ETCS系統基線2與基線3中人機接口部分對比分析

張 韋

(湖南中車時代通信信號有限公司北京分公司，北京 100070)

1 概述

為了解決歐洲各國鐵路互聯互通問題，進一步提高列車運行的安全性和高效性，降低運營成本，增強競爭優勢，歐盟委員會制定了歐洲列車控制系統ETCS/ERTMS需求規范。其中，人機接口是該規范中關鍵的組成部分，是司機與車載列車超速防護系統(Automatic Train Protection，ATP)設備交互的重要橋梁，為司機控制列車安全運行提供必要的保障。相對于歐洲列車控制系統(European Train Control System，ETCS)系統基線2版本，基線3版本在人機接口部分增加了新的需求，細化司機操作流程，提升操作實用性和設備安全性。

2 人機接口部分發生變化的相關內容

2.1 部分監控模式下速度信息顯示

部分監控模式是基線3中新增的列車運行模式，在顯示界面中增加部分監控模式下的速度狀態顯示，同時增加部分監控模式的圖標。

2.2 導航按鍵

新增[更多]按鍵，當菜單類窗口選擇項內容包含10個以上，造成單個頁面窗口顯示不全時，通過[更多]按鍵可以進行翻頁查看。刪除顯示界面下的[隱藏]、[顯示]按鍵。定義各導航按鍵的生效和失效時機，提高按鍵操作可靠性。

2.3 文本顯示規則

規定司機確認類文本的處理順序，當同時存在多條需要司機確認的文本時，應按照消息收到的先后順序從最先收到的待確認消息提示司機進行操作，當司機確認完畢所有需確認文本后，再顯示無需司機確認的文本消息。

在完成啟動會話流程后，司機在進行數據輸入窗口操作時，若收到需要確認的文本消息，應停止司機的數據輸入操作，退出該數據輸入窗口回到默認界面，并在1 s后向司機顯示待確認文本。

2.4 線路適用性

增加關于線路適用性的提示文本。

2.5 速度監控區變化

刪除了ETCS基線2中的PIM區顯示，及TSM、RSM區NoS監控顯示狀態。

增加從CSM區進入到TSM、RSM區時，需要向司機播放提示音。增加LS模式下的速度監控顯示。

將允許速度和目標速度的圖形標記尺寸大小由6×20像素單元調整為10×20像素單元。當出現允許速度和目標速度值相同，允許速度標記應該覆蓋目標速度標記。當收到P3包中國家值要求顯示目標信息后，即使車載設備處于CSM速度監控區，也需要顯示目標距離信息，同時在A1區向司機提供到下一個制動預警時間的提示。制動預警時間適用于司機需要預先判斷的場景，例如，惡劣天氣引起的粘著系數降低。在上述情形中，對司機在可視條件差、人工無法準確預估的情況下，起到輔助提示作用。

2.6 隔離開關

向司機提供隔離ATP車載設備的開關。

2.7 顯示區域調整

越行圖標顯示位置由C1區調整至C7區。司機輔助按鍵由F6區調整至F7區。地理位置信息顯示按鍵由F7區調整至F8區。計劃區放大縮小比例按鈕由F8、F9區調整至F9、F10區。隧道停車區信息顯示按鍵位于F6區。允許退行圖標顯示位置由E2區調整至C6區。

2.8 規定3種不同的按鍵響應機制的適用場景

2.8.1 抬起響應類按鍵

該類按鍵包括：導航類按鍵。非數據確認的[確定]按鍵。

2.8.2 延遲響應類按鍵

該類按鍵包括：運營數據檢查沒有滿足規則，司機需要人工確認時的[確定]按鍵、司機確認轉入SR模式時的[確定]按鍵。[調車]、[補機]、[保持調車]、[列車完整性]、[無線網絡ID]按鍵。

2.8.3 按下后(重復響應)類按鍵

該類按鍵包括：[向上]、[向下]、[刪除]，各種鍵盤類按鍵。通過此類按鍵，降低司機對單一按鍵的重復操作，降低人工誤操作的發生概率。

2.9 增加軌道條件生效和預告圖標

新增牽引系統預告及轉換，隧道停車區預告圖標，滿足線路多樣性，提高設備的可用性。

2.10 增加隧道停車區信息顯示

新增隧道停車區信息，此信息顯示在C2/C3/C4區域內，當收到隧道停車區信息時，將在F6區激活相關提示按鈕，司機可以通過此按鍵，打開或關閉隧道停車區信息顯示。

2.11 司機輸入數據校驗

輸入數據檢查分為技術范圍檢查和運營范圍檢查兩部分。對司機輸入數據的有效性進行檢查，避免司機輸入不合規的數據。若滿足技術范圍檢查，但是未通過運營范圍檢查，則在回顯窗口黃色加號標識通知司機，此時司機可以通過按[確認]鍵，確認本次數據輸入有效。技術范圍檢查相較于運營范圍檢查更加嚴格，若技術范圍檢查失敗，則認為司機本次數據輸入有誤，通過回顯窗口紅色加號標識通知司機數據未通過檢驗，要求司機重新輸入。

2.12 主窗口新增菜單選項

在主窗口中新增保持調車和無線數據功能菜單選項。

2.12.1 保持調車

向車載主機發送保持調車指令。

2.12.2 無線數據功能

新增無線數據功能窗口，該窗口中共有4個菜單選項：呼叫上一次RBC；短號碼；輸入RBC數據；無線網絡編號。

在基線3中，將基線2中RBC信息輸入窗口拆分為輸入RBC數據和無線網絡編號兩個獨立窗口，并新增了呼叫上一次RBC和短號碼菜單。司機通過選擇呼叫上一次RBC，允許車載主機直接呼叫上一次連接成功的RBC設備，減少司機重復輸入RBC數據的工作量。短號碼功能根據新運營場景需求增加。

