DMI运营过程复现系统的设计与实现

张友兵 张国振 马 麟 牛道恒

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

DMI运营过程复现系统的设计与实现

张友兵 张国振 马 麟 牛道恒

（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

在CTCS-2级和CTCS-3级列控车载设备中，司机通过观察和操作人机界面DMI（Driver-Machine Interface）单元监控和调整列车运行状态，但是司机的错误操作、DMI设备故障等均可能导致列控车载设备故障，造成运营晚点。为了对司机的操作和车载设备故障进行复现，需要开发一种可以复现列控车载设备DMI运营过程的系统。首先介绍列控车载设备DMI运营过程复现系统的系统框架和基本原理；其次介绍在DMI运营过程复现系统中DMI日志记录的使用方法；最后介绍车载主机模拟工具的一些关键技术。

列控车载设备；人机界面；运营复现

在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、模式等重要信息，DMI以图形、文字等形式实时显示列车的各种运行状态信息；另外，司机操作DMI界面按键时，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，如果司机错误操作了DMI设备，或者由于DMI设备软件缺陷导致不能正常运行，均会影响列控车载设备的正常运行，降低铁路运输效率。为了对司机的操作和车载设备故障进行复现，需要开发一种可以利用DMI日志记录复现DMI运营过程的系统。

1 DMI运营过程复现系统的构成

DMI运营过程复现系统的构成如图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。

图1 DMI运营过程复现系统的系统构成

1）DMI日志记录文件：真实DMI设备运行过程中的日志记录数据，包含DMI设备与车载主机通信过程中交互的所有消息。

2）车载主机模拟工具：在系统中模拟车载主机，以DMI日志记录文件为脚本驱动DMI设备工作。

3）DMI设备：为真实的DMI设备或者具有DMI软件逻辑的PC机软件。

2 DMI运营过程复现系统的基本原理

DMI运营过程复现系统的基本原理：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，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。

3 DMI日志记录文件的使用方法

3.1 DMI日志记录构成

DMI设备在运行过程中，从车载主机收到一条消息或者向车载主机发送一条消息， 就在DMI日志记录文件中记录该条消息。每条日志记录包含时间戳、系统时间、消息方向和消息内容4个组成部分。

1）时间戳：以100 ms为单位，DMI上电启动时，时间戳初始值为0，此后随着时间向上累加。

2）系统时间：包括年、月、日、时、分、秒和毫秒，为消息产生时的DMI设备时间。

3）消息方向：记录本条消息是由车载主机发送给DMI，还是由DMI发送给车载主机。

4）消息内容：本条消息的具体内容。

3.2 车载主机发送给DMI的消息

车载主机模拟工具扮演着车载主机的角色，从DMI日志记录文件中识别出车载主机发送给DMI的消息，对消息进行解析、组包并发送给DMI，驱动DMI工作。

3.3 DMI发送给车载主机的消息

对于DMI发送给车载主机的消息，许多消息是由于司机操作DMI界面上的按键而触发的，所以车载主机模拟工具发现当前需要处理的消息是DMI发送给车载主机的，需要进一步识别该消息是否是由于操作DMI按键而触发的。如果是由于司机操作DMI按键而触发该消息，则需要将该消息对应成正确的DMI按键操作，并将这些按键命令依次发送给DMI，DMI根据收到的按键命令自动触发按键的按压操作，以模拟司机操作DMI按键的过程。如果DMI消息的发送不是由于司机操作DMI按键而触发的，车载主机模拟工具将忽略该消息。

4 车载主机模拟工具的关键技术

4.1 根据运营分割DMI日志记录

一个DMI日志记录文件可能包含多次DMI运营数据，对于同一次运营，DMI日志记录的时间戳是由小到大向上增长的，前后两次运营的DMI日志记录的时间戳存在由大到小的跳变，车载主机模拟工具根据这个特征将一个DMI日志记录文件分割成若干次运营数据，支持选择和复现指定的运营数据。4.2 处理DMI日志记录的时间机制

为了尽可能真实地复现车载主机与DMI的通信过程，车载主机模拟工具根据前后两条DMI日志记录系统时间的时间间隔计算处理后一条DMI日志记录的时机。当处理完前一条DMI日志记录时，就从零开始累加时间，并将累加时间与前后两条DMI日志记录系统时间的时间间隔做比较，当累加时间大于等于时间间隔时，开始处理后一条DMI日志记录，以保证车载主机模拟工具尽可能真实地模拟车载主机向DMI发送消息的时机，也保证车载主机模拟工具把握正确的时机向DMI发送按键命令，驱动DMI自动触发按键操作，如实地还原出司机操作DMI按键的过程。

