CN102930614B - 集成化车载设备记录器及记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成化车载设备记录器及记录方法，该集成化车载设备记录器包括：通信接口模块、解析识别模块、提取组帧模块和记录存储模块。本发明提供的集成化车载设备记录器及记录方法能够实现与多种车载设备的无缝连接，对相关车载设备的运行数据进行记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，便于对集成化车载记录器记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，为列车的安全运行提供保障。

Description

集成化车载设备记录器及记录方法

技术领域

 本发明涉及数据记录领域，尤其涉及到一种集成化车载设备记录器及记录方法。

背景技术

随着我国轨道交通的迅猛发展，列车运行速度不断提高，运行密度不断加大，铁路运输对列车运行控制系统的要求越来越高，这就要求车载设备更加智能化、集成化，然而车载设备过高的复杂设计可以会导致可靠性的下降，因此车载设备在运行中的状态信息的实时监控、记录，以及故障信息的定位就显得尤为重要。

目前国内对车载设备的运行数据的记录主要是基于列车运行监控装置，而欧洲对车载设备的运行数据的记录主要采用司法记录器，虽然列车运行监控装置和司法记录器都具备数据记录分析功能，但其接口功能单一，兼容性不高，不同的车载设备需单独配置相应的记录装置。然而，现在的列车运行控制系统是一项复杂的系统工程，需要多种车载设备协调配合工作，当系统出现故障时分别对单个车载设备的记录装置记录的运行数据进行分析需要的分析时间较长，并且无法得到多个车载设备之间的联系，不能准确、及时地对故障进行定位。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供了一种集成化车载设备记录器及记录方法，具体兼容性强，集成化高等特点，能够对多种车载设备的运行数据实现监控与记录。

一种集成化车载设备记录器，所述记录器包括：

通信接口模块，用于监听并接收列车运行控制系统中相关车载设备的运行数据；

解析识别模块，用于对所述通信接口模块采集到的运行数据进行解析，识别所述运行数据所属的车载设备；

提取组帧模块，用于从所述运行数据中提取重要数据，将所述重要数据组成数据帧；

记录存储模块，用于记录存储所述数据帧。

一种记录方法，所述方法包括：

监听并接收列车运行控制系统中相关车载设备的运行数据；

对所述运行数据进行解析，识别所述运行数据所属的车载设备；

从所述运行数据中提取出重要数据，并将所述重要数据组成数据帧；

将所述数据帧记录存储到存储介质中与所述车载设备相关联的存储区中。

本发明的有益效果在于：本发明提供的集成化车载设备记录器及记录方法具有强大的兼容性和集成度，能够实现与多种车载设备的无缝连接，对相关车载设备的运行数据进行监控、记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，从而便于对其记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，为列车的安全运行提供保障。

附图说明

图1为本发明实施例1的集成化车载设备记录器与车载设备系统连接示意图；

图2 为本发明实施例2的集成化车载设备记录器内部结构图；

图3 为本发明实施例2的集成化车载设备记录器中的数据存储空间存储结构图；

图4 为本发明实施例3的记录方法的流程图；

图5为本发明实施例3的记录方法中的数据存储的详细流程图；

图6为本发明实施例3的记录方法中将集成化车载设备记录器中的数据网络上传的流程图。

具体的实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明主要用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

本发明实施例提供了一种集成化车载设备记录器，该记录器具有较高的集成度和较强的兼容性，能与多种车载设备进行无缝连接，记录相关车载设备的运行数据；

参见图1，该集成化车载设备记录器包括：通信接口模块101、解析识别模块102、提取组帧模块103和记录存储模块104；

通信接口模块101，用于提供记录器与车载设备之间的通信接口，并采集相关车载设备的运行数据；

解析识别模块102，用于对上述通信接口模块采集到的运行数据进行解析，识别运行数据所属的车载设备；

提取组帧模块103，用于从上述运行数据中提取重要数据，将重要数据组成数据帧；

记录存储模块104，用于记录存储所述数据帧。

本实施例中所说的车载设备主要包括：列车超速防护车载设备ATP （Automatic Train Protection）、应答器信息接收单元BTM（Balise Transmission Module）、轨道电路读取器TCR（Track Circuit Reader）、车载设备人机界面DMI（Driver Machine Interface Unit）、机车安全信息综合监控装置、列车控制与管理系统TCMS（Train Control and Management System）；

