基于Linux-Qt的地铁列车多系统多屏融合软件设计

基于Linux-Qt的地铁列车多系统多屏融合软件设计

曲先超杨天齐刘博逊

中车大连电力牵引研发中心有限公司     辽宁大连    116052

摘要：传统的列车显示屏每一端司机室只配备一个网络系统显示屏以及信号系统显示屏，当列车在行驶的时候，不论哪一个显示屏出现问题，都会影响列车的行驶安全，严重的情况会造成列车清客下线，针对这种情况，本文设计了一种基于Linux-Qt的HMI软件，除了传统的用于显示车辆状态、警告和故障等信息，并实现一定的控制功能外，还融合了信号系统的显示相关内容。不论哪个系统显示屏出现问题，都可以在另一个显示屏上进行HMI与DMI（信号显示屏）系统的相互切换。在不增加显示屏的情况下实现了多系统多屏融合显示，有助于司机行车安全。经验证，该程序运行稳定、功能完善、界面友好，满足设计要求。

关键词：地铁列车  Linux-QtHMI软件，多屏

地铁是在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通。列车在全封闭的线路上运行，位于中心城区的线路基本设在地下隧道内，中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上，英语为metro（underground railway、subway）。 地铁是涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统（Metro），主要服务于市郊及旅游景区的客流运输[1]。

列车司机室具有HMI显示屏以及DMI（信号系统）显示屏，人机交互终端HMI（Human Machine Interface）向司机或检修维护人员提供列车的相关信息是列车网络控制系统的重要终端设备[2]，DMI（信号系统）显示屏向司机展示了列车速度、运行模式以及站点等相关信息。，为实现HMI与DMI融合显示，都采用苏州长风公司定制基于MVB通信协议的10.4英寸融合显示屏，结合项目技术要求，设计了一种基于Linux-Qt平台的多系统多屏融合显示的软件。

1.软件部署及开发平台简介

1.1软件部署平台

软件部署平台由X86架构准系统、MVB通信板卡、液晶显示面板、存储器及I/O接口组成。液晶面板在满足可阅读及耐久性的基础上，通过微型光线传感器自动进行亮度调节。

外部I/O接口配置如图1所示，从左到右依次为接地端子、电源接口（X1）、CAN通讯接口（X2,X3）、RS485接口（X4）、两路MVB接口（X5,X6）、以太网接口（X7,X8）、USB通信接口（X9,X10）。

图1. 部署平台外部I/O接口

本设计采用多功能车辆总线(MVB)，该总线归属列车TCN网络，遵循IEC61375-1传输协议，广泛应用到列车通信网络当中；MVB总线采用主/从帧应答方式，保证数据传输的实时性。

物理介质选用EMD(中距传输电介质)。本设计根据子系统和TCMS需求配置了相应的源/宿端口。

1.2软件开发平台

软件开发平台选用Ubuntu系统下的Qt Creactor（Qt内核版本为5.6.1），Ubuntu为开源操作系统Linux的发行版本，在继承Linux系统移植性强、稳定性高等特性的基础上，提供了更加友好的使用环境。Qt是1991年由QtCompany开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，而Qt Creactor为Qt的IDE（集成开发环境）。

2.软件设计

2.1软件框架设计

人机界面按照功能主要分为车辆概况界面、维护界面、报警界面三种，其中车辆概况界面用于司机监视列车子系统运行状态；维护界面用于列车维护人员查看列车运行记录，更新列车参数，报警界面用于查看车辆当前以及历史报警记录，并能进行HMI与DMI系统相互切换。

图2.HMI界面框架结构图

其中的维护界面还设置密码来保护重要的设定功能及调试状态。整个软件共包含数十个功能各异的界面，用来完成数据显示、交互操作功能。因此，需要对界面布局进行规范化，对显示区域进行功能上的划分。

2.2界面布局设计

根据项目统型需求，参考国际铁路联盟标准UIC612-3[3]，将界面划分为A、B、C、D四个大区，每个大区又包含若干个子区。A区位于顶端，用来显示公共信息；B区为主显示区，用来显示主要信息和状态；C区为故障刷新区，当前发生的故障每隔3秒在该区域进行刷新显示；D区为按键切换区，用来切换不同功能界面。以上区域定义如图3所示，各区功能表如表1所示：

图3.HMI界面区域划分图

表1.各区功能划分

上述介绍了整个界面布局及功能划分，下面对界面关键功能的设计进行叙述。

3关键功能设计

主界面即运行界面如图4所示，除了传统的HMI多屏换端设置外，还提供了向DMI（信号屏）切换的“信号屏”的软按键，在不重启显示屏的情况下，实现了系统相互切换显示。

HMI显示屏通过电平信号通知CCU系统，将切换到DMI（信号系统）显示屏的界面，HMI显示屏根据该电平信号，将显示屏的端口重新绑定到DMI（信号系统）显示屏的端口号上，进而实现了在不重启显示屏的情况下，达到了HMI显示屏切换到DMI显示屏的显示效果。通过相同操作也可以将DMI（信号系统）显示屏切换成HMI显示屏。

图4.HMI显示屏运行界面

图5.DMI（信号系统）显示屏界面

此外，由于出现了故障，右上角弹出故障提示，故障滚动区域出现故障详细信息。点击红色感叹号即可进入故障界面。

故障界面为当前故障(图5)，可以通过下方按钮进行页面切换，点击相应的故障为当前未解除故障提供维护指导意见。

图5.当前故障

图6.故障详细信息

故障检索及显示通过SQLite，一种轻型的数据库来实现，该数据库遵守ACID的关系型数据库管理系统[4]。取代以往使用文本文档进行记录的方式，降低硬件消耗的同时提高了检索的快速性及准确性。

对于子系统界面，这里以图7所示的空调界面为例，该界面既包含了状态显示也包含了人机交互功能。

图7.空调界面

该界面用来显示整车空调子系统的状态，包含室内外温度及空调系统当前的运行状态，再有需求时，司机可通过按键进行模式及温度设置。

维护界面用来实现对列车的一些参数设置及测试调试功能，需要密码才能进入，本设计涉及的相关内容如图8所示。

图8.维护界面

3.结论

地铁式单轨列车HMI人机交互界面，借鉴机车显示、交互功能。基于MVB通信总线实现列车状态显示及功能设定。此外，该界面的故障判断及显示通过数据库的方式来实现，在降低系统处理负载的同时提高了故障检索的快速性及准确性，为司机和维护人员提供实时有效的处理意见。与此同时，HDI提供了向DMI（信号系统）显示屏切换的软按键，实现了同一个显示屏的多系统融合显示。

界面软件在地铁车上与TCMS交互与显示功能已完成静调和动调，运行状态良好。显示屏上的状态显示及交互功能也通过业主验证。

地铁列车HMI人机交互界面，为今后列车显示屏界面的设计进行了技术积累，提供了一套行之有效的解决方案，它的稳定性和可移植性也为显示技术开发提供了广阔的前景。

4.参考文献

[1].地铁设计规范．中华人民共和国住房和城乡建设部[引用日期2020-01-11]

[2].刘海梅蔡海云. 城市轨道交通车辆控制[M].西南交大出版社, 2014：75-81

[3].UIC612-3.Display System in Driver’s Cab Technical and Diagnostic Display[S].2009

[4].韩善锋, 曹凤海, 易昌华. SQLite数据库在嵌入式程序开发中的应用[J]. 物探装备, 2011, 021(003):170-173,178.

[5].孙俊, 卢曦, 刘德明,等. 一种基于以太网传输数字视频流的系统[J]. 电视技术, 2005(07):71-74.