基于DMI的列控车载设备运用过程复现系统关键技术研究

张国振张友兵于晓娜

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073；

2.北京市高速铁路轨道交通运行控制系统工程技术研究中心，北京 100073）

基于DMI的列控车载设备运用过程复现系统关键技术研究

张国振1，2张友兵1，2于晓娜1，2

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073；

2.北京市高速铁路轨道交通运行控制系统工程技术研究中心，北京 100073）

在列控车载设备运用过程中，通过人机界面（DMI）单元以便于理解的方式引导司机完成控制操作，进行列车速度监控。在实际的运营过程中，由于列控车载设备故障、司机操作等原因可能对运营造成影响，为了对运营过程进行分析，需要一种可以复现列控车载设备运用过程的系统。首先介绍基于DMI的列控车载设备运用过程复现系统框架和基本原理；其次介绍将DMI发送给列控车载设备主机的消息还原成正确的司机操作的关键技术，最后对司机操作进行分类，并给出模拟各类司机操作的方法。

列控车载设备；人机界面；运营复现

在列控车载设备（如CTCS-2级和CTCS-3级列控车载设备）中，车载主机向DMI实时传递列车的位置、速度、等级、模式等信息，DMI以图形、文字、语音等形式显示列车的各种运行状态信息。此外，司机操作DMI设备的按键时，DMI将把按键信息及时传递给车载主机，达到调整列车运行状态的目的［1］。

在列车运行过程中，如果司机错误操作DMI设备，或者DMI设备软件缺陷、车载软件缺陷、地面故障等均会影响列车的正常运行，降低铁路运输效率。为了对列控车载设备控车过程进行复现以分析司机操作、车载设备故障等，需要开发一种可以利用DMI日志记录复现列控车载设备运营过程的系统。通过下载该DMI设备的日志记录文件，并使用列控车载设备运营过程复现系统进行复现，便于快速发现解决问题。

1 列控车载设备运营过程复现系统简介

列控车载设备运营过程复现系统以真实DMI设备产生的日志记录文件为脚本，以DMI日志记录文件中前后两条日志记录的系统时间间隔作为处理消息的时间间隔。提取日志记录文件中车载设备发送给DMI的消息并发送给DMI，驱动DMI正常工作。提取日志记录文件中DMI发送给车载主机的消息，根据消息内容、DMI按键布局、DMI按键菜单结构和DMI软件逻辑将消息转换成对应的DMI按键操作命令，重新发送给DMI。DMI接收到按键命令时，自动触发按压按键的操作，模拟司机操作DMI按键的过程。

图1 列控车载设备运营过程复现系统原理图

列控车载设备运营过程复现系统的原理如图1所示，该系统包括DMI日志记录文件、车载主机模拟工具和DMI设备。DMI日志记录文件为DMI设备运行过程中的日志记录数据，包含DMI设备与车载主机交互的所有消息。车载主机模拟工具在系统中模拟车载主机的功能，以DMI日志记录文件为脚本与DMI交互数据，驱动DMI工作。DMI设备为真实的DMI设备或者具有DMI软件逻辑的PC机软件。

在列控车载设备运营过程复现系统中，车载主机模拟工具是关键组成部分，而如何将DMI日志记录文件中DMI发送给车载主机的消息还原成正确的司机操作，则是车载主机模拟工具的关键技术。

2 列控车载设备运营过程复现系统关键技术

列控车载设备运营过程复现系统以DMI日志记录为脚本复现DMI的运营过程。DMI日志记录中，包含车载主机发送给DMI的消息和DMI发送给车载主机的消息。车载主机模拟工具读取DMI日志记录文件后，将日志记录文件中车载主机发送给DMI的消息重新发送给DMI，激励DMI正常工作。但是车载主机向DMI发送的有些消息会触发DMI自动弹出窗口或文本消息，需要司机对窗口和文本消息及时做出正确的响应。否则，窗口和文本消息将一直显示在DMI界面上而不会自动消失，影响DMI的正常工作。列控车载设备运营过程复现系统是一个全自动的复现系统，复现过程中不需要人的介入，就可以使用DMI日志记录复现DMI的运营过程。所以，当车载主机模拟工具向DMI发送消息，触发DMI自动弹出窗口和文本消息时，如何自动且正确地模拟司机响应窗口和文本消息成为该系统的技术难点。

DMI自动弹出窗口和文本消息时，司机操作DMI按键做出正确响应，将触发DMI向车载主机发送特定的文本消息。将这些文本消息与司机对DMI进行的按键操作准确对应，再将按键操作发送给DMI，命令DMI自动操作这些按键，将可以实现模拟司机操作DMI的过程。所以需要对DMI操作进行分类，研究不同类别的DMI操作与触发的消息两者之间的对应关系。

