本发明实施例涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种控制机车自动行驶的方法和装置。
背景技术：
司机控制器是铁道机车、动车组及工业自动化的控制设备，作为机车换向、调速的主令电器。它在机车中与机车牵引变流器连接，给变流器提供可识别的电机转向信号及转速信号。它是司机用来操纵机车运行的主令电器。司机控制器利用控制电路的低压电器来间接控制主电路的电气设备，其动作的好坏直接影响到机车的平稳操纵以及各种工况的实现。现有的司机控制器种类繁多，按控制手柄的操作方式，可分为手轮式、扳把式、平推式等，从实现方式上大都为机械式结构。随着自动驾驶技术的发展，铁路行业的自动驾驶也逐渐被世界范围内重视，目前机车上运用的这类司机控制器能够满足目前司机手动操作控制列车运行的目的，但不适合利用高性能计算机自动控车列车运行的目的，因此，在具有这种司机控制器的机车上如何实现自动驾驶是首要解决的问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种控制机车自动行驶的方法和装置，用于实现在具有机械结构的司机控制器的机车上自动驾驶。
第一方面，本发明实施例提供一种控制机车自动行驶的方法，包括：
在上电、继电器处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令，所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态；
根据所述第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；并向所述自动控车设备发送所述第一级位信息；
当所述第一级位信息为预设级位信息且确定转换开关处于运行位时，接收所述自动控车设备发送的第二控制命令，所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息；
根据所述第二控制命令，生成所述司机控制器的第二级位信息；
向所述机车发送所述第二级位信息，以使所述机车根据所述第二级位信息进行行驶。
第二方面，本发明实施例提供一种控制机车自动行驶的装置，包括：用于串联在机车和司机控制器之间，包括：电源、处理器、继电器、第一输入输出(英文：inputoutput，简称：io)端、第二io端、第三io端和转换开关；
所述电源，用于向所述装置提供电源；
所述处理器，用于在所述装置上电后，对所述装置进行自检；
所述第一io端，用于在所述继电器处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令，所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态；
所述第二io端，用于根据所述第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；
所述第一io端，用于向所述自动控车计算机发送所述第一级位信息；以及当所述第一级位信息为预设级位信息且所述处理器确定转换开关处于运行位时，接收所述自动控车设备发送的第二控制命令，所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息；
所述处理器，还用于根据所述第二控制命令，生成所述司机控制器的第二级位信息；
所述第三io端，用于向所述机车发送所述第二级位信息，以使所述机车根据所述第二级位信息进行行驶。
本发明实施例提供的控制机车自动行驶的方法和装置，通过上述方案，实现了在具有机械结构的司机控制器的机车上自动驾驶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明控制机车自动行驶的方法实施例一的流程图；
图2为本发明控制机车自动行驶的方法实施例二的流程图；
图3为本发明控制机车自动行驶的方法实施例三的流程图；
图4为本发明控制机车自动行驶的装置实施例一的结构示意图。
具体实施方式
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，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。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。
图1为本发明控制机车自动行驶的方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：
s101、在自动上电、继电器处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令，所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态。
本实施例中的执行主体为控制机车自动行驶的装置，该装置串联在机车与司机控制器之间，在该装置未上电之前，继电器处于缺省状态，该缺省状态用于指示该装置与机车电路隔离，也就是通过继电器将该装置与机车进行电路隔离。在该装置上电后，继电器由缺省状态转为运行状态，该运行状态用于指示该状置与机车电路连通，然后进行自检，自检用于检测以下至少一种状态：继电器状态、io状态、控制器局域网络(英文：controllerareanetwork，can)总线状态，但不限于此。当自检正常后，开始侦听自动控车设备的控制命令，本实施例接收自动控车设备发送的第一控制命令，该第一控制命令用于指示自动控车设备需要进入自动控车状态。
