智慧地铁全自动运行用的场景综合管理与验证方法及装置与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种智慧地铁全自动运行用的场景综合管理与验证方法及装置。


背景技术：

2.智慧地铁是在地铁全自动无人驾驶的基础上，结合人工智能ai技术和人因工程hfe技术，突破传统的地铁以自动化行车为导向，致力于为地铁乘客提供安全、舒适和快捷为最终需求目的。同时，智慧地铁全自动运行系统是一种复杂类的大系统，其功能范围不仅着眼于信号控制系统，还包括综合监控、车辆、站台门、语音通信等核心系统。多专业多数据的有机协作和数据融合，是实现智慧地铁全自动无人驾驶的技术基石。
3.智慧地铁全自动无人驾驶系统的推广和研究，需要一套多专业融合的综合性研究平台作为验证支持。该平台在集成智慧地铁所有核心设备的基础上，以智慧地铁全自动无人驾驶场景文件作为输入，可实现对多专业设备集成的场景综合性管理。
4.目前行业内对全自动运行线路的场景验证方式为在实验室搭建并连接涉及各核心专业的真实设备，并导入运维规则进行全自动无人驾驶运营场景验证，开展运营前置研究，该验证方式虽然能对运营场景和架构设计的合理性进行验证和评估，提前发现设计中的问题。但一方面受限于各专业间连接的复杂性，当进行实际场景验证时无法快速、高效地联动各专业设备，另一方面，对于培训人员，面对真实的场景专业设备无法完成自动评分反馈，不能很好地对培训学员的实际操作进行评判评分，具体面临的问题有：
5.1、全自动运行的各专业真实设备维护成本较高，同时空间占用资源巨大。核心专业如站台门、车辆系统，在建设前期消耗大量的物力财力、成本高、空间占用巨大，在建设完成后仍需要投入大量维护成本，也无法对各不同专业进行统筹综合管理，以确保整个验证环境的稳定性。
6.2、对于培训人员，不能全面进行自动评分反馈，当采用传统的验证方法与装置，无法对培训人员的操作结果进行汇总，受限于各专业的分散操作，往往只能定性判断培训人员是否完成相关操作步骤，而本专利的全自动运行场景管理器能通过各类场景命令下发，通过仿真层设备联动，最终实现自动评分反馈，培训人员可深入掌握全自动无人驾驶系统建设、运营和维护相关技能。
7.3、启动不同的验证场景需要对各系统分别进行操作，耗费较长时间。由于全自动运行系统的各验证场景涉及通信、站台门、afc、车辆、信号等核心专业，当验证不同场景时就需要对各专业设备的状态(含各子系统)进行一一操作，一定程度上会降低整个验证系统的效率，影响验证效果。
8.4、场景及线路的可扩展性有待提高。当验证环境采用了真实专业设备时，整个验证环境能实现的场景是固定的，不可扩展的，当实际验证过程中需要接入更多专业及子系统时，就需要对整个环境的架构进行调整，也无法对不同的全自动运行线路进行验证，往往会面临验证环境的低灵活性问题，对整个验证环境的重新建立具有一定影响。


技术实现要素：

9.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成化程度高、联动性范围广、拓展性功能强的智慧地铁全自动运行用的场景综合管理与验证方法及装置，在支持场景命令下发和多专业设备自动执行的基础上，加入自动评分反馈功能，并支持智慧地铁运维人员的培训与考核。
10.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
11.根据本发明的第一方面，提供了一种智慧地铁全自动运行用的场景综合管理与验证方法，该方法在支持场景命令下发和多专业设备自动执行的基础上，增加自动评分反馈模块，并支持智慧地铁运维人员的培训与考核；所述的方法包括场景联动过程、交互过程、信号测评过程和综调测评过程。
12.作为优选的技术方案，所述的场景联动过程具体为：
13.步骤11)通过场景管理软件触发相应场景，场景管理软件内部根据触发的场景进行逻辑判断确定需与哪些专业软件进行信息交互，部分场景还会涉及相关专业软件的重启与退出；
14.步骤12)综合监控仿真软件收到场景触发后，对相应bas、fas点位以及其它逻辑判断后通过modbus协议对相应的设备进行控制。
15.作为优选的技术方案，所述的步骤11)中触发的场景包括zc故障、lc故障、车载故障、联锁故障、计轴故障、道岔故障、站台门故障、车辆mvb故障、车辆丢失定位、触发紧急制动、spks激活、轨道占用。
16.作为优选的技术方案，所述的交互过程包括；
