摘要：列控联锁一体化系统作为新型列控系统的重要组成部分,将计算机联锁功能和列控中心功能整合和优化,其维护终端也要求集成列控中心设备和计算机联锁设备维护终端的功能,需要实时处理多接口、多维度的复杂数据。从架构优化的角度出发,列控联锁一体化维护终端采用模型—视图—控制分层架构,将总体架构分为外部接口层、模型层、控制协调层和显示层。同时,结合事件驱动架构,实现了多维度数据的并行处理和多接口数据统一的模型化处理。从外部接口数据处理和响应维护人员数据查询的角度来看,该终端提升了软件的处理效率。从功能优化的角度,增设了现场维护人员需要的参数标调和天窗设置的实用性功能,提升了维护工作的处理效率,促进了设备检修精准化。

　　关键词：列控联锁一体化系统；维护终端；软件设计；功能优化；模型视图控制分层架构；事件驱动架构

　　0引言

　　列控联锁一体化系统（TIS）将列控中心（TCC）和车站计算机联锁（CBI）深度融合,减少了列控中心和计算机联锁系统作为独立设备时所需的外部数据交互[1],将复杂的接口信息传递过程转变为内部数据通信过程[2]。系统采用多层次结构化的设计方式[3],提高了通信效率,解决了两者分离设置时设备数量多、系统间接口复杂、数据交互频繁、运营维护成本高、工程配线难度大容易出错等问题[4],提高了系统的安全性和可靠性[5,6]。TIS系统的体系结构分为人机对话层、执行表示层和逻辑运算层。其中,列控联锁一体化系统维护终端（TISMT,以下简称“维护终端”）隶属于人机对话层[7]。基于TIS系统的上述特点,维护终端也要求集成列控中心设备和计算机联锁设备维护终端的功能,和两者相比需要与更多的接口进行通信,并实时处理大量各种复杂数据,在此基础上进行数据分析,提供多样化、多维度的信息查阅、管理以及故障诊断等智能维护功能[8]。通过研究维护终端的维护诊断功能的优化升级,维护终端能够更准确、友好地反映现场设备的真实运用状态,促进了设备维修精准化,有助于维护人员快速定位和解决故障,提高维护效率,减少设备故障对铁路运营的影响。本文根据TIS系统维护终端的上述需求,采用模型—视图—控制分层架构,结合事件驱动架构的方式,提升维护终端的数据处理效率；并结合现场实际应用场景,增设了模拟量参数标调和天窗设置的功能,方便现场维护人员的日常使用。

　　1列控联锁一体化维护终端系统软件设计优化

　　根据TJ/DW235-2022《新型列控系统列控联锁一体化设备暂行技术条件》[9]和TJ/DW229-2022《新型列控系统暂行总体技术规范》[10],维护终端需要持续与安全主机（TISLP）、操作表示机（MMI）、目标控制器（OC）、轨旁全电子执行模块子系统、集中监测系统（CSM）、列控维护中心（TCMC）等多种设备进行数据交互[11]。此外,在当前车站设置了远程控制的多个被控站时,主控站维护终端还需要与多个被控站的维护终端进行数据交互[12]。维护终端需要能够从这些设备中实时接收和记录站内和区间的设备状态信息、设备的运行状态、设备间的通信状态、轨旁模块状态、模拟量数值、临时限速服务器（TSRS）和操作表示机发送的命令和操作等信息,以及通过加工和处理这些信息,提供更加完善的故障分析和诊断等高级功能。为高效、准确地实现这些功能需求,维护终端系统需要遵循一定的设计原则。

　　维护终端需要具备一定的可扩展性。维护终端作为应用软件,不可避免地会需要不断地满足新的功能需求和优化。TIS的维护终端因集成了列控中心和联锁双侧的维护终端功能,也需要根据列控和联锁的系统升级情况及时将维护功能同步更新到最新。这就要求维护终端软件在做软件迭代时可以方便地进行功能扩展和升级,而不是推倒既有的软件结构设计重新开发实现功能。维护终端还需要具备可靠性和可维护性。维护终端作为TIS系统的人机交互的接口,是处理系统故障时的重要依据和手段,因此终端软件需要持续高效、稳定地运行；另一方面,维护终端作为应用软件,需要具备操作友好、方便,显示清晰、明确的特点。

　　综上所述,维护终端采用模型—视图—控制（Model-View-Controller,MVC）分层架构对各个外部接口进行数据处理,并采用事件驱动架构（EDA）加速外部接口的数据预处理环节,及时有效地响应维护人员对维护终端的操作命令。采用这种混合设计框架,既提升了对不同接口数据的实时处理效率,又满足了软件设计原则中的可扩展性和可维护性。

