張友兵劉 嶺崔俊鋒牛道恒

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；

2.北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100073）

ETCS DMI計劃區(qū)速度曲線的繪制原理

張友兵1，2劉 嶺1，2崔俊鋒1，2牛道恒1，2

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；

2.北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統(tǒng)工程技術研究中心，北京 100073）

司機在駕駛列車時，通過觀察人機界面（DMI）顯示的計劃區(qū)速度曲線，了解列車前方不同區(qū)域的最高運行速度和變速點位置，監(jiān)控和操作列車安全運行。介紹符合歐洲列車控制系統(tǒng)（ETCS）標準的人機界面，描述來自車載主機的最嚴格限速曲線（MRSP）與DMI顯示的計劃區(qū)速度曲線（PASP）之間的關系，并給出計劃區(qū)速度曲線的繪制原理。

歐洲列車控制系統(tǒng)；人機界面；計劃區(qū)速度曲線；最嚴格限速曲線

在列車控制系統(tǒng)車載設備中，車載主機向人機界面實時傳遞列車的位置、速度、等級、模式等信息，人機界面以圖形、文字等形式實時顯示列車的各種運行狀態(tài)信息。此外，司機操作人機界面的按鍵時，人機界面將把按鍵信息及時傳遞給車載主機，達到調(diào)整列車運行狀態(tài)的目的［1］。

列車在正常運行過程中，人機界面會根據(jù)來自車載主機的信息在界面上顯示速度信息、制動信息、運行計劃信息等重要信息，供司機查看。其中，運行計劃信息中的計劃區(qū)速度曲線是一種很重要的信息，它告訴司機列車前方不同區(qū)域的最高運行速度和變速點位置，司機以此為重要依據(jù)控制列車速度，保證列車安全高速地運行。

本文給出了最嚴格限速曲線與人機界面計劃區(qū)速度曲線之間的關系和計劃區(qū)速度曲線的繪制方法。

1 ETCS DMI簡介

ETCS DMI是符合歐洲列車控制系統(tǒng)標準的，與CTCS DMI具有類似的作用和功能，但是由于符合不同的標準規(guī)范，ETCS DMI與CTCS DMI也存在許多不同之處。

ETCS人機界面子顯示區(qū)劃分如圖1所示。ETCS DMI主要包含A、B、C、D、E、F、G、H 和I區(qū)共9個區(qū)域。A區(qū)顯示制動信息，B區(qū)顯示速度信息，C區(qū)顯示補充駕駛信息，D區(qū)顯示運行計劃信息，E區(qū)顯示文本信息，F(xiàn)區(qū)顯示數(shù)字鍵盤、擴展數(shù)字鍵盤、字母數(shù)字式鍵盤，G區(qū)顯示監(jiān)控信息，H區(qū)顯示帶預定義選項的專用鍵盤。I區(qū)暫未使用［2］。

ETCS人機界面D區(qū)子顯示區(qū)劃分如圖2所示。其中，D1區(qū)顯示距離標尺，司機可以選擇的距離范圍有0～1 000 m，0～2 000 m，0～4 000 m，0～8 000 m，0～16 000 m和0～32 000 m。D2、D3和D4區(qū)顯示命令和預告信息，例如分相區(qū)預告、低受電弓等信息。D5區(qū)顯示坡度信息，可以表示出上坡/下坡/平坡、坡度值等信息。D6區(qū)顯示速度曲線的間斷點信息，可以表示出速度間斷點位置、加速、減速以及速度在目標點減到0等信息。D7區(qū)顯示計劃區(qū)速度曲線（PASP），該曲線依據(jù)MRSP曲線繪制而成。D9區(qū)顯示尺度放大圖標，D12區(qū)顯示尺度縮小圖標。其余子區(qū)未使用。

圖1 ETCS人機界面顯示區(qū)劃分

圖2 ETCS人機界面D區(qū)子顯示區(qū)劃分

2 計劃區(qū)速度曲線簡介

PASP用速度-距離曲線的方式來顯示DMI運行計劃區(qū)的速度曲線，顯示范圍在由司機選擇的運行計劃距離范圍內(nèi)，并在行車許可范圍內(nèi)。PASP是基于車載設備計算的MRSP而得到的。PASP信息應顯示為一個圖表，縱軸表示距離，高度與司機選擇的距離標尺范圍相對應。橫軸表示速度，寬度與當前列車前端位置處的頂棚允許速度相對應。其中，最嚴格限速曲線描述的是在一段線路上列車應服從的最嚴格限速值。最嚴格限速曲線是所有速度限制中的最小值，也就是所有速度限制中最嚴格的部分。