17.场景管理软件触发场景命令后，进行逻辑判断是哪种信号，如果是信号操作，与信号仿真软件进行交互；
18.如果是事件触发，将消息传输与场景联动服务器，该场景联动服务器进行逻辑判断，若是信号事件信息，ats界面以及信号设备进行动作响应，若是综调操作命令，与综合监控仿真软件进行交互，同时综合监控仿真软件对相应点位进行读写，实现场景的可视化触发。
19.作为优选的技术方案，所述的信号测评过程包括：
20.司机端通过实体驾驶台的手动驾驶操作进行评分，调度端通过调度界面的操作进行评分，维保端通过对各个设备以及应急故障的处理进行评分。
21.作为优选的技术方案，所述的综调测评包括：
22.调度端通过调度界面的操作进行评分，维保端通过对各个设备以及应急故障的处理进行评分。
23.根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述智慧地铁全自动运行用的场景综合管理与验证方法的装置，该装置包括全自动多专业仿真层、多专业执行层设备和全自动运行场景管理器；所述的全自动运行场景管理器分别与全自动多专业仿真层、多专业执行层设备连接，所述的全自动多专业仿真层和多专业执行层设备连接。
24.作为优选的技术方案，所述的全自动多专业仿真层包括信号系统仿真软件、综合监控系统仿真软件、站台门系统仿真软件、车辆系统仿真软件、通信系统仿真软件及自动售检票系统仿真软件afc；
25.其中所述的信号系统仿真软件，用于模拟仿真各类轨旁设备；所述的综合监控系统仿真软件用于模拟仿真fas、bas和pscada；所述的站台门系统仿真软件用于模拟仿真psl、dcu和网关；所述的车辆系统仿真软件用于模拟仿真车载dmi、车载pis和tms；所述的自动售检票系统仿真软件afc用于模拟仿真检票闸机、应急和识别。
26.作为优选的技术方案，所述的多专业执行层设备反映了真实的各类设备状态，为连接全自动多专业仿真层的直接真实设备，用于在全自动多专业仿真层的各执行软件非正常状况下，取代仿真层各执行软件进行各专业的直接联动控制，形成冗余控制，实现非正常状况下的设备直接控制功能。
27.作为优选的技术方案，所述的多专业执行层设备在以太网环境下可与全自动运行场景管理器直接连接，当场景命令下发后，直接根据运营规则进行状态联动。
28.作为优选的技术方案，所述的全自动运行场景管理器为面向培训及运维人员的集成管理平台，具备设备及软件状态监控功能、轨旁资源控制功能、系统状态信息记录和查看功能。
29.作为优选的技术方案，所述的全自动运行场景管理器上设有人机交互界面，用于对全自动运行线路的各类运营场景进行综合管理，并能够通过不同的场景命令下发，直接对仿真层设备进行控制与操作，一键启动各种场景联动。
30.作为优选的技术方案，所述的全自动运行场景管理器上设有自动评分反馈系统和信号专业测评考核系统。
31.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
32.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
33.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
34.1、验证系统建设成本低，能够极大节约时间和空间。相比于搭建完全真实的全自动运行各专业设备进行场景验证，该技术方案通过仿真执行软件模拟各类全自动多专业核心设备的方式，极大地节约了人力物力成本，能够在很短的时间内搭建满足各类运营场景的综合管理验证平台，并极大地节省了搭建真实轨道设备所造成的空间占用。
35.2、全自动运行的各类验证场景覆盖面广，能够满足不同项目的运营验证需求。相比真实轨旁设备和真实车辆、通信、综合监控设备受限于资金投入状况和空间占用程度，采用仿真模拟轨旁资源和全自动多专业核心设备的方案，能够仅仅改变仿真程序的配置文件，实现对不同规模线路的全方位模拟仿真，测试覆盖面更广，对运营环境中的各种正常、故障和应急场景实现更加全面真实的验证。
36.3、验证系统操作简单，后期维护成本低。由于该方案中全自动多专业仿真执行层程序可一定程度替代大量真实轨道设备和其余核心专业，当验证不同场景时，培训、运维人员无需再耗费大量精力一一启动各专业设备，仅需要对各专业设备的状态(含各子系统)通过全自动运行场景管理器进行操作，极大程度提高了整个验证系统的效率，又能尽可能避免操作过程中因操作不当而发生的安全隐患，降低了系统维护成本。培训人员仅需关注运营场景是如何将各专业设备联动，为后期实际运营提供有力经验。