s102、根据所述第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；并向所述自动控车设备发送所述第一级位信息。
本实施例中，在接收到第一控制命令后，根据第一控制命令，采集司机控制器的级位信息，该级位信息此处称为第一级位信息，将采集到的第一级位信息发送给自动控车设备，可选地，还可以将自检状态发送给自动控车设备，以使自动控车设备根据该装置的自检状态判断该装置是否正常运行，自检状态包括上述自检的状态结果。
s103、当所述第一级位信息为预设级位信息且确定转换开关处于运行位时，接收所述自动控车设备发送的第二控制命令，所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息。
本实施例中，在第一级位信息为预设级位信息时，而且确定转换开关处于运行位时，接收自动控车设备根据第一级位信息发送的第二控制命令，该第二控制命令用于指示自动控车设备控制机车行驶的行驶信息，例如：牵引机车或制动机车。可选地，预设级位信息为控制0位级位信息，控制0位级位信息用于表示司机控制器未控制机车牵引也未控制机车制动。
s104、根据所述第二控制命令，生成司机控制器的第二级位信息，并控制所述第二级位信息对应的所述继电器使能。
本实施例中，根据第二控制命令，生成对应的司机控制器的级位信息，此处称为第二级位信息。可选地，第二级位信息可以是牵引级位信息或者制动级位信息，例如：若上述的行驶信息为牵引机车，则第二级位信息可以是牵引级位信息；若上述的行驶信息为制动机车，则第二级位信息可以是制动级位信息，若上述的行驶信息为控制0位，则第二级位信息可以是控制0位级位信息。然后根据第二级位信息，控制对应的继电器使能，控制0位对应的继电器、牵引对应的继电器、制动对应的继电器不同；例如：当第二级位信息为牵引级位信息时，控制牵引对应的继电器使能，而且控制控制0位对应的继电器和制动对应的继电器不动作；当第二级位信息为制动级位信息时，控制制动对应的继电器使能，而且控制控制0位对应的继电器和牵引对应的继电器不动作。
可选地，制动、牵引、控制0位级位信息为110v开关量信号和0～24v的模拟信号。
s105、向所述机车发送所述第二级位信息，以使所述机车根据所述第二级位信息进行行驶。
在生成第二级位信息，向机车发送第二级位信息，以使得机车根据第二级位信息进行行驶。
本实施例提供的控制机车自动行驶的方法，通过上述方案，实现了在具有机械结构的司机控制器的机车上自动驾驶。
图2为本发明控制机车自动行驶的方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例的方法可以包括：
s201、在自动上电、继电器处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令，所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态。
s202、根据所述第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；并向所述自动控车设备发送所述第一级位信息。
本实施例中，s201和s202的具体实现过程可以参见图1所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
s203、当所述第一级位信息为预设级位信息且确定转换开关处于运行位时，接收所述自动控车设备发送的第三控制命令，所述第三控制命令用于指示进入自动控车状态。
本实施例中，当第一级位信息为预设级位信息且确定转换开关处于运行位时，接收自动控车设备发送的第三控制命令，第三控制命令用于指示进行自动控车状态。可选地，若未接收到上述的第三控制命令，则再次执行s201。
s204、根据所述第三控制命令，进入自动控车模式。
本实施例中，在接收到第三控制命令后，根据第三控制命令可以确定自动控车设备已进入自动控车状态，然后本实施例进入自动控车模式。
s205、在所述自动控车模式下，检测所述自动控车设备的生命信息是否正常以及自检是否正常。若是，则执行s206，若否，则执行s209。
本实施例中，在处于自动控车模式下，检测自动控车设备的生命信息和自检，也就是检测自动控车设备的生命信息是否正常以及自检是否正常，若是，则执行s206，若否，则执行s209。
s206、当检测所述自动控车设备的生命信息正常以及进行自检正常时，接收所述自动控车设备发送的第二控制命令，所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息。
s207、根据所述第二控制命令，生成司机控制器的第二级位信息，并控制所述第二级位信息对应的所述继电器使能。
s208、向所述机车发送所述第二级位信息，以使所述机车根据所述第二级位信息进行行驶。
本实施例中，s206-s208的具体实现过程可以参见图1所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
s209、当检测所述自动控车设备的生命信息不正常或者自检不正常时，退出所述自动控车模式。
本实施例中，当检测自动控车设备的生命信息不正常或者自检不正常时，退出上述的自动控车模式，然后执行s201。
本实施例提供的控制机车自动行驶的方法，通过上述方案，实现了在具有机械结构的司机控制器的机车上自动驾驶。
图3为本发明控制机车自动行驶的方法实施例三的流程图，如图3所示，本实施例的方法可以包括：
