城市轨道交通车载信号设备显示界面标准化研究

洪海珠

(上海申通地铁集团有限公司技术中心,201103,上海∥工程师)



城市轨道交通车载信号设备显示界面标准化研究

洪海珠

(上海申通地铁集团有限公司技术中心,201103,上海∥工程师)

为满足日益迫切的人机接口标准化、规范化需求，调研了上海轨道交通既有14条运营线路车载信号显示界面,并从显示界面结构形式、显示内容以及显示布局方案等进行了分析和比较,提出了具体的技术要求,对显示界面的结构形式、显示内容及显示布局提出了推荐方案,以便进一步推进城市轨道交通标准化建设。

城市轨道交通; 显示界面; 车载信号设备

Author′s address The Technology Center of Shanghai Shentong Metro Group Co.,Ltd.,201103,Shanghai,China

随着上海轨道交通运营线路的增多,设备数量和操作人员快速增长,人机接口标准化、规范化需求日益迫切。作为被司机密切监控的重要人机接口,车载信号设备显示界面的不统一,给司机作业标准化、线网间司机人员共享等诸多方面带来不便。对比国铁方面,目前客运专线车载界面已统一显示规范[1-2],而城市轨道交通在此领域尚属空白。城市轨道交通车载信号设备显示界面标准化需要对信号车载显示界面进行研究和分析,并明确统一的技术要求,以促进城市轨道交通标准化发展。

1 上海轨道交通既有线路车载信号显示界面现状

上海轨道交通目前既有线路车载信号设备显示界面主要有五种界面形式,分别是:信号系统独立设置液晶显示屏方式；信号系统与车辆合设液晶显示屏+机械式速度表方式；ADU(Aspect Display Unit,状态显示单元)面板+机械式速度表方式；ADU面板+ ADU辅助盘方式；信号控制单元+机械式速度表方式。

各种车载信号设备显示界面在速度显示、报警信息、功能按钮配置、信息显示数量等方面均有所不同,主要差异如表1所示。

从表1可以看出,目前,在上海轨道交通既有线路中使用最多的是信号系统独立设置液晶屏的方式；而其它方式采用较少,且多应用于早期建设线路(如1、2号线),或是仅有ATP(列车自动防护)功能的线路(如5号线)。

在速度显示方面,1—5号线通过机械式速度表提供,6—13、16号线在液晶显示屏显示。而10号线的全自动无人驾驶线路除液晶显示屏之外,还配置了机械式速度表来同步提供速度信息显示。

在报警信息方面,1—5号线报警信息以蜂鸣器或指示灯形式进行提示,报警信息种类较少,内容固定。其它9条线报警信息均以文本形式,在显示界面上进行滚动提示,报警种类丰富,可供运营和维护人员及时查看。

在功能按钮配置方面,1、2、5号线的模式建立、发车、慢速前行等按钮集成在ADU面板或信号控制单元上,其它线路相关按钮均独立设置。

在信息显示数量方面,5号线由于不具备ATO(列车自动运行)功能,且车地间通信为点式传输,故在车载信号设备显示界面上显示内容最少而其它线路显示内容相对较多。

表1 上海轨道交通既有线路信号车载显示界面对比表

根据上海轨道交通既有车载信号设备显示界面现状的综合分析结果,车载信号设备显示界面标准化研究需要从显示界面结构形式的选择、显示内容的确定、显示方案的确定等几方面入手,明确各方面要求,从而实现规范和统一。

2 信号车载显示界面结构形式的选择

2.1 采用液晶显示屏方式

随着国内城市轨道交通的快速发展,CBTC(基于无线通信的列车自动控制)信号系统已成为各地新线建设首选。相较固定闭塞及准移动闭塞制式而言,CBTC系统可在车载设备与轨旁设备间实现双向实时通信,但需在车载信号设备显示界面及时显示各类信息的动态变化。随着显示技术的不断发展,液晶显示技术已成为主流。

回顾上海轨道交通发展历程,界面结构形式由早期1、2号线采用的ADU面板形式,发展到后续线路的液晶显示屏方式。可以看出,液晶显示屏方式更适合轨道交通CBTC系统的车载显示,能更好地满足车地间实时通信的动态显示要求。这是城市轨道交通信号技术和显示技术共同发展的结果。

