动车组隔离模式下驾驶辅助提示系统研究

李 强 罗云飞 中国铁路上海局集团有限公司科技和信息化部

王若钦 河南蓝信科技有限责任公司

联调联试是新建高速铁路开通运营前最为关键的工作项目，通过动车组高速运行状态下对全线各系统进行综合评价以及功能测试，及时发现行车不安全因素并加以消除，优化各系统的状态和性能，为全线顺利开通提供科学依据。

动车组逐级提速试验是联调联试工作的重要一环。在逐级提速综合测试期间，动车组控车方式采用ATP隔离模式运行，线路最高测试速度将达到线路允许速度的110%，尤其350 km时速线路在逐级提速测试时最高时速接近400 km/h，在如此高速运行下，对司机操纵提出了较高要求。在现有逐级提速期间司机行车操纵方式上，对区间限速区段、区间停车点、电分相以及停靠车站等关键防控点，仍然依靠动车组司机了望的人控方式，如遇到突发恶劣天气等情况，存在一定的安全隐患。因此在联调联试逐级提速期间迫切需要一款司机驾驶辅助提示设备，增加辅助提示手段，确保联调联试行车作业安全。

1 设计思路

（1）综合管理联调联试线路基础数据，包括应答器、分相区、线路限速、桥梁隧道、纵断面以及里程经纬度等数据。

（2）利用RTK(Real Time Kimematic)载波相位差分技术在列车高速运行时进行列车定位，并将经纬度坐标系转换为公里标坐标系实现分相区、停靠站以及线路限速点的辅助播报。

（3）针对联调联试期间测试任务的不确定性，系统需具备灵活的自定义设置功能，能够快速的进行设置和调整，满足联调联试任务开展需要。

2 系统结构

2.1 系统框架

动车组隔离模式下驾驶辅助提示系统基本架构如图1所示，系统由司机手持设备、客户终端组成。

图1 系统架构图

根据以上系统结构，系统的运用流程为联调联试项目部数据制作人员在逐级提速测试前将线路工程数据导入到系统数据制作终端，在数据制作终端上进行数据的核对和整理，并结合集成商在提速前的ITC测试时采集的DMS实时运用数据最终生成行车运行数据,并将联调联试行车运行数据导入手持终端。

