列车首尾冗余系统及控制方法与流程

1.本发明涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种列车首尾冗余系统及控制方法。


背景技术：

2.轨道交通信号产品大多都是由运算单元和功能单元组成，共同实现了轨道交通数据的采集、运算和输出等功能。
3.现有技术中，通常设置一个运算单元和多个功能单元维持列车系统正常工作，但运算单元发生故障时，必须立即检修，从而干扰了列车数据的采集过程；另外，现有技术还通过设置主备机构成热备冗余系统，在主机故障时，用备机代替主机采集列车数据，但主备机各自的时钟存在差异，在主备机进行状态切换时，主备机发送查询帧的时间不连续，导致列车系统运行异常，从而影响列车运行效率。


技术实现要素：

4.本发明提供一种列车首尾冗余系统及控制方法，用以解决现有技术在运算单元发生故障时进行检修会干扰列车数据的采集，且利用主备机构成热备冗余系统，又因为主备机发送查询帧的时间不连续，而导致列车系统运行异常的缺陷，实现了热备冗余系统收发信息的连续，提高了列车运行效率。
5.本发明提供一种列车首尾冗余系统，包括：
6.主运算单元，用于生成查询命令和时间校准信号，所述主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；
7.功能单元，所述功能单元用于接收所述主运算单元以目标周期发送的查询命令，并向所述主运算单元发送所述查询命令对应的查询信息；
8.从运算单元，所述从运算单元用于接收所述主运算单元以所述目标周期发送的时间校准信号，并根据所述时间校准信号校准自身时间；所述从运算单元用于在所述主运算单元发生故障的情况下，以所述目标周期向功能单元发送所述查询命令，并接收功能单元发送的所述查询信息，所述从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项。
9.根据本发明提供的一种列车首尾冗余系统，所述功能单元包括第一功能单元和第二功能单元，所述第一功能单元位于主运算单元的对应区域，所述第二功能单元位于从运算单元的对应区域，所述第一功能单元和所述第二功能单元的组成相同。
10.根据本发明提供的一种列车首尾冗余系统，所述功能单元包括io单元、通信单元和测速单元中的至少一项。
11.本发明还提供一种列车首尾冗余系统控制方法，包括：
12.获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，所述主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；
13.基于所述时间校准信号，将从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间，所
述从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项；
14.在所述主运算单元发生故障的情况下，控制所述从运算单元以目标周期向功能单元发送所述查询命令，并接收所述功能单元发送的所述查询命令对应的查询信息。
15.本发明还提供一种列车首尾冗余系统控制方法，所述方法还包括：
16.在所述主运算单元未发生故障的情况下，控制所述主运算单元以所述目标周期向所述功能单元发送所述查询命令，并接收所述功能单元发送的查询信息。
17.本发明还提供一种列车首尾冗余系统控制方法，所述将从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间，包括：
18.在目标时长内将所述从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间。
19.本发明还提供一种列车首尾冗余系统控制方法，所述目标周期在50ms至200ms之间。
20.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述列车首尾冗余系统控制方法。
21.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车首尾冗余系统控制方法。
22.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车首尾冗余系统控制方法。
23.本发明提供的列车首尾冗余系统及控制方法，通过设置主运算单元和从运算单元构成热备冗余系统，在主运算系统发生故障时，可以将从运算系统切换为“主用状态”，以保证系统正常采集列车数据，而在主运算系统每次向功能单元发送查询命令的同时向从运算单元发送时间校准信号，以保证上述两个运算系统的时钟保持一致，实现了热备冗余系统收发信息的连续，从而提高列车运行效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的列车首尾冗余系统的结构示意图之一；
26.图2是本发明提供的列车首尾冗余系统的结构示意图之二；
27.图3是本发明提供的列车首尾冗余系统控制方法的流程示意图；
28.图4是本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。
29.附图标记：
30.110：主运算单元；120：从运算单元；130：功能单元。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，
而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.下面结合图1-图3描述本发明的列车首尾冗余系统及控制方法。
33.图1是本发明提供的列车首尾冗余系统的结构示意图之一，如图1所示，该列车首尾冗余系统，包括：主运算单元110、功能单元130和从运算单元120。
34.其中，主运算单元110用于生成查询命令和时间校准信号，主运算单元110为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项。