2.2 配置机械式速度表

根据上海轨道交通既有线路的运营情况,车载信号设备显示界面的稳定性仍有待提高。部分线路在长期运营过程中会发生屏幕死机、黑屏等故障。一旦发生类似故障,司机无法继续进行速度监控,只能切除ATP系统清客后退出运营,从而严重影响运营效率和服务质量。

为此,在液晶显示屏之外配置一个机械速度表,以提供列车当前速度和命令速度显示,在显示屏故障后,司机仍可根据机械式速度表上的速度指示安全地驾驶列车。这样既有利于减少运营清客频次,提高运营服务质量,也有利于保证运营安全。

2.3 车载信号设备显示界面的合设与分设

车载信号设备显示界面与车辆合设,可有效缩小设备占用空间,有利于司机驾驶台一体化设计,实现信息集成化显示。显示界面合设对信号与车辆间的接口集成提出了更高的要求,对显示设备可靠性也有更高的要求。否则一旦合设界面发生故障,则信号和车辆系统所提供的各类信息均无法显示。

车载信号设备显示界面与车辆分设显示设备占用空间较大,故障点也相应增加,但可以在一定程度上解决因单一显示界面故障而导致的信号和车辆系统监测信息完全无法显示的问题。

3 车载信号设备显示界面显示内容的确定

通过分析比较既有线路车载信号设备显示界面显示内容和含义,综合考虑系统功能、系统制式、故障维护、运行状态监控等多方面因素,车载信号设备显示界面显示内容主要可分为以下几类:

3.1 速度信息

速度信息的显示主要有箭头式、光带式和机械式速度表三种形式(分别如图1、图2、图3所示)。前两种提供了列车当前运行速度、命令速度、目标速度的显示,最后一种提供了列车当前运行速度、命令速度的显示。

图1 箭头式速度显示表

图2 光带式速度显示表

图3 机械式速度表

图1中浅色箭头表示下一区段的目标速度,深色箭头表示当前区段的命令速度,白色指针表示列车当前运行速度。图2中点A表示下一区段的目标速度,点B表示当前区段的命令速度,指针表示列车当前运行速度。图3中箭头C表示当前区段的命令速度,指针表示列车当前运行速度。

速度信息是司机驾驶过程中的重要参考信息,除需要对列车当前运行速度、命令速度、目标速度监测外,还需要明确紧急制动触发速度,以便司机综合判断。速度显示表中推荐速度信息采用箭头式表示,并以颜色区分各速度:

·以黄色箭头表示下一区段的目标速度,以起提前预警作用;

·以绿色箭头表示当前区段的命令速度,即允许列车持续运行的速度;

·以红色箭头表示列车紧急制动触发速度,即列车速度达到该值时则触发紧急制动;

·以白色指针表示当前列车运行速度。

3.2 发车/停站信息

发车/停站信息主要包括发车授权、停站时间、停站对位、当前驾驶模式等信息。部分配置后备模式的线路,提供了系统模式提示信息。这些信息均是司机发车或停站时需要关注的,统一归为发车/停站信息。

3.3 车门/屏蔽门等信息

车门/屏蔽门(PSD)信息也是司机在站台或列车运行过程中需要密切关注的,主要包括控制信息(使能、打开、关闭命令)和状态信息(打开、关闭状态)。

3.4 其它信息

其它信息(如提示及报警信息、静态文本信息等)也应有相应显示。提示及报警信息用于反映各种车载设备故障信息、车地通信状态,以及所需要的提示信息等。静态文本信息主要为司机提供一些辅助信息,如系统日期、时间、列车编组、司机号、车体号等。

4 上海轨道交通车载信号设备显示界面显示方案的确定

4.1 既有显示方案

目前,除10号线信号与车辆车载显示界面合设之外,上海轨道交通CBTC线路车载信号设备显示界面主要有两种显示方案。

(1) 6、7、8、9、11号线均采用显示方案一(见图4)。显示方案一主要提供了当前驾驶模式、停车对位信息、停站时间、发车授权、速度信息、车门信息、屏蔽门信息、车站信息、有效驾驶模式、列车定位、紧急制动、提示信息、报警信息、静态文本信息等内容[3]。