2.13 司機號窗口中新增選擇車次號按鈕

在基線3的車載系統啟動會話流程中，允許司機在輸入司機號之前進行車次號輸入。

2.14 列車數據窗口

基線3中根據車載設備預先設置，可以通過3種方式實現列車數據的輸入。

1)固定式的列車數據輸入：列車數據輸入窗口應只包含一個允許司機輸入列車類型的輸入框，輸入類型是幾個預先設置的代碼之一。每一個列車代碼應代表一種列車數據的組合。一旦選定了列車代碼，車載設備不允許司機修改該列車類型所對應列車數據中的任何內容。

2)可選式的列車數據輸入：列車數據輸入窗口包含一個或多個輸入框，允許司機輸入/修改指定的列車數據。

3)選擇切換式列車數據輸入：列車數據輸入窗口提供“固定式的列車數據輸入”和“可選式的列車數據輸入”之間切換的開關。

通過上述3種方式使得列車數據輸入方式更加靈活、高效。

2.15 虛擬應答器數據

虛擬應答器數據輸入是本次基線3人機接口中新增功能，司機可以事先預存虛擬應答器數據，在運行過程中虛擬應答器可以實現列車定位而無需軌旁設備。

2.16 系統版本顯示

新增系統版本查詢窗口，方便司機或維護人員查詢當前車載ATP系統運行版本信息。

2.17 道口未保護顯示

增加道口未保護圖標。

2.18 特定速度顯示功能

增加特定速度信息顯示，向司機顯示特定的速度提示。

2.19 變速點圖標重疊情況下的顯示原則

當出現符號/速度值顯示區域重疊時，使用以下規則。

PL23(目標終點降速)圖標速度覆蓋于PL22(降速點)及PL21(升速點)上。

PL22(降速點)的圖標速度覆蓋在PL21(升速點)上。

2.20 NTC信息顯示

ETCS基線3中對國家列車控制系統（National Train Control，NTC）部分單劃分出一個章節進行說明。歐洲鐵路列車運行控制系統種類繁多，雖然ETCS標準本身已經解決歐洲鐵路互聯互通的一系列問題。但是在各國國內依然存在著各自本身已存在的一些列車控制系統，類似于我國既有線相較于CTCS-3級系統。而各個國家本身NTC系統也一直未形成一種統一的供司機操作的人機接口，因此在同一趟列車運行過程中，會造成司機需要操作多種列車運行控制系統人機界面。NTC人機接口的統一化，一方面能降低司機的操作復雜性，另一方面也為歐洲鐵路互聯互通提供進一步的支持。

1）NTC信息顯示

當列車運行在SN模式時，NTC信息通過DMI默認窗口進行顯示。此時原默認窗口中ETCS信息不再顯示。所有NTC對象的字體，縮進，字和行間距與ETCS對象相同，但相比ETCS多了藍色、綠色、淺紅色、淺綠色4種顏色，且提示性閃爍方式也比ETCS更多樣。通過從車載主機收到的指示信息，可以在B3、B4、B5、C2至C6、G1至G10區域顯示圖片或者文字信息提示司機，其文本顯示區域、速度表盤區域、與ETCS保持一致。NTC的聲音可以根據各國要求進行特定音頻的播放，也可以根據統一標準采用多頻段聲音播放。速度監控信息由車載主機告知相應的顯示內容和顯示方式。DMI同時向司機提供F8、F9、F10、H2、H3、H46可操作按鍵。司機進行按鍵操作后，需要向車載主機發送相應的鍵值消息供主機側處理。NTC等級圖標可根據各國標準自行定義。

2）NTC窗口

在車載啟動會話流程中，除了輸入ETCS需要的列車數據外，如果本國列車控制系統有額外數據需要，還應提供窗口讓司機輸入相關的數據內容。在基線3中定義了這部分輸入窗口的通用需求。司機可以輸入單個或若干個車載設備支持的NTC數據，NTC數據輸入窗口與列車數據窗口類似，但NTC數據輸入窗口的輸入內容并不固定。具體的顯示內容由本國列車控制系統發送，以滿足不同國家列車控制系統的NTC數據的獨立性，提高系統可用性。當司機選擇數據查看時，NTC數據窗口也作為一個獨立頁放于列車數據查看頁后。

3）NTC相關文本消息

新增NTC功能提示性的文本消息：NTC不可用、需要NTC數據、NTC制動、NTC錯誤，同時規定了上述文本生效和撤銷的時機。

2.21 啟動會話流程調整

基線3中啟動會話序列中進行了如下調整：

允許在司機號窗口中選擇進入車次號窗口。當完成車次號確認后，返回司機號窗口。

無線網絡注冊部分流程進行單獨說明。

規定了窗口等待狀態顯示的時機。

3 結論與展望

通過對ETCS基線3中人機接口部分的差異分析能夠發現，基線3相較于基線2對司機操作方式進行了優化，操作更加人性化，簡易化。同時對歐洲多國鐵路之間NTC制式下的界面顯示進行詳細的描述和規定，確保列車跨國運行中界面顯示和人工操作統一，為歐洲各國鐵路互聯互通提供有效的支持。通過本文能為我國鐵路系統中人機接口交互的發展提供一些參考。