DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張友兵 張國振 馬 麟 牛道恒

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張友兵 張國振 馬 麟 牛道恒

（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

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

列控車載設備；人機界面；運營復現(xiàn)

在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、模式等重要信息，DMI以圖形、文字等形式實時顯示列車的各種運行狀態(tài)信息；另外，司機操作DMI界面按鍵時，DMI將把按鍵信息及時傳遞給車載主機，達到調(diào)整列車運行狀態(tài)的目的[1]。

在列車運行過程中，如果司機錯誤操作了DMI設備，或者由于DMI設備軟件缺陷導致不能正常運行，均會影響列控車載設備的正常運行，降低鐵路運輸效率。為了對司機的操作和車載設備故障進行復現(xiàn)，需要開發(fā)一種可以利用DMI日志記錄復現(xiàn)DMI運營過程的系統(tǒng)。

1 DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)成

DMI運營過程復現(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、車載主機模擬工具和DMI設備。

圖1 DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

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

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

3）DMI設備：為真實的DMI設備或者具有DMI軟件邏輯的PC機軟件。

2 DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的基本原理

DMI運營過程復現(xiàn)系統(tǒng)的基本原理：以真實DMI設備產(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(qū)動DMI正常工作。提取日志記錄文件中DMI發(fā)送給車載主機的消息，將消息轉(zhuǎn)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。

3 DMI日志記錄文件的使用方法

3.1 DMI日志記錄構(gòu)成

DMI設備在運行過程中，從車載主機收到一條消息或者向車載主機發(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間戳、系統(tǒng)時間、消息方向和消息內(nèi)容4個組成部分。

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

2）系統(tǒng)時間：包括年、月、日、時、分、秒和毫秒，為消息產(chǎn)生時的DMI設備時間。

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

4）消息內(nèi)容：本條消息的具體內(nèi)容。

3.2 車載主機發(fā)送給DMI的消息

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

3.3 DMI發(fā)送給車載主機的消息

對于DMI發(fā)送給車載主機的消息，許多消息是由于司機操作DMI界面上的按鍵而觸發(fā)的，所以車載主機模擬工具發(fā)現(xiàn)當前需要處理的消息是DMI發(fā)送給車載主機的，需要進一步識別該消息是否是由于操作DMI按鍵而觸發(fā)的。如果是由于司機操作DMI按鍵而觸發(fā)該消息，則需要將該消息對應成正確的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，以模擬司機操作DMI按鍵的過程。如果DMI消息的發(fā)送不是由于司機操作DMI按鍵而觸發(fā)的，車載主機模擬工具將忽略該消息。

4 車載主機模擬工具的關鍵技術(shù)

4.1 根據(jù)運營分割DMI日志記錄

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

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

4.3 模擬司機操作DMI按鍵

在DMI運行過程中，司機操作DMI按鍵，觸發(fā)DMI向車載主機發(fā)送特定的消息。在車載主機模擬工具使用DMI日志記錄文件復現(xiàn)DMI運營過程時，當讀取到這些特定的消息時，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，以模擬司機操作DMI按鍵的過程。

圖2為輸入列車數(shù)據(jù)流程，詳細說明如下。

1) 車載主機向DMI發(fā)送消息MMI_CURRENT_ TRAIN_DATA，該消息攜帶有車載主機存儲的列車數(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)，提示司機修改列車數(shù)據(jù)。

3) 司機在“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，向車載主機報告新的列車數(shù)據(jù)。

4) 車載主機收到消息MMI_NEW_TRAIN_ DATA，對新的列車數(shù)據(jù)進行檢驗，并發(fā)送消息MMI_ECHOED_TRAIN_DATA，請求司機確認之前輸入的列車數(shù)據(jù)。

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

6) 司機在“列車數(shù)據(jù)確認界面”按壓確定鍵（F6鍵），確認之前輸入的列車數(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，復現(xiàn)DMI運營過程中，車載設備模擬工具在日志記錄文件中讀取到消息MMI_NEW_ TRAIN_DATA時，識別出是司機在“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，模擬司機按壓F6鍵輸入列車數(shù)據(jù)的過程；DMI復現(xiàn)工具在日志記錄文件中讀取到消息MMI_CONFIRMED_ TRAIN_DATA時，識別出司機在“列車數(shù)據(jù)確認界面”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，模擬司機按壓F6鍵確認列車數(shù)據(jù)的過程。

4.4 加快或放慢復現(xiàn)DMI運營過程的速度

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

4.5 從指定時間復現(xiàn)DMI運營過程

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

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，方便分析列控車載設備的運行狀態(tài)和司機操作，有助于減少DMI設備故障，規(guī)范司機操作，同時也有助于站在DMI角度協(xié)助分析車載主機是否存在異常，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級列控車載設備人機界面（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）

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