并且记录器主要用来记录ATP车载设备的运行状态信息和GSM-R信息，记录BTM设备的运行状态信息和译码信息，记录TCR设备传输过来的载频、低频、幅度信息和50HZ干扰信息幅度，记录DMI设备的运行状态信息，记录机车安全信息综合监控装置的运行状态信息，通过TCMS设备记录列车的工作电压、电流等。

本发明实施例提供的集成化车载设备记录器能与多种车载设备进行无缝连接，对相关车载设备的运行数据进行监控、记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，从而便于对其记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，为列车的安全运行提供保障。

实施例二

本实施例提供的集成化车载设备记录器与多种车载设备连接，应用于列车运行控制系统中，不仅用来监控、记录相关车载设备的运行数据，还用于采集列车当前运行的环境变量的参数值，监测列车上的供电电压值，为列车的安全运行提供保障。

如图2所示，上述集成化车载设备记录器还包括：环境参数采集模块105和电压检测模块106；

环境参数采集模块105，用于采集列车当前运行的环境变量的参数值，其中环境变量具体包括：压力、电压、电流、温度、柴速、波形等；

电压检测模块106，用于监测列车上的供电电压值；

相应的，提取组帧模块103将重要数据组成数据帧时还需要将环境参数采集模块与电压检测模块得到的数据与上述重要数据一起组成数据帧；

其中，环境参数采集模块具体包括：

压力采集单元，用于采集列车管压力信号、制动缸压力信号，进行模数转换，得到压力值；在本实施例中，具体通过压力传感器来采集电压信号，经过分压和滤波模块处理后，再进行模数转换，通过计算得到压力值；

电流、电压采集单元，用于将模拟的弓网电流、弓网电压信号转换为数字信号，得到弓网电流值、弓网电压值；具体在本实施例中，电流、电压采集单元将弓网电流、弓网电压信号输入到功率检测元件后，得到数字信号，转化为实际的弓网电压、弓网电流值；

温度测量单元，用于测量得到温度值；在本实施例中，具体使用温度传感器，转化为数字信号，得到温度值；

柴油机转速采集单元，用于采集得到柴油机转速值，在本实施例中，先将柴油机转速信号经过波形调整电路，转化为方波信号，再通过捕获方波信号的频率得到柴油机转速值；

波形采集单元，用于采集波形信号，得到数据值；在本实施例中，波形信号是轨道电路接收线圈输出的信号，具体通过音频编解码器芯片对轨道电路接收线圈输出的信号进行采集，采样频率为8KHZ，中央处理单元通过MCBSP（多通道缓冲串行）接口读取数据值，进行处理。

电压检测模块具体包括：

信号调理单元，采集模拟的供电电压信号，包括分压电路、隔离缓冲电路、滤波电路，分压电路与隔离电路连接，用于提供合适的信号供采集模块使用，用电阻分压实现。隔离缓冲电路与滤波电路连接，用于降低采集模块的输入阻抗，用运放的电压跟随电路实现。滤波电路与采集模块连接，用于滤除干扰的纹波信号，提供干净的电压信号，用低通滤波电路实现；

采集单元，用于将模拟的供电电压信号转换为数字信号，得到供电电压值，本发明实施例中需要测量两个电压5V和110V，5V为记录器工作电压，110V为列车配电电压。

进一步地，在本实施例中，通信接口模块为记录器与车载设备之间提供的通信接口具体为CAN接口、和/或RS-422接口、和/或Profibus接口；

其中，CAN接口是记录器与ATP、DMI、BTM、TCR等车载设备之间的通信接口，RS-422接口是记录器与TAX2、TCMS等车载设备之间的通信接口，Profibus接口在本发明实施例中未用作与相关车载设备的通信接口，但其作为一种功能扩展接口，为将来的功能升级提供方便；

具体的，通信接口模块由驱动电路、隔离电路、静电防护电路组成，驱动电路，用于实现不同协议接口的数据收发；隔离电路与芯片驱动电路连接，用于与外部电路隔离，不受外部电路的影响；静电防护电路与隔离电路连接，用于静电的防护。