　　维护终端的软件设计架构如图1所示。外部设备产生的数据首先通过事件驱动架构进行数据预处理,根据数据背后的事件性质决定其处理方式。将事件的响应优先级分为紧急、一般、低频三档,优先级为紧急的事件进行即时处理,优先级为一般的事件依照事件到来的先后顺序依次处理,优先级为低频的事件则定时进行处理。响应优先级流程如图2所示,按照此流程对事件进行分类处理之后,则进行数据分发和转换等操作,然后选择不同的模型进行数据处理,实现多个接口数据的并行化处理。在负责处理每个接口的执行线程内部,则采用MVC分层控制的架构设计,针对每种数据设计数据模型（M）,负责数据管理和业务处理逻辑,通过控制器（C）协调模型和视图（V）交互,将处理过的数据送到前端视图进行图形化展示。

　　根据上述混合型软件架构设计,维护终端可以抽象为如下层次进行软件设计：外部接口层、模型层、控制协调层、显示层。外部接口层为维护终端系统数据的交互通道,一方面维护终端处理来自各个外部接口的数据,经过后续转换加工后进行信息显示；另一方面,维护终端将这些处理后的数据通过外部接口层发往部分外部接口。模型层首先将外部接口层的各个外部接口原始数据进行分类,然后通过对应的业务处理模型进行数据解析和加工,送入控制协调层进行后续的信息显示和数据存储。

　　来自安全主机、操作表示机、电子模块分机、主被控站间维修机的数据并行从外部接口层汇入,模型层根据不同来源的数据特点,构建业务处理模型,对数据进行转换处理,然后送入控制协调层。来自安全主机的数据的特点是大量、高频的开关量表示信息,业务模型需要将原始数据中蕴含的有效信息数据抽取并解析出来,为视图展示提供数据支撑。来自操作表示机的数据的特点是数据均为用户下达的操作命令,业务模型需要将这些命令信息读取并复原构造为可视化的事件记录信息。来自电子模块分机的数据的特点是数据为不断变化的数值型模块模拟量信息,以及道岔模块转动产生的事件驱动型长曲线时间序列数据,业务模型需要将各个离散模块的数据以真实物理机柜为单位,整合为树形结构数据,便于视图快速、高效检索并展示。来自主被控站间

　　维修机的数据,一方面主控站维修机向各个被控站维修机主要转发加工整合后的站场显示信息数据和时间同步数据,另一方面,各个被控站维修机向主控站维修机发送版本信息和报警信息,这些信息经过各自维修机处理加工之后,在主被控站间维修机之间进行数据流通。

　　需要传输给操作表示机、电子模块分机、主被控站间维修机、CSM、TCMC的数据,一部分为双向通信产生的回执类数据,在收到对应接口的外部数据并对其进行确认处理后将回执数据原路发回；另一部分为发往CSM、TCMC的复合型信息数据,在收到多个相关接口的数据后,将模型层的多个模型处理后的数据进行整合并发往这些外部接口。

　　控制协调层将模型层处理后的数据依照显示层视图的需要发往各个显示层,同时负责这些数据的主动存储,还需配合显示层完成数据调阅过程。显示层负责构建视图,主动进行数据可视化显示,以及被动处理来自用户的操作指令,逆向交给控制协调层。控制协调层从数据存储媒介中调阅到相应的数据,送回模型层重新进行数据加工,将加工后的数据再发回给出调阅命令的显示层界面进行信息显示。

　　2列控联锁一体化维护终端系统软件功能优化

　　按照维护终端的功能需求,采用上述混合型的软件架构设计,实现了以下的应用功能：站场显示、网络状态和机柜状态显示、全电子模块信息显示、报警和事件信息显示、外部接口信息显示、历史回放以及其他辅助功能。

　　2.1站场显示、网络状态显示、外部接口信息显示

　　站场显示界面数据的外部接口来源为安全主机和操作表示机。安全主机提供信号机、轨道区段、道岔等显示元素在逻辑计算之后的显示状态；操作表示机提供站场操作的信息。从安全主机和操作表示机接收的站场显示数据属于紧急响应类数据。另外,主控站维修机向各个被控站维修机转发提供从安全主机和操作表示机接收的数据,属于一般响应类数据。模型层收到原始数据处理后,将各个显示对象的状态信息交给控制协调层,由其送到显示层进行站场图的状态刷新。

