城市軌道交通綜合監控系統集成人機界面的實現與分析

陳寶軍++湯旻安

摘 要：城市軌道交通綜合監控系統是一個高度集成的綜合自動化監控系統，主要是利用統一的監控層硬件平臺和軟件平臺實現對各監控對象集中監控和管理，系統主要集成電力監控系統（PSCADA）、火災報警系統（FAS）、機電設備監控系統（BAS）、門禁系統（ACS）等子系統。人機界面（HMI）是運營維護人員與綜合監控系統交流的窗口，文章就人機界面（HMI）的合理布局、菜單項設計、按鈕操作等方面進行了探討與分析。

關鍵詞：綜合監控；人機界面；城市軌道交通；監控系統

1 綜合監控系統工作原理介紹

主要城市軌道交通綜合監控系統集成和網絡通信、信號、供電、機電設備系統，建立統一的操作平臺和集中監控系統，實現了統一的基本數據管理系統和系統之間的數據共享，從而實現信息的交換；在地鐵集中監控管理功能的主要電氣設備，實施鐵路客運統計監測，最終實現相關系統之間的信息共享和協調。通過統一的用戶界面綜合監控系統，操作管理人員可以更方便、更有效的監控和管理整個生產線，實現高效率的地鐵或輕軌運營。

城市軌道交通綜合監控系統采用兩級管理，三級結構系統的控制。兩個層次的管理是中央和站級，三級控制是中央級，站級和現場級。基于整體結構，綜合監控系統采用分層分布式控制結構，由三層組成：中央級監控網絡層、站級監控網絡層和底層設備級分散控制網絡層。中央級和站級通過通信骨干網連接。電站綜合深度監測系統綜合監測系統（PSCADA）、設備監控系統（BAS）和訪問控制系統，網絡收音機界面集成（PA）、閉路電視（CCTV）、抑郁（PSD）、乘客信息（PIS），亞足聯（AFC）、火災報警（FAS），時鐘（CLK）分散體系。車站級綜合監控將集成與互聯系統的現場級信息采集到車站級ISCS，再通過通信主干網將車站級數據信息上傳到中央級控制中心綜合監控系統。

狀態和性能數據的收集和處理監測對象集中在線監控系統車站級上，調度員工作站等各種終端，大屏幕顯示的派遣員工，圖形，圖像，表格和文字形式為調度運行人員監視和控制的工作人員和為。并根據命令自動分配的傳輸模式或系統中的某一邏輯監控各現場控制，控制和其他控制點，或由調度控制命令，從而完成集中監控、乘客信息所有的設備和環境。本文主要是在綜合監控系統網絡結構的基礎上，對人機界面（HMI）平臺上的按鈕、菜單布局、報警等進行設計與分析。

2 人機界面（HMI）研發設計

2.1 軟件界面介紹

城市軌道交通綜合監控系統應能向運營維護人員提供一種簡潔、直觀的交互式的圖形化界面工具，通過該工具可以向操作員直觀地顯示設備狀態信息、運行信息、故障信息、報警信息、統計報表信息等，同時，操作員可通過該人機界面工具，在操作員工作站上對遠程的設備進行監視、設置、控制等等。

本次人機界面的開發是以綜合監控系統系統軟件平臺為依托，基于CORBA通信中間件，該中間件采用了軟件業流行的分布式對象結構，使各個軟件模塊“即插即用”。

人機界面（HMI）圖形軟件包是為實時系統設計的，運用簡單而強大的圖形格式編輯器，使得畫面開發快速完成。可以根據不同用戶的喜好和要求，創建圖形化的交互畫面，而且，所創建畫面中的對象可以根據所接收到的實時數據動態地變化。

通常而言，用戶界面代碼都嵌入在應用程序的代碼中，如果開發人員需要調整用戶界面，就必須對所有的應用程序代碼進行重新編譯。而本次開發的人機界面將用戶界面代碼部分與應用程序代碼部分完全地分離，從而使得用戶界面和應用程序的開發可以同時進行，進而縮短了系統的開發進程。

