城市軌道交通車載信號設(shè)備顯示界面標(biāo)準(zhǔn)化研究

洪海珠

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心,201103,上?！喂こ處?

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城市軌道交通車載信號設(shè)備顯示界面標(biāo)準(zhǔn)化研究

洪海珠

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心,201103,上?！喂こ處?

為滿足日益迫切的人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化需求，調(diào)研了上海軌道交通既有14條運(yùn)營線路車載信號顯示界面,并從顯示界面結(jié)構(gòu)形式、顯示內(nèi)容以及顯示布局方案等進(jìn)行了分析和比較,提出了具體的技術(shù)要求,對顯示界面的結(jié)構(gòu)形式、顯示內(nèi)容及顯示布局提出了推薦方案,以便進(jìn)一步推進(jìn)城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

城市軌道交通; 顯示界面; 車載信號設(shè)備

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

隨著上海軌道交通運(yùn)營線路的增多,設(shè)備數(shù)量和操作人員快速增長,人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化需求日益迫切。作為被司機(jī)密切監(jiān)控的重要人機(jī)接口,車載信號設(shè)備顯示界面的不統(tǒng)一,給司機(jī)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、線網(wǎng)間司機(jī)人員共享等諸多方面帶來不便。對比國鐵方面,目前客運(yùn)專線車載界面已統(tǒng)一顯示規(guī)范[1-2],而城市軌道交通在此領(lǐng)域尚屬空白。城市軌道交通車載信號設(shè)備顯示界面標(biāo)準(zhǔn)化需要對信號車載顯示界面進(jìn)行研究和分析,并明確統(tǒng)一的技術(shù)要求,以促進(jìn)城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

1 上海軌道交通既有線路車載信號顯示界面現(xiàn)狀

上海軌道交通目前既有線路車載信號設(shè)備顯示界面主要有五種界面形式,分別是:信號系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置液晶顯示屏方式；信號系統(tǒng)與車輛合設(shè)液晶顯示屏+機(jī)械式速度表方式；ADU(Aspect Display Unit,狀態(tài)顯示單元)面板+機(jī)械式速度表方式；ADU面板+ ADU輔助盤方式；信號控制單元+機(jī)械式速度表方式。

各種車載信號設(shè)備顯示界面在速度顯示、報(bào)警信息、功能按鈕配置、信息顯示數(shù)量等方面均有所不同,主要差異如表1所示。

從表1可以看出,目前,在上海軌道交通既有線路中使用最多的是信號系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置液晶屏的方式；而其它方式采用較少,且多應(yīng)用于早期建設(shè)線路(如1、2號線),或是僅有ATP(列車自動防護(hù))功能的線路(如5號線)。

在速度顯示方面,1—5號線通過機(jī)械式速度表提供,6—13、16號線在液晶顯示屏顯示。而10號線的全自動無人駕駛線路除液晶顯示屏之外,還配置了機(jī)械式速度表來同步提供速度信息顯示。

在報(bào)警信息方面,1—5號線報(bào)警信息以蜂鳴器或指示燈形式進(jìn)行提示,報(bào)警信息種類較少,內(nèi)容固定。其它9條線報(bào)警信息均以文本形式,在顯示界面上進(jìn)行滾動提示,報(bào)警種類豐富,可供運(yùn)營和維護(hù)人員及時(shí)查看。

在功能按鈕配置方面,1、2、5號線的模式建立、發(fā)車、慢速前行等按鈕集成在ADU面板或信號控制單元上,其它線路相關(guān)按鈕均獨(dú)立設(shè)置。

在信息顯示數(shù)量方面,5號線由于不具備ATO(列車自動運(yùn)行)功能,且車地間通信為點(diǎn)式傳輸,故在車載信號設(shè)備顯示界面上顯示內(nèi)容最少而其它線路顯示內(nèi)容相對較多。

表1 上海軌道交通既有線路信號車載顯示界面對比表

根據(jù)上海軌道交通既有車載信號設(shè)備顯示界面現(xiàn)狀的綜合分析結(jié)果,車載信號設(shè)備顯示界面標(biāo)準(zhǔn)化研究需要從顯示界面結(jié)構(gòu)形式的選擇、顯示內(nèi)容的確定、顯示方案的確定等幾方面入手,明確各方面要求,從而實(shí)現(xiàn)規(guī)范和統(tǒng)一。

