CN108319251A - 列车数据采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车数据采集方法及装置。该方法应用于列车控制单元，列车控制单元包括：主板、数据采集板，主板与数据采集板通过总线连接，主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，该方法包括：系统软件任务在主板的内存中建立应用变量存储空间；应用变量存储空间用于存储列车控制应用任务的应用变量数据；数据采集板通信任务根据数据采集板发送的第一数据采集需求信息从应用变量存储空间中读取应用变量数据。本发明实施例数据采集板能够通过访问应用变量存储空间中应用变量的方式，在不对列车控制应用任务运算效率产生任何影响的情况下，同时记录总线数据和列车控制应用任务的所有中间变量。

Description

列车数据采集方法及装置

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种列车数据采集方法及装置。

背景技术

列车控制单元及其列车控制应用软件是动车组和机车的核心控制组成，是列车安全可靠运行的关键，负责对列车各系统工作状态进行监视，并协调和控制各系统运行以实现列车各项应用功能。为了进行列车维护、故障分析、状态检测、技术研究，在列车运行时需要对监测目标、预期故障、预期事件的相关数据按照一定的参数要求进行采集记录，这些数据都来自于列车控制单元中的列车控制应用软件。

为了实现列车控制功能和数据记录功能，现有技术一般采用如下方式：1)列车控制单元与数据记录装置组合，即在列车控制总线或网络中接入专门用于数据记录的装置，该装置独立于列车控制单元，有自己的软件，根据需要采集的数据内容进行编程和配置后即可进行数据记录。2)列车控制单元自带数据记录功能，即列车控制单元中自带存储卡，在列车控制软件开发或更改时开发对应功能可实现对所需数据进行记录。

上述第一种方式中，数据采集的可选范围仅限于列车控制总线或网络上的数据，如果将一些其他数据(如列车控制单元自身硬件状态检测、应用软件内部过程变量数据等)也发到列车控制总线上，则会占用总线资源；第二种方式中，更改或增加数据采集内容时，需要更改列车控制单元中列车控制软件或相应的配置文件，因此数据采集内容更改成本高，而且数据采集功能的设计和更改对列车控制功能的潜在影响较大。

发明内容

本发明提供一种列车数据采集方法及装置，以解决现有的数据采集的可选范围有限，以及对列车控制功能的潜在影响较大的问题。

第一方面，本发明提供一种列车数据采集方法，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述方法包括：

所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；

所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

第二方面，本发明提供一种列车数据采集装置，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述装置包括：

处理模块，用于通过所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；

数据采集模块，用于通过所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

本发明提供的列车数据采集方法及装置，通过系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据，数据采集板能够通过访问应用变量存储空间中应用变量的方式，在不对列车控制应用任务运算效率产生任何影响的情况下，同时记录总线数据和列车控制应用任务的所有中间变量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是现有的数据采集实现流程示意图一；

图2是现有的数据采集功能结构简化模型图一；

图3是现有的数据采集功能结构简化模型图二；

图4是现有的常规数据采集功能实现流程示意图一；

图5是现有的临时数据采集功能实现流程示意图一；

图6是现有的数据采集功能结构简化模型图三；

图7是现有的常规数据采集功能实现流程示意图二；

图8是现有的临时数据采集功能实现流程示意图二；

图9是本发明提供的列车数据采集方法一实施例的流程示意图；

图10是本发明提供的方法一实施例的主板功能构成模型示意图；

图11是本发明提供的方法一实施例的数据采集板功能构成模型示意图；

图12是本发明提供的方法一实施例的列车控制单元功能示意图；

图13是本发明提供的方法一实施例的列车控制单元结构示意图；

图14是本发明提供的方法一实施例的列车控制单元硬件构成示意图；

图15是本发明提供的方法一实施例的主板软件构成与功能图；

图16是本发明提供的方法一实施例的数据采集板软件构成与功能图；

图17是本发明提供的方法一实施例的数据采集功能实现关系图；

图18是本发明提供的列车数据采集装置一实施例的结构示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的设备的例子。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了实现列车控制功能和数据记录功能，一般有如下三种实现方式。

第一种、列车控制单元与软件维护电脑组合

在常用电脑中安装上对列车控制单元进行监控、下载软件、上传数据的软件维护工具即可成为列车控制单元软件维护电脑，一般这类软件都支持监控列车控制软件中的运行变量数据，并根据所选变量数据进行跟踪监控和下载。

如图1所示，当出现数据采集需求时技术人员根据需求在软件维护电脑中对采集内容进行配置(即配置采集数据内容与参数)，然后到列车运营现场与列车控制单元或维护网络连接，启动软件维护电脑内相应的程序进行数据监控与采集。

