動車組隔離模式下駕駛輔助提示系統研究

李 強 羅云飛 中國鐵路上海局集團有限公司科技和信息化部

王若欽 河南藍信科技有限責任公司

聯調聯試是新建高速鐵路開通運營前最為關鍵的工作項目，通過動車組高速運行狀態下對全線各系統進行綜合評價以及功能測試，及時發現行車不安全因素并加以消除，優化各系統的狀態和性能，為全線順利開通提供科學依據。

動車組逐級提速試驗是聯調聯試工作的重要一環。在逐級提速綜合測試期間，動車組控車方式采用ATP隔離模式運行，線路最高測試速度將達到線路允許速度的110%，尤其350 km時速線路在逐級提速測試時最高時速接近400 km/h，在如此高速運行下，對司機操縱提出了較高要求。在現有逐級提速期間司機行車操縱方式上，對區間限速區段、區間停車點、電分相以及停靠車站等關鍵防控點，仍然依靠動車組司機了望的人控方式，如遇到突發惡劣天氣等情況，存在一定的安全隱患。因此在聯調聯試逐級提速期間迫切需要一款司機駕駛輔助提示設備，增加輔助提示手段，確保聯調聯試行車作業安全。

1 設計思路

（1）綜合管理聯調聯試線路基礎數據，包括應答器、分相區、線路限速、橋梁隧道、縱斷面以及里程經緯度等數據。

（2）利用RTK(Real Time Kimematic)載波相位差分技術在列車高速運行時進行列車定位，并將經緯度坐標系轉換為公里標坐標系實現分相區、?？空疽约熬€路限速點的輔助播報。

（3）針對聯調聯試期間測試任務的不確定性，系統需具備靈活的自定義設置功能，能夠快速的進行設置和調整，滿足聯調聯試任務開展需要。

2 系統結構

2.1 系統框架

動車組隔離模式下駕駛輔助提示系統基本架構如圖1所示，系統由司機手持設備、客戶終端組成。

圖1 系統架構圖

根據以上系統結構，系統的運用流程為聯調聯試項目部數據制作人員在逐級提速測試前將線路工程數據導入到系統數據制作終端，在數據制作終端上進行數據的核對和整理，并結合集成商在提速前的ITC測試時采集的DMS實時運用數據最終生成行車運行數據,并將聯調聯試行車運行數據導入手持終端。

