列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统及控制方法与流程

1.本发明主要涉及列控系统技术领域，具体涉及一种列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统及控制方法。


背景技术：

2.列车运行控制系统(简称列控系统)是对列车运行实现自动监控的系统，是保障高速铁路运营安全、提高运营效率的核心技术装备，是高速铁路的中枢神经。列控系统的车载人机交互界面(dr iver mach ine i nterface，dmi)是司机与车载主机的接口设备。司机通过操作dmi上的按键向车载主机发送控制命令，调整列车的运行状态。车载主机将列车的实时状态信息，如列车运行速度，目标速度，目标距离等信息发送给dmi，dmi以数字，文本，图形，声音等方式将列车的实时状态信息显示在界面上，司机据此信息监控列车的运行状态。通过dmi，司机可以选择运行等级、选择运行模式、输入列车数据、查看或响应车载设备传来的文本信息、制动状态、启动列控车载设备、调节音量、调节亮度等。
3.目前列控系统中车载主机通常采用具有冗余架构的软硬件设计，具有很高的安全性和可靠性，而dmi通常采用单套设备，一旦该设备的任何部分，例如处理单元，显示屏幕，按键或声音输出等出现故障，都可能会导致司机因无法正常获取列车运行状态或无法及时控制列车，而迫使列车停车，如果设备故障无法及时恢复，将严重影响铁路系统的正常运营。因此从系统可用性，安全性的角度看，单套dmi设备的配置方式成为了整个系统的短板。
4.目前的解决方案总结有以下两点：
5.1、列控系统显示设备采用双套冷备的冗余方式，当司机或系统检测到一套设备出现故障时，启用另一套备用设备，这样的方式需要车载主机与显示设备重新建立通信，重新进行启机流程等操作，所需恢复时间较长，影响铁路正常运行。另外新增的设备会占用驾驶台空间，影响司机驾驶台的现有布局。
6.2、列控系统显示设备采用带有主辅显示功能的显示器，由于尺寸规格限制，主显示和辅显示的显示方式不完全一致，例如当使用辅显示时仅进行重要信息或部分信息的显示。另外，该种方案需另外进行软件硬件设计，实现成本较高。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可靠性高、成本低的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统及控制方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
9.一种列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，包括列车运行控制系统的信号屏和列车网络系统的网络屏，所述信号屏与网络屏之间通信连接，所述信号屏与网络屏均与列车运行控制系统的车载主机通信相连；在正常情况下，所述信号屏作为列车运行控制系统的主显示屏，响应司机的命令输入操作，所述网络屏作为列车运行控制系统的备用显示屏，不响应司机的命令输入操作；在所述信号屏故障时，所述网络屏转换为列车运行控
制系统的主显示屏，并响应司机的命令输入操作。
10.优选地，所述信号屏与网络屏之间通过以太网通信连接，所述信号屏与网络屏均通过以太网与列车运行控制系统的车载主机通信相连。
11.优选地，所述信号屏与网络屏之间通过冗余多通道连接。
12.优选地，还包括显示管理单元，以对网络屏进行显示管理。
13.优选地，所述信号屏与网络屏紧邻布置。
14.本发明还公开了一种基于如上所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统的控制方法，包括步骤：
15.系统启动后，默认信号屏为列车运行控制系统的主用屏，网络屏为备用屏；
16.信号屏与网络屏之间建立通信连接，两屏之间建立通信后，再分别与列车运行控制系统的车载主机建立通信连接；
17.待两屏均与车载主机通信建立后，则两屏的主用和备用状态由车载主机确定，车载主机的周期消息中带有当前主用屏的i d号，两屏收到车载主机周期消息后，判断当前主用i d和自身i d是否一致；若一致，则表明自身为主用屏，否则为备用屏；其中只有处于主用状态的主用屏才能接受司机的命令输入操作，备用屏屏蔽司机命令输入操作；
18.主用屏将收到的司机输入信息通过两屏之间的通信传递给备用屏以保证两屏的司机命令输入信息一致；
19.主用屏和备用屏根据各自的运行状态向车载主机发送司机的输入命令信息，但车载主机只使用主用屏发送的信息，备用屏发送的消息将被忽略；车载主机将列车实时的运行状态信息同时发送给主用屏和备用屏，主用屏和备用屏基于同样的列车运行状态信息显示同样的内容；
20.当车载主机判断主用屏出现故障时，自动将备用屏切换为主用屏。
21.优选地，主用屏和备用屏的界面上设置有区分主用状态、备用状态以及通信状态的标识。