如图2所示，列车控制单元启动后，列车控制单元内的各程序先后加载到主板内存，其中主板通信服务端任务、列车控制应用任务、各板卡和设备驱动任务在系统软件任务的支持管理下运行。

软件维护电脑与主板通信服务端任务交换数据；主板通信服务端任务与列车控制应用任务交换数据。

数据采集过程就是在建立了关系的各个任务(各个应用程序对应的任务，如主板通信服务端应用程序、列车控制应用程序等)之间共同完成的。数据采集需求依次传递并经各环节转换处理的顺序为：软件维护电脑，维护网络或连接线，列车控制单元主板上的主板通信服务端任务、列车控制应用任务；根据数据采集需求，采集数据传递给软件维护电脑的数据存储介质中，经各环节转换处理顺序依次为：列车控制应用任务、主板通信服务端任务，维护网络或连接线，软件维护电脑。

第一种实现方式具体如下缺陷：

首先，应用范围小─只适用于短时间的临时数据采集需求。

具体的，需要专业技术人员带着电脑到运营中的列车中进行数据采集，由于电脑不是列车构成部分而且需要技术人员执行操作，无法实现长期无人值守的自动数据采集功能需求。

其次，维护或研究成本高。

具体的，对于临时数据采集需求也有缺陷，因为触发数据采集的故障或事件可能连续多日甚至更长时间未发生，而经常需要多次采集故障数据用于比较分析，就需要人员一直跟踪采集。有时需要同时采集多个运营列车的数据，就需要派相应数量的人员进行现车跟踪采集。因此人力资源耗费多，成本高。

最后，数据采集过程与列车控制应用任务有直接关系，有安全风险。

具体的，数据采集过程直接与列车控制应用任务交换数据(图2中主板通信服务端任务与列车控制应用任务之间)，因此无论在应用软件设计开发阶段还是在维护阶段，数据采集和列车控制都存在着互相影响的潜在安全风险。

第二种、列车控制单元与数据记录装置组合

数据记录装置一般属于列车产品构成的一部分，连入列车控制总线或网络。配置好采集内容和参数后的数据记录装置上电后，达到正常工作状态后即可采集总线或网络上传输的数据。

如图3所示，列车控制单元启动后，各程序先后加载到主板内存，其中通信板驱动、列车控制应用任务、主板通信服务端任务、其他板卡和设备驱动任务在系统软件任务的支持管理下运行。

主板通信服务端任务不参与数据采集记录过程，列车控制应用任务与通信板驱动交换数据，通信板驱动通过背板总线与通信板交换数据，通信板与列车总线或网络交换数据，数据记录装置与列车控制总线或网络交换数据。

数据采集过程就是在建立了关系的各个任务之间共同完成的。列车控制总线或网络上的数据是列车控制单元或其他设备按照约定主动发出的，因此数据记录装置从总线或网络上取数据并不需要发数据采集需求，直接从总线或网络上取需要的数据就行。需要采集数据的依次传递并经各环节转换处理的顺序为：列车控制单元中的列车控制应用任务、通信板驱动、背板总线、通信板，列车总线或网络和数据记录装置。

如图4所示，根据列车产品设计需求编制完成数据采集记录装置软件或配置文件，然后进行软件测试验证，测试验证通过后发布正式软件或配置文件下载到数据记录装置中，列车正常工作后启动数据记录装置进行数据采集。

如图5所示，当出现临时数据采集需求时根据需求更改数据记录装置软件或配置文件，然后对更改后的功能进行测试验证，测试验证通过后申请软件更改，更改申请批准后将更改后的记录装置软件或配置文件下载到数据记录装置中，数据记录装置启动后按更改后的文件进行数据采集。

第二种方式具有如下缺陷：

首先，数据采集的可选范围仅限于列车控制总线或网络上的数据。

具体的，根据数据记录装置采集数据的工作特点决定其只能采集列车控制总线或网络上传输的数据，其他没有在总线上传输的列车控制应用任务的变量数据无法采集，例如列车控制单元自身硬件状态检测、自带输入输出模块等功能模块或功能板卡的数据，以及列车控制应用任务内部过程变量数据等。如果将这些数据也发到列车控制总线上，占用了总线资源，不仅数据量受限，实时性也受限于控制总线的通信速率和周期。

