ETCS DMI计划区速度曲线的绘制原理

张友兵刘 岭崔俊锋牛道恒

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073；

2.北京市高速铁路轨道交通运行控制系统工程技术研究中心，北京 100073）

ETCS DMI计划区速度曲线的绘制原理

张友兵1，2刘 岭1，2崔俊锋1，2牛道恒1，2

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073；

2.北京市高速铁路轨道交通运行控制系统工程技术研究中心，北京 100073）

司机在驾驶列车时，通过观察人机界面（DMI）显示的计划区速度曲线，了解列车前方不同区域的最高运行速度和变速点位置，监控和操作列车安全运行。介绍符合欧洲列车控制系统（ETCS）标准的人机界面，描述来自车载主机的最严格限速曲线（MRSP）与DMI显示的计划区速度曲线（PASP）之间的关系，并给出计划区速度曲线的绘制原理。

欧洲列车控制系统；人机界面；计划区速度曲线；最严格限速曲线

在列车控制系统车载设备中，车载主机向人机界面实时传递列车的位置、速度、等级、模式等信息，人机界面以图形、文字等形式实时显示列车的各种运行状态信息。此外，司机操作人机界面的按键时，人机界面将把按键信息及时传递给车载主机，达到调整列车运行状态的目的［1］。

列车在正常运行过程中，人机界面会根据来自车载主机的信息在界面上显示速度信息、制动信息、运行计划信息等重要信息，供司机查看。其中，运行计划信息中的计划区速度曲线是一种很重要的信息，它告诉司机列车前方不同区域的最高运行速度和变速点位置，司机以此为重要依据控制列车速度，保证列车安全高速地运行。

本文给出了最严格限速曲线与人机界面计划区速度曲线之间的关系和计划区速度曲线的绘制方法。

1 ETCS DMI简介

ETCS DMI是符合欧洲列车控制系统标准的，与CTCS DMI具有类似的作用和功能，但是由于符合不同的标准规范，ETCS DMI与CTCS DMI也存在许多不同之处。

ETCS人机界面子显示区划分如图1所示。ETCS DMI主要包含A、B、C、D、E、F、G、H 和I区共9个区域。A区显示制动信息，B区显示速度信息，C区显示补充驾驶信息，D区显示运行计划信息，E区显示文本信息，F区显示数字键盘、扩展数字键盘、字母数字式键盘，G区显示监控信息，H区显示带预定义选项的专用键盘。I区暂未使用［2］。

ETCS人机界面D区子显示区划分如图2所示。其中，D1区显示距离标尺，司机可以选择的距离范围有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区显示命令和预告信息，例如分相区预告、低受电弓等信息。D5区显示坡度信息，可以表示出上坡/下坡/平坡、坡度值等信息。D6区显示速度曲线的间断点信息，可以表示出速度间断点位置、加速、减速以及速度在目标点减到0等信息。D7区显示计划区速度曲线（PASP），该曲线依据MRSP曲线绘制而成。D9区显示尺度放大图标，D12区显示尺度缩小图标。其余子区未使用。

图1 ETCS人机界面显示区划分

图2 ETCS人机界面D区子显示区划分

2 计划区速度曲线简介

PASP用速度-距离曲线的方式来显示DMI运行计划区的速度曲线，显示范围在由司机选择的运行计划距离范围内，并在行车许可范围内。PASP是基于车载设备计算的MRSP而得到的。PASP信息应显示为一个图表，纵轴表示距离，高度与司机选择的距离标尺范围相对应。横轴表示速度，宽度与当前列车前端位置处的顶棚允许速度相对应。其中，最严格限速曲线描述的是在一段线路上列车应服从的最严格限速值。最严格限速曲线是所有速度限制中的最小值，也就是所有速度限制中最严格的部分。

速度不按比例进行显示，而是按固定比率进行显示。固定比率应以当前列车前端位置处的顶棚允许速度作为参考值。以当前列车前端位置处的顶棚允许速度的3/4、2/4或者1/4来表示速度减少。每当速度减少时，PASP图表的宽度应按整个宽度的1/4倍数进行缩短，该倍数取决于当前速度与当前列车前端位置处的顶棚允许速度的百分比。当前速度大于当前列车前端位置处的顶棚允许速度，PASP图标宽度不缩短；当前速度为当前列车前端位置处的顶棚允许速度99%到75%之间时，PASP图表的宽度缩短1/4；当前速度为当前列车前端位置处的顶棚允许速度74%到50%之间时，PASP图标宽度缩短2/4；当前速度为当前列车前端位置处的顶棚允许速度49%到1%之间时，PASP图标宽度缩短3/4；当前速度为0时，PASP图标宽度缩短4/4。

在运行计划显示范围内，如果存在多个变速点，降速点之后存在升速点，则绘制PASP曲线时，升速点速度不向上升，而是使用升速点前面的降速点的速度绘制PASP曲线。

3 PASP与MRSP的关系

车载主机通过消息MMI_TRACK_DESCRIPTION （EVC-4）向DMI发送速度曲线信息，其结构如表1所示。

表1 消息MMI_TRACK_DESCRIPTION定义

假设车载主机向DMI发送的EVC-4包内容如表2所示。

表2 消息MMI_TRACK_DESCRIPTION应用举例

根据数据绘制出的MSRP曲线和PASP曲线如图3所示。在MRSP曲线中，5个黑色实心圆点为最严格限速曲线的4个不连续点（220，2 000）、（140，3 000）、（60，5 000）、（100，6 000）和（0，7 000）。根据列车当前位置的速度值和5个不连续点可以绘制出MRSP曲线，从列车当前位置到列车前方2 000 m范围内速度为180 km/h，从列车前方2 000 m到列车前方3 000 m范围内速度为220 km/h，从列车前方3 000 m到列车前方5 000 m范围内速度为140 km/h，从列车前方5 000 m到列车前方6 000 m范围内速度为60 km/h，从列车前方6 000 m到列车前方7 000 m范围内速度为100 km/h，列车前方7 000 m范围外速度为0。