　　网络状态界面数据的外部接口来源为安全主机、操作表示机和电子模块分机,以及主控站维修机和被控站维修机之间会互相发送回执数据用于确认站间维修机的网络连接状态。网络状态以拓扑图的形式描述TIS系统内的各个子系统以及和外部接口之间的网络连接状态。维护终端被动接收来自安全主机和操作表示机的通信状态数据,用于主动更新安全主机和系统外部接口之间的网络连接状态以及维护终端与操作表示机、操作表示机与CTC之间的连接状态。另一方面,维护终端主动监听与电子模块分机以及主被控维护终端之间的连接状态,并在状态变化时主动通知界面层进行显示刷新。用于网络状态界面显示的数据都为紧急响应类数据。

　　外部接口信息界面数据的来源为安全主机,模型层在收到外部接口信息后,将其分类处理,提交给各个类型的接口显示视图并刷新显示；界面层以分页表格的形式显示应答器报文、临时限速、驱动采集等接口信息内容。用于外部接口信息界面显示的数据都为一般响应类数据。

　　2.2全电子模块信息显示、机柜状态显示

　　全电子模块信息的显示来源单一,为代传其信息的电子模块分机。显示的信号机、轨道区段、半自动闭塞信息为模拟量数值信息,道岔转辙机电流和功率为曲线时序信息,模块状态为离散状态信息。维修机将模块状态信息进行解析并以表格的形式进行显示,对于模拟量数值和曲线时序则以时间线的形式进行呈现,便于动态观察数值信息的变化趋势。用于模块信息界面显示的数据都为一般响应类数据。

　　机柜状态的显示来源为安全主机和电子模块分机,主要为从电子模块分机收到的机柜中的各个模块的模块状态信息,以及从安全主机收到的板卡状态信息。界面层按照实际机柜的布置展示板卡和模块的状态信息。用于机柜状态界面显示的数据都为紧急响应类数据。

　　2.3报警和事件信息显示

　　报警和事件信息的显示在全部外部接口的处理过程中都有涉及。将来自各个接口的数据进行处理后,从中提炼出需要提交给报警和事件显示视图的报警状态变化信息和事件发生、结束的记录。从安全主机的接口数据中提炼出站场显示变化和网络状态变化的信息,从操作表示机的接口数据中提炼出站场操作变化的信息,从电子模块维护分机的接口数据中提炼出全电子模块状态和模拟量变化的信息。从各个接口中提炼出的报警信息为紧急响应类数据,提炼出的事件信息为一般响应类数据。另外,为方便统一维护,各个被控站维修机产生的报警信息会转发给主控站维修机并进行展示,这部分数据为紧急响应类数据。报警和事件信息的显示提供了系统运行的监测功能和故障预警提示功能,提升了维护工作的处理效率。

　　2.4历史回放

　　历史回放功能由界面层获取到数据查询的控件触发,反向传递给控制协调层进行数据调阅；模型层根据查询数据的类型进行数据的重新处理,并从控制协调层传回视图进行图形化显示。为方便维护人员快速获取历史信息,历史回放功能提供按时间和事件两种方式进行回放。按时间的方式为按照时间流动的方式进行显示回放,目的是提供所有时刻的数据记录；按事件的方式为按照显示内容发生变化的时刻进行回放,目的是向维护人员快速展示出信息的变化过程。用于历史回放的存储型数据为低频响应类数据。

　　2.5辅助优化功能

　　为更好地适应现场设备应用条件,TIS维护终端增加了信号机、轨道和道岔转辙机模拟量的参数标调功能,模拟量参数标调界面如图3所示。界面层为每个模块增加了修正值和标调参数的输入框,为用户提供了自动计算和手动输入标调参数的方式,将返回值送回模型层修正模拟量信息处理模型的参量。当外部接口层送入数据解析后,会使用修正过的模型参量进行后续的流程处理,再进行数据显示、存储和送到其他外部接口。

　　在现场天窗的设备维修期间,可能会产生设备报警。对于这些报警,维护人员需要逐项评估和确认是否为天窗时间内的设备正常维护造成,这增加了设备的维护工作的工作量。因此,TIS维护终端增加了天窗设置功能,天窗计划设置界面如图4所示。维护人员通过设置天窗计划和查询历史计划的方式快速确认设备报警是否需要处理,提升了维护工作的处理效率。

　　3结语

　　列控联锁一体化维护终端采用模型—视图—控制分层架构,结合事件驱动架构的混合设计框架,分别从外部接口数据处理和响应维护人员数据查询的角度提升软件的处理效率,兼顾了软件设计原则中的可复用性和可维护性。同时,在架构优化的基础上,增设了现场维护人员需要的参数标调和天窗设置的实用性功能,提升了维护工作的处理效率,为铁路的安全运营提供了信息管理保障。

参考文献

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