35.在该实施例中，查询命令用于在功能单元130中查询对应的功能数据，例如，查询命令可以是查询列车行驶速度或通信状态等。
36.在该实施例中，时间校准信号可以是由主运算单元110生成并发送至从运算单元120。
37.在该实施例中，时间校准信号可以包括主运算单元110的时间信息，从运算单元120根据时间校准信号中携带的时间信息为基准，校正自身时间，能够使从运算单元120的时钟与主运算单元110的时钟保持统一。
38.在该实施例中，主运算单元110在生成查询命令和时间校准信号，可以先向从运算单元120发送时间校准信号，再向功能单元130发送查询命令；也可以将查询命令和时间校准信号同时发出。
39.在该实施例中，主运算单元110可以是列车车头的运算单元，则从运算单元120是列车车尾的运算单元，主运算单元110也可以是列车车尾的运算单元，则从运算单元120是列车车头的运算单元。
40.在该实施例中，还可以以发生故障的运算单元为从运算单元120，可正常使用的运算单元为主运算单元110。
41.功能单元130用于接收主运算单元110以目标周期发送的查询命令，并向主运算单元110发送查询命令对应的查询信息。
42.在该实施例中，功能单元130可以包括多种类型，以实现不同的数据采集功能，例如，功能单元130可以是测速单元，用于采集列车的速度数据，也可以是通信单元，用于采集列车的通信数据。
43.在该实施例中，功能单元130具有数据存储和数据传输的功能，以便运算单元根据查询命令调用或读取数据。
44.在该实施例中，目标周期可以根据用户需求设置，例如，目标周期可以是100ms。
45.从运算单元120用于接收主运算单元110以目标周期发送的时间校准信号，并根据时间校准信号校准自身时间；从运算单元120用于在主运算单元110发生故障的情况下，以目标周期向功能单元130发送查询命令，并接收功能单元130发送的查询信息，从运算单元120为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项。
46.在该实施例中，从运算单元120可以根据接收的时间校准信号中携带的主运算单元110的时间信息校准自身时间，使得两个运算单元的时钟保持一致。
47.在该实施例中，主运算单元110和从运算单元120都进行数据采集和运算，但是仅是主运算单元110将输出命令发送给功能单元130，从运算单元120不输出命令，当主运算单元110发生故障后，从运算单元120自动将状态切换主用状态，并将输出命令发送给功能单
元130；运算单元从“备用”切换至“主用”状态时，功能单元130不受影响。
48.本发明实施例的列车首尾冗余系统，通过设置主运算单元110和从运算单元120构成热备冗余系统，在主运算系统发生故障时，可以将从运算系统切换为“主用状态”，以保证系统正常采集列车数据，而在主运算系统每次向功能单元130发送查询命令的同时向从运算单元120发送时间校准信号，以保证上述两个运算系统的时钟保持一致，实现了热备冗余系统收发信息的连续，从而提高列车运行效率。
49.在一些实施例中，功能单元130包括第一功能单元和第二功能单元，第一功能单元位于主运算单元110的对应区域，第二功能单元位于从运算单元120的对应区域，第一功能单元和第二功能单元的组成相同。
50.在该实施例中，每个运算单元所在区域内可以存在多种功能单元130，且多种功能单元130均与运算单元通信连接。
51.在该实施例中，可以设置两组完成相同的功能单元130，即主运算单元110对应一组功能单元130，从运算单元120对应另一组功能单元130，主运算单元110与从运算单元120互为冗余，也可以一组功能单元130与另一组功能单元130也户为荣誉，两个运算单元均分别与两组功能单元130通信连接，保证在运算单元或功能单元130在发生故障时均有可代替的运算单元或功能单元130，以维持系统的正常工作。
52.本发明实施例的列车首尾冗余系统，通过设置第一功能单元和第二功能单元构成两组互相冗余的功能单元130，且这些功能单元130均与主、从运算单元120通信连接，能够保证运算单元或功能单元130在发生故障时及时找到可代替的运算单元或功能单元130，进一步提升了系统运行时的稳定性。
53.在一些实施例中，功能单元130包括io单元、通信单元和测速单元中的至少一项。
54.在该实施例中，功能单元130包括多个类型，不同类型的功能单元130可以输出不同的列车信息。
55.图2是本发明提供的列车首尾冗余系统的结构示意图之二，在图2所示的实施例中，若以车头运算单元为主运算单元110，对应的第一功能单元为车头运算单元附近的io单元、通信单元和测速单元，对应的车尾运算单元为从运算单元120，对应的第二功能单元为io单元、通信单元和测速单元，每个运算单元都与所有功能单元130通信，通信方式为主从式；主运算单元110在发送查询命令时，向从运算单元120发送时间校准信号，从运算单元120收到该信号后，以主运算单元110的时钟为基准，校正自身时钟。
56.本发明实施例的列车首尾冗余系统，通过设置功能单元包括io单元、通信单元和测速单元中的一种或多种，增加了功能单元的类型，进而提升了运算单元可查询的信息的范围。
57.下面对本发明提供的列车首尾冗余系统控制装置进行描述，下文描述的列车首尾冗余系统控制装置与上文描述的列车首尾冗余系统控制方法可相互对应参照。
58.图3是本发明提供的列车首尾冗余系统控制方法的流程示意图，如图3所示，该列车首尾冗余系统控制方法，包括如下步骤：
59.步骤310、获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项。
60.在该步骤中，查询命令用于在功能单元中查询对应的功能数据，例如，查询命令可
以是查询列车行驶速度或通信状态等。
61.在该实施例中，时间校准信号可以是由主运算单元生成并发送至其他运算单元，例如，与主运算单元互为冗余的从运算单元。
62.在该实施例中，时间校准信号可以包括主运算单元的时间信息，从运算单元根据时间校准信号中携带的时间信息为基准，校正自身时间，能够使从运算单元的时钟与主运算单元的时钟保持统一。