图4 上海轨道交通车载信号显示界面显示方案一

(2) 12、13、16号线均采用显示方案二(见图5)。显示方案二主要提供速度信息,发车信息,开关门指令,停车对位信息,车门状态,屏蔽门状态,系统控制模式,驾驶事件(跳站、折返、RM(Restricted Manual mode,限制人工驾驶模式)及信号机灯丝报警),驾驶模式,报警信息,功能菜单等信息[4]。

图5 上海轨道交通车载信号显示界面显示方案二

以上两种界面显示在中心区域的显示布局和信息内容等方面有较多共同点,但在外围区域的显示布局和信息内容有所不同。

4.2 显示方案共同点

(1) 速度信息均在中心区域显示。速度信息是行车运行过程中,司机需要重点关注的内容,包括命令速度、实际速度、目标速度、目标距离等。两种方案都将速度信息设置在中心位置,且所占区域较大,便于快速定位识别。

(2) 车门/屏蔽门/车站信息等均集中显示。对于有人驾驶线路,除信号系统自身对各种信息实时监控外,列车启动或行车过程中,司机也要密切监督车门、屏蔽门状态,以便及时采取措施。在发车时,还需要对车站信息,如下一站、终点站、车站跳停等进行确认核对。

(3) 提示信息和报警信息滚动显示。在运行过程中,信号系统会根据设备状态给出一些提示信息和报警信息,随着列车的运行,这些信息会以滚动形式在屏幕上提示给司机。其中,部分信息需要司机进行确认或操作等,如翻查历史报警信息等。

4.3 显示方案差异性

(1) 顶部区域显示内容差异大。6、7、8、9、11号线车载信号设备显示界面顶部区域主要显示了一些与发车、停站等列车驾驶信息,特别是与发车直接相关的重要信息,如列车当前的驾驶模式、精确停车的提示、停站倒计时及发车授权信息等。12、13、16号线信号车载显示界面顶部区域主要显示了紧急制动告警和静态文本信息,包括车次号、司机号、目的地号等内容。考虑顶部显示区域显示内容应简单、重要,并且应与行车密切相关,能及时地反应列车状态,以便于司机可以直观地看到这些信息,清晰地识别列车当前状态和发车指令。因此,顶部区域建议显示当前系统模式、当前驾驶模式、停车对位信息、停站时间、发车授权等内容。

(2) 中部信息集中区域显示布局差异大。6、7、8、9、11号线将车门信息、屏蔽门信息、自动开门信息、车站信息、有效驾驶模式等内容集中显示。而12、13、16号线将车门信息、发车信息、停车对位信息、车门状态、屏蔽门状态等内容集中显示,另将驾驶模式、驾驶事件、紧急制动状态集中显示。

4.4 推荐显示方案

由于不同系统供货商为司机提供的人机接口界面各不相同,因此,即使信息相同，其显示区域的分配和信息表现形式也不尽相同。经分析,主要有两个主要原因：一是不同信号系统的功能特点不同,为了更好体现技术功能特点,故而造成信息布局存在部分差异；另一方面由于存在各家供货商的个性化设计因素,因此,不同显示方案是人机接口界面不同设计理念的差异化体现。

通过对车载信号设备显示界面显示内容的研究,可将显示内容按信息监测重要性、相互间关联性进行归类,以确定显示方案。总体原则为:

(1) 发车/停站相关信息应置顶显示,以方便司机直接监测;

(2) 提示及报警信息以及其它静态文本信息应置底显示,以供需要时查看;

(3) 速度信息作为司机驾驶重要参考,应置于中心区域显示;

(4) 车门/屏蔽门、车站信息、有效驾驶模式或系统模式等多类信息应集中显示。

在总体原则基础上提出具体推荐方案如图6所示。

(1) 顶部区域。主要用于显示司机在列车发车前或运行中密切关注的重要信息。该区域显示信息应尽量简洁、明确,不宜过多。在顶部区域,主要显示当前系统模式、当前驾驶模式、停车对位信息、停站时间、发车授权5种信息内容。

