應用的CTCS-3級列控車載設備CTCS3-300T車載設備的處理為例，對這幾種DMI操作進行介紹。

1）發(fā)送司機請求

在列車運行過程中，司機通過操作特定的DMI按鍵，觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送消息MMI_ DRIVER_REQUEST（攜帶與DMI按鍵對應的司機請求），開啟DMI與車載主機之間特定的交互流程。司機請求包括開始調車、退出調車、開始列車數(shù)據(jù)輸入、退出列車數(shù)據(jù)輸入、啟動、修改司機號、修改車次號、開始制動測試、開始RBC數(shù)據(jù)輸入、退出RBC數(shù)據(jù)輸入等，發(fā)送司機請求流程如圖2所示。

圖2 發(fā)送司機請求流程圖

2）輸入數(shù)據(jù)

司機通過DMI修改列車數(shù)據(jù)、司機號、車次號和RBC數(shù)據(jù)。以修改車次號為例，車載主機向DMI發(fā)送消息MMI_CURRENT_DRIVER_DATA，DMI收到消息MMI_CURRENT_DRIVER_DATA時，自動彈出“車次號窗口”，提示司機在該窗口內輸入新的車次號。司機在DMI“車次號窗口”輸入新的車次號，按壓“確定”鍵，觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送消息MMI_NEW_DRIVER_DATA。車載主機收到消息MMI_NEW_DRIVER_DATA后，存儲和使用新的車次號。修改車次號流程如圖3所示。

圖3 修改車次號流程圖

3）確認文本

在列車運行過程中，車載主機會向DMI發(fā)送文本消息。有些文本消息只是顯示，有些文本消息則需要司機確認，有些文本消息則需要司機確認或取消。例如，當車載主機向DMI發(fā)送消息MMI_ DRIVER_MESSAGE，該消息攜帶預定義的文本消息“執(zhí)行制動測試”且操作屬性為“確認或取消”。DMI收到該文本消息時，自動彈出包含“確定”鍵和“取消”鍵的按鍵菜單。如果司機按壓“確定”鍵，將觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送包含確認命令的消息MMI_DRIVER_MESSAGE_ACK。如果司機按壓“取消”鍵，將觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送包含取消命令的消息MMI_DRIVER_MESSAGE_ACK，制動測試確認文本消息流程如圖4所示。

圖4 制動測試確認文本消息流程圖

4）選擇操作

車載設備會根據(jù)當前的運行狀態(tài)提供若干可選項讓司機進行選擇，包括等級選擇、上下行載頻選擇等。下面以等級選擇為例介紹，車載設備主機根據(jù)當前支持的運行等級信息向DMI發(fā)送消息MMI_SELECT_LEVEL（攜帶有可用等級列表），DMI收到消息MMI_SELECT_LEVEL后，自動彈出包含所有可用等級的“等級選擇窗口”，司機在DMI“等級選擇窗口”中選擇新的等級，操作DMI按鍵，觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送消息MMI_NEW_LEVEL。車載主機收到消息MMI_NEW_LEVEL后，使用新的等級控制列車運行。選擇等級流程如圖5所示。

圖5 選擇等級流程圖

4 模擬司機操作DMI的方法

4.1 第一類DMI操作模擬

第一類DMI操作不涉及與車載設備主機的交互，模擬比較簡單。列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的車載主機模擬工具解析DMI日志記錄文件，將司機修改后的代表DMI聲音和亮度等的日志記錄值發(fā)給DMI，DMI直接將新的聲音值、亮度值等作為輸入，調用DMI本身的修改功能完成對聲音、亮度等的調節(jié)。為了更形象的對運營過程進行復現(xiàn)，DMI可增加專門用于復現(xiàn)的“調節(jié)聲音”、“調節(jié)亮度”的對應語音來進行提示。

4.2 第二類DMI操作模擬

由第3章的第二類司機操作分析可知，司機對DMI的操作可以細分為發(fā)送司機請求、輸入數(shù)據(jù)、確認文本、選擇操作4種，不同的司機操作觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送不同的消息。因此，車載主機模擬工具在處理DMI日志記錄時，發(fā)現(xiàn)DMI發(fā)送給車載主機的消息時，識別觸發(fā)該消息的司機操作類別和操作內容，將操作類別和操作內容轉換成具體的DMI按鍵操作序列，并將按鍵操作序列發(fā)送給DMI，DMI自動執(zhí)行按壓按鍵的動作，以達到模擬司機操作DMI的過程。從識別出DMI發(fā)送給車載主機的消息到命令DMI自動按壓按鍵的一般過程，如圖6所示。

下面仍以第3章中的CTCS3-300T車載設備司機操作為例，介紹列車車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)如何對司機的DMI操作進行模擬。