2 信號車載顯示界面結(jié)構(gòu)形式的選擇

2.1 采用液晶顯示屏方式

隨著國內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展,CBTC(基于無線通信的列車自動控制)信號系統(tǒng)已成為各地新線建設(shè)首選。相較固定閉塞及準(zhǔn)移動閉塞制式而言,CBTC系統(tǒng)可在車載設(shè)備與軌旁設(shè)備間實(shí)現(xiàn)雙向?qū)崟r(shí)通信,但需在車載信號設(shè)備顯示界面及時(shí)顯示各類信息的動態(tài)變化。隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展,液晶顯示技術(shù)已成為主流。

回顧上海軌道交通發(fā)展歷程,界面結(jié)構(gòu)形式由早期1、2號線采用的ADU面板形式,發(fā)展到后續(xù)線路的液晶顯示屏方式?？梢钥闯?液晶顯示屏方式更適合軌道交通CBTC系統(tǒng)的車載顯示,能更好地滿足車地間實(shí)時(shí)通信的動態(tài)顯示要求。這是城市軌道交通信號技術(shù)和顯示技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果。

2.2 配置機(jī)械式速度表

根據(jù)上海軌道交通既有線路的運(yùn)營情況,車載信號設(shè)備顯示界面的穩(wěn)定性仍有待提高。部分線路在長期運(yùn)營過程中會發(fā)生屏幕死機(jī)、黑屏等故障。一旦發(fā)生類似故障,司機(jī)無法繼續(xù)進(jìn)行速度監(jiān)控,只能切除ATP系統(tǒng)清客后退出運(yùn)營,從而嚴(yán)重影響運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量。

為此,在液晶顯示屏之外配置一個(gè)機(jī)械速度表,以提供列車當(dāng)前速度和命令速度顯示,在顯示屏故障后,司機(jī)仍可根據(jù)機(jī)械式速度表上的速度指示安全地駕駛列車。這樣既有利于減少運(yùn)營清客頻次,提高運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量,也有利于保證運(yùn)營安全。

2.3 車載信號設(shè)備顯示界面的合設(shè)與分設(shè)

車載信號設(shè)備顯示界面與車輛合設(shè),可有效縮小設(shè)備占用空間,有利于司機(jī)駕駛臺一體化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)信息集成化顯示。顯示界面合設(shè)對信號與車輛間的接口集成提出了更高的要求,對顯示設(shè)備可靠性也有更高的要求。否則一旦合設(shè)界面發(fā)生故障,則信號和車輛系統(tǒng)所提供的各類信息均無法顯示。

車載信號設(shè)備顯示界面與車輛分設(shè)顯示設(shè)備占用空間較大,故障點(diǎn)也相應(yīng)增加,但可以在一定程度上解決因單一顯示界面故障而導(dǎo)致的信號和車輛系統(tǒng)監(jiān)測信息完全無法顯示的問題。

3 車載信號設(shè)備顯示界面顯示內(nèi)容的確定

通過分析比較既有線路車載信號設(shè)備顯示界面顯示內(nèi)容和含義,綜合考慮系統(tǒng)功能、系統(tǒng)制式、故障維護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等多方面因素,車載信號設(shè)備顯示界面顯示內(nèi)容主要可分為以下幾類:

3.1 速度信息

速度信息的顯示主要有箭頭式、光帶式和機(jī)械式速度表三種形式(分別如圖1、圖2、圖3所示)。前兩種提供了列車當(dāng)前運(yùn)行速度、命令速度、目標(biāo)速度的顯示,最后一種提供了列車當(dāng)前運(yùn)行速度、命令速度的顯示。

圖1 箭頭式速度顯示表

圖2 光帶式速度顯示表

圖3 機(jī)械式速度表

圖1中淺色箭頭表示下一區(qū)段的目標(biāo)速度,深色箭頭表示當(dāng)前區(qū)段的命令速度,白色指針表示列車當(dāng)前運(yùn)行速度。圖2中點(diǎn)A表示下一區(qū)段的目標(biāo)速度,點(diǎn)B表示當(dāng)前區(qū)段的命令速度,指針表示列車當(dāng)前運(yùn)行速度。圖3中箭頭C表示當(dāng)前區(qū)段的命令速度,指針表示列車當(dāng)前運(yùn)行速度。

速度信息是司機(jī)駕駛過程中的重要參考信息,除需要對列車當(dāng)前運(yùn)行速度、命令速度、目標(biāo)速度監(jiān)測外,還需要明確緊急制動觸發(fā)速度,以便司機(jī)綜合判斷。速度顯示表中推薦速度信息采用箭頭式表示,并以顏色區(qū)分各速度:

·以黃色箭頭表示下一區(qū)段的目標(biāo)速度,以起提前預(yù)警作用;

·以綠色箭頭表示當(dāng)前區(qū)段的命令速度,即允許列車持續(xù)運(yùn)行的速度;

·以紅色箭頭表示列車緊急制動觸發(fā)速度,即列車速度達(dá)到該值時(shí)則觸發(fā)緊急制動;

·以白色指針表示當(dāng)前列車運(yùn)行速度。

3.2 發(fā)車/停站信息

發(fā)車/停站信息主要包括發(fā)車授權(quán)、停站時(shí)間、停站對位、當(dāng)前駕駛模式等信息。部分配置后備模式的線路,提供了系統(tǒng)模式提示信息。這些信息均是司機(jī)發(fā)車或停站時(shí)需要關(guān)注的,統(tǒng)一歸為發(fā)車/停站信息。

3.3 車門/屏蔽門等信息

車門/屏蔽門(PSD)信息也是司機(jī)在站臺或列車運(yùn)行過程中需要密切關(guān)注的,主要包括控制信息(使能、打開、關(guān)閉命令)和狀態(tài)信息(打開、關(guān)閉狀態(tài))。

3.4 其它信息

其它信息(如提示及報(bào)警信息、靜態(tài)文本信息等)也應(yīng)有相應(yīng)顯示。提示及報(bào)警信息用于反映各種車載設(shè)備故障信息、車地通信狀態(tài),以及所需要的提示信息等。靜態(tài)文本信息主要為司機(jī)提供一些輔助信息,如系統(tǒng)日期、時(shí)間、列車編組、司機(jī)號、車體號等。

4 上海軌道交通車載信號設(shè)備顯示界面顯示方案的確定

4.1 既有顯示方案

目前,除10號線信號與車輛車載顯示界面合設(shè)之外,上海軌道交通CBTC線路車載信號設(shè)備顯示界面主要有兩種顯示方案。

(1) 6、7、8、9、11號線均采用顯示方案一(見圖4)。顯示方案一主要提供了當(dāng)前駕駛模式、停車對位信息、停站時(shí)間、發(fā)車授權(quán)、速度信息、車門信息、屏蔽門信息、車站信息、有效駕駛模式、列車定位、緊急制動、提示信息、報(bào)警信息、靜態(tài)文本信息等內(nèi)容[3]。

圖4 上海軌道交通車載信號顯示界面顯示方案一

(2) 12、13、16號線均采用顯示方案二(見圖5)。顯示方案二主要提供速度信息,發(fā)車信息,開關(guān)門指令,停車對位信息,車門狀態(tài),屏蔽門狀態(tài),系統(tǒng)控制模式,駕駛事件(跳站、折返、RM(Restricted Manual mode,限制人工駕駛模式)及信號機(jī)燈絲報(bào)警),駕駛模式,報(bào)警信息,功能菜單等信息[4]。

圖5 上海軌道交通車載信號顯示界面顯示方案二

以上兩種界面顯示在中心區(qū)域的顯示布局和信息內(nèi)容等方面有較多共同點(diǎn),但在外圍區(qū)域的顯示布局和信息內(nèi)容有所不同。

4.2 顯示方案共同點(diǎn)

(1) 速度信息均在中心區(qū)域顯示。速度信息是行車運(yùn)行過程中,司機(jī)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容,包括命令速度、實(shí)際速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等。兩種方案都將速度信息設(shè)置在中心位置,且所占區(qū)域較大,便于快速定位識別。

(2) 車門/屏蔽門/車站信息等均集中顯示。對于有人駕駛線路,除信號系統(tǒng)自身對各種信息實(shí)時(shí)監(jiān)控外,列車啟動或行車過程中,司機(jī)也要密切監(jiān)督車門、屏蔽門狀態(tài),以便及時(shí)采取措施。在發(fā)車時(shí),還需要對車站信息,如下一站、終點(diǎn)站、車站跳停等進(jìn)行確認(rèn)核對。

(3) 提示信息和報(bào)警信息滾動顯示。在運(yùn)行過程中,信號系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備狀態(tài)給出一些提示信息和報(bào)警信息,隨著列車的運(yùn)行,這些信息會以滾動形式在屏幕上提示給司機(jī)。其中,部分信息需要司機(jī)進(jìn)行確認(rèn)或操作等,如翻查歷史報(bào)警信息等。