在進行逐級提速測試時，司機攜帶手持終端和手持定位模塊用于行車作業，當遇到線路關鍵處所點時，手持終端能夠進行輔助播報提示。

2.2 手持終端設備

（1）手持終端

司機手持終端為業務專用的定制平板設備，由動車組司機隨身攜帶，通過數據制作終端錄入基礎數據和行車操縱數據，在逐級提速行車過程中，進行相關行車輔助提示等功能。

（2）手持定位模塊

手持定位終端采用支持高精定位，提供米級的定位精度，并支持4G、WIFI和藍牙的數據傳輸方式，用于定位數據的傳輸。

2.3 客戶終端

數據制作終端安裝在聯調聯試指揮部終端電腦，用于線路工程數據導入，線路示意圖的編制,并能夠通過數據制作工具維護管理司機手持終端。

3 系統功能

3.1 行車基礎數據制作

（1）支持以文件形式將線路工程數據導入系統，包括線路應答器數據，信號機數據，分相區數據，車站數據，坡度、橋梁、隧道數據，RBC數據等。

（2）支持導入并解析行車運用數據，提取數據中的應答器編號和坐標信息，并同應答器工程數據相融合，形成線路坐標信息打點數據。

（3）支持圖形化的方式展示線路數據。

3.2 行車定位

（1）支持以差分定位方式獲取列車實時位置信息和速度信息，當無差分信息時可使用手持設備自身定位模塊定位。

（2）當進入隧道無定位信號時，系統可根據運行速度結合基礎數據進行列車位置推導。

3.3 行車輔助功能

（1）行車前可設置本次運行交路的起始站和終點站，并選擇中途?？寇囌尽?/p>

（2）行車前可基于本次運行交路的基礎限速值，設置提高或降低比例，用于限速值播報的整體調整。

（3）區間運行期間，實時繪制線路的坡度、橋梁、隧道，RBC范圍，可視化展示給司機，輔助行車。

（4）區間運行期間，實時展示車次、車號、配屬局、車輛運行速度、里程、線路名稱、線路行別，前方車站名。

（5）區間運行期間，實時繪制曲線限速曲線和分相區地點。

（6）區間運行期間，能夠在列車到達根據行車要求設置的限速區段起始里程點前，播報前方區段限速值，并能夠隨著列車接近，漸進的播報距離限速區段的距離。

（7）在限速區間內運行期間，自動檢查動車組車速是否超速，及時向司機發出告警。

（8）區間運行期間，能夠在列車到達分相區起始里程點前，隨著列車運行，漸進的播報據前方分相區距離；當列車過完分相區后，能夠向司機播報已過分相區。

（9）區間運行期間，在列車接近前方車站時，能夠播報前方車站是?？空净蛲ㄟ^站。

（10）當前方車站為停靠站時，隨著列車的運行能夠漸進的播報據前方車站的距離。

4 系統設計

4.1 系統運用數據梳理

為實現系統在列車高速運行下的輔助提示的準確性，需要依賴于表1基礎數據信息：

表1 數據梳理

4.2 系統設計

動車組隔離模式下駕駛輔助提示系統主要份為數據匯聚層、業務處理層、應用層3個部分，總體設計見圖2。

圖2 系統設計

數據匯聚層接收并融合基礎數據和列車實時運行數據，并對數據進行整體集中處理，可根據匯總數據的訪問頻率和數據量大小進行綜合考慮，采用內存數據庫和本地數據庫進行數據存儲和讀取。

業務處理層將數據匯聚層融合的數據進行數據關聯處理，并將匯集數據通過列車定位關聯，播報提示控制兩個維度，進行業務運用層的數據支撐。。

應用層通過手持終端APP和數據維護客戶端作為交互界面進行業務播報提示，見圖3。

圖3 系統界面

5 技術關鍵點

5.1 運行中機車高精度定位技術

采用外接高精定位模塊和天線方案，使用RTK(Real Time Kimematic)實時動態定位技術，它是以載波相位觀測值進行實時動態相對定位的技術。其原理是將位于基準站上的GPS接收機觀測的衛星數據，通過數據通信鏈（無線電臺）實時發送出去，而位于附近的移動站GPS接收機在對衛星觀測的同時，也接收來自基準站的電臺信號，通過對所收到的信號進行實時處理，給出移動站的三維坐標，并估其精度。

利用RTK測量時，至少配備兩臺GPS接收機，一臺固定安放在基準站上，另外一臺作為移動站進行點位測量。在兩臺接收機之間還需要數據通信鏈，實時將基準站上的觀測數據發送給流動站。對流動站接收到的數據（衛星信號和基準站的信號）進行實時處理還需要RTK軟件，其主要完成雙差模糊度的求解、基線向量的解算、坐標的轉換。

5.2 地理坐標同線路里程轉換技術

在逐級提速前，需要從電務檢測車數據或動車組DMS數據中提取應答器編號和通過應答器的經緯度信息數據。并對里程-經緯度信息的關聯數據進行補點，補點精度達至少10米。行車運行中，將手持終端設備實時坐標信息和里程-經緯度信息的關聯數據進行運算，得到當前行車運行的里程值。

地理坐標向里程轉化流程為:

（1）在逐級提速前，需要收集DMS線路實時運行數據，從數據中提取應答器編號和通過應答器的經緯度信息數據。

（2）通過應答器基礎數據，將應答器的里程值和經緯度信息數據進行關聯，得到里程-經緯度信息的關聯關系。

（3）對里程-經緯度信息的關聯數據進行補點，補點精度達至少10 m。

（4）行車運行中，將手持終端設備實時坐標信息和里程-經緯度信息的關聯數據進行運算，得到當前行車運行的里程值。

5.3 數據融合和分析技術運用

為輔助隔離模式下動車組司機完成作業，需要采集車載及地面多系統的信息數據，基于現有的線路基礎數據、DMS運行數據，利用數據融合和分析處理技術，實現司機作業場景判斷、關鍵行車作業點播報等預警提示。

6 結束語

為了滿足高鐵的建設需要，設計了動車組隔離模式下駕駛輔助提示系統框架，確定了需要深入研究的關鍵技術，本系統作為聯調聯試ATP隔離模式行車時的輔助和提示系統，實現了對區間限速區段，區間停車點，電分相以及停靠車站等關鍵防控點的輔助播報和提示，為高鐵聯調聯試逐級提速期間行車的安全風險管控提供技術支持。