s301、在自动上电、继电器处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令。
所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态。
s302、根据第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；并向自动控车设备发送第一级位信息。
s303、当第一级位信息为预设级位信息且确定转换开关处于运行位时，接收自动控车设备发送的第三控制命令。
所述第三控制命令用于指示进入自动控车状态。
s304、根据第三控制命令，进入自动控车模式。
s305、在自动控车模式下，检测自动控车设备的生命信息是否正常以及自检是否正常。若是，则执行s306，若否，则执行s317。
s306、接收自动控车设备发送的第二控制命令。
所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息。
s307、根据第二控制命令，生成司机控制器的第二级位信息，并控制第二级位信息对应的所述继电器使能。
s308、向机车发送所述第二级位信息，以使机车根据第二级位信息进行行驶。
本实施例中，s301-s308的具体实现过程可以参见图2所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
s309、采集司机控制器的第三级位信息。
所述第三级位信息为制动级位信息或者牵引级位信息。
本实施例中，当司机操纵司机控制器时，本实施例可以采集司机控制器的级位信息，此处称为第三级位信息，该第三级位信息为制动级位信息或者牵引级位信息。
s310、向自动控车设备发送司机控制器的第三级位信息。
本实施例中，在采集第三级位信息后，向自动控车设备发送该第三级位信息。
s311、检测是否接收自动控车设备发送的第四控制命令。若否，则执行s312，若是，则执行s317。
s312、检测自动控车设备的生命信息是否正常以及自检是否正常。
本实施例中，当未接收到自动控车设备发送的第四控制命令时，检测自动控车设备的生命信息和自检，也就是检测自动控车设备的生命信息是否正常以及自检是否正常，若否，则执行s313，若是，则执行s314。
s313、控制所述继电器处于缺省状态。
本实施例中，在检测自动控车设备的生命信息不正常或者自检不正常时，控制继电器处于缺省状态，所述缺省状态用于控制与所述机车电路隔离，然后结束。
s314、检测转换开关是否处于运行位。若是，执行s315，若否，执行s316。
s315、保持自动控车模式。
本实施例中，在检测自动控车设备的生命信息正常以为自检正常时，检测转换开关是否处于运行位，当检测转换开关处于运行位时，保持自动控车模式，可选地，然后执行s303。
s316、确定与机车物理隔离。
当检测转换开关不处于运行位时，即处于隔离位时，表示本实施例的装置与机车实现了物理隔离，然后结束，所述隔离位用于指示本实施例的装置与司机控制器物理隔离，即通过转换开关可以将本实施例的装置与司机控制器物理隔离。
s317、退出自动控车模式。
本实施例中，当接收到自动控车设备发送的第四控制命令时，所述第四控制命令用于指示退出自动控车状态，根据第四控制命令确定自动控车设备退出自动控车状态，然后本实施例退出自动控车模式；或者，在自动控车模式下，检测自动控车设备的生命信息不正常或者自检不正常时，退出自动控车模式。可选地，然后执行s301。
可选地，当掉电或者发生故障或者退出自动控车模式后，本实施例还可以控制所述继电器执行导向安全的操作。
本实施例提供的控制机车自动行驶的方法，通过上述方案，实现了在具有机械结构的司机控制器的机车上自动驾驶。
另外，通过本发明各实施例能够在保证不影响原有司机控制器使用的情况下，进行司机控制器的“智能化”，为自动控制实现基础，其具体表现如下：
1)行车安全性大幅度提高
在行车过程中尤其是ctcs-1及以下的机车，机车乘务员劳动强度大，许多货车司机超劳运行，使得对紧急情况处理不到位，并且不能最大限度的避免紧急情况的发生，极大的危害了行车的安全，在此背景下本实施例的装置搭配以合适的自动控车设备能够大幅度减轻机车乘务员的劳动强度，使得行车安全性大幅度提高。
2)功能扩展性强
本实施例的装置预留了一部分功能未用，用作功能扩展使用，此外根据本实施例的装置所连接控制设备的不同可以满足不同的客户需求，包括司机操作习惯监测与统计，司机不正当操作防护等均可实现。
3)促进我国自动驾驶产业的发展
本实施例的装置的实现打破了在铁路系统中tcms核心技术均在国外手中，核心通讯信息不外发的局面，本实施例的装置能够从外围直接获取级位信息，使外围自动控车得以实现，促进了我国在辅助驾驶乃至自动驾驶产业的发展。
4)使既有线机车更加智能化
在既有线的电力机车由于信号系统级别过低，导致行车多半需要依靠司机进行操作，导致很多货车司机超劳运行，增大了事故发生的概率，而本实施例的装置的出现并搭配以相应的控制设备能够对机车进行控制，这极大的促进了机车智能化的发展。
5)原有设备作为冗余提高安全性
本实施例的装置能够正常的输出控制级位，但是在上电时为监测状态实时监测司机控制器级位信息，输出的级位信息以司机控制器为准，此外在本实施例的装置出现故障时，能够通过搬动转换开关将本实施例的装置从物理上隔离，防止危害行车安全。
6)提升铁路行车产业信息化发展
当前铁路行车的过程中情况复杂多变，程序繁多，一般情况下新司机需要两年以上的学习才能够在老司机的指导下进行对机车的操控，本实施例的装置的实现能够对司机的操作进行记录，并且配合相应的主机设备能够将记录的数据利用大数据进行分析处理，用以分析和实时提示操作功能。降低了司机的培养成本，提高行车信息化程度。