(2) 中部区域。该区域主要分为左、右两部分。其中,中部左侧区域显示速度信息。这是考虑到通常司机控制器位于驾驶台右侧区域,司机使用右手操作,故将速度信息置于左侧区域显示,以更符合人体工程学设计和日常操作习惯。中部右侧区域主要显示车门/屏蔽门控制信息和状态信息、车站信息、有效系统模式、有效驾驶模式、定位信息等提示信息。司机可通过这部分信息提示对列车状态进行判断。

(3) 底部区域。该区域主要分为上、下两部分。其中,底部偏上区域用于显示各种提示及报警信息,底部偏下区域用于显示静态文本信息。由于在列车运行过程中各种提示及报警信息会动态滚动出现,因此,信息量较大,该部分显示区域不宜过小。同时,由于是动态滚动显示,该显示区域又不宜过大,否则,过多的滚动信息占据屏幕大片区域,从而影响司机对其它区域提示信息的观察和判断。对于自定义区域,则为将来新增的显示内容作的预留。底部偏下区域主要显示静态文本信息,如系统日期、时间、列车编组、司机编号等运营过程中不作为主要行车判断依据,仅提供辅助参考作用的一些信息,故置于屏幕底部区域。

图6 推荐显示方案

5 结语

通过对上海轨道交通既有14条运营线路车载信号设备显示界面的全面梳理,对显示界面结构形式、显示内容以及显示方案进行了研究并提出推荐方案,得到主要结论如下:

(1) 车载信号设备显示界面结构形式采用液晶显示屏+机械式速度表方式可更好地满足CBTC信号系统车载显示需求,增强系统可用性,提高运营服务质量。

(2) 显示内容应包括速度信息、发车/停站信息、车门/屏蔽门信息、模式信息、报警及其它提示信息等内容。其中,速度信息推荐采用箭头式速度表表示,并以颜色区分各速度含义。

(3) 车载信号设备显示界面可根据信息监测重要性、相互间关联性将界面分划分为顶部、中部和底部区域。顶部区域主要显示司机在列车发车前或运行中密切关注的重要信息,其显示内容应尽量简洁,明确。中部区域主要显示速度信息,以及车门/屏蔽门信息、车站信息、驾驶模式等信息；速度信息应为主要显示内容且置于左侧区域显示,以更符合人体工程学设计和日常操作习惯。底部区域主要显示静态文本信息、提示及报警信息等,该部分内容主要司机提供辅助参考和故障维护时所用。

综上所述,CBTC系统技术已成为当前世界轨道交通发展的主流选择,上海轨道交通从第一条CBTC线路投用至今,业已积累了丰富的使用经验,尤其是网络化运营后,对于轨道交通标准化的需求日趋迫切。车载信号设备显示界面作为一个重要方面,其统一和规范势必对轨道交通标准化发展起到重要的推动作用。

[1] 铁道部运输局.CTCS-3级列控车载设备人机界面(DMI)显示规范(V1.0):运基信号[2008]670号[S].北京:铁道部运输局,2008.

[2] 铁道部运输局.CTCS-2级列控车载设备DMI显示规范:运基信号[2007]20号[S].北京:铁道部运输局,2007.

[3] 上海轨道交通维护保障中心通号公司.上海轨道交通6—9、11号线信号系统应急处置手册[R].上海:上海轨道交通维护保障中心通号公司,2012.

[4] 上海轨道交通维护保障中心通号公司.上海轨道交通12、13、16号线信号系统应急处置手册[R].上海:上海轨道交通维护保障中心通号公司，2013.

[5] 上海轨道交通维护保障中心通号公司.上海轨道交通16号线信号系统应急处置手册[R].上海:上海轨道交通维护保障中心通号公司,2014.

Standardization of the On-board Signal Display Interface for Urban Rail Transit

HONG Haizhu

To meet the urgent needs of standardized human-machine interface and normalization for urban rail transit, the on-board signal display interface on 14 operation lines in Shanghai rail transit are investigated, their interface forms, display contents and the display solutions are comparatively analyzed, the recommended display solutions are put forward to standardize the technical requirements for the on-board signal device and the standard construction of urban rail transit.

urban rail transit; display interface; on-board signal device

U 231.7

10.16037/j.1007-869x.2016.06.014

2016-01-27)