速度不按比例進行顯示，而是按固定比率進行顯示。固定比率應以當前列車前端位置處的頂棚允許速度作為參考值。以當前列車前端位置處的頂棚允許速度的3/4、2/4或者1/4來表示速度減少。每當速度減少時，PASP圖表的寬度應按整個寬度的1/4倍數(shù)進行縮短，該倍數(shù)取決于當前速度與當前列車前端位置處的頂棚允許速度的百分比。當前速度大于當前列車前端位置處的頂棚允許速度，PASP圖標寬度不縮短；當前速度為當前列車前端位置處的頂棚允許速度99%到75%之間時，PASP圖表的寬度縮短1/4；當前速度為當前列車前端位置處的頂棚允許速度74%到50%之間時，PASP圖標寬度縮短2/4；當前速度為當前列車前端位置處的頂棚允許速度49%到1%之間時，PASP圖標寬度縮短3/4；當前速度為0時，PASP圖標寬度縮短4/4。

在運行計劃顯示范圍內(nèi)，如果存在多個變速點，降速點之后存在升速點，則繪制PASP曲線時，升速點速度不向上升，而是使用升速點前面的降速點的速度繪制PASP曲線。

3 PASP與MRSP的關系

車載主機通過消息MMI_TRACK_DESCRIPTION （EVC-4）向DMI發(fā)送速度曲線信息，其結(jié)構如表1所示。

表1 消息MMI_TRACK_DESCRIPTION定義

假設車載主機向DMI發(fā)送的EVC-4包內(nèi)容如表2所示。

表2 消息MMI_TRACK_DESCRIPTION應用舉例

根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出的MSRP曲線和PASP曲線如圖3所示。在MRSP曲線中，5個黑色實心圓點為最嚴格限速曲線的4個不連續(xù)點（220，2 000）、（140，3 000）、（60，5 000）、（100，6 000）和（0，7 000）。根據(jù)列車當前位置的速度值和5個不連續(xù)點可以繪制出MRSP曲線，從列車當前位置到列車前方2 000 m范圍內(nèi)速度為180 km/h，從列車前方2 000 m到列車前方3 000 m范圍內(nèi)速度為220 km/h，從列車前方3 000 m到列車前方5 000 m范圍內(nèi)速度為140 km/h，從列車前方5 000 m到列車前方6 000 m范圍內(nèi)速度為60 km/h，從列車前方6 000 m到列車前方7 000 m范圍內(nèi)速度為100 km/h，列車前方7 000 m范圍外速度為0。

圖3 MRSP曲線與PASP曲線的對應關系

在PASP曲線中，PASP區(qū)域?qū)挾人淼乃俣戎凳请S著列車前端位置處的頂棚允許速度變化而變化，在圖3（a）中，PASP區(qū)域?qū)挾却淼漠斍八俣戎禐?80 km/h。第一個不連續(xù)點（220，2 000）的速度值大于列車前端位置處的頂棚允許速度，所以該點的橫坐標為1個PASP區(qū)域?qū)挾?；第二個不連續(xù)點（140，3 000）的速度值為當前列車前端位置處的頂棚允許速度99%到75%之間，所以該點的橫坐標為3/4個PASP區(qū)域?qū)挾龋坏谌齻€不連續(xù)點（60，5 000）的速度值為當前列車前端位置處的頂棚允許速度49%到1%之間，所以該點的橫坐標為1/4個PASP區(qū)域?qū)挾?；第四個不連續(xù)點（100，6 000）的速度值為100，為一個升速點，該點前面存在一個降速點（60，5 000），則該升速點使用前面降速點的速度繪制PASP曲線，即該升速點的橫坐標為1/4個PASP區(qū)域?qū)挾?；第五個不連續(xù)點（0，7 000）的速度值為0，所以該點的橫坐標為0個PASP區(qū)域?qū)挾取?/p>

4 PASP曲線的繪制原理

4.1 典型PASP曲線繪制原理

PASP曲線的繪制原理如圖4所示。仍然以上面使用的MRSP為例，介紹繪制對應的PASP曲線基本原理。首先，繪制1號點和2號點。其次，依次遍歷最嚴格限速曲線的4個不連續(xù)點；當遍歷第1個不連續(xù)點時，繪制3號點和4號點；當遍歷第2個不連續(xù)點時，繪制5號點和6號點；當遍歷第3個不連續(xù)點時，繪制7號點和8號點；當遍歷第4個不連續(xù)點時，繪制9號點和10號點；當遍歷第5個不連續(xù)點時，繪制11號點和12號點。再次，繪制13號點，該點和1號點其實是同一個點。最后，繪制的所有13個點組成一個封閉區(qū)域，該封閉區(qū)域即為最終的PASP曲線。

