高鐵人機交互界面的分析與設計

吳明桓　魏國棟

摘 要：近年來，高鐵技術得到了突飛猛進的發展，列控系統中的車載設備在保證列車安全運營的過程中扮演著重要的角色。車載設備中的人機交互界面是司機和車載安全計算機之間信息交互的橋梁。文章主要在分析了人機交互界面的作用和功能的基礎上，對人機交互界面中各個區域的顯示進行了分析與設計，這對研發人員在人機交互界面的開發中具有重要意義。

關鍵詞：高鐵技術；人機交互界面；車載設備

引言

據中國交通部公布的白皮書，到2020年，高速鐵路營業里程達到3萬公里，高鐵將覆蓋80%以上的中國大城市。按照當前高速鐵路發展的速度，可以預計，這一計劃將得以實現。作為高鐵三大核心技術之一的列車運行控制系統，在高鐵“一帶一路”走出去的過程中扮演著舉足輕重的作用。列控系統是一個大規模的實時控制系統，主要分為地面設備和車載設備兩大部分，車載設備包含車載安全計算機、軌道電路信息接收器、人機界面（DMI）、GSM-R天線等，其中人機界面是司機與車載設備的交互接口。本文主要簡述了人機交互界面的作用和功能，并在此基礎上對人機交互界面進行了分析與設計，這對于研發人員在人機交互界面的開發過程中具有重要意義。

1 人機交互界面的作用

人機交互界面（DMI）是車載設備中的一個組成部分，在車載設備中位于列車司機與安全計算機之間，是司機與車載設備之間信息交互的一個橋梁，如圖1所示。

車載安全計算機通過制動接口單元、應答器信息接口、軌道電路信息接口、無線信息接口、測速單元等外圍設備獲取列車的運行狀態信息和地面控制信息，經過安全計算機的安全處理后，由MVB總線向人機交互界面（DMI）實時發送列車的速度、模式、位置、等級等重要信息。DMI在界面上以文字、圖形等形式實時的向司機顯示列車的各種運行狀態信息。司機除了能夠從DMI上獲取列車的狀態信息，還能通過DMI的按鍵向車載安全計算機輸入列車數據、下達指令等操作。

2 人機交互界面的功能

列車在運行的過程中，車載安全計算機通過人機交互界面DMI向司機提供列車的運行狀態信息等，同時，司機可以通過人機交互界面向車載安全計算機輸入一些必要信息和操作指令來保證列車安全運行，如圖2所示。因此，人機交互界面主要有兩個方面的功能。第一個方面的對象是列車的司機，主要向列車司機提供列車速度信息、距離監控信息、運行計劃信息、列車制動狀態信息、線路坡度和特殊區段信息等數據的顯示；第二個方面的對象是車載安全計算機（ATP），人機交互界面主要向ATP提供司機輸入的數據與指令。

3 人機交互界面的分析與設計

人機交互界面（DMI）的顯示界面主要分為六個區域，包括A區、B區、C區、D區、E區、F區，在每一個分區里又分為不同的內容顯示區域，具體的劃分如圖3所示。

3.1 A區 距離監控信息

A1制動預警時間區：

A1區以正方形圖標顯示，正方形圖標邊長的大小反應了距離車載安全計算機輸出制動的時間長短，當距離觸發制動的預期時間小于規定的值時，正方形圖標以不同的尺寸和顏色顯示，正方形的顯示條件和顯示顏色對應的關系如表3所示。

A2 目標距離顯示區：

A2區使用兩種方法表示目標距離：柱狀光帶表示法和數字表示法。柱狀光帶左側為刻度，柱狀光帶的高度代表目標距離的值，光帶越高表示目標距離越遠，柱狀光帶上方為目標距離的具體值，如圖4所示。

A2區的顯示條件如表4所示。

3.2 B區 速度顯示信息

B區主要顯示速度信息，列車速度采用雙備份顯示。一種方式是速度表，表盤的刻度為0～450km/h；另一種方式是數字，在速度表的中間區（B1區）顯示列車速度值，如圖5所示。

列車運行過程中的目標速度、允許速度、常用制動干預值、緊急制動干預值等通過環形速度表（CSG， Circle Speed Gauge）來表示，在CSG中以光帶方式顯示各種速度信息。在CSG中，正常情況下，通過亮灰色和暗灰色來區分這些速度信息，在列車超速的情況下，CSG中的常用制動干預限值、緊急制動干預限值通過更加艷麗的顏色來顯示，如圖6所示。

3.3 C區 補充駕駛信息

C區主要顯示內容為補充駕駛信息，包括列車當前運行等級、列控車載設備制動狀態以及下一控制模式。

（1）C1區以帶黃色閃動邊框的模式文本，顯示要確認的各種模式，閃爍頻率為1 Hz，以便司機確認下一有效模式。

（2）C8區以文字的方式顯示列控車載設備的運行等級，字體為幼圓大小為14磅（推薦），顏色為白色。

（3）C9區以圖標的方式顯示列控車載設備制動狀態。DMI根據列控車載設備的制動狀態顯示圖標。如果列控車載設備處于非制動非允許緩解狀態，則該區域不顯示任何圖標其中圖標與制動狀態的對應關系如表5所示。

3.4 D區 運行計劃信息

D區主要顯示內容為運行計劃信息。

（1）D1區，用于顯示位置坐標，位于D區的最下方，坐標系的原點位于D1 區的左下角，始終以列車當前所在位置為參考原點，即列車始終位于坐標系的原點。

（2）D2/D3區，用于顯示預告信息。常見的預告信息有：橋梁、車站、隧道、臨時限速區、分相區。

（3）D4區，用符號顯示速度變化信息，符號左側處在速度發生變化的位置。顯示圖標分為“加速”、“減速”、“減速（目標為0）”。

（4）D5區，用于顯示坡度信息。坡度信息由一系列不同坡度的長方形組成，長方形具有標準高度（10像素點），其寬度取決于到列車前端的距離和坡度延伸的長度。坡度為下坡道時，長方形顯示為暗灰色，數字為灰色；坡度為上坡道或坡度為零時，長方形顯示為灰色，數字為暗灰色。

（5）D6區，用于顯示機車信號圖標，常見的有：L5、L4、L3、L2、L、LU、HU、HB、UUS、UU、U2S、U2、U、LU2。

（6）D7區，顯示列車前方最遠32km范圍內的最限制速度曲線（顯示距離能夠進行8km、16km和32km三級切換）。MRSP信息以圖表的形式顯示，橫軸為距離標尺，縱軸為速度標尺。

（7）D8區，顯示起模點信息，只顯示動態速度遞減的起始點，不涉及速度遞增的情況。起模點用一個黃色的垂直光標在D8和D7的中間顯示，寬2個像素點。

D區的顯示示意圖如圖7所示。

3.5 E區 監控信息

E區主要顯示列車的監控信息，包括26個分區。其中各個分區的顯示內容和可選的顯示狀態如表6所示。

3.6 F區 功能鍵信息

F區為功能鍵區，共有8個功能鍵，通過該區的按鈕，司機可以向車載安全計算機輸入數據以及指令的下達。F區的顯示如圖8所示。

4 結束語

本文對車載設備中的人機交互界面的作用和功能進行了分析，闡述了人機交互界面在車載設備中的重要性，并在此基礎上研究和分析了人機交互界面的六個區域的顯示規則以及各個區域的含義，這對于研發人員在對人機交互界面的軟件開發中具有一定的參考價值。

參考文獻

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