4.3 顯示方案差異性

(1) 頂部區(qū)域顯示內(nèi)容差異大。6、7、8、9、11號線車載信號設(shè)備顯示界面頂部區(qū)域主要顯示了一些與發(fā)車、停站等列車駕駛信息,特別是與發(fā)車直接相關(guān)的重要信息,如列車當(dāng)前的駕駛模式、精確停車的提示、停站倒計(jì)時(shí)及發(fā)車授權(quán)信息等。12、13、16號線信號車載顯示界面頂部區(qū)域主要顯示了緊急制動告警和靜態(tài)文本信息,包括車次號、司機(jī)號、目的地號等內(nèi)容?？紤]頂部顯示區(qū)域顯示內(nèi)容應(yīng)簡單、重要,并且應(yīng)與行車密切相關(guān),能及時(shí)地反應(yīng)列車狀態(tài),以便于司機(jī)可以直觀地看到這些信息,清晰地識別列車當(dāng)前狀態(tài)和發(fā)車指令。因此,頂部區(qū)域建議顯示當(dāng)前系統(tǒng)模式、當(dāng)前駕駛模式、停車對位信息、停站時(shí)間、發(fā)車授權(quán)等內(nèi)容。

(2) 中部信息集中區(qū)域顯示布局差異大。6、7、8、9、11號線將車門信息、屏蔽門信息、自動開門信息、車站信息、有效駕駛模式等內(nèi)容集中顯示。而12、13、16號線將車門信息、發(fā)車信息、停車對位信息、車門狀態(tài)、屏蔽門狀態(tài)等內(nèi)容集中顯示,另將駕駛模式、駕駛事件、緊急制動狀態(tài)集中顯示。

4.4 推薦顯示方案

由于不同系統(tǒng)供貨商為司機(jī)提供的人機(jī)接口界面各不相同,因此,即使信息相同，其顯示區(qū)域的分配和信息表現(xiàn)形式也不盡相同。經(jīng)分析,主要有兩個(gè)主要原因：一是不同信號系統(tǒng)的功能特點(diǎn)不同,為了更好體現(xiàn)技術(shù)功能特點(diǎn),故而造成信息布局存在部分差異；另一方面由于存在各家供貨商的個(gè)性化設(shè)計(jì)因素,因此,不同顯示方案是人機(jī)接口界面不同設(shè)計(jì)理念的差異化體現(xiàn)。

通過對車載信號設(shè)備顯示界面顯示內(nèi)容的研究,可將顯示內(nèi)容按信息監(jiān)測重要性、相互間關(guān)聯(lián)性進(jìn)行歸類,以確定顯示方案?？傮w原則為:

(1) 發(fā)車/停站相關(guān)信息應(yīng)置頂顯示,以方便司機(jī)直接監(jiān)測;

(2) 提示及報(bào)警信息以及其它靜態(tài)文本信息應(yīng)置底顯示,以供需要時(shí)查看;

(3) 速度信息作為司機(jī)駕駛重要參考,應(yīng)置于中心區(qū)域顯示;

(4) 車門/屏蔽門、車站信息、有效駕駛模式或系統(tǒng)模式等多類信息應(yīng)集中顯示。

在總體原則基礎(chǔ)上提出具體推薦方案如圖6所示。

(1) 頂部區(qū)域。主要用于顯示司機(jī)在列車發(fā)車前或運(yùn)行中密切關(guān)注的重要信息。該區(qū)域顯示信息應(yīng)盡量簡潔、明確,不宜過多。在頂部區(qū)域,主要顯示當(dāng)前系統(tǒng)模式、當(dāng)前駕駛模式、停車對位信息、停站時(shí)間、發(fā)車授權(quán)5種信息內(nèi)容。

(2) 中部區(qū)域。該區(qū)域主要分為左、右兩部分。其中,中部左側(cè)區(qū)域顯示速度信息。這是考慮到通常司機(jī)控制器位于駕駛臺右側(cè)區(qū)域,司機(jī)使用右手操作,故將速度信息置于左側(cè)區(qū)域顯示,以更符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)和日常操作習(xí)慣。中部右側(cè)區(qū)域主要顯示車門/屏蔽門控制信息和狀態(tài)信息、車站信息、有效系統(tǒng)模式、有效駕駛模式、定位信息等提示信息。司機(jī)可通過這部分信息提示對列車狀態(tài)進(jìn)行判斷。