22.优选地，所述信号屏和网络屏之间的通信设置有生命信号，用于检测通信连接状态；两屏之间的消息格式设置有发送序号和接收序号，并且发送机制上考虑周期重发，即每周期发送的消息为当前周期消息再加上一个上周期消息，以避免丢失消息；其中消息采用crc校验机制。
23.优选地，所述主用屏与备用屏之间自动切换的具体过程为：车载主机根据其与主用屏的通信状态，判断主用屏工作是否正常；当车载主机一定时间内没有接收到主用屏的生命信号，则认为主用屏故障；当车载主机检测到主用屏故障后，会自动进行主备用屏切换操作：即改变车载主机周期消息中的当前主用屏的i d号，备用屏识别出自己为主用屏后，切换为主用状态。
24.优选地，所述主用屏与备用屏之间手动切换的具体过程为：当主用屏和备用屏正常工作时，司机在备用屏上通过预定义操作进行主备用屏切换请求，车载主机收到主备用屏切换请求后，进行主备用屏切换操作：即改变车载主机周期消息中的当前主用屏的i d号，两个屏根据周期消息变换来更新自身的主用和备用状态。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明通过将现有的信号屏与网络屏进行冗余设计，在信号屏出现故障的情况
下，通过网络屏代替信号屏进行显示，避免信号屏出现故障而带来的列车运行安全隐患，可靠性高；其中信号屏与网络屏均为已有产品，无需增加新的硬件，成本低。本发明在实现上述信号屏与网络屏之间的冗余显示的同时，也具有热备切换功能，从整体上提高了列控系统的可用性和安全性。
附图说明
27.图1为本发明的显示系统在实施例的方框结构图。
28.图2为本发明的显示管理单元在具体应用时的实施例图。
具体实施方式
29.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
30.如图1所示，本发明实施例的列车运行控制系统与列车网络系统的冗余显示系统，包括列车运行控制系统的信号屏和列车网络系统的网络屏，信号屏与网络屏之间通信连接，信号屏与网络屏均与列车运行控制系统的车载主机通信相连；在正常情况下，信号屏作为列车运行控制系统的主显示屏，响应司机的命令输入操作，网络屏作为列车运行控制系统的备用显示屏，不响应司机的命令输入操作；在信号屏故障时，网络屏转换为列车运行控制系统的主显示屏，并响应司机的命令输入操作。其中列车网络控制系统主要用于检测各车载设备信息，并将检测到的信息显示在列车网络系统人机交互界面(human mach ine i nterface，hmi)显示设备上，通常hmi显示设备与dmi显示设备在司机驾驶台上为紧挨着的两块显示器。为表述方便，将dm i显示设备简称为信号屏，将hmi显示设备简称为网络屏。其中为区分只显示hmi的网络屏，将融合后的网络屏称为融合屏。
31.正常情况下，信号屏作为主用dmi(即主用屏)使用，融合屏作为备用dmi(即备用屏)使用。融合屏中的dmi正常运行，但处于隐藏状态；hmi正常运行，处于显示状态，因此正常情况下融合屏如同网络屏一样工作。
32.列控系统车载主机通过以太网方式(不限于以太网)与信号屏和融合屏进行连接，车载主机传递相同的列车实时状态信息给主用dmi和备用dmi，以此保证两者显示信息一致。车载主机只接受主用dmi的信息，不使用备用dmi的信息。
33.其中信号屏与融合屏之间通过以太网方式(不限于以太网)进行连接，主用dm i可接受司机的命令输入操作，备用dmi屏蔽司机的命令输入操作，主用dmi会将司机的命令输入信息传递给备用dmi，以此保证两者的司机输入命令一致。其中信号屏与融合屏之间的通信通道采用双通道冗余设计，当一个通信通道故障时，可切换到另一个通信通道进行工作。另外为提高两屏之间的通信可靠性，采取了以下措施：
34.两屏之间通信设置有生命信号，用于检测通信连接状态；两屏之间的消息格式设置有发送序号和接收序号，并且发送机制上考虑周期重发，即每周期发送的消息为当前周期消息再加上一个上周期消息，避免丢失消息；采用crc等校验机制。
35.当车载主机判断主用dmi出现故障时，可自动进行切换，使备用dm i升级为主用dmi。司机也可以通过手动方式，进行主用dmi和备用dmi的切换。其中融合屏上装有显示管理单元，司机可根据需要手动选择融合屏当前显示界面为hmi还是dmi。
36.本发明通过融合技术，在网络屏上将dmi和hmi进行合屏，实现一屏两用，融合后的
网络屏既做hmi使用，又做备用dmi使用；在不改变列车司机驾驶台现有布局的情况下，实现列控系统车载冗余显示，成本低。
37.本发明实施例提供了一种基于如上所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统的控制方法，具体为：