37.4、系统拓展性、灵活性强，能更快地进行验证场景故障定位。当验证环境采用了全
自动多专业仿真层时，整个验证环境能实现的场景是可扩展的，当验证过程中需要接入更多专业及子系统时，无需调整整个环境的架构，就可对不同的全自动运行线路进行验证，极大程度避免了验证环境的低灵活性问题，有利于整个验证环境的重新建立。
38.5、目前该全自动运行的场景综合管理验证方法与装置已应用于上海市轨道交通无人驾驶列控系统工程技术研究中心，并以国内多条全自动无人驾驶线路如深圳20号线、上海15、18号线等为对象，对其各类运营场景做室内的前置性验证和研究，保证各条线路一次性地高质量开通，实现“场景、集成、应用”的迭代，为智慧地铁集成与应用提供了保障。
附图说明
39.图1为本发明方法的交互流程图；
40.图2为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
42.如图1所示，该图展现了智慧地铁全自动无人驾驶的多专业多系统场景功能验证的交互原理，场景管理总体分为信号评分、综调评分、场景联动三部分，关于场景的触发以及故障的注入集成在场景管理软件中，通过软件界面来注入触发。场景管理涉及对信号专业软件的交互控制、对综合监控软件的交互控制、对信号设备的采集与驱动、对综合监控设备的采集与驱动，该技术原理包含以下步骤：
43.s1)场景联动：
44.通过场景管理软件触发相应场景，场景管理软件内部根据触发的场景进行逻辑判断确定需与哪些专业软件进行信息交互，部分场景还会涉及相关专业软件的重启与退出。其中信号涉及设备故障与软件模拟故障事件诸如zc故障、lc故障、车载故障、联锁故障、计轴故障、道岔故障、站台门故障、车辆mvb故障、车辆丢失定位、触发紧急制动、spks激活、轨道占用等。
45.综合监控专业收到事件触发后，综合监控仿真软件对相应bas、fas点位以及其它逻辑判断后通过modbus协议对相应的设备进行控制，诸如pis晨间启动、pis火灾疏散导引、pis大客流疏散、pa大客流疏散播报、pa火灾疏散播报、pa列车进站播报、pa列车故障播报、pa站台门故障播报、afc火灾联动、afc大客流联动、afc晨间启动，通过p104协议控制pscada触网失电故障，综合监控也与信号进行交互实现调度界面大客流告警提示、调度界面火灾告警提示、调度界面触网失电告警提示、调度界面信号故障告警等。
46.s2)交互步骤：
47.场景管理软件触发场景命令，场景软件内部进行逻辑判断是哪种信号，如果是信号操作，与信号仿真软件进行交互诸如仿真cc、仿真轨旁、仿真联锁，仿真软件会触发一系列状态诸如车辆紧急制动、轨道占用、联锁码位置位/复位，再将信息与ats车载系统进行共享，实现ats界面以及设备的状态响应。
48.如果是事件触发，将消息传输与场景联动服务器，服务器逻辑判断，若是信号事件信息，ats界面以及信号设备进行动作响应，诸如ats界面弹窗告警提示、站台门开合、车辆紧急制动、车门故障等；若是设备事件，综合监控通过modbus协议控制bas/fas设备、pis/pa、afc等设备；若是电力事件，则通过p104协议对pscada设备进行控制，综合监控实时监视电力状态，pscada与信号专业进行交互电力信息。
49.若是综调操作命令，与综合监控仿真软件进行交互，需综合监控仿真对相应点位进行读写，实现场景的可视化触发诸如闸机紧急释放、pis界面告警、pa广播告警等。
50.s3)信号测评：
51.场景综合管理还集成信号专业测评考核系统，司机通过实体驾驶台的手动驾驶操作进行评分，调度人员通过调度界面的操作进行评分，维保人员通过对各个设备以及应急故障的处理进行评分。
52.信号评分系统还可对学员的操作进行点评，加强学员的知识操作水平。
53.s4)综调测评：
54.场景综合管理还集成综合监控专业测评考核系统，调度人员通过调度界面的操作进行评分，维保人员通过对各个设备以及应急故障的处理进行评分。
55.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