由于本实施例中通信接口模块接收到的车载设备的运行数据都是通过一定的协议封装之后的，不同的车载设备使用不同的协议将数据封装成不同的格式，相应的，解析识别模块对数据进行识别时都是根据数据的封装格式进行识别。

相应的，提取组帧模块并不是每次收到数据之后就将数据组成数据帧，而是只有在前后两次收到的数据有一定变化时，才组成数据帧，数据帧具体包括帧头、长度、事件代号、时间戳、数据、校验和，其中数据这部分内容是根据事件代号不同而提取不同的数据。

并且将重要数据组成数据帧时具体根据数据的类型组成不同的数据帧，即定长数据帧和非定长数据帧两种，定长数据帧是指数据帧的长度固定，非定长数据帧是由于某些设备发送的数据长度是不固定的，但数据内容很重要，不能简化处理，因此用非定长帧的方式来处理。

相应的，本发明实施例中的记录存储模块具体由数据缓存区和大容量存储介质组成，数据缓存区为数据写入到大容量存储介质提供缓冲通道，为数据的压缩处理做准备，防止数据溢出和漏处理；

并且大容量存储介质中的存储空间分成了多个存储区，不同的车载设备对应着不同的存储区，因此根据数据帧所属的车载设备从而将数据帧存储在不同的存储区中，具体分别定长帧存储单元和非定长帧存储单元，定长帧存储单元用于存储定长数据帧，非定长帧存储单元用于存储非定长数据帧。。

进一步的，为了数据的安全存储，便于数据的分析与备份，本实施例中的集成化车载设备记录器还可以包括：转存模块，用于把记录存储模块中的数据通过移动设备和/或网络设备的方式转储到上位机或终端服务器上；

转存模块是由两种技术方案来实现，第一种方案是由数据链路单元和移动存储介质组成，数据链路单元准备好数据后，写入到移动存储介质中；第二种方案是由数据链路单元和网路接口组成，数据链路单元准备好数据后，通过网路接口发送到网络中，在本实施例中具体利用数据传输单元DTU（Data Transfer Unit）通过无线通信网络GPRS将数据发送给远程终端设备；终端设备可根据需要，向集成化车载设备记录器请求数据上传，接收数据后进行分析，从而远程监控相关车载设备的运行状态；在本发明实施例中这两种方案是并存的，可根据需要采用任意一种。

    进一步地，本实施例中的集成化车载设备记录器还包括：

指示模块，用于显示记录器的工作状态信息，指示灯的不同状态组合表示了记录器的不同工作情况；

    复位模块，用于防护记录器异常、死机，复位模块由低压检测电路、看门狗电路组成，本发明实施例中复位有三种情况，掉电复位、主动复位、软件异常复位；掉电复位是指当前的电压已不能维持系统的正常工作，记录器会复位；主动复位是指单元模块组件由于某种原因，导致不能工作，让记录器复位重启；软件异常复位是指程序代码跑飞，记录器会复位；

时钟模块，用于获取相关车载设备当前运行的系统时间，在本发明实施例中，时钟模块由时钟芯片构成，该时钟芯片包含有蓄电的功能，因此该时钟模块不需要外接电池，正常工作时，时钟模块使用外部电压工作，掉电后使用内部的存储的电工作。

具体的，在本实施例中，结合图3对记录存储模块中的大容量存储介质的存储空间的存储结构进行描述：

如图3所示，存储空间的存储结构分为定长帧数据存储区和非定长帧数据存储区，其均为线性存储方式，定长帧数据存储区又分为状态变化数据存储区、BTM数据存储区、TCR数据存储区、波形数据存储区，每一个区域都是一个首尾相连的、独立的循环存储区，当数据存满整个区后又从头开始存储，依次循环下去，非定长帧数据存储区为GSM-R数据存储区；

