CN113542087B - 一种数字轨道电车车载人机交互***及其通信控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字轨道电车车载人机交互***，包括数据通信***、人机交互平台和人机交互界面软件***，所述数据通信***包括无源磁钉定位模块、传感器接收模块以及信号通信模块，所述人机交互平台由数据处理模块***以及语音处理***构成，所述人机交互界面软件***由按钮响应***及界面显示***组成，所述按钮响应***包括车载人机界面及两个可操纵键盘，所述两个可操纵键盘分别是可扩展功能键和固定功能键。该车载人机交互***可以实现轨道车辆智能化、道路信息化、运营智能化和成本最优化。本发明还公开了一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，实现数字轨道电车主机***与车载人机交互***间双向稳定通信。

Description

一种数字轨道电车车载人机交互***及其通信控制方法

技术领域

本发明涉及一种数字轨道电车车载人机交互***及其通信控制方法。

背景技术

随着近年来城市轨道交通运营管理的进步和科学技术的不断发展，在我国的铁路，地铁，电车，和新车的行业领域不断出现新的类型的车辆，为了能够给乘客和操纵列车的地铁司机们提供信息响应的反馈和自动化更加舒适、方便的手段，人机交互屏幕已经成为一个必不可少的重要设备人机界面，并随着时间的不断推移，地铁列车驾驶员对显示的信息依赖性也越来越高，所以上面设备的稳定性和功能的可用性有了更高的要求。

数字轨道电车有别于传统的有轨电车。它是一种有轨电车新形态，除了吸取现代有轨电车的特点外，利用地埋无源磁钉形成数字化轨道，具有传统有轨***中的钢轨导向功能和信号***功能，实现列车自动导向和精确控制。数字轨道电车是一种用电力驱动的公共交通方式。相对于有轨电车，数字轨道电车新建基础设施少、车辆选择广泛、对原有市政设施破坏少，工程适应性强、综合费用低、建设周期短、应急处理能力强。

数字轨道电车的车载交互***和界面是一种以人机交互界面为载体的列控车载***的重要的组成部分。然而在现有技术范畴内，传统的技术方法存在一定的局限性：驾驶员经过操作车载人机界面上的按钮，向车载的设备发送控制命令，调整列车的运行状态，这种传统的车载交互***及操作控制方法具有极强的人为主动干预性，经常会因为驾驶员的误判与错误操作等情况对列车下达错误调整指令，从而影响数字轨道电车的正常行运路径和过程，严重时甚至会造成自动有轨电车运行***的阻塞甚至崩溃，智能轨道交通作为一种新型的交通运输方式，其管理和应急预案还不够完善，响应的运行规章制度仍有待完善。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种数字轨道电车车载人机交互***，克服现有轨道列车显示***和界面操作繁琐和人的主观干预性强的缺点，可以通过智能的显示***及自动化的控制方法对基于无源磁钉定位的数字轨道电车的状态进行实时显示和准确控制，实现数字轨道电车的准确控制和稳定运营。

本发明的另外一个目的是提供一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，实现数字轨道电车主机***与车载人机交互***间双向稳定通信，实现轨道车辆智能化、道路信息化、运营智能化和成本最优化。

实现上述目的一种技术方案是：一种数字轨道电车车载人机交互***，包括数据通信***、人机交互平台和人机交互界面软件***，其中：

所述数据通信***包括无源磁钉定位模块、传感器接收模块以及信号通信模块，所述无源磁钉定位模块用于产生并发送磁钉定位信息；所述传感器接收模块用于接收所述无源磁钉定位模块发出的磁钉定位信息；所述信号通信模块对传感器接接收模块收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存，并将其发送给车载主机；

所述人机交互平台由数据处理模块***以及语音处理***构成，所述数据处理模块***用于接收分析数据和发送数据包，所述数据处理模块***分析来自车载主机的周期性数据和偶发数据，供人机交互界面软件***的应用层使用，同时将人机交互界面软件***的应用层的周期性数据包发送给车载主机，并将驾驶员按下按钮时产生的偶发按钮信息数据包发送给车载主机；在电车的运行期间，所述语音处理***根据接收的声音信息和文本信息数据包，驱动播放器的声音根据优先级顺序从高到低播放，提醒司机电车运行状态的变化或让车载主机对命令作出及时的反应；

所述人机交互界面软件***由按钮响应***及界面显示***组成，所述按钮响应***包括车载人机界面及两个可操纵键盘，所述两个可操纵键盘分别是可扩展功能键和固定功能键；所述界面显示***包括车距监控信息显示模块、车速信息显示模块、辅助行车信息显示模块、运行计划信息显示模块和功能辅助显示模块；

所述车距监控信息显示模块用于显示当前电车与前方列车地实时准确车距；所述车速信息显示模块用于对当前列车车速地实时检测和显示；所述辅助行车信息显示模块用于对列车准确正常行驶提供辅助显示及控制的功能；所述运行计划信息显示模块显示的信息包括当前列车的车次信息、ID信息和开往计划；所述功能辅助显示模块用于在所述数字轨道电车车载人机交互***中的辅助功能显示和控制；