38.系统启动后，默认信号屏为主用dmi状态，融合屏为备用dmi状态，两屏之间首先建立通信连接；两屏之间建立通信后，分别与车载主机建立通信连接。待与车载主机通信建立后，则两屏的主用和备用状态由车载主机确定，车载主机的周期消息中带有当前主用dmi的i d号，两屏中的dmi收到车载主机周期消息后，判断当前主用i d和自身i d是否一致；若一致，则表明自身主用dmi，否则为备用dmi；
39.其中dmi界面上设置有明显区分主用状态和备用状态以及通信状态的标识，通过该标识，司机很容易辨认dm i的主用备用状态及通信状态。当司机需要进行列车命令输入时，需在主用dmi上进行，只有处于主用状态的dmi才能接受司机的命令输入操作，备用dm i会屏蔽司机命令输入操作。也就是司机如果在备用dmi上进行输入操作，将得不到任何响应。主用dmi会将收到的司机输入信息通过两屏之间的通信传递给备用dmi，以此方式保证两屏的司机命令输入信息一致；
40.主用dmi和备用dmi根据各自的运行状态向车载主机发送司机的输入命令信息，但是车载主机只使用主用dmi发送的信息，备用dmi发送的消息将被忽略；车载主机将列车实时的运行状态信息同时发送给主用dmi和备用dm i，两个dmi基于同样的列车运行状态信息显示同样的内容。
41.在一具体实施例中，主用dmi和备用dmi采用热备冗余。具体地，系统启动后，正常情况下，主用dmi和备用dmi处于热备冗余工作状态，即两个dmi处于相同的运行状态，备用dmi具备随时接替主用dmi进行工作的能力。两个dmi主用基于以下两种信息实现热备冗余功能：1、车载主机输入信息；2、司机操作输入信息。具体为：
42.一方面，两个dmi分别与车载主机进行通信，根据与车载主机交互的信息分别在各自显示界面上显示列车运行状态，例如列车速度，目标速度，目标距离，运行模式，运行等级等，由于两个dmi从车载主机获取的信息是相同的，因此界面显示状态也是相同的。
43.另一方面，为了使主用dmi和备用dmi保持相同的运行状态，两个dmi对于司机的操作，例如，对提示信息的确认，列车数据输入，司机号输入，车次号输入等操作，也必须保持一致。只有处于主用状态的dmi可接受司机的输入操作，当主用dmi检测到司机的输入后，根据不同界面窗口下的按键要求，将按键类型，按键值等信息传递给备用dmi，备用dmi根据接收到的按键信息，同步更新自身的运行状态，保持与主用dmi一致的司机输入响应。
44.在一具体实施例中，主备切换包括自动切换和手动切换。其中自动切换的过程为：车载主机根据与dmi的通信状态，判断dm i工作是否正常，当车载主机一定时间内没有接收到dmi的生命信号，则认为dmi故障。当车载主机检测到主用dmi故障后，会自动进行主备切换操作，即改变车载主机周期消息中的当前主用dmi的i d号，备用dmi识别出自己为主用dm i后，升为主用状态。由于司机命令输入信息和列车实时状态信息都与之前主用dmi保持一致，因此可以立即投入使用，实现主备热切换。
45.手动切换的过程为：当主用dmi和备用dmi正常工作时，司机可以在备用dmi上通过预定义操作进行主备切换请求，车载主机收到主备切换请求后，进行主备切换操作。即改变
车载主机周期消息中的当前主用dmi的i d号，两个dmi根据周期消息变换来更新自身的主用备用状态。当出现非dmi处理单元故障时，例如出现屏幕故障或按键失效，此时司机可以通过手动切换方式，将系统切换到备用dmi上进行工作。
46.在一具体实施例中，由于融合屏上存在dmi和hm i，因此需要通过显示管理单元(d i sp l aymange)进行显示管理，司机可以通过预定义操作，选择融合屏当前显示的界面。显示管理单元与dmi，hmi在融合屏中通过内部网络进行通信，显示管理单元与dmi和hmi的连接关系，如图2所示。由于dm i和hm i往往由不同的团队进行开发，因此所采用的界面开发技术可能不同，因此最终产品在同一硬件上的界面刷新显示方式极可能存在差异。例如当dm i界面与hm i界面叠加显示的时，可能会出现混杂现象，因此两个显示界面有必要通过显示管理单元进行协调，进行界面显示状态和隐藏状态的有序切换，避免出现界面叠加的情况。
47.通过显示管理单元，司机可以根据实际情况进行dmi和hmi的界面选择，另外也使得dm i和hmi相互独立，避免产生耦合，这种方式带来的一个益处就是将已有产品的改动范围缩小到最小。
48.本发明通过将现有的信号屏与网络屏进行冗余设计，在信号屏出现故障的情况下，通过网络屏代替信号屏进行显示，避免信号屏出现故障而带来的列车运行安全隐患，可靠性高；其中信号屏与网络屏均为已有产品，无需增加新的硬件，成本低。本发明在实现上述信号屏与网络屏之间的冗余显示的同时，也具有热备切换功能，从整体上提高了列控系统的可用性和安全性。
49.如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