在进行逐级提速测试时，司机携带手持终端和手持定位模块用于行车作业，当遇到线路关键处所点时，手持终端能够进行辅助播报提示。

2.2 手持终端设备

（1）手持终端

司机手持终端为业务专用的定制平板设备，由动车组司机随身携带，通过数据制作终端录入基础数据和行车操纵数据，在逐级提速行车过程中，进行相关行车辅助提示等功能。

（2）手持定位模块

手持定位终端采用支持高精定位，提供米级的定位精度，并支持4G、WIFI和蓝牙的数据传输方式，用于定位数据的传输。

2.3 客户终端

数据制作终端安装在联调联试指挥部终端电脑，用于线路工程数据导入，线路示意图的编制,并能够通过数据制作工具维护管理司机手持终端。

3 系统功能

3.1 行车基础数据制作

（1）支持以文件形式将线路工程数据导入系统，包括线路应答器数据，信号机数据，分相区数据，车站数据，坡度、桥梁、隧道数据，RBC数据等。

（2）支持导入并解析行车运用数据，提取数据中的应答器编号和坐标信息，并同应答器工程数据相融合，形成线路坐标信息打点数据。

（3）支持图形化的方式展示线路数据。

3.2 行车定位

（1）支持以差分定位方式获取列车实时位置信息和速度信息，当无差分信息时可使用手持设备自身定位模块定位。

（2）当进入隧道无定位信号时，系统可根据运行速度结合基础数据进行列车位置推导。

3.3 行车辅助功能

（1）行车前可设置本次运行交路的起始站和终点站，并选择中途停靠车站。

（2）行车前可基于本次运行交路的基础限速值，设置提高或降低比例，用于限速值播报的整体调整。

（3）区间运行期间，实时绘制线路的坡度、桥梁、隧道，RBC范围，可视化展示给司机，辅助行车。

（4）区间运行期间，实时展示车次、车号、配属局、车辆运行速度、里程、线路名称、线路行别，前方车站名。

（5）区间运行期间，实时绘制曲线限速曲线和分相区地点。

（6）区间运行期间，能够在列车到达根据行车要求设置的限速区段起始里程点前，播报前方区段限速值，并能够随着列车接近，渐进的播报距离限速区段的距离。

（7）在限速区间内运行期间，自动检查动车组车速是否超速，及时向司机发出告警。

（8）区间运行期间，能够在列车到达分相区起始里程点前，随着列车运行，渐进的播报据前方分相区距离；当列车过完分相区后，能够向司机播报已过分相区。

（9）区间运行期间，在列车接近前方车站时，能够播报前方车站是停靠站或通过站。

（10）当前方车站为停靠站时，随着列车的运行能够渐进的播报据前方车站的距离。

4 系统设计

4.1 系统运用数据梳理

为实现系统在列车高速运行下的辅助提示的准确性，需要依赖于表1基础数据信息：

表1 数据梳理

4.2 系统设计

动车组隔离模式下驾驶辅助提示系统主要份为数据汇聚层、业务处理层、应用层3个部分，总体设计见图2。

图2 系统设计

数据汇聚层接收并融合基础数据和列车实时运行数据，并对数据进行整体集中处理，可根据汇总数据的访问频率和数据量大小进行综合考虑，采用内存数据库和本地数据库进行数据存储和读取。

业务处理层将数据汇聚层融合的数据进行数据关联处理，并将汇集数据通过列车定位关联，播报提示控制两个维度，进行业务运用层的数据支撑。。

应用层通过手持终端APP和数据维护客户端作为交互界面进行业务播报提示，见图3。

图3 系统界面

5 技术关键点

5.1 运行中机车高精度定位技术

采用外接高精定位模块和天线方案，使用RTK(Real Time Kimematic)实时动态定位技术，它是以载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。其原理是将位于基准站上的GPS接收机观测的卫星数据，通过数据通信链（无线电台）实时发送出去，而位于附近的移动站GPS接收机在对卫星观测的同时，也接收来自基准站的电台信号，通过对所收到的信号进行实时处理，给出移动站的三维坐标，并估其精度。

利用RTK测量时，至少配备两台GPS接收机，一台固定安放在基准站上，另外一台作为移动站进行点位测量。在两台接收机之间还需要数据通信链，实时将基准站上的观测数据发送给流动站。对流动站接收到的数据（卫星信号和基准站的信号）进行实时处理还需要RTK软件，其主要完成双差模糊度的求解、基线向量的解算、坐标的转换。

5.2 地理坐标同线路里程转换技术

在逐级提速前，需要从电务检测车数据或动车组DMS数据中提取应答器编号和通过应答器的经纬度信息数据。并对里程-经纬度信息的关联数据进行补点，补点精度达至少10米。行车运行中，将手持终端设备实时坐标信息和里程-经纬度信息的关联数据进行运算，得到当前行车运行的里程值。

地理坐标向里程转化流程为:

（1）在逐级提速前，需要收集DMS线路实时运行数据，从数据中提取应答器编号和通过应答器的经纬度信息数据。

（2）通过应答器基础数据，将应答器的里程值和经纬度信息数据进行关联，得到里程-经纬度信息的关联关系。

（3）对里程-经纬度信息的关联数据进行补点，补点精度达至少10 m。

（4）行车运行中，将手持终端设备实时坐标信息和里程-经纬度信息的关联数据进行运算，得到当前行车运行的里程值。

5.3 数据融合和分析技术运用

为辅助隔离模式下动车组司机完成作业，需要采集车载及地面多系统的信息数据，基于现有的线路基础数据、DMS运行数据，利用数据融合和分析处理技术，实现司机作业场景判断、关键行车作业点播报等预警提示。

6 结束语

为了满足高铁的建设需要，设计了动车组隔离模式下驾驶辅助提示系统框架，确定了需要深入研究的关键技术，本系统作为联调联试ATP隔离模式行车时的辅助和提示系统，实现了对区间限速区段，区间停车点，电分相以及停靠车站等关键防控点的辅助播报和提示，为高铁联调联试逐级提速期间行车的安全风险管控提供技术支持。