所述功能辅助显示模块包括监控信息显示模块和功能键信息显示模块，所述监控信息显示模块包括第一显示模块和第二显示模块；所述第一信息显示模块包括列车自动监管***、网络控制单元和通信状态检验单元；所述第二信息显示模块包括自动驾驶状态显示单元、人工驾驶状态显示单元、列车时刻表显示单元、登录状态显示单元及列车故障显示单元；所述功能键信息显示模块用于实现司机对数字轨道电车的人机交互控制和功能操作，所述功能键信息显示模块包括选择交路功能子模块、列车司机登录功能子模块、***设置子模块和列车维护功能子模块。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述数据通信***用于完成由无源磁钉定位模块到车载主机的完整双向通信链路；

所述无源磁钉定位模块是一种埋设于预行驶数字轨道电车线路上的无源磁钉装置，所述无源磁钉定位模块在数字轨道电车行驶线路上的埋设深度为5厘米；所述无源磁钉定位模块在其所处区段线路中具有唯一标识码，该标识码作为传感器接收模块的定向识别和访问依据；所述无源磁钉定位模块产生并发送的磁钉定位信息包含该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息；

所述传感器接收模块是安装部署于数字轨道电车底部的特定传感器接收装置，所述传感器接收模块对安装于数字轨道电车线路上的无源磁钉装置进行识别和信号接收，获取磁钉所在位置的实时信息，从而实现对数字轨道电车的实时定位；

所述信号通信模块是通过车载主机对传感器接接收模块收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存的单元，既能作用于***周期性的数据接收和传输，又能实现***非周期性的数据接收和传输；在列车运行过程中，车载主机向所述数字轨道电车车载人机交互***发送数字轨道电车在行进过程中由传感器接收模块通过无源磁钉定位模块时的列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息及磁钉定位信息，并发送给所述界面显示***。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态等重要驾驶信息；所述驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志等驾驶员状态信息；所述磁钉定位信息包括该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息等辅助信息。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述声音信息数据包包括目标速度变点提示、新文本信息提示、错误或故障提示、速度警告提示、设备制动结束提示、驾驶员响应提示、按键提示和驾驶员干预提示；

所述语音信息数据包包括“允许解除”、“等级转换”、“控制速度”、“减速”、“视觉确认”、“引导确认”和“机器信息确认”。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述可扩展功能键位于车载人机界面的屏幕右侧，所述固定功能键位于车载人机界面的屏幕底部；当所述数字轨道电车车载人机交互***处于输入状态时，驱动程序将操作所述固定功能键，并且车载人机界面在输入框中显示驱动程序的输入信息；

所述可扩展功能键分为三级菜单：按一级菜单中的键进入二级菜单；在二级菜单中按键进入三级菜单；驾驶员通过操作所述固定功能键输入新的列车长度，然后在可扩展功能键的三级菜单中按下“确认”按钮。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述车距监控信息模块显示的是列车允许前方运行的距离长度，且当前方行驶线路区段允许的最大距离超过1000米时，则在车距监控信息模块上显示最大允许行驶为1000米；

所述车速信息显示模块显示的是当前数字轨道列车的建议速度及允许速度，显示模块码表上显示的是当前列车的实际速度，当列车实际速度即将超过允许速度时，出发列车的报警、闪红；

所述辅助行车信息显示模块显示的是当前数字轨道列车允许运行的前方距离长度，以及列车偏离部署于线路路面上地无源磁钉信标地的偏移距离长度；

所述运行计划信息显示模块显示的信息中，所述车次信息显示当前列车的次号，代表的是列车根据计划运行的时候，由列车自动监管***发过来的列车车次号信息；所述ID信息是当前用户登录的用户信息，若没有用户登陆***时，则显示为0；所述开往计划是当列车按照计划运行时，显示列车到达的目的车站信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示；

所述运行计划信息显示模块显示的信息还包括计划始发车/到达、早晚点信息和当前站信息，所述计划始发车/到达表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间，如果列车没有按照计划运行，则无显示；所述早晚点信息表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间，如果列车没有按照计划运行，则无显示；所述当前站信息表示当列车按照计划运行时，显示列车下一站的信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其中，所述车载主机是所述数字轨道电车车载人机交互***的基础载体，以智能服务器终端的形式安装部署于数字轨道电车中，用于承载各形式和功能的车载控制和通信***；所述车载主机通过所述人机交互界面软件***中的网络控制单元，与所述数字轨道电车车载人机交互***完成实时通信。

本发明还提供了一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，实现车载主机和车载人机交互***间的双向数据通信和响应，具体包括以下步骤：