其次，占用安装布线空间资源。

在列车上设备的安装、布线空间资源非常宝贵和有限，专用数据记录装置都占用一定的安装和布线空间资源。

第三种方式：列车控制单元自带数据记录功能

列车控制单元自身带有存储卡可以进行数据记录。

列车控制单元启动后，各程序先后加载到主板内存，其中存储卡驱动、列车控制应用任务、主板通信服务端任务、各板卡和设备驱动在系统软件任务的支持管理下运行。

主板通信服务端任务不参与数据采集记录过程。列车控制应用任务直接与存储卡驱动交换数据。

如图6所示，数据采集过程就是列车控制应用任务将数据发送给存储卡驱动，存储卡驱动将其转换处理后存储到存储卡中完成数据记录功能。为了上传记录的数据或下载数据记录相关文件，主板通信服务端任务与存储卡驱动有数据交换关系。如果是可插拔的存储介质，也可以将存储卡拔出插入的电脑中读取记录的数据。

如图7所示，根据列车产品设计需求编制完成列车控制应用软件或配置文件，然后进行软件测试验证，测试验证通过后发布正式软件或配置文件，下载到列车控制单元主板中，列车控制单元工作时将采集的数据存储到主板中的存储卡里。

如图8所示，当出现临时数据采集需求时根据需求更改列车控制应用软件或配置文件，然后对更改后的功能进行测试验证，测试验证通过后申请软件更改，更改申请批准后将更改后的软件或配置文件下载到列车控制单元主板中，列车控制单元启动后按更改后的文件进行数据采集。

第三种方式具有如下缺陷：

首先，数据采集内容更改成本高、周期长。

具体的，更改或增加数据采集内容时，需要更改列车控制单元中列车控制软件或相应的配置文件，而列车控制单元及其控制软件的重要性决定其更改过程在设计、测试、试验、软件下载操作以及申请流程上都要花费很多的资源和很长的周期。

其次，数据采集功能的设计和更改对列车控制功能的潜在影响大。

数据采集与列车控制功能均需要同一个软件载体和硬件载体实现，因此关系较为密切，更改数据采集功能或内容时都可能对列车控制功能产生影响，如数据采集功能的设计缺陷可能会影响到列车控制软件整体性能从而影响列车控制功能，再如数据记录内容增加会使数据记录到存储介质时所占用硬件资源增加影响列车控制功能的对主板硬件资源使用等。再有与采集数据相关操作如：数据上传到电脑、软件或配置文件更新等，都需要直接操作负责列车控制应用软件运行的列车控制单元主板，操作次数的增多会带来误操作、使用寿命降低等风险。

本发明提出了一种可灵活配置采集数据内容的列车控制单元，不用专门的数据记录装置，可应用于常规数据采集和临时数据采集，当有临时采集数据需求时，即不需要专业技术人员在运营的现车上跟踪采集，也不需要更改列车控制应用软件，应用范围不受限制；可采集的数据范围为列车控制应用软件中的全部变量，即列车控制总线或网络上传输的数据、列车控制单元硬件状态数据、自身硬件输入输出数据以及应用软件内部过程变量数据等，而且与数据记录装置相比实时性和采集频率高；采集数据内容更改方便快捷，不用更改列车控制应用软件，也不用操作其运行载体的列车控制单元主板，因此各个环节投入少，周期短；列车控制功能数据采集功能在设计、测试、更改维护、直接运行载体上完全分开，互不影响，并且数据记录到存储介质的过程不占用列车控制单元主板硬件资源。

图9是本发明提供的列车数据采集方法一实施例的流程示意图。如图9所示，本实施例提供的列车数据采集方法，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述方法包括：

步骤901、所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据。

步骤902、所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

具体的，列车控制单元硬件构成主要包括主板、数据采集板、通信板、电源板、背板、机箱及所需的其他功能板卡。其中通信板、电源板、背板、机箱及所需的其他功能板卡与常规列车控制单元功能相同。

如图10所示，主板的功能主要用于实现列车控制功能，没有数据记录功能。主板正常工作后，系统软件任务(系统应用程序对应的任务)启动，随后系统软件任务在主板的内存中开辟一个专门用于存储应用变量的空间，即应用变量存储空间。然后启动其他任务，主要包括列车控制应用任务(列车控制应用程序对应的任务)、数据采集板通信任务(数据采集板通信应用程序对应的任务)、通信板驱动任务(通信板驱动应用程序对应的任务)、其他板卡及设备驱动任务、主板通信服务端任务(主板通信服务端应用程序对应的任务)等，这些任务和应用变量存储空间均由系统软件任务进行管理。

列车控制应用任务的全部应用变量数据均存储在应用变量存储空间，列车控制应用任务有该区域的读写权限，其他任务只有该区域的读取权限，这样就使得列车控制功能与数据采集功能完全隔离。列车控制应用任务在系统软件任务的管理和支持下只与通信板驱动任务、其他板卡和设备驱动任务交换数据。