系統所支持的特性主要包括：

強大的網絡能力和跨平臺性。該特性使得用戶可以輕松地集成分布在網絡上的、多個不同操作系統上的應用，其支持的操作系統有Linux、Unix、Windows XP/2000/NT等；

圖層的可選擇性。該特性使得圖形組件能分置在不同的圖層上，其中，每個圖層能夠根據操作員命令、縮放程度以及數據庫的改變而隱藏或顯示。這種方式也使得操作員在使用或操作圖形界面時，可以盡可能少地點擊用戶界面；

圖符庫的自定義性。允許用兼容且經檢驗的圖形對象來進行圖元的開發；

畫面縮放、漫游、逐層消隱和多窗口等功能特性；

系統工具包是由多個組件組成的，主要的組件有圖形編輯器、運行環境、應用編程接口（API）等。

2.2 圖形界面建模

模型是一種對事物進行理解的抽象概念，是對事物的理解，是對真實系統的簡化。建模是適當的過濾的真正的系統，開發人員使用適當的表達規則來描述一個簡單的模型。通過該模型，人們可以了解學習的本質，人們很容易分析和處理它。UML（統一建模語言）是一種通用的建模語言，它得到了廣泛的支持，在學術界和工業界，并成為標準建模語言。

為了提高軟件開發人員在實踐中的軟件維護和可重用性的穩定性，逐步創建了一種新的軟件建模方法（建模技術，面向對象建模方法，面向對象方法）。OMT是一種面向對象的軟件開發和設計方法。該方法用于模擬實際應用。該模型用于構建獨立于編程語言的設計。面向對象的建模技術的分析和設計，以及一套面向對象的圖形符號概念，編程語言無關，統一軟件開發人員在軟件開發過程中的分析，設計和實現。這樣，軟件開發人員不需要使用其他方法，需要在每個階段的階段將開發階段的符號轉換為另一個符號。OTM三個模型描述一個系統，三個模型：對象模型，動態模型和功能模型。這三個模型分別從不同的，但與模擬系統密切相關，分別從不同方面對系統內容進行了全面反映目標系統的要求。對于任何復雜的系統，這三個模型是必要的。無論如何，對象模型是最重要的，最基本的，核心。

2.3 圖形界面設計

圖形界面用于設置圖片、圖表、變量、腳本、數據源對象的各種參數設置下的目標用戶和系統級的參數，包括添加、刪除、修改、插入等操作基本的圖形編輯部分，包括移動、縮放、旋轉和圖形的組合。在類中的窗口、圖元、數據源和用戶對象作為記錄類型，并根據指定的格式對內存中的配置文件有一些消息。圖形界面設計是通過每個子系統的圖形顯示屏幕來顯示各子系統的控制畫面。這幅畫主要是由三個簡單的物體組成的：線（直線，曲線，直線，圓弧，封閉圖形圓、橢圓、多邊形、扇形、矩形）和文本。每個基本圖形都充滿了顏色、高度、寬度和位置的線條和數據包的傳輸特性，封閉的圖形自己。這些屬性分為靜態和動態屬性是基于價值的表達變化和實時變化是根據狀態配置畫工業場人臉動畫圖像。

此外，人機界面還應當報告通知和響應功能，配置報告打印，歷史數據查詢，趨勢顯示等功能。報警報告和趨勢顯示，變量是動畫對象，其數據源由配置指定。這樣，每個子系統的圖片可以根據現場情況靈活配置。為了擴展HMI配置功能，還提供了各種腳本語言來實現靈活配置，腳本語言可以通過事件驅動方法進行編程，對象密切相關。例如，當您按下按鈕時，可以執行特定的程序來執行特定的控制任務。