步骤S1，车载人机交互***发起通信连接请求；在车载人机交互***中采用安全通信协议，所述安全通信协议保证从所述网络控制单元到车载人机交互***的封闭有线通信，

步骤S2，车载主机接收请求，完成响应，建立通信连接，车载主机具有安全层，所述安全层的作用是管理协议和服务之间的交互，以及添加额外的功能，以实现所传输数据的所需完整性级别；

步骤S3，车载人机交互***请求所需数据：所述车载人机交互***通过符合国际标准的协议连接到车载主机设备，并发送数据获取请求；

步骤S4，车载主机根据所述车载人机交互***的请求发送相关数据：在车载主机的PC端设置DMI模拟器来预测和简化最终集成活动；DMI模拟器是一个运行在PC机上的应用程序，包括与物理原型相同的软件模块；

步骤S5，车载人机交互***成功接收相关数据：车载人机交互***通过所述数据通信***实现对相关数据的采集和接收，通信过程使用的协议包括MVB协议和非周期数据传输协议，周期数据通过MVB总线直接传输，所述非周期性数据传输协议基于MVB协议，用于发送和接收偶发数据；所述相关数据主要包括列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息和磁钉定位信息；

步骤S6：车载人机交互***完成相关数据的处理和解析任务：通过所述数据处理模块***对MVB协议中的周期性数据和非周期性数据传输协议中的偶发数据进行分析，并将分析结果传递给所述语音处理***和界面显示***；

步骤S7：将处理和解析后数据在人机交互界面软件***上显示和实现智能控制：车载人机交互***通过MVB协议定时向车载主机发送所述按钮响应***的车载人机界面的当前状态等信息，通过人机交互界面软件***上的显示数据及智能控制，利用先进的车载传感技术和控制技术，实现道路信息和车辆智能化，并提供准确的驾驶引导和部署，实现高效率、低投资的交通升级控制。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，步骤S1中，所述安全通信协议管理与业务相关的最需要资源的功能建立和维护通信；所述安全通信协议允许减少车载人机交互***上的处理负载，并且允许对传输进行加密保护；所述安全通信协议还作为防火墙和针对车载人机交互***的流量管理实体，将故障设备和恶意攻击的影响降到最低；车载人机交互***、安全通信协议和网络控制单元组成整个通信***；

步骤S4中，通过DMI模拟器，车载主机实现定量的对车载人机交互***的体系结构和相关的安全机制的安全性、可靠性进行评估，并在确认车载人机交互***在安全可靠的前提下根据其获取数据请求进行相关数据的发送。

上述的一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，步骤S5中，

所述列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态等重要驾驶信息；

所述驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志等驾驶员状态信息；

所述磁钉定位信息包括该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息等辅助信息。

采用本发明的数字轨道电车车载人机交互***及其通信控制方法的技术方案，可以通过智能的显示***及自动化的控制方法对基于无源磁钉定位的数字轨道电车的状态进行实时显示和准确控制，实现数字轨道电车的准确控制和稳定运营，实现数字轨道电车主机***与车载人机交互***间双向稳定通信，实现轨道车辆智能化、道路信息化、运营智能化和成本最优化。

附图说明

图1为本发明的一种数字轨道电车车载人机交互***的结构图；

图2为功能辅助显示模块的结构图；

图3为人机交互界面软件***的界面示意图；

图4为本发明的数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。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。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

请参阅图1、图2和图3，本发明的实施例，一种数字轨道电车车载人机交互***101，包括数据通信***102、人机交互平台103和人机交互界面软件***104三个子***。其目的是提供一种车载人机交互***，克服现有轨道列车显示***和界面操作繁琐和人的主观干预性强的缺点，从而最终实现对数字轨道电车的准确控制和稳定运行。

数据通信***102包括无源磁钉定位模块107、传感器接收模块108以及信号通信模块109，无源磁钉定位模块107用于产生并发送磁钉定位信息；传感器接收模块108用于接收所述无源磁钉定位模块发出的磁钉定位信息；信号通信模块109对传感器接接收模块收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存，并将其发送给车载主机。

数据通信***102用于完成由无源磁钉定位模块107到车载主机的完整双向通信链路；无源磁钉定位模块107是一种埋设于预行驶数字轨道电车线路上的无源磁钉装置，无源磁钉定位模块107在数字轨道电车行驶线路上的埋设深度为5厘米；无源磁钉定位模块107在其所处区段线路中具有唯一标识码，该标识码作为传感器接收模块的定向识别和访问依据；无源磁钉定位模块107产生并发送的磁钉定位信息包含该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息。

传感器接收模块108是安装部署于数字轨道电车底部的特定传感器接收装置，传感器接收模块108对安装于数字轨道电车线路上的无源磁钉装置进行识别和信号接收，获取磁钉所在位置的实时信息，从而实现对数字轨道电车的实时定位；