56.如图2所示，图展现了整套面向于智慧地铁全自动运行的场景综合管理与验证装置。这套装置使用全自动多专业仿真层连接了真实的多专业执行层设备，同时一定程度上可完全替代真实的多专业执行层设备，并通过连接全自动运行场景管理器(可进行场景命令下发和自动评分反馈)，同时与全自动运行系统线路共同组成整套闭环验证系统，不需要占用任何正线设备，可在实验室进行整条全自动运行线路的场景验证。其包含的各部分装置与相关功能如下所述：
57.1、全自动多专业仿真层a：
58.全自动多专业仿真层包括信号系统仿真软件d、综合监控系统仿真软件e、站台门系统仿真软件f、车辆系统仿真软件g、通信系统仿真软件h及自动售检票系统仿真软件afc o的各子系统仿真设备执行软件，仿真设备主要模拟了全自动运行多专业的各子系统设备状态，如信号系统的仿真软件可模拟仿真各类轨旁设备(信标、计轴等)等，综合监控包括fas、bas、pscada，车辆包括车载dmi、车载pis和tms，afc包括检票闸机、应急和识别功能，站台门包括psl、dcu、网关。在仿真软件中直接模拟各类设备的采集与驱动码位，并进行信息数据传输交互，最大程度减少真实设备的占用，经济绿色。而其余专业如综合监控、车辆、站台门等核心专业仅需通过，当仿真层软件出现故障时，全自动运行场景管理器可直接下发命令至真实的多专业执行层设备。
59.2、真实的多专业执行层设备b：
60.该执行层集中反映了真实的各类设备状态，为连接全自动多专业仿真层软件的真实设备，其作用为在全自动多专业仿真层的各执行软件非正常状况下，取代仿真层各执行软件进行各专业的直接联动控制，形成冗余控制，实现非正常状况下的闸机、pis\pa等直接控制功能，但也可以视项目实际需求，是否一定要配备真实的多专业执行层设备，若验证场景较简单，仅可通过各仿真软件实现场景联动，也可不必再配备，节约一定建设成本。在以
太网环境下它可与全自动运行场景管理器直接连接，当场景命令下发后，直接根据运营规则进行状态联动，如闸机的开关释放、pis系统对于故障、应急场景的信息发布、pa的语音播报等。
61.3、全自动运行场景管理器c：
62.该装置为本系统面向培训、运维人员的集成管理平台，具备设备、软件状态监控功能、轨旁资源控制功能、系统状态信息记录和查看功能。通过该平台提供的人机交互界面，培训及运维人员可以对全自动运行线路的各类运营场景进行综合管理，并能够通过不同的场景命令下发，直接对仿真层设备进行控制与操作，一键启动各种场景联动。同时，该场景管理器也提供了自动评分反馈功能，场景综合管理器还集成信号专业测评考核系统，司机通过实体驾驶台的手动驾驶操作进行评分，调度人员通过调度界面的操作进行评分，维保人员通过对各个设备以及应急故障的处理进行评分。通过调取系统相应状态记录，随时随地对培训过程和验证结果进行分析，保障工作效率。
63.目前该方案已被上海市轨道交通无人驾驶列控系统工程技术研究中心实验室的全自动运行场景验证平台所采纳，专注于全自动运行系统的各类正常、故障和应急场景的仿真联动验证，可实现全自动运行系统项目的功能测试和场景验证，以及向用户提供相关人员培训等。
64.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
65.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
66.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
67.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s4。例如，在一些实施例中，方法s1～s4可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s4的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s4。
68.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)等等。
69.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的
功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
70.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
71.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。