1）模擬發(fā)送司機請求

車載主機模擬工具在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“司機請求”時，識別出司機操作DMI按鍵向車載主機發(fā)送了一種司機請求。車載主機模擬工具對消息“司機請求”進行解析，識別出司機請求的具體內容，結合DMI菜單結構和按鍵布局對應出具體的按鍵操作。例如，當發(fā)送的司機請求為“啟動”時，對應的按鍵操作為“啟動”鍵；當發(fā)送的司機請求為“修改車次號”時，對應的按鍵操作為“數(shù)據(jù)”鍵和“車次號”鍵［2］。

2）模擬輸入數(shù)據(jù)

車載主機模擬工具在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“修改列車數(shù)據(jù)”時，即可識別出司機在DMI“列車數(shù)據(jù)輸入窗口”修改了列車數(shù)據(jù)并按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送該消息；在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“確認的列車數(shù)據(jù)”時，識別出司機在DMI“列車數(shù)據(jù)確認窗口”按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息；在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“修改車次號”時，識別出司機在DMI“車次號窗口”修改了車次號并按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息；在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“修改RBC數(shù)據(jù)”時，識別出司機在DMI“RBC數(shù)據(jù)窗口”修改了RBC數(shù)據(jù)并按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息。

以消息“修改車次號”為例，說明如何將數(shù)據(jù)輸入的司機操作對應成鍵值命令。車載主機模擬工具在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“修改車次號”時，將該消息攜帶的車次號數(shù)據(jù)與消息“當前車次號”攜帶的車次號進行比較，如果兩條消息攜帶的車次號相同，說明司機沒有修改車次號，只是在“車次號窗口”按壓“確定”鍵，觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息；如果兩條消息攜帶的車次號不同，說明司機在DMI“車次號窗口”刪除了舊的車次號并輸入新的車次號，并按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息，這種情況下對應的鍵值序列包含刪除舊的車次號對應的按鍵、輸入新的車次號對應的按鍵和DMI“車次號窗口”的“確定”鍵。

3）模擬確認文本

車載主機模擬工具在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“確認文本”時，根據(jù)消息編號查詢對應消息的屬性。如果消息屬性為“需要確認”，則可以識別出司機在只包含“確定”鍵的按鍵菜單里按壓“確定”鍵觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息。如果消息屬性為“需要確認或取消”，當消息“確認文本”攜帶的是確認命令時，則可以識別出司機在包含“確定”鍵和“取消”鍵的按鍵菜單里按壓了“確定”鍵，觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息；當消息“確認文本”攜帶的是取消命令時，則可以識別出司機在包含“確定”鍵和“取消”鍵的按鍵菜單里按壓“取消”鍵，觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息。

4）模擬選擇操作

車載主機模擬工具在DMI日志記錄中發(fā)現(xiàn)消息“選擇等級”、“選擇載頻”時，對該消息進行解析，根據(jù)解析的具體值來確定司機的按鍵。例如以對消息“選擇等級”解析為例，對該消息解析后得到司機選擇的等級。如果選擇是CTCS-3級，說明司機在“等級選擇窗口”按壓了“CTCS-3”鍵，并在“等級確認窗口”按壓了“確定”鍵，觸發(fā)DMI發(fā)送該消息；如果選擇CTCS-2級，說明司機在“等級選擇窗口”按壓了“CTCS-2”鍵，并在 “等級確認窗口”按壓了“確定”鍵，觸發(fā)DMI發(fā)送了該消息。

5 結束語

本文介紹了一種基于DMI日志記錄的列控車載設備運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以復現(xiàn)指定的DMI運營過程。通過回放DMI運營過程，可以快速準確分析列控車載設備的運行狀態(tài)和司機操作，有助于規(guī)范司機操作和對車載主機是否存在異常進行分析，從而有利于提高列控車載設備整體的可用性。

［1］鐵總運［2014］30號 CTCS-2/3級列控車載設備人機界面（DMI）顯示暫行規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［2］北京全路通信信號研究設計院有限公司.CTCS3-300T列控車載設備DMI司機操作手冊［Z］.2013.

The driver monitors and adjusts the train running status through observing and operating DMI equipment when ATP is used for controlling the train speed. So train operation will be affected due to ATP failure or the driver's wrong action. In order to analyze the train operation， it needs a system to repeat ATP operating process. This paper fi rstly introduces the system frame and basic principles of a DMI-based ATP operation reappearance system， and then it introduces the key technology of converting the messages from DMI to on-board equipment into the correct driver operation. Finally it classifi es driver operation and gives the methods of simulating the driver operation.

ATP； Driver Machine Interface （DMI）； train operation reappearance

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.004

2015-02-25）

鐵路總公司重點項目（2013X001-C）；北京市科學技術委員會項目（Z131100002413007）