信号通信模块109是通过车载主机对传感器接接收模块108收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存的单元，既能作用于***周期性的数据接收和传输，又能实现***非周期性的数据(偶发数据)接收和传输；在列车运行过程中，车载主机向数字轨道电车车载人机交互***发送数字轨道电车在行进过程中由传感器接收模块通过无源磁钉定位模块时的列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息及磁钉定位信息，并发送给界面显示***106。

列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态等重要驾驶信息；驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志等驾驶员状态信息；磁钉定位信息包括该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息等辅助信息。

人机交互平台103由数据处理模块***110以及语音处理***111构成，数据处理模块***103用于接收分析数据和发送数据包，数据处理模块***103分析来自车载主机的周期性数据和偶发数据，供人机交互界面软件***104的应用层使用，同时将人机交互界面软件***的应用层的周期性数据包发送给车载主机，并将驾驶员按下按钮时产生的偶发按钮信息数据包发送给车载主机；在电车的运行期间，语音处理***111根据按钮响应***105的车载人机界面接收的声音信息和文本信息数据包，驱动播放器的声音根据优先级顺序从高到低播放，提醒司机电车运行状态的变化或让车载主机对命令作出及时的反应；声音信息数据包包括目标速度变点提示、新文本信息提示、错误或故障提示、速度警告提示、设备制动结束提示、驾驶员响应提示、按键提示和驾驶员干预提示；语音信息数据包包括“允许解除”、“等级转换”、“控制速度”、“减速”、“视觉确认”、“引导确认”和“机器信息确认”。例如，在完全模式或引导模式下，当列车距离前方减速区域100米时，车载主机携带带有语音“前方减速”的信息包到车载人机界面，使得车载人机接口在驱动播放器播放“前方减速”声音时接收到信息包。

车载主机是本发明的数字轨道电车车载人机交互***的基础载体，以智能服务器终端的形式安装部署于数字轨道电车中，用于承载各形式和功能的车载控制和通信***；车载主机通过所述人机交互界面软件***中的网络控制单元，与数字轨道电车车载人机交互***完成实时通信。

人机交互界面软件***104由按钮响应***105及界面显示***106组成，按钮响应***105包括车载人机界面及两个可操纵键盘，两个可操纵键盘分别是可扩展功能键和固定功能键；可扩展功能键位于车载人机界面的屏幕右侧，所述固定功能键位于车载人机界面的屏幕底部；当所述数字轨道电车车载人机交互***处于输入状态时，驱动程序将操作所述固定功能键，并且车载人机界面在输入框中显示驱动程序的输入信息；可扩展功能键分为三级菜单：按一级菜单中的键进入二级菜单；在二级菜单中按键进入三级菜单；例如，当列车处于停止状态时，驾驶员按可扩展功能键的第一级菜单中的“数据”键进入第二级菜单；然后按第二级菜单中的“列车数据”键进入第三级菜单；在第三级菜单中，有三个键:“确认”，“删除”和“取消”。驾驶员通过操作所述固定功能键输入新的列车长度，然后在可扩展功能键的三级菜单中按下“确认”按钮。

界面显示***106包括车距监控信息显示模块112、车速信息显示模块113、辅助行车信息显示模块114、运行计划信息显示模块115和功能辅助显示模块116。

车距监控信息显示模块112用于显示当前电车与前方列车地实时准确车距；车速信息显示模块113用于对当前列车车速地实时检测和显示；辅助行车信息显示114模块用于对列车准确正常行驶提供辅助显示及控制的功能；运行计划信息显示模块115显示的信息包括当前列车的车次信息、ID信息和开往计划；功能辅助显示模块116用于在所述数字轨道电车车载人机交互***中的辅助功能显示和控制。

车距监控信息模块112显示的是列车允许前方运行的距离长度(单位：米)，且当前方行驶线路区段允许的最大距离超过1000米时，则在车距监控信息模块上显示最大允许行驶为1000米；车速信息显示模块113显示的是当前数字轨道列车的建议速度及允许速度，显示模块码表上显示的是当前列车的实际速度，当列车实际速度即将超过允许速度时，出发列车的报警、闪红；辅助行车信息显示模块114显示的是当前数字轨道列车允许运行的前方距离长度(单位：米)，以及列车偏离部署于线路路面上地无源磁钉信标地的偏移距离长度(单位：毫米)。

运行计划信息显示模块115显示的信息中，车次信息显示当前列车的次号，代表的是列车根据计划运行的时候，由列车自动监管***发过来的列车车次号信息；ID信息是当前用户登录的用户信息，若没有用户登陆***时，则显示为0；开往计划是当列车按照计划运行时，显示列车到达的目的车站信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示。

运行计划信息显示模块115显示的信息还包括计划始发车/到达、早晚点信息和当前站信息：计划始发车/到达表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间(早点是正数，晚点是负数)，如果列车没有按照计划运行，则无显示；早晚点信息表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间(早点是正数，晚点是负数)，如果列车没有按照计划运行，则无显示；当前站信息表示当列车按照计划运行时，显示列车下一站的信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示。