4.3 模拟司机操作DMI按键

在DMI运行过程中，司机操作DMI按键，触发DMI向车载主机发送特定的消息。在车载主机模拟工具使用DMI日志记录文件复现DMI运营过程时，当读取到这些特定的消息时，则根据DMI发送消息的内在逻辑将特定消息转换成对应的DMI按键命令并发送给DMI，命令DMI自动触发按压按键的操作，以模拟司机操作DMI按键的过程。

图2为输入列车数据流程，详细说明如下。

1) 车载主机向DMI发送消息MMI_CURRENT_ TRAIN_DATA，该消息携带有车载主机存储的列车数据。

图2 输入列车数据流程

2) DMI收到消息MMI_CURRENT_TRAIN_ DATA，自动弹出“列车数据输入界面”，显示列车数据，提示司机修改列车数据。

3) 司机在“列车数据输入界面”输入新的列车数据，按压确定键（F6键）触发DMI发送消息MMI_NEW_TRAIN_DATA，向车载主机报告新的列车数据。

4) 车载主机收到消息MMI_NEW_TRAIN_ DATA，对新的列车数据进行检验，并发送消息MMI_ECHOED_TRAIN_DATA，请求司机确认之前输入的列车数据。

5) DMI收到消息MMI_ECHOED_TRAIN_ DATA，自动弹出“列车数据确认界面”，提示司机确认之前输入的列车数据。

6) 司机在“列车数据确认界面”按压确定键（F6键），确认之前输入的列车数据，触发DMI发送消息MMI_CONFIRMED_TRAIN_DATA。

7) 车载主机收到消息MMI_CONFIRMED_ TRAIN_DATA，存储新的列车数据，列车数据输入流程结束。

因此，复现DMI运营过程中，车载设备模拟工具在日志记录文件中读取到消息MMI_NEW_ TRAIN_DATA时，识别出是司机在“列车数据输入界面”按压了确定键（F6键），则向DMI发送F6键按压命令，DMI将自动按压F6键，模拟司机按压F6键输入列车数据的过程；DMI复现工具在日志记录文件中读取到消息MMI_CONFIRMED_ TRAIN_DATA时，识别出司机在“列车数据确认界面”按压了确定键（F6键），则向DMI发送F6键按压命令，DMI将自动按压F6键，模拟司机按压F6键确认列车数据的过程。

4.4 加快或放慢复现DMI运营过程的速度

从4.2节中可知，车载设备模拟工具从处理完前一条DMI日志记录开始累加时间，此后将累加时间与前后两条DMI日志记录系统时间的时间间隔做比较，以判断是否到达处理后一条DMI日志记录的时间。如果将前后两条DMI日志记录系统时间的时间间隔扩大一倍，再与累加时间做比较，相当于将复现DMI运营过程的速度放慢了一倍；如果将时间间隔缩小一倍，再与累加时间做比较，相当于将复现DMI运营过程的速度加快了一倍。加快DMI运营过程的复现速度，可以忽略不重要的运营过程，提高效率；放慢DMI运营过程的复现速度，便于更仔细地观察重要的运营过程。

4.5 从指定时间复现DMI运营过程

复现DMI运营过程时，需要加载DMI日志记录文件，选择某一次运营数据。每一次运营数据包含起始时间和结束时间，如果一次运营跨越的时间范围很大，但是又不需要复现完整的运营过程时，则可以指定复现的起始时间，车载设备模拟工具将忽略指定时间之前的所有DMI日志记录，直接跳到指定时间之后的DMI日志记录并开始处理，如此可以提高效率，便于分析指定时间点的DMI运营过程。

5 结束语

本文介绍了一种基于DMI日志记录的DMI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，方便分析列控车载设备的运行状态和司机操作，有助于减少DMI设备故障，规范司机操作，同时也有助于站在DMI角度协助分析车载主机是否存在异常，从而有利于提高列车控制系统整体的可用性。

[1]中国铁路总公司.CTCS-2/CTCS-3级列控车载设备人机界面（DMI）显示暂行规范[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）

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