在本实施例中，数据存储区中的数据以FAT32文件格式进行存储，并建立了128个数据文件来管理整个存储空间的数据，每个文件的大小都是簇的整数倍，例如，本实施例中这些文件的文件名可以从REC0000.MEM开始，按文件名编号顺序使用文件系统数据区的所有簇，占满了文件系统的所有空间，每个文件也是按文件的数据顺序，占用该文件所使用的所有簇，每个文件占用的簇号是连续的，序号相邻的两个文件头尾的簇号也是连续的，这些文件按编号顺序连接起来，构成一个虚拟的存储空间。

本发明实施例中实现的集成化车载记录器具有强大的集成度和兼容性，能够实现与多种车载设备进行无缝连接，对相关车载设备的运行数据进行详尽的记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，便于对集成化车载记录器记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，为列车的安全运行提供保障。

实施例三

本实施例提供了一种记录方法，用来分别记录存储相关车载设备的运行数据，如图4所示，记录方法具体包括：

S1：监听并采集列车运行控制系统中相关车载设备的运行数据；

S2：对所述运行数据进行解析，识别所述运行数据所属的车载设备；

S3：从所述运行数据中提取出重要数据，并将所述重要数据组成数据帧；

S4：将所述数据帧记录存储到存储介质中与所述车载设备相关联的存储区中。

本发明实施例提供的记录方法能够对与集成化车载设备记录相连的相关车载设备的运行数据进行监控、记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，便于对集成化车载记录器记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，为列车的安全运行提供保障。

进一步地，本实施例中的步骤S1监听并采集列车运行控制系统中相关车载设备的运行数据具体是通过CAN接口、和/或RS422接口、和/或PROFIBUS接口来实现的。

在本实施例步骤S3中，将重要数据组成数据帧之前，所述方法还包括：

采集列车当前运行的环境变量的参数值，其中环境变量具体包括列车管压力、制动缸压力、弓网电流、弓网电压、温度、柴油机转速和波形等；

监测列车上的供电电压值；

相应的，本实施例步骤S3将重要数据组成数据帧时还需要将采集到的环境变量的参数值与监测到的列车上的供电电压值与上述重要数据一起组成数据帧。

进一步的，由于本实施例中步骤S3得到的数据帧分为定长数据帧和非定长数据帧两种，因此步骤S4将数据帧记录存储到存储介质中与所述车载设备相关联的存储区中的步骤则分为两个流程来处理，而在存储数据帧之前，还需要先执行步骤500；

步骤500：判断需要存储的数据帧是定长数据帧还是非定长数据帧，若是定长数据帧，则按照定长数据帧流程处理，若是非定长数据帧，则按照非定长数据帧流程处理；

在本实施例中，将TCR、BTM相关数据组成数据帧时都是组成定长数据帧，其它数据则组成非定长数据帧，因此根据需要存储的数据帧所属的车载设备即可知道其是定长数据帧还是非定长数据帧；

下面以定长数据帧为例进行说明，参见图5，具体如下：

步骤501：将定长数据帧写入FIFO缓冲区，其中FIFO缓冲区的长度为512字节的整数倍；

步骤502：判断FIFO缓冲区是否存满，若否，则说明缓冲区未存满，继续存储并返回步骤502；若是，则执行步骤503；

步骤503：对FIFO缓冲区中的数据进行压缩算法处理；

步骤504：在存储介质中查找存储空间的位置，找出存储区的首地址；

具体的，本实施例在存储介质中留有一段空间用来存放索引表，每次记录完数据后，都会更新索引表，因此在存储介质中查找存储空间的位置则根据该索引表来查找。

步骤505：将步骤503压缩得到的数据写入步骤504查找到的存储区中；

步骤506：判断步骤505的写入数据操作在规定时间内是否完成，若数据未写完，则说明出现故障，进行超时处理，若数据写完，则执行步骤507；

步骤507：检查写入到存储区的数据是否正确，若否，则提示出错，若是，则表示存储操作完成。

其中，检索写入到存储区中的数据是否正确的方法具体为：将写入到存储区中的的数据重新读出，再比较读出的数据与原数据是否一致，如果一致，则说明数据正确，若否，则数据不正确。