再请参阅图2，功能辅助显示模块116包括监控信息显示模块117和功能键信息显示模块118，监控信息显示模块116包括第一显示模块201和第二显示模块202；第一信息显示模块201包括列车自动监管***(简称ATS)203、网络控制单元(简称NCU)204和通信状态检验单元(简称RSU)205；第二信息显示模块202包括自动驾驶状态显示单元206、人工驾驶状态显示单元207、列车时刻表显示单元208、登录状态显示单元209及列车故障显示单元210；功能键信息显示模块118用于实现司机对数字轨道电车的人机交互控制和功能操作，功能键信息显示模块118包括选择交路功能子模块211、列车司机登录功能子模块212、***设置子模块213和列车维护功能子模块214。

再请参阅图3，当ATS图标203′连接到车载人机交互***，处于正常状态，ATS图标203′会变亮，列车自动监管***203开始发挥其作用；列车自动监管***203是列车自动监督***，列车自动监管***203通过与其他子***协调配合，共同完成对地铁运营列车和信号设备的管理和控制。列车自动监管***203的核心设备位于信号***的中心层。列车自动监管***203会下发列车的运行和到达每个车站的计划到界面显示***106；同时，显示列车的早晚时间，供司机参考和决策。

网络控制单元204是网络中可独立运作的信息收集和处理设备，负责控制网络数据的传输与网络的运行。如果连接正常，则NCU图标204′点亮。如果NCU图标204′是灰色，请维护人员检查人机交互平台103网线和车载主机的连接状况。或者重启车载主机或人机交互平台103。

通信状态检验单元205用于检测车载主机与车辆的连接状态。RSU图标205′灰色时，表示车载主机与车辆未连接状态，请维护人员查看车载主机与车辆的连接状态；在车载主机与车辆处于连接状态，且主机和车辆连接正常时，该RSU图标205′点亮。

地铁正在自动驾驶中时，自动驾驶状态显示单元206的图标206′点亮，并且地铁由地铁自动驾驶***控制；地铁自动驾驶***是一个自动地铁控制***，可根据磁钉自动进行地铁跟踪，地铁通过路口自动运行，地铁自动运行，准确停车，站台自动运行，自动监视，自动地铁运行调整等功能。其***运行功能而言，列车自动运行***(简称ATO)主要实现传动***的功能。它通常可以调整列车的速度，向乘客发送消息以及打开和关闭车门；但是，这仅是操作命令的执行，并不能保证安全性；它需要列车自动防护子***(简称ATP)来保护它；ATP具有监视功能，以防止发生不安全情况，车门不会错误移动。只要它们正常运行，就应允许ATP***始终运行，以确保安全行驶。

列车处于人工驾驶状态时，人工驾驶状态显示单元207的图标207′被点亮，列车司机人工控制列车；其在手动驾驶模式下，司机主要负责列车的安全运行，如果切换到自动驾驶模式，驾驶员主要负责观察和监督道路上的情况。有紧急情况时，紧急介入。

列车时刻表显示单元208的图标208′灰色时，表示列车并未激活列车时刻表，无法获取信息，没有办法进行正常的列车运营；图标208′点亮时，表示列车已启动时刻表时，可获得正常运行的时刻表时间，并可进行正常运行。城市轨道交通时刻表是一项全面的计划，每个部门应按照时间表的具体规定进行工作。

登录状态显示单元209表示的是列车司机进行了列车用户登录，当列车司机进行了用户登录，则登录状态显示单元209的图标209′点亮。司机登陆后，才可以对列车能够进行正常操控。比如，司机确认列车自动监控***(ATS)下发的交路信息等。当列车处于正常状态时，驾驶员可以正常控制列车。

当列车处于故障状态，列车故障显示单元210的故障警报图标210′亮起，此时可以通过观察列车故障显示单元210来观察列车当时的运行状态来及时获取列车发生故障的信息，并及时处理故障。当列车处于故障时，司机可采用排除法尽快处理故障，优先考虑表观故障项目，并根据当时列车运行状态确定检查顺序。在处理故障时，要合理利用列车的各种功能，提高故障处理效率，缩短故障处理时间，正确完成故障应急处理。表示列车偏移磁钉的轨迹过大时，故障警报图标亮起。此时，需要司机人工干预来减少列车偏移。列车是否偏移磁钉，由主机来判断。

当列车需要选择进路，点击此选择交路功能子模块211按钮可以选择你所需要进路，当在司机显示界面按下此按钮时会弹出新对话框，其界面显示的内容是可选择的进路，具体显示哪些交路信息，可以通过配置更新。