7)为应急情况无人行车提供可能
列车行车的过程中外部因素复杂多变，不排除需要机车调度进行远程控车的需要，本实施例的装置能够配合相应的无线接收装置实现在异常极端情况下的远程行车控制，减少事故发生概率，降低事故扩大化。
8)过分相手柄归零
当前铁路总公司要求在运行的过程中过分相时司机控制器的手柄应该置为零位，而本实施例的装置连接控制设备后能够获取到相应的位置信息，从而使得过分相手柄自动回零提供了可能，大大减轻了司机的劳动强度。
图4为本发明控制机车自动行驶的装置实施例一的结构示意图，如图4所示，本实施例的装置用于串联在机车和司机控制器之间，本实施例的装置可以包括：电源11、处理器12、继电器13、第一io端14、第二io端15、第三io端16和转换开关17；
所述电源11，用于向所述装置提供电源；
所述处理器12，用于在所述装置上电后，对所述装置进行自检；
所述第一io端14，用于在所述继电器13处于运行状态以及自检正常后，接收自动控车设备发送的第一控制命令，所述第一控制命令用于指示所述自动控车设备需要进入自动控车状态；
所述第二io端15，用于根据所述第一控制命令，采集司机控制器的第一级位信息；所述预设级位信息为控制0位级位信息；
所述第一io端14，用于向所述自动控车计算机发送所述第一级位信息；以及当所述第一级位信息为预设级位信息且所述处理器12确定转换开关17处于运行位时，接收所述自动控车设备发送的第二控制命令，所述第二控制命令用于指示所述自动控车设备控制所述机车行驶的行驶信息；
所述处理器12，还用于根据所述第二控制命令，生成所述司机控制器的第二级位信息；以及控制所述第二级位信息对应的所述继电器13使能，所述第二级位信息为控制0位级位信息或者制动级位信息或者牵引级位信息；
所述第三io端16，用于向所述机车发送所述第二级位信息，以使所述机车根据所述第二级位信息进行行驶。
可选地，所述第一io端14，还用于在接收所述自动控车设备发送的第二控制命令之前，接收所述自动控车设备发送的第三控制命令，所述第三控制命令用于指示进入自动控车状态；
所述处理器12，还用于根据所述第三控制命令，进入自动控车模式；在所述自动控车模式下，检测所述自动控车设备的生命信息以及进行自检；
所述第一io端14，在接收所述自动控车设备发送的第二控制命令时，具体用于：当检测所述自动控车设备的生命信息正常以及进行自检正常时，接收所述自动控车设备发送的所述第二控制命令。
可选地，所述处理器12，还用于当检测所述自动控车设备的生命信息不正常或者自检不正常时，退出所述自动控车模式。
可选地，所述第二io端15，用于采集所述司机控制器的第三级位信息，所述第三级位信息为制动级位信息或者牵引级位信息；
所述第一io端14，用于向所述自动控车设备发送所述司机控制器的第三级位信息；
所述处理器12，还用于当所述第一io端14接收所述自动控车设备发送的第四控制命令时，退出自动控车模式；所述第四控制命令用于指示所述自动控车设备退出自动控车状态；当所述第一io端14未接收所述自动控车设备发送的第四控制命令时，检测所述自动控车设备的生命信息和进行自检；当所述自动控车设备的生命信息不正常或自检不正常时，控制所述继电器13处于缺省状态，所述缺省状态用于控制与所述机车电路隔离；当所述自动控车设备的生命信息正常以及自检正常且检测转换开关17处于运行位时，保持自动控车模式；当所述自动控车设备的生命信息正常以及自检正常且检测转换开关17不处于运行位时，确定与所述机车物理隔离。
可选地，所述继电器13，还用于当掉电或者发生故障或者退出自动控车模式后，执行导向安全的操作。
本实施例的装置，可以用于执行本发明上述各方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
可选地，本实施例中的继电器为安全型继电器。
可选地，本实施例的处理器采用cortex-m3能够实现多通道单周期多次采集，并配合软件的相应高精度滤波算法保证采集精度的要求，本实施例的32位处理器内核采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。cortex-m3内部含有多条条总线接口，提高运行效率，完全满足本实施例的装置的高精度的复杂逻辑处理需求。
可选地，本实施例的装置对外采用双路冗余can通信机制，配合循环冗余校验码(英文：cyclicredundancycheck，简称：crc)校验，提高了通信的可靠性与自我检测能力。
可选地，本实施例的输出端采用数高精度模转换电路进行控制，并且输出端的输出控制采用闭环控制，输出电压误差小于10mv，满足使用需求。
可选地，本实施例的电源采用直流110v进行供电，能够满足稳压输出、低纹波、噪声，此外电源能够实现输出短路、过流、过压保护功能。
可选地，本实施例的继电器的设计采用安全型继电器，在使用的过程中继电器能够监测管脚输出，若出现期望值与目标值不一致的情况会进行导向安全的操作，另外继电器的安全逻辑也均符合故障导向安全的原则。继电器的控制能够通过微处理器进行控制，能够同时控制8个继电器，保证了继电器切换的实时性与可靠性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读内存(英文：read-onlymemory，简称：rom)、随机存取存储器(英文：randomaccessmemory，简称：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。