(3) 底部區(qū)域。該區(qū)域主要分為上、下兩部分。其中,底部偏上區(qū)域用于顯示各種提示及報(bào)警信息,底部偏下區(qū)域用于顯示靜態(tài)文本信息。由于在列車運(yùn)行過程中各種提示及報(bào)警信息會動態(tài)滾動出現(xiàn),因此,信息量較大,該部分顯示區(qū)域不宜過小。同時(shí),由于是動態(tài)滾動顯示,該顯示區(qū)域又不宜過大,否則,過多的滾動信息占據(jù)屏幕大片區(qū)域,從而影響司機(jī)對其它區(qū)域提示信息的觀察和判斷。對于自定義區(qū)域,則為將來新增的顯示內(nèi)容作的預(yù)留。底部偏下區(qū)域主要顯示靜態(tài)文本信息,如系統(tǒng)日期、時(shí)間、列車編組、司機(jī)編號等運(yùn)營過程中不作為主要行車判斷依據(jù),僅提供輔助參考作用的一些信息,故置于屏幕底部區(qū)域。

圖6 推薦顯示方案

5 結(jié)語

通過對上海軌道交通既有14條運(yùn)營線路車載信號設(shè)備顯示界面的全面梳理,對顯示界面結(jié)構(gòu)形式、顯示內(nèi)容以及顯示方案進(jìn)行了研究并提出推薦方案,得到主要結(jié)論如下:

(1) 車載信號設(shè)備顯示界面結(jié)構(gòu)形式采用液晶顯示屏+機(jī)械式速度表方式可更好地滿足CBTC信號系統(tǒng)車載顯示需求,增強(qiáng)系統(tǒng)可用性,提高運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。

(2) 顯示內(nèi)容應(yīng)包括速度信息、發(fā)車/停站信息、車門/屏蔽門信息、模式信息、報(bào)警及其它提示信息等內(nèi)容。其中,速度信息推薦采用箭頭式速度表表示,并以顏色區(qū)分各速度含義。

(3) 車載信號設(shè)備顯示界面可根據(jù)信息監(jiān)測重要性、相互間關(guān)聯(lián)性將界面分劃分為頂部、中部和底部區(qū)域。頂部區(qū)域主要顯示司機(jī)在列車發(fā)車前或運(yùn)行中密切關(guān)注的重要信息,其顯示內(nèi)容應(yīng)盡量簡潔,明確。中部區(qū)域主要顯示速度信息,以及車門/屏蔽門信息、車站信息、駕駛模式等信息；速度信息應(yīng)為主要顯示內(nèi)容且置于左側(cè)區(qū)域顯示,以更符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)和日常操作習(xí)慣。底部區(qū)域主要顯示靜態(tài)文本信息、提示及報(bào)警信息等,該部分內(nèi)容主要司機(jī)提供輔助參考和故障維護(hù)時(shí)所用。

綜上所述,CBTC系統(tǒng)技術(shù)已成為當(dāng)前世界軌道交通發(fā)展的主流選擇,上海軌道交通從第一條CBTC線路投用至今,業(yè)已積累了豐富的使用經(jīng)驗(yàn),尤其是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營后,對于軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化的需求日趨迫切。車載信號設(shè)備顯示界面作為一個(gè)重要方面,其統(tǒng)一和規(guī)范勢必對軌道交通標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展起到重要的推動作用。

[1] 鐵道部運(yùn)輸局.CTCS-3級列控車載設(shè)備人機(jī)界面(DMI)顯示規(guī)范(V1.0):運(yùn)基信號[2008]670號[S].北京:鐵道部運(yùn)輸局,2008.

[2] 鐵道部運(yùn)輸局.CTCS-2級列控車載設(shè)備DMI顯示規(guī)范:運(yùn)基信號[2007]20號[S].北京:鐵道部運(yùn)輸局,2007.

[3] 上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司.上海軌道交通6—9、11號線信號系統(tǒng)應(yīng)急處置手冊[R].上海:上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司,2012.

[4] 上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司.上海軌道交通12、13、16號線信號系統(tǒng)應(yīng)急處置手冊[R].上海:上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司，2013.

[5] 上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司.上海軌道交通16號線信號系統(tǒng)應(yīng)急處置手冊[R].上海:上海軌道交通維護(hù)保障中心通號公司,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)