列车司机登录功能子模块212为司机登录按钮，点击司机登录按钮后的界面后，在此界面列车司机需要进行用户名的输入，才能完成列车***的登录。

通过***设置子模块213可以对人机交互界面软件***104中的界面显示***106进行功能设置和调节，以保障***软件的正常运行和使用。

列车维护功能子模块214是维护主界面按钮，点击此维护主界面按钮可帮助列车驾驶员很快的发现列车的具体故障。

请参阅图4，一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，实现车载主机和车载人机交互***(简称DMI)间的双向数据通信和响应，主要流程为车载主机发送给车载人机交互***的数据信息主要包括速度、列车偏移磁轨的偏移量和列车驾驶模式等状态值，并且每隔1s，车载人机交互***主动请求车载主机查询数据，车载主机根据数字轨道电车车载人机交互***的请求发送相关数据给数字轨道电车车载人机交互***显示。

具体包括以下步骤：

步骤S1，车载人机交互***发起通信连接请求；其具体过程中在车载人机交互***中执行的主要操作是在引入通信能力时，安全至关重要，必须努力将对此类操作的影响降至最低，为了解决这些问题，提出的通信体系结构的基本概念是在车载人机交互***中采用安全通信协议，安全通信协议保证从所述网络控制单元到车载人机交互***的封闭有线通信；安全通信协议管理与业务相关的最需要资源的功能建立和维护通信；安全通信协议允许减少车载人机交互***上的处理负载，并且允许对传输进行加密保护；安全通信协议还作为防火墙和针对车载人机交互***的流量管理实体，将故障设备和恶意攻击的影响降到最低；车载人机交互***、安全通信协议和网络控制单元组成整个通信***。

步骤S2，车载主机接收请求，完成响应，建立通信连接：为了满足DMI和NCU之间通信的要求，本实施例在车载主机开发了一种专用的协议层，简称为安全层；安全层的作用是管理协议和服务之间的交互，以及添加额外的功能，以实现所传输数据的所需完整性级别。

步骤S3，车载人机交互***请求所需数据：所述车载人机交互***通过符合国际标准的协议连接到车载主机设备，并发送数据获取请求。

步骤S4，车载主机根据所述车载人机交互***的请求发送相关数据：在车载主机的PC端设置DMI模拟器来预测和简化最终集成活动；DMI模拟器是一个运行在PC机上的应用程序，包括与物理原型相同的软件模块；此应用程序可用于测试可疑状态和相关的重新启动策略；事实上，由于需要在不切断与NCU的连接的情况下重新初始化所有硬件和软件组件，物理原型中的实现更加复杂；通过DMI模拟器，车载主机实现定量的对车载人机交互***的体系结构和相关的安全机制的安全性、可靠性进行评估，并在确认车载人机交互***在安全可靠的前提下根据其获取数据请求进行相关数据的发送。

步骤S5，车载人机交互***成功接收相关数据：车载人机交互***通过所述数据通信***实现对相关数据的采集和接收，通信过程使用的协议包括MVB(多功能车辆总线)协议和非周期数据传输协议，周期数据通过MVB总线直接传输，所述非周期性数据传输协议基于MVB协议，用于发送和接收偶发数据。人机交互界面软件***的应用层由数据处理模块***110、语音处理***111、按钮响应***105和界面显示***104共同实现。

相关数据主要包括列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息和磁钉定位信息；列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态等重要驾驶信息；驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志等驾驶员状态信息；磁钉定位信息包括该磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息等线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息等辅助信息。

步骤S6：车载人机交互***完成相关数据的处理和解析任务：通过数据处理模块***110对MVB协议中的周期性数据和非周期性数据传输协议中的偶发数据进行分析，并将分析结果传递给语音处理***111和界面显示***106；密钥响应模块将意外密钥信息传输到数据处理模块***110中，并通过非周期性数据传输协议和MVB协议将其发送给车载主机。密钥响应模块是数据处理模块***中用于保证车载人机交互***与车载主机之间的安全通信接口，提供有关不可恢复故障的信息，并监控过多的通信事件，以便进行额外的故障管理。

步骤S7：将处理和解析后数据在人机交互界面软件***上显示和实现智能控制：车载人机交互***通过MVB协议定时向车载主机发送按钮响应***105的车载人机界面的当前状态等信息，通过人机交互界面软件***上的显示数据及智能控制，利用先进的车载传感技术和控制技术，实现道路信息和车辆智能化，并提供准确的驾驶引导和部署，实现高效率、低投资的交通升级控制。

综上所述，本发明的数字轨道电车车载人机交互***及其通信控制方法，可以通过智能的显示***及自动化的控制方法对基于无源磁钉定位的数字轨道电车的状态进行实时显示和准确控制，实现数字轨道电车的准确控制和稳定运营，实现数字轨道电车主机***与车载人机交互***间双向稳定通信，实现轨道车辆智能化、道路信息化、运营智能化和成本最优化。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，包括数据通信***、人机交互平台和人机交互界面软件***，其中：