图3 MRSP曲线与PASP曲线的对应关系

在PASP曲线中，PASP区域宽度所代表的速度值是随着列车前端位置处的顶棚允许速度变化而变化，在图3（a）中，PASP区域宽度代表的当前速度值为180 km/h。第一个不连续点（220，2 000）的速度值大于列车前端位置处的顶棚允许速度，所以该点的横坐标为1个PASP区域宽度；第二个不连续点（140，3 000）的速度值为当前列车前端位置处的顶棚允许速度99%到75%之间，所以该点的横坐标为3/4个PASP区域宽度；第三个不连续点（60，5 000）的速度值为当前列车前端位置处的顶棚允许速度49%到1%之间，所以该点的横坐标为1/4个PASP区域宽度；第四个不连续点（100，6 000）的速度值为100，为一个升速点，该点前面存在一个降速点（60，5 000），则该升速点使用前面降速点的速度绘制PASP曲线，即该升速点的横坐标为1/4个PASP区域宽度；第五个不连续点（0，7 000）的速度值为0，所以该点的横坐标为0个PASP区域宽度。

4 PASP曲线的绘制原理

4.1 典型PASP曲线绘制原理

PASP曲线的绘制原理如图4所示。仍然以上面使用的MRSP为例，介绍绘制对应的PASP曲线基本原理。首先，绘制1号点和2号点。其次，依次遍历最严格限速曲线的4个不连续点；当遍历第1个不连续点时，绘制3号点和4号点；当遍历第2个不连续点时，绘制5号点和6号点；当遍历第3个不连续点时，绘制7号点和8号点；当遍历第4个不连续点时，绘制9号点和10号点；当遍历第5个不连续点时，绘制11号点和12号点。再次，绘制13号点，该点和1号点其实是同一个点。最后，绘制的所有13个点组成一个封闭区域，该封闭区域即为最终的PASP曲线。

图4 PASP曲线绘制原理

遍历所有不连续点，绘制对应的奇数点和偶数点。每遍历一个不连续点，可以绘制一个奇数点和一个偶数点，例如遍历第2个不连续点（140，3 000）时，绘制5号点和6号点，遍历第3个不连续点（60，5 000）时，绘制7号点和8号点。则奇数点横坐标为前一个不连续点速度值对应的横坐标，奇数点纵坐标为当前不连续点开始位置对应的纵坐标，例如3号、5号、7号3个点。偶数点横坐标为当前不连续点速度值对应的横坐标，偶数点纵坐标为当前不连续点开始位置对应的纵坐标，例如4号、6号、8号3个点。

如果当前遍历的不连续点为升速点，且该升速点前面一个不连续点为降速点，为了使该升速点绘制出的PASP曲线速度不向上升，升速点需要使用前面减速点的速度，即该升速点修正为（升速点前面一个降速点的速度，升速点的开始位置）。然后，使用上面的方法绘制对应的奇数点和偶数点。例如，当遍历第4个不连续点（100，6 000）时，判断该点为升速点，且第三个不连续点（60，5 000）为减速点，则将第4个不连续点修正为（60，6 000），绘制出奇数点9号点和偶数点10号点。使用修正过的第4个不连续点（60，6 000）和第5个不连续点（0，7 000）绘制出奇数点11号点和偶数点12号点。

需要注意的是如果当前正在遍历的不连续点是第一个不连续点，因为该点之前没有其他不连续点，则奇数点横坐标为列车当前位置处速度值对应的横坐标。

4.2 存在不连续点超过显示范围

存在不连续点超出显示范围的PASP曲线绘制方法如图5所示。仍然以上面使用的MRSP为例，介绍绘制对应的PASP曲线的基本原理。

图5 存在不连续点超出显示范围的PASP曲线绘制方法

司机可以通过DMI选择PASP的显示范围，包括1、2、4、8、16 km和32 km 6种选择。如果司机选择显示范围为4 km，则第3个不连续点（60， 5 000）和第4个不连续点（0，7 000）超出了显示范围。使用上面提到的遍历不连续点绘制奇数点和偶数点的方法，不能绘制出7号点和8号点。

所以遍历完显示范围内的所有不连续点之后，还需要检查显示范围之外是否存在不连续点。如果显示范围之外存在不连续点，则奇数点横坐标为前一个不连续点速度值对应的横坐标，奇数点纵坐标为PASP区域上边界对应的纵坐标，例如7号点。偶数点横坐标为PASP区域左边界对应的横坐标，偶数点纵坐标为PASP区域上边界对应的纵坐标，例如8号点。

5 总结

计划区速度曲线是DMI界面上显示的重要信息，司机通过查看计划区速度曲线了解列车前方不同区域的最高运行速度和变速点位置，控制列车速度不超过最严格限速曲线，保证列车运行安全。本文给出的依据最严格限速曲线绘制人机界面计划区速度曲线的方法，设计思路是清晰合理的，结果经实验室检验是正确的。

［1］中国铁路总公司.CTCS-2/3级列控车载设备人机界面（DMI）显示暂行规范［S］.中国铁路总公司，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）

中国铁路总公司重大课题项目（2003B001-A-1）；中国铁路总公司重大课题项目（2014X003-H）