数据采集板通信任务通过总线(如背板总线)与数据采集板交换数据，按照数据采集板发来的数据采集需求(即第一数据采集需求信息)从应用变量存储空间读取所需数据，不与列车控制应用任务交换数据，对应用变量存储空间没有写入权限，防止更改应用变量存储空间数据从而影响列车控制应用任务功能。

通信板驱动任务、其他板卡和设备驱动任务与常规列车控制单元功能相同。

其中，在实际应用中，数据采集板可以通过其他方式与主板连接，如以太网、其他总线等。

可选的，所述系统软件任务将所述应用变量存储空间的起始地址和空间容量作为系统环境变量。

其中，在步骤902之前，还可以包括如下步骤：

所述列车控制应用任务从所述系统环境变量中获取所述应用变量存储空间的起始地址；

将所述列车控制应用任务的变量数据存储在所述应用变量存储空间中。

具体的，列车控制应用软件用于实现列车控制功能，从系统环境变量中得到应用变量存储空间的起始地址，将全部变量数据存入应用变量存储空间，只在空闲时释放读取权限，全程占用写入权限。

可选的，本发明实施例的方法，还可以包括如下步骤：

所述主板通信服务端任务根据第一终端设备发送的第二数据采集需求信息，以及所述应用变量存储空间的起始地址，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据；所述第二数据采集需求信息用于指示所述主板通信服务端任务进行临时数据采集。

具体的，主板通信服务端任务主要用来与电脑的软件维护工具交换数据使用，在数据采集和监视状态下，该任务只有读取应用变量存储空间的数据的权限，无写入权限，防止误操作更改应用变量存储空间的数据从而影响列车应用任务功能，由于可以读取应用变量存储空间，因此该任务可以获取列车控制应用任务中的全部应用变量，因此可利用电脑(即第一终端设备)的软件维护工具设置采集变量需求(即第二数据采集需求信息)，通过电脑进行临时数据采集。同时主板通信服务端任务还负责从电脑接收列车控制应用程序并将其存储在程序存储器中。

具体可以是从系统环境变量中读取应用变量存储空间的起始地址，进一步根据第二数据采集需求信息，读取应用变量存储空间中的应用变量数据，从而实现数据采集。

本发明实施例中的数据采集板与其他功能板卡(除主板以外)构成方式可以不同，它不是系统主板但是含有与主板同类的资源(甚至在硬件构成上与主板可相同)，是可独立运行的计算机系统，由于其性能和功能侧重点不同，部分硬件在指标上可以有明显区别,它包含用于数据存储的数据存储卡，其容量和性能要求高，其他硬件性能满足系统软件和数据采集应用软件运行即可。其中，数据采集板内可设置数据存储卡。

如图11所示，列车控制单元启动后，数据采集板启动，数据采集板内的系统软件任务首先启动，随后启动的是数据采集应用软件的任务，包括数据采集服务任务(数据采集服务应用程序对应的任务)、主板通信任务(主板通信应用程序对应的任务)、存储卡驱动任务、数据采集板服务端任务(数据采集板服务端应用程序对应的任务)，这些任务在系统软件任务的管理和支持下运行。

可选的，本实施例的方法还可以包括如下步骤：

所述数据采集板服务端任务通过数据采集板服务接口接收第二终端设备发送的所述第一数据采集需求信息；

所述数据采集服务任务将所述第一数据采集需求信息转换处理后通过所述主板通信任务发送给所述主板的数据采集板通信任务。

具体的，上述为第一数据采集需求信息传递过程。

可选的，本实施例的方法还可以包括如下步骤：

所述数据采集服务任务通过所述主板通信任务接收所述数据采集板通信任务发送的所述应用变量数据；

所述数据采集服务任务将所述应用变量数据存储在所述数据采集卡的存储空间中；或，所述数据采集服务任务通过所述数据采集板服务端任务将所述应用变量数据，上传给所述第二终端设备。

数据采集服务任务与主板通信任务、数据采集板服务端任务、存储卡驱动任务分别交互数据，存储卡驱动任务与数据存储卡交互数据，主板通信任务与背板总线交互数据，数据采集板服务端任务与电脑(即第二终端设备)交互数据。通过这些数据传递可完成如下功能：

1)在线采集列车控制应用任务数据(电脑连接数据采集板采集数据)

在电脑中安装数据采集工具软件，根据数据采集需求编制数据采集文件/配置，如图12所示，将电脑连入维护网络或直接连到列车控制单元的数据采集板服务接口，然后数据采集需求(即第一数据采集需求信息)经过维护网络或连接线、数据采集板服务端任务、数据采集服务任务、背板总线、主板通信任务的处理转换发送给主板上的数据采集板通信任务。数据采集板通信任务按照第一数据采集需求信息读取应用变量存储空间内的应用变量数据，经背板总线、主板通信任务、数据采集服务任务、数据采集板服务端任务、维护网络或连接线传递给电脑进行存储或在线显示。