圖4 PASP曲線繪制原理

遍歷所有不連續(xù)點，繪制對應的奇數(shù)點和偶數(shù)點。每遍歷一個不連續(xù)點，可以繪制一個奇數(shù)點和一個偶數(shù)點，例如遍歷第2個不連續(xù)點（140，3 000）時，繪制5號點和6號點，遍歷第3個不連續(xù)點（60，5 000）時，繪制7號點和8號點。則奇數(shù)點橫坐標為前一個不連續(xù)點速度值對應的橫坐標，奇數(shù)點縱坐標為當前不連續(xù)點開始位置對應的縱坐標，例如3號、5號、7號3個點。偶數(shù)點橫坐標為當前不連續(xù)點速度值對應的橫坐標，偶數(shù)點縱坐標為當前不連續(xù)點開始位置對應的縱坐標，例如4號、6號、8號3個點。

如果當前遍歷的不連續(xù)點為升速點，且該升速點前面一個不連續(xù)點為降速點，為了使該升速點繪制出的PASP曲線速度不向上升，升速點需要使用前面減速點的速度，即該升速點修正為（升速點前面一個降速點的速度，升速點的開始位置）。然后，使用上面的方法繪制對應的奇數(shù)點和偶數(shù)點。例如，當遍歷第4個不連續(xù)點（100，6 000）時，判斷該點為升速點，且第三個不連續(xù)點（60，5 000）為減速點，則將第4個不連續(xù)點修正為（60，6 000），繪制出奇數(shù)點9號點和偶數(shù)點10號點。使用修正過的第4個不連續(xù)點（60，6 000）和第5個不連續(xù)點（0，7 000）繪制出奇數(shù)點11號點和偶數(shù)點12號點。

需要注意的是如果當前正在遍歷的不連續(xù)點是第一個不連續(xù)點，因為該點之前沒有其他不連續(xù)點，則奇數(shù)點橫坐標為列車當前位置處速度值對應的橫坐標。

4.2 存在不連續(xù)點超過顯示范圍

存在不連續(xù)點超出顯示范圍的PASP曲線繪制方法如圖5所示。仍然以上面使用的MRSP為例，介紹繪制對應的PASP曲線的基本原理。

圖5 存在不連續(xù)點超出顯示范圍的PASP曲線繪制方法

司機可以通過DMI選擇PASP的顯示范圍，包括1、2、4、8、16 km和32 km 6種選擇。如果司機選擇顯示范圍為4 km，則第3個不連續(xù)點（60， 5 000）和第4個不連續(xù)點（0，7 000）超出了顯示范圍。使用上面提到的遍歷不連續(xù)點繪制奇數(shù)點和偶數(shù)點的方法，不能繪制出7號點和8號點。

所以遍歷完顯示范圍內(nèi)的所有不連續(xù)點之后，還需要檢查顯示范圍之外是否存在不連續(xù)點。如果顯示范圍之外存在不連續(xù)點，則奇數(shù)點橫坐標為前一個不連續(xù)點速度值對應的橫坐標，奇數(shù)點縱坐標為PASP區(qū)域上邊界對應的縱坐標，例如7號點。偶數(shù)點橫坐標為PASP區(qū)域左邊界對應的橫坐標，偶數(shù)點縱坐標為PASP區(qū)域上邊界對應的縱坐標，例如8號點。

5 總結(jié)

計劃區(qū)速度曲線是DMI界面上顯示的重要信息，司機通過查看計劃區(qū)速度曲線了解列車前方不同區(qū)域的最高運行速度和變速點位置，控制列車速度不超過最嚴格限速曲線，保證列車運行安全。本文給出的依據(jù)最嚴格限速曲線繪制人機界面計劃區(qū)速度曲線的方法，設計思路是清晰合理的，結(jié)果經(jīng)實驗室檢驗是正確的。

［1］中國鐵路總公司.CTCS-2/3級列控車載設備人機界面（DMI）顯示暫行規(guī)范［S］.中國鐵路總公司，2014.

［2］ ERTMS UNIT. ETCS DRIVER MACHINE INTERFACE.2014.

The driver watches the PASP on the DMI to learn the maximum running speed and speed change points in different areas in front of the train， in order to ensure the safety of train operation. This paper introduces the DMI in line with ETCS standards， describes the relationship between the MRSP from onboard equipment and the PASP showed on the DMI， and presents the PASP drawing principle.

European Train Control System （ETCS）； Driver Machine Interface （DMI）； Planning Area Speed Profi le （PASP）； Most Restrictive Speed Profi le （MRSP）

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.005

2015-05-13）

中國鐵路總公司重大課題項目（2003B001-A-1）；中國鐵路總公司重大課題項目（2014X003-H）