63.在该实施例中，主运算单元可以是列车车头的运算单元，主运算单元也可以是列车车尾的运算单元。
64.在该实施例中，还可以以发生故障的运算单元为从运算单元，可正常使用的运算单元为主运算单元。
65.步骤320、基于时间校准信号，将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间，从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项。
66.在该步骤中，主运算单元可以是列车车头的运算单元，则从运算单元是列车车尾的运算单元，主运算单元也可以是列车车尾的运算单元，则从运算单元是列车车头的运算单元
67.在该实施例中，从运算单元可以根据接收的时间校准信号中携带的主运算单元的时间信息校准自身时间，使得两个运算单元的时钟保持一致。
68.在该实施例中，目标周期可以根据用户需求设置，例如，目标周期可以是100ms。
69.步骤330、在主运算单元发生故障的情况下，控制从运算单元以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询命令对应的查询信息。
70.在该步骤中，主运算单元和从运算单元都进行数据采集和运算，但是仅是主运算单元将输出命令发送给功能单元，从运算单元不输出命令，当主运算单元发生故障后，从运算单元自动将状态切换主用状态，并将输出命令发送给功能单元；运算单元从“备用”切换至“主用”状态时，功能单元不受影响。
71.在该步骤中，功能单元可以用于接收主运算单元以目标周期发送的查询命令，并向主运算单元发送查询命令对应的查询信息；还可以在从运算单元切换为“主用”状态时，接收从运算单元发送的查询命令，并向从运算单元发送查询命令对应的查询信息。
72.在该实施例中，主运算单元在生成查询命令和时间校准信号，可以先向从运算单元发送时间校准信号，再向功能单元发送查询命令；也可以将查询命令和时间校准信号同时发出。
73.本发明实施例的列车首尾冗余系统控制方法，通过设置主运算单元和从运算单元构成热备冗余系统，在主运算系统发生故障时，可以将从运算系统切换为“主用”状态，以保证系统正常采集列车数据，而在主运算系统每次向功能单元发送查询命令的同时向从运算单元发送时间校准信号，以保证上述两个运算系统的时钟保持一致，实现了热备冗余系统收发信息的连续，从而提高列车运行效率。
74.在一些实施例中，该方法还包括：在主运算单元未发生故障的情况下，控制主运算单元以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询信息。
75.在该实施例中，主运算单元可以是列车车头运算单元，也可以是列车车尾运算单元。
76.在该实施例中，主运算单元和从运算单元都进行数据采集和运算，但主运算单元可以将输出命令发送给功能单元，从运算单元不输出命令，当主运算单元未发生故障(正常运行)，通过以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能设备反馈的查询信息，并以目标周期或者在发送查询命令之前向从运算单元发送时间校准信号。
77.本发明实施例的列车首尾冗余系统控制方法，通过在主运算单元未发生故障时向功能单元发送查询命令，并接收功能单元反馈的查询信息，保证系统在无故障或发生故障下均能正常采集连续的列车数据，提升了列车运行的稳定性。
78.在一些实施例中，将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间，包括：在目标时长内将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间。
79.在该实施例中，主运算单元每发送一次查询命令时，都要向从运算单元发送时间校准信号，从运算单元每隔极短时间都会重新校正一次自身时间，当主运算单元发生故障，从运算单元切换成“主用”状态时，这是能够保证系统采集数据的时间连续性。
80.在该实施例中，目标时长可以根据用户需求设置，例如目标时长可以是10ms。
81.本发明实施例的列车首尾冗余系统控制方法，通过控制从运算单元在目标时长内将自身时钟按照主运算单元的时钟进行校准，以实现主运算单元与从运算单元之间的时钟保持一致，进而保证后续过程从运算单元与功能单元之间收发信息的连续性。
82.在一线实施例中，目标周期在50ms至200ms之间。
83.在该实施例中，运算单元可以根据自己的时钟，以周期的方式向功能单元发送查询命令。
84.在该实施例中，主运算单元或从运算单元每个100ms发送查询命令，对应查询时间间隔依次为0，100ms，200ms，300ms，
…
，5000ms，功能单元收到查询命令的时间为0，100ms，200ms，300ms，
…
，5000ms。
85.本发明实施例的列车首尾冗余系统控制方法，通过设置互为冗余的运算单元以目标时长周期性的发送查询命令，在经过户为荣誉的两个运算单元进行时间校准后，能够保证运算单元与功能单元数据收发过程的连续性。
86.图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行列车首尾冗余系统控制方法，该方法包括：获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；基于时间校准信号，将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间，从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项；在主运算单元发生故障的情况下，控制从运算单元以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询命令对应的查询信息。
87.此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施