2)离线自动采集数据(数据采集板不连接电脑自动采集数据)

根据数据采集需求编制数据采集文件/配置，如图12所示，将电脑连入维护网络或直接连到列车控制单元的数据采集板服务接口，将数据采集软件/配置通过数据采集板服务端任务下载到存储介质中，数据采集功能启动后，数据采集服务任务按照数据采集软件/配置将数据采集需求(即第一数据采集需求信息)经主板通信任务、背板总线依次处理转换发送给主板上的数据采集板通信任务，数据采集板通信任务按照第一数据采集需求信息读取应用变量存储空间内的应用变量数据，经背板总线、主板通信任务、数据采集服务任务、存储卡驱动将所需数据存储在数据采集板的数据存储卡上，数据存储卡上的数据可以利用电脑中的数据采集工具上传到电脑的硬盘或存储卡中，先后经数据采集卡中的存储卡驱动、数据采集服务任务、数据采集板服务端任务处理转换，最后经维护网络或连接线传到电脑中。也可以将数据存储卡拆下插入电脑中进行数据读取。

本实施例提供的列车数据采集方法，通过系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据，数据采集板能够通过访问应用变量存储空间中应用变量的方式，在不对列车控制应用任务运算效率产生任何影响的情况下，同时记录总线数据和列车控制应用任务的所有中间变量。

在上述实施例的基础上，进一步的，列车控制单元可以采用3U 44TE上架式机箱，机箱内部采用紧凑型PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，简称CPCI)背板，背板共有8槽位，包括1个系统槽和7个扩展槽，1个电源板，1个主板，1个数据采集板，1个通信板，各板卡均为标准3U CPCI背板尺寸和结构设计。如图13所示，主板插入最右侧系统槽，第2个扩展槽插入通信板(也可以插入其他扩展槽)，第4个扩展槽插入数据采集板(也可以插入其他扩展槽)，电源板插入CPCI背板左侧电源插槽。列车控制单元其他常用外围设备如IO设备、无线传输设备等，可以根据应用需求添置，插入空闲的扩展槽中。除了数据采集板外，从构成上与常规列车网络控制单元相同，数据采集板在列车控制单元中的配置和功能是其他常规列车控制单元不具备的。图中还包括接地装置，图中的箱体上还设置有安装耳，把手安装孔，其中，箱体的尺寸例如为长234mm，宽230mm，高134mm。两侧的把手安装孔之间的距离为263mm。同一侧的把手安装孔之间的距离为60mm。

进一步的，如图14所示，数据采集板：前面板占用1个槽位(根据实际设计需求也可能占用2个槽位)，设有USB接口和以太网接口，这些即可用于调试和下载数据采集板应用程序，也可用于上传采集的数据到相应的客户端装置，其中USB接口还可以用于快速转存数据到带有USB接口的存储介质中，同时也可以扩展数据存储空间。根据应用需要可以设置复位开关(硬件的)，更新程序和配置后，复位该复位开关可加载新的程序或配置，按照新的程序或配置采集数据，不影响列车控制功能。该数据采集板同样设有处理器及辅助功能模块(主要指输入输出管理控制模块、内部总线、不同总线/接口之间的桥接/转换/管理模块、电路保护及功能附件等)、随机存取存储器(random access memory，简称RAM)和程序存储器，与主板不同的是该板的处理器性能可以低于主板的处理器，满足数据采集服务任务运行和存储功能即可，因此相关的辅助功能模块、RAM和程序存储器性能或容量同样可降低，与主板功能结构不同的是增加一块容量较大的数据存储卡(固态硬盘(Solid State Drives，简称SSD)/闪存(Flash Memory，简称FLASH))。

可选的，不同于常规列车控制单元所有部件一起启动和停止，数据采集功能可以通过复位开关单独启动或停止数据采集功能，在不影响列车控制功能情况下更新数据采集软件/配置、启动或停止数据采集过程，同时方便在线维护。该项功能独立于列车控制单元主板的启动和停止功能。

以下硬件构成与常规列车控制单元相近。

机箱负责承载和防护机箱内部各原件，上下为散热盖板，前面板两侧有把手、安装结构、接地装置等。

主板：前面板占用2个槽位(8TE，可根据实际设计增减槽位),设有调试接口、以太网网口、USB口和状态指示灯。该主板负责运行列车控制应用任务，通过调用主板资源和通过背板总线驱动本机其他外围设备共同实现应用程序功能。该主板在硬件构成和功能与常规列车控制单元的主板相同,主板上设有处理器及辅助功能模块、RAM和程序存储器(只读内存(Read-OnlyMemory，简称ROM)/FLASH)。