3 司机的DMI操作分析

司机通过列控车载设备DMI的若干操作来控制列车运行，为了能够通过DMI日志记录复现运营过程，需要首先对司机的DMI操作进行分类。按照功能区分，司机的DMI操作主要分为两类。

1）对DMI显示进行调节的操作。此类操作不会影响列控车载设备的控车，比如修改DMI亮度、DMI声音等。

2）通过DMI操作列控车载设备来控车。此类操作会产生DMI与列控车载设备主机数据交互，比如向车载主机发送司机请求和列车数据，对车载主机的文本进行确认等。

3.1 第一类DMI操作分析

第一类操作主要是司机根据驾驶室的光线、噪音等具体情况，为了更好的控制列车而对DMI进行的操作。例如列车在日照强烈的地区运行时，将DMI的亮度调低；驾驶室中添乘人员较多时，将DMI的声音调大。该类操作实施过程中，DMI日志会记录司机操作的结果，并将调节后的亮度值、声音值记录到日志文件中。

3.2 第二类DMI操作分析

在日常运营过程中，司机对DMI的操作大部分属于第二类操作。这些操作会影响到列控车载设备的列车控制功能，主要分为发送司机请求、输入数据、确认文本和选择操作4种。这些操作均会在DMI日志文件中产生对应的日志记录，列控车载设备运营过程复现系统通过对这些日志记录的识别可复现出司机对DMI执行的操作。

下面以目前中国高速铁路广泛应用的CTCS-3级列控车载设备CTCS3-300T车载设备的处理为例，对这几种DMI操作进行介绍。

1）发送司机请求

在列车运行过程中，司机通过操作特定的DMI按键，触发DMI向车载主机发送消息MMI_ DRIVER_REQUEST（携带与DMI按键对应的司机请求），开启DMI与车载主机之间特定的交互流程。司机请求包括开始调车、退出调车、开始列车数据输入、退出列车数据输入、启动、修改司机号、修改车次号、开始制动测试、开始RBC数据输入、退出RBC数据输入等，发送司机请求流程如图2所示。

图2 发送司机请求流程图

2）输入数据

司机通过DMI修改列车数据、司机号、车次号和RBC数据。以修改车次号为例，车载主机向DMI发送消息MMI_CURRENT_DRIVER_DATA，DMI收到消息MMI_CURRENT_DRIVER_DATA时，自动弹出“车次号窗口”，提示司机在该窗口内输入新的车次号。司机在DMI“车次号窗口”输入新的车次号，按压“确定”键，触发DMI向车载主机发送消息MMI_NEW_DRIVER_DATA。车载主机收到消息MMI_NEW_DRIVER_DATA后，存储和使用新的车次号。修改车次号流程如图3所示。

图3 修改车次号流程图

3）确认文本

在列车运行过程中，车载主机会向DMI发送文本消息。有些文本消息只是显示，有些文本消息则需要司机确认，有些文本消息则需要司机确认或取消。例如，当车载主机向DMI发送消息MMI_ DRIVER_MESSAGE，该消息携带预定义的文本消息“执行制动测试”且操作属性为“确认或取消”。DMI收到该文本消息时，自动弹出包含“确定”键和“取消”键的按键菜单。如果司机按压“确定”键，将触发DMI向车载主机发送包含确认命令的消息MMI_DRIVER_MESSAGE_ACK。如果司机按压“取消”键，将触发DMI向车载主机发送包含取消命令的消息MMI_DRIVER_MESSAGE_ACK，制动测试确认文本消息流程如图4所示。

图4 制动测试确认文本消息流程图

4）选择操作

车载设备会根据当前的运行状态提供若干可选项让司机进行选择，包括等级选择、上下行载频选择等。下面以等级选择为例介绍，车载设备主机根据当前支持的运行等级信息向DMI发送消息MMI_SELECT_LEVEL（携带有可用等级列表），DMI收到消息MMI_SELECT_LEVEL后，自动弹出包含所有可用等级的“等级选择窗口”，司机在DMI“等级选择窗口”中选择新的等级，操作DMI按键，触发DMI向车载主机发送消息MMI_NEW_LEVEL。车载主机收到消息MMI_NEW_LEVEL后，使用新的等级控制列车运行。选择等级流程如图5所示。

图5 选择等级流程图

4 模拟司机操作DMI的方法

4.1 第一类DMI操作模拟

第一类DMI操作不涉及与车载设备主机的交互，模拟比较简单。列控车载设备运营过程复现系统的车载主机模拟工具解析DMI日志记录文件，将司机修改后的代表DMI声音和亮度等的日志记录值发给DMI，DMI直接将新的声音值、亮度值等作为输入，调用DMI本身的修改功能完成对声音、亮度等的调节。为了更形象的对运营过程进行复现，DMI可增加专门用于复现的“调节声音”、“调节亮度”的对应语音来进行提示。

