一种用于轨道交通的主控安全计算设备的制作方法

本发明涉及一种用于轨道交通的主控安全计算设备。

背景技术：

1、在轨道交通领域，传统的主控安全计算设备例如联锁设备或者列控设备，需要通过线缆信号设备或者室内操作设备进行状态采集以及操作驱动。受限于线缆的铺设成本以及过长的线缆导致的电气信号衰减等因素，一套主控安全计算设备能控制的范围是有限的。但是轨道交通领域，一条铁路线路里程很长且车站数量较多，短有数十公里，长则达到上百上千公里，为使得列车能够在线路上安全运行，需要在整条线路设置大量的主控安全计算设备且不同的主控安全计算设备之间间隔较远。如果需要对主控安全计算设备进行升级或者维护，需要花费大量人力和时间。以上海地铁3号线为例，其线路长度为40.3千米，共29个车站，全线设置13套联锁设备。当需要设备维护升级，需要同时派遣数名人员前往不同地点，甚至需要在数个地点之间来回往返。

2、随着轨道交通设备智能化水平的提高，出现了智能的驱动采集设备，比如目标控制器。这类设备的功能大多比较固定，可以实现轨旁的信号设备或者室内的操作设备的本地驱动或者采集功能并通过光纤网络将与远端控制设备通信。智能驱动采集设备的出现，理论上使主控安全计算设备摆脱了物理和空间限制，可以集中放置在运营中心场所。但是传统主控的安全计算设备，在当前的应用条件下，受限于成本，可靠性和开发难度能，所使用的cpu一般单核频率不高并且物理核心数较少。比如powerpc系列的mpc 8247，单核且最高频率400mhz；amd的lx800，单核500mhz；arm cortex系列的cortex-a53，最多支持4核心，单核频率最高1g hz；powerpc系列的mpc 8640d,双核心，单核最高1.25g hz。受限于cpu性能，目前的主流安全计算设备运算能力存在一定瓶颈。此外，一旦设备开发研制完成，单套设备算力即已固定，为了满足往往需要设置数套的设备，无法根据现场需求实时动态调整。

3、近年轨道交通领域产生了一些新的应用需求，比如列车主动避障系统，为了感知列车前方是否存在障碍，需要车载高速实时运算大量的雷达或者图像数据。又如车车通信系统，需要车载系统实时计算线路规划和移动距离。新的应用进一步提高的对于主控安全计算设备的性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于轨道交通的主控安全计算设备，具有能够根据需要灵活配置算力，且算力高的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于轨道交通的主控安全计算设备，其包含：

3、第一系统，所述第一系统包括第一中央处理器、第一图形处理单元和第一控制单元，所述第一中央处理器电连接于所述第一图形处理单元和所述第一控制单元；所述第一控制单元用于控制所述第一中央处理器和所述第一图形处理单元对输入的列车行车数据进行运算以获得第一安全数据；

4、第二系统，所述第二系统包括第二中央处理器、第二图形处理单元和第二控制单元，所述第二中央处理器电连接于所述第二图形处理单元和所述第二控制单元；所述第二控制单元用于控制所述第二中央处理器和所述第二图形处理单元对输入的列车行车数据进行运算以获得第二安全数据。

5、可选的，所述第一控制单元包括第一支持层和第一应用层，所述第一支持层包括第一操作系统模块和第一图形处理单元库，所述第一应用层包括第一通信处理模块、第一应用模块、第一数据表决模块、第一任务调度模块、第一安全数据管理模块以及第一系统自检模块。

6、可选的，所述第二控制单元包括第二支持层和第二应用层，所述第二支持层包括第二操作系统模块和第二图形处理单元库，所述第二应用层包括第二通信处理模块、第二应用模块、第二数据表决模块、第二任务调度模块、第二安全数据管理模块以及第二系统自检模块；所述第二数据表决模块与所述第一数据表决模块通信连接，所述第二任务调度模块与所述第一任务调度模块通信连接。

7、可选的，所述第一系统包括多个所述第一图形处理单元，所述第一应用层还包括第一图形处理单元调度模块，所述第一图形处理单元调度模块连接于所述第一应用模块，所述第一图形处理单元调度模块用于根据运算所述列车行车数据的运算量在所述第一中央处理器和所述第一图形处理单元之间分配运算负载；当所述列车行车数据的运算量少于第一阈值时，所述第一图形处理单元调度模块将运算任务分配给所述第一中央处理器；当所述列车行车数据的运算量大于第一阈值时，所述第一图形处理单元调度模块将运算任务分配给多个所述第一图形处理单元；

8、所述第二系统包括多个所述第二图形处理单元，所述第二应用层还包括第二图形处理单元调度模块，所述第二图形处理单元调度模块连接于所述第二应用模块，所述第二图形处理单元调度模块用于根据运算所述列车行车数据的运算量在所述第二中央处理器和所述第二图形处理单元之间分配运算负载；当所述列车行车数据的运算量少于第一阈值时，所述第二图形处理单元调度模块将运算任务分配给所述第二中央处理器；当所述列车行车数据的运算量大于第一阈值时，所述第二图形处理单元调度模块将运算任务分配给多个所述第二图形处理单元。

9、可选的，所述第一系统还包括第一图形处理单元拓展模块，所述第一图形处理单元拓展模块用于外接图形处理单元以拓展所述第一系统搭载的所述第一图形处理单元的数量；所述第二系统还包括第二图形处理单元拓展模块，所述第二图形处理单元拓展模块用于外接图形处理单元以拓展所述第二系统搭载的所述第二图形处理单元的数量。

10、可选的，所述第一操作系统模块和所述第二操作系统模块采用不同的系统软件，所述第一操作系统模块采用linux操作系统，所述第二操作系统模块采用reworks操作系统。

11、可选的，所述第一图形处理单元库和所述第二图形处理单元库采用不同的库，所述第一图形处理单元库采用cuda库，所述第二图形处理单元库采用opencl库。

12、可选的，所述第一系统还包括第一编译器，所述第二系统还包括第二编译器，所述第一编译器采用llvm/clang编译器，所述第二编译器采用采用gcc编译器。

13、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的用于轨道交通的主控安全计算设备，具有如下有益效果：

14、本发明的用于轨道交通的主控安全计算设备，主控安全计算设备为异构二取二系统，保证了主控安全计算设备计算的安全性；采用中央处理器和图形处理单元组合的方式扩展算力，可以通过图形处理单元进行核心规则或者数据的处理，并且可以根据实际需要增加图形处理单元的数量来提高运算能力；大数据分析和数据融合，相较于现有的各主控设备，本发明的用于轨道交通的主控安全计算设备可以将一整条线路的设备的信息统一处理，后续可用于大数据分析和数据融合；方便功能拓展，适用于新的应用领域，例如列车主动避障系统或者车车通信系统，可以方便将新的功能模块运用于本发明的主控安全计算设备；此外，本发明的主控安全计算设备，整条线路只需设置一台主控安全计算设备，通过目标控制器控制各个车站的轨旁或者室内设备，可以在实验室内完成设备和数据调试测试功能，减少了现场施工调试的难度，当使用中的设备维护和升级时，仅需要少量人员集中处理既可，减少设备数量，降低施工、调试和维护的成本。