电源板：前面板占用2个槽位(8TE，可根据实际设计增减槽位),设有电源输入接口和电源指示灯，输入电压为DC 16.8V-137.5V,由列车控制用直流供电线路供电，输出到CPCI背板供电针脚，输出电压分为12V+,12V-,5V,3.3V，该电源板的构成、功能与常规列车控制单元的电源板相同。

通信板：前面板占用1个槽位(4TE，可根据实际设计增增加),设有与列车控制网络连接的通信接口及通信状态指示灯。该板负责接收列车控制网络通信数据，解析后通过背板总线发送给主板，同时也负责把主板发送过来的数据打包后发送给列车控制网络。该通信板的构成、功能与常规列车网络控制单元的通信板相同。

进一步的，以下介绍本发明实施例中的软件构成。

如图15所示，主板上的软件：

主板程序存储器存有列车控制应用软件(即列车控制应用程序软件)、主板通信服务端软件(即主板通信服务端应用程序软件)、数据采集板通信软件(即数据采集板通信应用程序软件)、系统软件及硬件驱动等。

系统软件负责管理驱动和其他软件，并且在主板启动后在RAM中开辟一段内存空间作为共享内存(即应用变量存储空间)，并把应用变量存储空间的起始地址和内存大小计入系统的环境变量，该环境变量名称固定，其他软件在编制相关功能时，以该名称使用该环境变量值。

列车控制应用软件用于实现列车控制功能，从系统环境变量中得到应用变量存储空间的起始地址，将全部变量数据存入应用变量存储空间，只在空闲时释放读取权限，全程占用写入权限。

主板通信服务端软件功能包括与上位机通信、接收下载软件到程序存储器、解析上位机监控指令的内容与参数、按照指令读取共享内存数据、将读取的数据上传给上位机实现数据传输，主板工作后它加载到RAM中以主板通信服务任务形式存在，通过系统的环境变量读取应用变量存储空间的起始地址，并以此为基础获得列车控制应用任务变量地址，用来读取数据。

数据采集板通信软件功能包括与数据采集板通信、接收数据采集板的采集需求(第一数据采集需求信息)，按照采集内容和参数读取应用变量存储空间的数据，传输采集数据给数据采集板。任务启动后读取环境变量中应用变量存储空间的起始地址，并以此为基础获得列车控制应用任务的应用变量数据地址，用来读取数据；此任务同时负责与数据采集板通信，按数据采集板发来的数据请求把数据传递给数据采集板。

从上述描述和图15可以看出，在数据采集相关的功能上区别于常规列车控制单元软件功能实现方式，与数据采集有关的功能与列车控制功能完全分开，并且对列车控制功能不产生影响。

如图16所示，数据采集板上的软件

数据采集板程序存储器存储着数据采集软件(即数据采集应用程序软件)、系统软件、存储卡驱动等。

系统软件管理和支持其他软件运行。

数据采集服务软件运行后，主要包括数据采集板服务端任务、数据采集服务任务、主板通信任务。

数据采集板服务端任务负责与上位机(软件维护电脑)通信，接收下载的软件\配置文件到程序存储器，将接收的上位机指令传递给数据采集服务任务，上传采集数据(在线采集数据/监视数据，离线上传数据时)等。

数据采集服务任务功能包括：调用存储卡驱动读写存储卡数据，接收数据采集板服务端软件传递数据采集指令，解析在线数据采集指令的内容和参数，解析软件/配置文件中数据采集内容和参数，传递数据采集内容和参数给主板通信任务，接收主板通信任务回复的采集数据。

主板通信任务负责与主板通信，发数据采集内容和参数给主板，接收和解析主板发来的采集数据，将转换后的数据发给数据采集服务任务。

存储卡驱动包括数据采集板板载存储卡驱动和外围扩展存储介质驱动(通过USB口外接或板载存储卡插槽)。

可选的，在其他实施例中，可以在主板上采用专用的高速存储部件来存储列车控制应用软件的应用变量数据，实现变量数据共享，在本发明实施例中在共享内存中开辟应用变量存储空间，仅仅是一种实现方式，本发明对此并不限定。

可选的，在其他实施例中，数据采集板可以采用无线通信技术实现与上位机或存储装置连接实现数据存储。

可选的，在其他实施例中，数据采集板功能的启动和停止，可以利用上位机连接数据采集板服务接口，通过软件方式启动和停止数据采集板上软件的运行。

可选的，在其他实施例中，列车控制单元硬件构成方式为非背板式机箱也可以设置独立数据采集板。

进一步的，步骤902具体可以采用如下方式实现：

所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息、所述应用变量存储空间的起始地址以及所述变量配置表中的变量类型和所述变量类型在所述应用变量存储空间中的位置索引，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