50.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，包括列车运行控制系统的信号屏和列车网络系统的网络屏，其特征在于，所述信号屏与网络屏之间通信连接，所述信号屏与网络屏均与列车运行控制系统的车载主机通信相连；在正常情况下，所述信号屏作为列车运行控制系统的主显示屏，响应司机的命令输入操作，所述网络屏作为列车运行控制系统的备用显示屏，不响应司机的命令输入操作；在所述信号屏故障时，所述网络屏转换为列车运行控制系统的主显示屏，并响应司机的命令输入操作。2.根据权利要求1所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，其特征在于，所述信号屏与网络屏之间通过以太网通信连接，所述信号屏与网络屏均通过以太网与列车运行控制系统的车载主机通信相连。3.根据权利要求2所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，其特征在于，所述信号屏与网络屏之间通过冗余多通道连接。4.根据权利要求1或2或3所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，其特征在于，还包括显示管理单元，以对网络屏进行显示管理。5.根据权利要求1或2或3所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统，其特征在于，所述信号屏与网络屏紧邻布置。6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：系统启动后，默认信号屏为列车运行控制系统的主用屏，网络屏为备用屏；信号屏与网络屏之间建立通信连接，两屏之间建立通信后，再分别与列车运行控制系统的车载主机建立通信连接；待两屏均与车载主机通信建立后，则两屏的主用和备用状态由车载主机确定，车载主机的周期消息中带有当前主用屏的id号，两屏收到车载主机周期消息后，判断当前主用id和自身id是否一致；若一致，则表明自身为主用屏，否则为备用屏；其中只有处于主用状态的主用屏才能接受司机的命令输入操作，备用屏屏蔽司机命令输入操作；主用屏将收到的司机输入信息通过两屏之间的通信传递给备用屏以保证两屏的司机命令输入信息一致；主用屏和备用屏根据各自的运行状态向车载主机发送司机的输入命令信息，但车载主机只使用主用屏发送的信息，备用屏发送的消息将被忽略；车载主机将列车实时的运行状态信息同时发送给主用屏和备用屏，主用屏和备用屏基于同样的列车运行状态信息显示同样的内容；当车载主机判断主用屏出现故障时，自动将备用屏切换为主用屏。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，主用屏和备用屏的界面上设置有区分主用状态、备用状态以及通信状态的标识。8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，所述信号屏和网络屏之间的通信设置有生命信号，用于检测通信连接状态；两屏之间的消息格式设置有发送序号和接收序号，并且发送机制上考虑周期重发，即每周期发送的消息为当前周期消息再加上一个上周期消息，以避免丢失消息；其中消息采用crc校验机制。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述主用屏与备用屏之间自动切换的具体过程为：车载主机根据其与主用屏的通信状态，判断主用屏工作是否正常；当车载主机
一定时间内没有接收到主用屏的生命信号，则认为主用屏故障；当车载主机检测到主用屏故障后，会自动进行主备用屏切换操作：即改变车载主机周期消息中的当前主用屏的id号，备用屏识别出自己为主用屏后，切换为主用状态。10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述主用屏与备用屏之间手动切换的具体过程为：当主用屏和备用屏正常工作时，司机在备用屏上通过预定义操作进行主备用屏切换请求，车载主机收到主备用屏切换请求后，进行主备用屏切换操作：即改变车载主机周期消息中的当前主用屏的id号，两个屏根据周期消息变换来更新自身的主用和备用状态。

技术总结
本发明公开了一种列车运行控制系统与列车网络系统的显示系统及控制方法，显示系统包括列车运行控制系统的信号屏和列车网络系统的网络屏，所述信号屏与网络屏之间通信连接，所述信号屏与网络屏均与列车运行控制系统的车载主机通信相连；在正常情况下，所述信号屏作为列车运行控制系统的主显示屏，响应司机的命令输入操作，所述网络屏作为列车运行控制系统的备用显示屏，不响应司机的命令输入操作；在所述信号屏故障时，所述网络屏转换为列车运行控制系统的主显示屏，并响应司机的命令输入操作。本发明具有可靠性高、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。


技术研发人员：宋岩 沈涛
受保护的技术使用者：湖南中车时代通信信号有限公司
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/3/10