4.2 第二类DMI操作模拟

由第3章的第二类司机操作分析可知，司机对DMI的操作可以细分为发送司机请求、输入数据、确认文本、选择操作4种，不同的司机操作触发DMI向车载主机发送不同的消息。因此，车载主机模拟工具在处理DMI日志记录时，发现DMI发送给车载主机的消息时，识别触发该消息的司机操作类别和操作内容，将操作类别和操作内容转换成具体的DMI按键操作序列，并将按键操作序列发送给DMI，DMI自动执行按压按键的动作，以达到模拟司机操作DMI的过程。从识别出DMI发送给车载主机的消息到命令DMI自动按压按键的一般过程，如图6所示。

下面仍以第3章中的CTCS3-300T车载设备司机操作为例，介绍列车车载设备运营过程复现系统如何对司机的DMI操作进行模拟。

1）模拟发送司机请求

车载主机模拟工具在DMI日志记录中发现消息“司机请求”时，识别出司机操作DMI按键向车载主机发送了一种司机请求。车载主机模拟工具对消息“司机请求”进行解析，识别出司机请求的具体内容，结合DMI菜单结构和按键布局对应出具体的按键操作。例如，当发送的司机请求为“启动”时，对应的按键操作为“启动”键；当发送的司机请求为“修改车次号”时，对应的按键操作为“数据”键和“车次号”键［2］。

2）模拟输入数据

车载主机模拟工具在DMI日志记录中发现消息“修改列车数据”时，即可识别出司机在DMI“列车数据输入窗口”修改了列车数据并按压“确定”键触发DMI发送该消息；在DMI日志记录中发现消息“确认的列车数据”时，识别出司机在DMI“列车数据确认窗口”按压“确定”键触发DMI发送了该消息；在DMI日志记录中发现消息“修改车次号”时，识别出司机在DMI“车次号窗口”修改了车次号并按压“确定”键触发DMI发送了该消息；在DMI日志记录中发现消息“修改RBC数据”时，识别出司机在DMI“RBC数据窗口”修改了RBC数据并按压“确定”键触发DMI发送了该消息。

以消息“修改车次号”为例，说明如何将数据输入的司机操作对应成键值命令。车载主机模拟工具在DMI日志记录中发现消息“修改车次号”时，将该消息携带的车次号数据与消息“当前车次号”携带的车次号进行比较，如果两条消息携带的车次号相同，说明司机没有修改车次号，只是在“车次号窗口”按压“确定”键，触发DMI发送了该消息；如果两条消息携带的车次号不同，说明司机在DMI“车次号窗口”删除了旧的车次号并输入新的车次号，并按压“确定”键触发DMI发送了该消息，这种情况下对应的键值序列包含删除旧的车次号对应的按键、输入新的车次号对应的按键和DMI“车次号窗口”的“确定”键。

3）模拟确认文本

车载主机模拟工具在DMI日志记录中发现消息“确认文本”时，根据消息编号查询对应消息的属性。如果消息属性为“需要确认”，则可以识别出司机在只包含“确定”键的按键菜单里按压“确定”键触发DMI发送了该消息。如果消息属性为“需要确认或取消”，当消息“确认文本”携带的是确认命令时，则可以识别出司机在包含“确定”键和“取消”键的按键菜单里按压了“确定”键，触发DMI发送了该消息；当消息“确认文本”携带的是取消命令时，则可以识别出司机在包含“确定”键和“取消”键的按键菜单里按压“取消”键，触发DMI发送了该消息。

4）模拟选择操作

车载主机模拟工具在DMI日志记录中发现消息“选择等级”、“选择载频”时，对该消息进行解析，根据解析的具体值来确定司机的按键。例如以对消息“选择等级”解析为例，对该消息解析后得到司机选择的等级。如果选择是CTCS-3级，说明司机在“等级选择窗口”按压了“CTCS-3”键，并在“等级确认窗口”按压了“确定”键，触发DMI发送该消息；如果选择CTCS-2级，说明司机在“等级选择窗口”按压了“CTCS-2”键，并在 “等级确认窗口”按压了“确定”键，触发DMI发送了该消息。

5 结束语

本文介绍了一种基于DMI日志记录的列控车载设备运营过程复现系统，利用该系统可以复现指定的DMI运营过程。通过回放DMI运营过程，可以快速准确分析列控车载设备的运行状态和司机操作，有助于规范司机操作和对车载主机是否存在异常进行分析，从而有利于提高列控车载设备整体的可用性。

［1］铁总运［2014］30号 CTCS-2/3级列控车载设备人机界面（DMI）显示暂行规范［S］.北京：中国铁道出版社，2014.

［2］北京全路通信信号研究设计院有限公司.CTCS3-300T列控车载设备DMI司机操作手册［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）

铁路总公司重点项目（2013X001-C）；北京市科学技术委员会项目（Z131100002413007）