步骤501至步骤对定长数据帧的存储流程进行了描述，而非定长数据帧的存储流程与定长数据帧的类似，不同点在于步骤501是将非定长数据帧写入ping pong缓冲区缓存，且在ping pong缓冲区满后，在步骤503对ping pong缓冲区中的数据进行压缩算法处理之前，先对ping pong缓冲区中的数据进行特殊处理，其中，特殊处理就是指若ping pong缓冲区快要存满，且需要再存储一个非定长的数据帧，而这个数据帧存放到ping pong缓冲区后，ping pong缓冲区就会溢出时，则将该数据帧进行拆分存储。

进一步地，在本实施例中，为了保证数据的安全存储，便于数据的分析与备份，在步骤S4之后，即将数据帧记录存储到存储介质中与车载设备相关联的存储区之后，还可以将存储介质中的数据转储到移动存储设备中或上传到网络上；

如图6所示，将存储介质中的数据上传到网络上的步骤具体如下：

步骤601：接收主机或远程终端设备发送的请求数据的命令；

步骤602：对接收到的命令进行解析，判断命令是否正确，若是，则执行步骤603，若否，则进行错误处理；

步骤603：在存储介质中对请求的数据进行检索；

具体通过查看存储区、存储的首尾地址和数据长度等信息来进行检索。

步骤604：从存储介质中读取请求的数据；

步骤605：判断步骤604中读取数据的操作在规定的时间内是否完成，若未读完数据，则说明读取数据不可信，可能存在故障，进入超时处理，若读完数据，则执行步骤606；

步骤606：将读出的数据写入FIFO缓冲区，暂存数据，为发送数据做准备；

步骤607：将FIFO缓冲区中的数据通过UDP或TCP/IP协议发送到网络上。

本发明实施例中实现的集成化车载记录器具有强大的集成度和兼容性，能够实现与多种车载设备进行无缝连接，对相关车载设备的运行数据进行详尽的数据记录，解决了每台车载设备需单独配备一套记录器的缺点，便于对集成化车载记录器记录的多种车载设备的运行数据进行整体、系统的分析，利于列车运行控制系统故障的迅速、准确定位，提高了车载设备的可用性和可维护性，为列车的安全运行提供保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集成化车载设备记录器，其特征在于，所述记录器包括：

通信接口模块，用于监听并接收列车运行控制系统中相关车载设备的运行数据，并用于实现不同协议接口的数据收发；

解析识别模块，用于对所述通信接口模块采集到的运行数据进行解析，识别所述运行数据所属的车载设备，在对数据进行识别时根据数据的封装格式进行识别；

提取组帧模块，用于从所述运行数据中提取重要数据，将所述重要数据组成数据帧；

记录存储模块，用于记录存储所述数据帧。

2.如权利要求1所述的记录器，其特征在于，所述通信接口模块具体为CAN接口、和/或RS-422接口、和/或Profibus接口。

3.如权利要求1所述的记录器，其特征在于，所述记录器还包括：

环境参数采集模块，用于采集列车当前运行的环境变量值；

电压检测模块，用于监控测量列车上的供电电压值。

4.如权利要求3所述的记录器，其特征在于，所述环境参数采集模块具体包括：

压力采集单元，用于采集列车管压力信号和制动缸压力信号，进行模数转换，得到压力值；

电流、电压采集单元，用于将模拟弓网电流信号、弓网电压信号转换为数字信号，得到弓网电流、弓网电压值；

温度测量单元，用于将模拟温度信号转换为数字信号，得到温度值；

柴油机转速采集单元，用于将经过波形调整电路的柴速信号转化为方波信号，得到柴速值；

波形采集单元，用于采集轨道电路接收线圈输出的信号，处理得到数据值。

5.如权利要求3所述的记录器，其特征在于，所述电压检测模块具体包括：

信号调理单元，用于采集模拟的供电电压信号；

采集单元，用于将模拟的供电电压信号转换为数字信号，得到供电电压值。

6.如权利要求1所述的记录器，其特征在于，所述记录存储模块具体包括：

辨别单元，用于辨别所述数据帧是定长数据帧还是非定长数据帧；

定长帧存储单元，用于存储定长数据帧；

非定长帧存储单元，用于存储非定长数据帧。

7.如权利要求1所述的记录器，其特征在于，所述记录器还包括：

转储模块，用于将所述记录存储模块中的数据转储到移动存储介质中或网络中。