例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
88.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的列车首尾冗余系统控制方法，该方法包括：获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；基于时间校准信号，将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间，从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项；在主运算单元发生故障的情况下，控制从运算单元以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询命令对应的查询信息。
89.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的列车首尾冗余系统控制方法，该方法包括：获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；基于时间校准信号，将从运算单元的时间调整为主运算单元的时间，从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项；在主运算单元发生故障的情况下，控制从运算单元以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询命令对应的查询信息。
90.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
91.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
92.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种列车首尾冗余系统，其特征在于，包括：主运算单元，用于生成查询命令和时间校准信号，所述主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；功能单元，所述功能单元用于接收所述主运算单元以目标周期发送的查询命令，并向所述主运算单元发送所述查询命令对应的查询信息；从运算单元，所述从运算单元用于接收所述主运算单元以所述目标周期发送的时间校准信号，并根据所述时间校准信号校准自身时间；所述从运算单元用于在所述主运算单元发生故障的情况下，以所述目标周期向功能单元发送所述查询命令，并接收功能单元发送的所述查询信息，所述从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一项。2.根据权利要求1所述的列车首尾冗余系统，其特征在于，所述功能单元包括第一功能单元和第二功能单元，所述第一功能单元位于主运算单元的对应区域，所述第二功能单元位于从运算单元的对应区域，所述第一功能单元和所述第二功能单元的组成相同。3.根据权利要求1和2任一项所述的列车首尾冗余系统，其特征在于，所述功能单元包括io单元、通信单元和测速单元中的至少一项。4.一种列车首尾冗余系统控制方法，其特征在于，包括：获取主运算单元生成的查询命令和时间校准信号，所述主运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的一项；基于所述时间校准信号，将从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间，所述从运算单元为列车车头运算单元和列车车尾运算单元中的另一种；在所述主运算单元发生故障的情况下，控制所述从运算单元以目标周期向功能单元发送所述查询命令，并接收所述功能单元发送的所述查询命令对应的查询信息。5.根据权利要求4所述的列车首尾冗余系统控制方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述主运算单元未发生故障的情况下，控制所述主运算单元以所述目标周期向所述功能单元发送所述查询命令，并接收所述功能单元发送的查询信息。6.根据权利要求4所述的列车首尾冗余系统控制方法，其特征在于，所述将从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间，包括：在目标时长内将所述从运算单元的时间调整为所述主运算单元的时间。7.根据权利要求4所述的列车首尾冗余系统控制方法，其特征在于，所述目标周期在50ms至200ms之间。8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4至7任一项所述列车首尾冗余系统控制方法。9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至7任一项所述列车首尾冗余系统控制方法。10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4至7任一项所述列车首尾冗余系统控制方法。

技术总结
本发明提供一种列车首尾冗余系统及控制方法，该列车首尾冗余系统包括：主运算单元，用于生成查询命令和时间校准信号；功能单元，功能单元用于接收主运算单元以目标周期发送的查询命令，并向主运算单元发送查询命令对应的查询信息；从运算单元，从运算单元用于接收主运算单元以目标周期发送的时间校准信号，并根据时间校准信号校准自身时间；从运算单元用于在主运算单元发生故障的情况下，以目标周期向功能单元发送查询命令，并接收功能单元发送的查询信息。本发明所述系统能够在主运算系统发生故障时正常采集列车数据，并将两个运算系统的时钟保持一致，实现了热备冗余系统收发信息的连续。的连续。的连续。


技术研发人员：刘龙 朱波 曾重阳 武昊 梁浩 安宝钰 刘鲁鹏
受保护的技术使用者：通号城市轨道交通技术有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/7