具体的，在开发列车控制应用软件的同时可以生成一个变量配置表，该表记录了所有应用变量的变量类型和在共享内存(即应用变量存储空间)中的相对位置索引。

列车控制应用软件运行后从系统环境变量处读取由系统软件任务创建的应用变量存储空间的起始地址，所有应用变量均存入应用变量存储空间，每个变量在应用变量存储空间中占据唯一位置，通过应用变量存储空间中变量类型区域(区域首地址，不同类型变量占用内存资源大小不同)和相应偏移(即位置索引)就可以唯一确定特定的应用变量，其中变量类型区域首地址与应用变量存储空间的起始地址相对位置固定，因此只要应用变量的变量类型和位置索引值就可以读取应用变量数据。列车控制应用软件在运行期间对其他任务不开放对变量的写入权限，在空闲时放开读取权限。

可选的，所述第一数据采集需求信息，包括以下采集参数信息：采集周期、触发条件、记录应用变量数据的数量、记录应用变量数据的时长或应用变量数据的存储位置。

具体的，采集主要可分为2种形式，周期采集和触发采集，周期采集参数设置必须包括：采集周期，采集内容(所需应用变量数据的存储位置)；触发采集必须包括：触发条件，记录应用变量数据的起始位置，记录应用变量数据的时长或数量，采集内容(所需应用变量数据的存储位置)。

数据采集功能的实现方式如下：

如图17所示，图中省去了与过程无直接关系的部分任务和功能。利用变量配置表就可以找到列车控制应用任务产生的应用变量数据。选取采集内容的过程就是选取配置表中相应的变量类型和位置索引的过程。在编制数据采集软件/配置文件时，设置采集参数，即第一数据采集需求信息(如采集周期/频率，触发条件，记录应用变量数据的数量/时长，应用变量数据的存储位置等)，与所需采集数据在共享内存的应用变量存储空间中的变量类型和位置索引一起生成数据采集服务软件/配置文件，下载到数据采集板。数据采集服务任务根据程序设定(或解析采集参数)按照参数设置在条件具备时发送变量类型和位置索引给主板通信任务，并由主板通信任务传递给主板上的数据采集板通信任务，该任务按照变量类型和位置索引将共享内存的应用变量存储空间相应的应用变量读取出来反馈给数据采集板的主板通信任务，再由其转换后发送给数据采集服务任务，由数据采集服务任务通过存储卡驱动存储在数据存储卡中，或由数据采集板服务任务经数据采集板服务端任务传递给软件维护电脑中存储。

本发明实施例中，数据采集板能够通过访问共享内存中的应用变量存储空间中应用变量的方式，在不对列车控制应用任务运算效率产生任何影响的的情况下，同时记录总线数据和列车控制应用任务的所有中间变量。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案即可以适用于使用软件维护电脑进行临时数据采集的应用，也适用于长期自动数据采集的应用。临时数据采集和自动数据采集时均不需要技术人员操作和跟车维护和操作，因此节省人力成本。

本发明实施例的技术方案优于列车控制单元加数据记录装置的方式，数据记录范围广(不仅列车控制总线/网络上的数据，全部列车控制应用任务变量均可采集)，实时性强，采集周期不受总线/网络通信周期限制，节省列车控制总线/网络通信资源，并且节省了数据记录装置的安装空间。

本发明实施例的技术方案中数据采集功能和列车控制功能用2套软硬件分别实现，通过共享内存实现数据采集，通过封锁数据采集功能写入共享内存的方式，限制了数据采集功能对列车控制功能的影响，各自独立开发、测试、应用，互不影响，增强了系统可靠性和安全性。

升级或更改数据采集软件功能、内容、参数均不需要操作列车控制单元主板及其软件，减少了对主板误操作的机会。数据采集板甚至可以单独拆卸下来也不影响主板上列车控制功能的实现，数据采集板有单独的复位开关，可随时单独启动或停止数据采集板及其软件的运行，采集数据过程方便快捷，可维护性强。

由于数据采集功能、内容、参数更改过程以及功能实现均与列车关键功能-列车控制功能无关，因此本发明实施例的技术方案数据采集软件或配置的更改、测试、试验、下载、申请流程上的投入和周期都远小于对其他带数据存储功能的列车控制单元的同类工作。由于数据采集和存储功能用了单独硬件实现节省了主板的硬件资源，提高了主板软件的运行效率和主板的使用寿命。