所述数据通信***包括无源磁钉定位模块、传感器接收模块以及信号通信模块，所述无源磁钉定位模块用于产生并发送磁钉定位信息；所述传感器接收模块用于接收所述无源磁钉定位模块发出的磁钉定位信息；所述信号通信模块对传感器接接收模块收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存，并将其发送给车载主机；

所述人机交互平台由数据处理模块***以及语音处理***构成，所述数据处理模块***用于接收分析数据和发送数据包，所述数据处理模块***分析来自车载主机的周期性数据和偶发数据，供人机交互界面软件***的应用层使用，同时将人机交互界面软件***的应用层的周期性数据包发送给车载主机，并将驾驶员按下按钮时产生的偶发按钮信息数据包发送给车载主机；在电车的运行期间，所述语音处理***根据接收的声音信息和文本信息数据包，驱动播放器的声音根据优先级顺序从高到低播放，提醒司机电车运行状态的变化或让车载主机对命令作出及时的反应；

所述人机交互界面软件***由按钮响应***及界面显示***组成，所述按钮响应***包括车载人机界面及两个可操纵键盘，所述两个可操纵键盘分别是可扩展功能键和固定功能键；所述界面显示***包括车距监控信息显示模块、车速信息显示模块、辅助行车信息显示模块、运行计划信息显示模块和功能辅助显示模块；

所述车距监控信息显示模块用于显示当前电车与前方列车地实时准确车距；所述车速信息显示模块用于对当前列车车速地实时检测和显示；所述辅助行车信息显示模块用于对列车准确正常行驶提供辅助显示及控制的功能；所述运行计划信息显示模块显示的信息包括当前列车的车次信息、ID信息和开往计划；所述功能辅助显示模块用于在所述数字轨道电车车载人机交互***中的辅助功能显示和控制；

所述功能辅助显示模块包括监控信息显示模块和功能键信息显示模块，所述监控信息显示模块包括第一信息显示模块和第二信息显示模块；所述第一信息显示模块包括列车自动监管***、网络控制单元和通信状态检验单元；所述第二信息显示模块包括自动驾驶状态显示单元、人工驾驶状态显示单元、列车时刻表显示单元、登录状态显示单元及列车故障显示单元；所述功能键信息显示模块用于实现司机对数字轨道电车的人机交互控制和功能操作，所述功能键信息显示模块包括选择交路功能子模块、列车司机登录功能子模块、***设置子模块和列车维护功能子模块。

2.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述数据通信***用于完成由无源磁钉定位模块到车载主机的完整双向通信链路；

所述无源磁钉定位模块是一种埋设于预行驶数字轨道电车线路上的无源磁钉装置，所述无源磁钉定位模块在数字轨道电车行驶线路上的埋设深度为5厘米；所述无源磁钉定位模块在其所处区段线路中具有唯一标识码，该标识码作为传感器接收模块的定向识别和访问依据；所述无源磁钉定位模块产生并发送的磁钉定位信息包含磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况和坡度信息的线路基础信息；

所述传感器接收模块是安装部署于数字轨道电车底部的特定传感器接收装置，所述传感器接收模块对安装于数字轨道电车线路上的无源磁钉装置进行识别和信号接收，获取磁钉所在位置的实时信息，从而实现对数字轨道电车的实时定位；

所述信号通信模块是通过车载主机对传感器接接收模块收到的磁钉定位信息进行实时接收和储存的单元，既能作用于***周期性的数据接收和传输，又能实现***非周期性的数据接收和传输；在列车运行过程中，车载主机向所述数字轨道电车车载人机交互***发送数字轨道电车在行进过程中由传感器接收模块通过无源磁钉定位模块时的列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息及磁钉定位信息，并发送给所述界面显示***。

3.如权利要求2所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态的重要驾驶信息；所述驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志的驾驶员状态信息；所述磁钉定位信息包括磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况、坡度信息的线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息的辅助信息。

4.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述声音信息数据包包括目标速度变点提示、新文本信息提示、错误或故障提示、速度警告提示、设备制动结束提示、驾驶员响应提示、按键提示和驾驶员干预提示；

所述语音信息数据包包括“允许解除”、“等级转换”、“控制速度”、“减速”、“视觉确认”、“引导确认”和“机器信息确认”。

5.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述可扩展功能键位于车载人机界面的屏幕右侧，所述固定功能键位于车载人机界面的屏幕底部；当所述数字轨道电车车载人机交互***处于输入状态时，驱动程序将操作所述固定功能键，并且车载人机界面在输入框中显示驱动程序的输入信息；

所述可扩展功能键分为三级菜单：按一级菜单中的键进入二级菜单；在二级菜单中按键进入三级菜单；驾驶员通过操作所述固定功能键输入新的列车长度，然后在可扩展功能键的三级菜单中按下“确认”按钮。

6.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述车距监控信息显示模块显示的是列车允许前方运行的距离长度，且当前方行驶线路区段允许的最大距离超过1000米时，则在车距监控信息显示模块上显示最大允许行驶为1000米；