控制模塊是基于邏輯控制單元，它是監控軟件的重要組成部分，雖然腳本語言程序可以完成控制功能，但它不是很直觀，編程語言自動化學工程師使用梯子或其他標準的習慣，非常方便，可以實現現場參考軟件組件的配置和組態軟件的監控功能，目前提供策略編輯器/基于IEC的標準生成組件，它是面向對象的，不僅造成的，可循環的執行順序是在PLC階梯一樣。控制功能模塊在現場總線控制系統中有著輝煌的未來，可以大大降低成本。

（1）圖元數據

數據集成監控系統的城市軌道交通量主要包括四種類型：遠程控制體積（DO）、遙調量（AO），遙測（AI），遠程信號（DI），使用四個數據，可以反映設備子系統的狀態，報警，溫度，濕度，流量，壓力等信息。遠程控制和遠程控制現場設備，有必要設計一些防止誤用的保護措施。這些保護措施包括：控制鎖設計條件，設置保持時間控制，確定控制失效時間。

為了便于操作和維修人員查看、記錄和子系統的綜合監控系統集成之間的差異，對報警子系統生成一組不同數據量的四，數據報警信息屬于特定組的報警量。根據不同的子系統定義不同的報警組，如“環境和設備監控系統”，“平臺門報警組”，“火災報警系統”，“中國中央電視臺”等。同時，還可以增加重要設備的數量，如“事故風扇報警組”，“冷卻器報警組”等，以方便報警過濾器查找。通過使用預警系統，我們可以建立整個報警和保護系統。

（2）圖形畫面

圖形屏幕是人機界面的基礎和核心，每個子系統的運行狀態可以直接通過圖形界面進行監控。要建立功能的屏幕，操作和維護人員通過圖形圖像可以非常直觀的操作，在固定區域的界面上顯示軌道交通控制和標志圖標。

在圖形圖像中，建立了人機界面導航結構，使得操作者可以容易地瀏覽集成和互連子系統的圖像。導航結構可以使用反向樹結構，如導航樹所示，以兩個步驟訪問監視器屏幕。第一步，選擇需要查看的子系統，如“火災報警”；第二步，選擇子系統屏幕的具體功能，如“車站層”等。

在屏幕上的圖形中，您應該創建“首選項”，“趨勢”和“報告”和“報警”事件。瀏覽“瀏覽”和“密碼”，如圖片條目，可以使用下拉菜單或按鈕。在圖形設計完成后，還需要人機界面（如報警屏幕，事件屏幕，趨勢曲線和報告）的特殊功能和子系統（大屏幕系統，小系統，如環境監控系統）。人機界面系統是用C++和Qt界面庫開發的，它可以運行在Unix，Linux和Windows操作系統。眾所周知，Unix平臺的高效和穩定，這對計算機病毒的影響小，安全系數高，成本高，使用方便，成本低，安全性低，但是PC使用方便。

使用Qt創建用戶界面包含了基本的用戶界面元素可以分為動態和靜態顯示對象。動態顯示對象包含了輸入輸出域（部分）域（writekey）、數據表（dobjs），數據質量，數據表和圖形表達域，從動畫、靜態顯示對象和用戶終端交互中完成對報警和事件數據傳輸和處理命令的處理。如框、行、文本、位圖等都是靜態的顯示對象，創建這些對象時，這些對象不影響用戶的輸入、命令和事件，只是固定在一個位置上，顯示圖形。這些靜態對象只能被一個特定的事件激活，并可以顯示動畫效果，如：圖形顏色的變化和閃爍，圖形的變化和位移的外觀等。

3 結束語

本文對綜合監控系統人機界面的設計進行了分析，從綜合監控系統的運行原理，人機界面的畫面顯示、人機界面的軟件模型建立、圖元、圖形畫面等多個方面對人機界面軟件設計進行了分析。運營維護人員通過綜合監控人機界面可以對集成和互聯的各個系統進行監視和控制，進一步的提高了軌道交通的自動化運行水平，為乘客提供一個更加舒適的乘車環境。

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