图18为本发明提供的列车数据采集装置一实施例的结构示意图，如图18所示，本实施例的列车数据采集装置，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述装置包括：

处理模块181，用于通过所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；

数据采集模块182，用于通过所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

可选的，处理模块181还用于：

通过所述系统软件任务将所述应用变量存储空间的起始地址和空间容量作为系统环境变量。

可选的，处理模块181还用于：

通过所述数据采集板获取所述列车控制应用任务的变量配置表；所述变量配置表包括所有应用变量的变量类型和所述变量类型在所述应用变量存储空间中的位置索引。

可选的，处理模块181还用于：

通过所述列车控制应用任务从所述系统环境变量中获取所述应用变量存储空间的起始地址；

将所述列车控制应用任务的变量数据存储在所述应用变量存储空间中。

可选的，数据采集模块182具体用于：

通过所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息、所述应用变量存储空间的起始地址以及所述变量配置表中的变量类型和所述变量类型在所述应用变量存储空间中的位置索引，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

可选的，数据采集模块182具体用于：

所述主板通信服务端任务根据第一终端设备发送的第二数据采集需求信息，以及所述应用变量存储空间的起始地址，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据；所述第二数据采集需求信息用于指示所述主板通信服务端任务进行临时数据采集。

可选的，所述数据采集板上运行的任务包括：主板通信任务、数据采集服务任务和数据采集板服务端任务，处理模块181还用于：

所述数据采集板服务端任务通过数据采集板服务接口接收第二终端设备发送的所述第一数据采集需求信息；

所述数据采集服务任务将所述第一数据采集需求信息转换处理后通过所述主板通信任务发送给所述主板的数据采集板通信任务。

可选的，处理模块181还用于：

所述数据采集服务任务通过所述主板通信任务接收所述数据采集板通信任务发送的所述应用变量数据；

所述数据采集服务任务将所述应用变量数据存储在所述数据采集卡的存储空间中；或，所述数据采集服务任务通过所述数据采集板服务端任务将所述应用变量数据，上传给所述第二终端设备。

可选的，所述第一数据采集需求信息，包括以下采集参数信息：采集周期、触发条件、记录起始点、记录应用变量数据的数量、记录应用变量数据的时长、应用变量数据的存储位置等。

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种列车数据采集方法，其特征在于，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述方法包括：

所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；

所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述系统软件任务将所述应用变量存储空间的起始地址和空间容量作为系统环境变量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述数据采集板获取所述列车控制应用任务的变量配置表；所述变量配置表包括所有应用变量的变量类型和所述变量类型在所述应用变量存储空间中的位置索引。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据之前，还包括：

所述列车控制应用任务从所述系统环境变量中获取所述应用变量存储空间的起始地址；

将所述列车控制应用任务的变量数据存储在所述应用变量存储空间中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据，具体包括：

所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息、所述应用变量存储空间的起始地址以及所述变量配置表中的变量类型和所述变量类型在所述应用变量存储空间中的位置索引，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述主板通信服务端任务根据第一终端设备发送的第二数据采集需求信息，以及所述应用变量存储空间的起始地址，从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据；所述第二数据采集需求信息用于指示所述主板通信服务端任务进行临时数据采集。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述数据采集板上运行的任务包括：主板通信任务、数据采集服务任务和数据采集板服务端任务，所述方法还包括：

所述数据采集板服务端任务通过数据采集板服务接口接收第二终端设备发送的所述第一数据采集需求信息；

所述数据采集服务任务将所述第一数据采集需求信息转换处理后通过所述主板通信任务发送给所述主板的数据采集板通信任务。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述数据采集服务任务通过所述主板通信任务接收所述数据采集板通信任务发送的所述应用变量数据；

所述数据采集服务任务将所述应用变量数据存储在所述数据采集卡的存储空间中；或，所述数据采集服务任务通过所述数据采集板服务端任务将所述应用变量数据，上传给所述第二终端设备。

9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述数据采集板上设有复位开关；所述方法还包括：

通过所述复位开关启动或停止所述数据采集板的数据采集功能。

10.一种列车采集数据装置，其特征在于，应用于列车控制单元，所述列车控制单元包括：主板、数据采集板，所述主板与所述数据采集板通过总线连接，所述主板上运行的任务包括：系统软件任务、列车控制应用任务和数据采集板通信任务，所述装置包括：

处理模块，用于通过所述系统软件任务在所述主板的内存中建立应用变量存储空间；所述应用变量存储空间用于存储所述列车控制应用任务的应用变量数据；

数据采集模块，用于通过所述数据采集板通信任务根据所述数据采集板发送的第一数据采集需求信息从所述应用变量存储空间中读取应用变量数据。