所述车速信息显示模块显示的是当前数字轨道列车的建议速度及允许速度，显示模块码表上显示的是当前列车的实际速度，当列车实际速度即将超过允许速度时，出发列车的报警、闪红；

所述辅助行车信息显示模块显示的是当前数字轨道列车允许运行的前方距离长度，以及列车偏离部署于线路路面上地无源磁钉信标地的偏移距离长度；

所述运行计划信息显示模块显示的信息中，所述车次信息显示当前列车的次号，代表的是列车根据计划运行的时候，由列车自动监管***发过来的列车车次号信息；所述ID信息是当前用户登录的用户信息，若没有用户登陆***时，则显示为0；所述开往计划是当列车按照计划运行时，显示列车到达的目的车站信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示；

所述运行计划信息显示模块显示的信息还包括计划始发车/到达、早晚点信息和当前站信息，所述计划始发车/到达表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间，如果列车没有按照计划运行，则无显示；所述早晚点信息表示当列车按照计划运行时，显示列车的早晚点时间，如果列车没有按照计划运行，则无显示；所述当前站信息表示当列车按照计划运行时，显示列车下一站的信息，如果列车没有按照计划运行，则无显示。

7.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***，其特征在于，所述车载主机是所述数字轨道电车车载人机交互***的基础载体，以智能服务器终端的形式安装部署于数字轨道电车中，用于承载各形式和功能的车载控制和通信***；所述车载主机通过所述人机交互界面软件***中的网络控制单元，与所述数字轨道电车车载人机交互***完成实时通信。

8.如权利要求1所述的一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，实现车载主机和车载人机交互***间的双向数据通信和响应，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1，车载人机交互***发起通信连接请求；在车载人机交互***中采用安全通信协议，所述安全通信协议保证从所述网络控制单元到车载人机交互***的封闭有线通信，

步骤S2，车载主机接收请求，完成响应，建立通信连接，车载主机具有安全层，所述安全层的作用是管理协议和服务之间的交互，以及添加额外的功能，以实现所传输数据的所需完整性级别；

步骤S3，车载人机交互***请求所需数据：所述车载人机交互***通过符合国际标准的协议连接到车载主机设备，并发送数据获取请求；

步骤S4，车载主机根据所述车载人机交互***的请求发送相关数据：在车载主机的PC端设置DMI模拟器来预测和简化最终集成活动；DMI模拟器是一个运行在PC机上的应用程序，包括与物理原型相同的软件模块；

步骤S5，车载人机交互***成功接收相关数据：车载人机交互***通过所述数据通信***实现对相关数据的采集和接收，通信过程使用的协议包括MVB协议和非周期数据传输协议，周期数据通过MVB总线直接传输，所述非周期性数据传输协议基于MVB协议，用于发送和接收偶发数据；所述相关数据主要包括列车行驶状态信息、驾驶员工作状态信息和磁钉定位信息；

步骤S6：车载人机交互***完成相关数据的处理和解析任务：通过所述数据处理模块***对MVB协议中的周期性数据和非周期性数据传输协议中的偶发数据进行分析，并将分析结果传递给所述语音处理***和界面显示***；

步骤S7：将处理和解析后数据在人机交互界面软件***上显示和实现智能控制：车载人机交互***通过MVB协议定时向车载主机发送所述按钮响应***的车载人机界面的当前状态的信息，通过人机交互界面软件***上的显示数据及智能控制，利用先进的车载传感技术和控制技术，实现道路信息和车辆智能化，并提供准确的驾驶引导和部署，实现高效率、低投资的交通升级控制。

9.如权利要求8所述的一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述安全通信协议管理与业务相关的最需要资源的功能建立和维护通信；所述安全通信协议允许减少车载人机交互***上的处理负载，并且允许对传输进行加密保护；所述安全通信协议还作为防火墙和针对车载人机交互***的流量管理实体，将故障设备和恶意攻击的影响降到最低；车载人机交互***、安全通信协议和网络控制单元组成整个通信***；

步骤S4中，通过DMI模拟器，车载主机实现定量的对车载人机交互***的体系结构和相关的安全机制的安全性、可靠性进行评估，并在确认车载人机交互***在安全可靠的前提下根据其获取数据请求进行相关数据的发送。

10.如权利要求8所述的一种数字轨道电车车载人机交互***的通信控制方法，其特征在于，步骤S5中，

所述列车行驶状态信息包括列车的行驶速度、实时采取的运行驾驶模式、列车运行等级、列车制动状态的重要驾驶信息；

所述驾驶员工作状态信息包括由语音处理***采集处理后的驾驶员驾驶工作状态信息、驾驶员操作显示***界面的操作信息和实用日志的驾驶员状态信息；

所述磁钉定位信息包括磁钉所处线路区段的位置坐标信息、线路状况、路面状况和坡度信息的线路基础信息，以及线路轨道测的状况信息、目标站及即将到站站名信息等辅助信息。

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