CN100467322C

CN100467322C - 轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法

Info

Publication number: CN100467322C
Application number: CNB2005100122207A
Authority: CN
Inventors: 李克平; 高自友; 宁滨; 唐涛
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: CN1718488A

Abstract

本发明涉及一种轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法，该模拟系统适用于分析各种条件下的列车运行状况，测试信号控制系统以及改善信号控制系统的性能。模拟过程中，每列列车都把自己的位置、方向以及速度等传送给调度中心，调度中心则根据列车运行图，通过无线中继设备将调度指令下达给在线路上行使的列车。这样在调度中心的指引下，每辆列车根据模型规则确定当前的加速度和减速度。本模拟系统仿真度高，能实时显示列车的运行状况，而且规则灵活，易于修改以适合于不同交通条件下的模拟。

Description

轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法

技术领域

本发明涉及适用于移动闭塞条件下的一种轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法，属于计算机程序控制技术领域。

背景技术

近年来，随着数据通讯及计算机技术的飞速发展，基于移动闭塞信号控制系统的轨道交通问题受到了极大的关注。移动闭塞的信号控制系统是根据前方列车的实际位置和速度来确定后继列车的允许位置以及允许速度等等，以此使追踪列车的间隔大大减少，并在保证交通安全的基础上提高道路的通行能力。

在轨道交通系统中，无论是干线铁路交通，还是城市地铁和轻轨，列车控制系统都具有非常重要的作用，它是轨道交通系统的大脑与中枢系统。现阶段，有关移动闭塞条件下列车控制系统的研究在理论上积累的资料还很不足，有关信号控制系统的技术还需要借助于计算机的模拟研究。目前，主要的模拟方法有基于基本模型的模拟方法、基于时间模型的模拟方法和基于事件模型的模拟方法。使用基本模型，当路轨导电环长度较小时，连续的刹车图是一种合理的近似。基于时间的方法，容易设计和建立模拟模型，但对计算的内存要求较高。基于事件的方法能够节省计算的内存，但在某种程度上降低了模拟的精度。

发明内容

本发明要解决上述技术问题，提供一种轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法，它是建立在元胞自动机交通模型的基础上。该模拟控制系统用来分析各种条件下的列车运行状况，测试信号控制系统以及改善信号控制系统的性能，同时该系统还可以用来训练驾驶员的操作和考核。

本发明的技术方案：一种轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法，含有以下步骤；

步骤1：在列车运行模拟控制方法中，调度中心根据列车运行图，也即运行计划，产生调度命令，并通过无线中继设备下达给在线路上行使的列车；

步骤2：每列列车将自己的位置、方向以及速度参数等传送给调度中心；

步骤3：调度中心接受列车的参数信息，判断在任意时刻该区段的所有列车的位置，以便知道列车是否按运行图运行；

步骤4：每列列车与它的前方列车和后续列车保持联系，交换信息，根据调度中心的调度命令，确保列车按规定速度运行，并保持安全的追踪距离。

在调度中心的指挥下，列车在行使过程中，加速和减速的规则是：(1)当前方为一辆正在行使的列车时，如果前后列车之间的距离大于安全距离，则后继列车加速，如果前后列车之间的距离小于安全距离，则后继列车减速，否则，后继列车保持速度不变；(2)当列车的前方为一车站时，如果车站的防护段还没有清空，则列车和车站之间保持安全距离，如果车站的防护段已经清空，则列车通过减速进入车站。根据元胞自动机原理，轨道以及列车运行的速度和时间均被离散化。

理论上，列车在运行过程中的速度v(t+Δt)＝v(t)+aΔt，基于元胞自动机原理由t时刻列车的行使速度确定t+1时刻列车的行使速度，也就是Δt＝1，所以v(t+1)＝v(t)+a。具体的规则为：(1)列车的车载部分根据调度中心的指令确定列车在追踪过程中的行使速度：当列车和前方列车之间的距离大于最小安全距离时，v_n(t+1)＝min(min(v_n(t)+a，v_max)，gap)；当列车和前方列车之间的距离小于最小安全距离时，v_n(t+1)＝min(max(v_n(t)-b，0)，gap)；否则，v_n(t+1)＝min(v_n(t)，gap)，上式中v_n(t)为列车n当前时刻t的速度，v_n(t+1)为列车n下一时刻t+1的速度，v_max为列车行使的最大速度，a为列车的加速度，b为列车的减速度，gap为列车n和前方列车之间的间隔距离；

(2)列车的车载部分根据调度中心的指令确定列车前方为车站时的行使速度：当车站防护段还没有清空时，列车和站点之间保持安全距离；当车站防护段已经清空时，列车直接进入车站。

采用元胞自动机模型的描述方式，列车在行使过程中速度变化具体的算法是：

条件I:列车在追踪过程中，即第n辆车的前方为第n+1辆车：

步骤1加速

当Δx_n>d_n

v_n(t+1)＝min(v_n(t)+a，v_max)；

当Δx_n<d_n

v_n(t+1)＝max(v_n(t)-b，0)；

否则

v_n(t+1)＝v_n(t)；

步骤2减速

v_n(t+1)＝min(v_n(t)，gap)；

步骤3位移

x_n(t+1)＝x_n(t)+v_n(t)；

条件II:第n辆车的前方是车站；

(1)车站防护段没有清空，更新规则同条件I；

(2)车站防护段已经清空；

步骤1加速：

当Δx_n>x_c

v_n(t+1)＝min(v_n(t)+a，v_max)；

当Δx_n<x_c

v_n(t+1)＝max(v_n(t)-b，0)；

否则

v_n(t+1)＝v_n(t)；

步骤2减速

v_n(t+1)＝min(v_n(t)，Δx_n(t))；

步骤3位移

x_n(t+1)＝x_n(t)+v_n(t)；

式中:Δx_n(t)t时刻列车n与前方列车之间的距离(条件I)；

x_n(t)列车n车头t时刻所在的位置；

d_n列车n与前方列车之间的最小安全距离；

x_c制动距离。

以上规则，可以用一些常用的计算机语言去实现，例如，C⁺⁺语言以及Matlab语言。作为特例，该模拟方法是用来模拟单线及单向的轨道交通系统中，列车的运行状况。对于复杂条件下的交通，能够通过修改以上的规则来实现。

本发明的有益效果：本发明提供一种移动闭塞条件下，列车信号的模拟控制系统。其优点是：(1)在确保交通安全的条件下，缩小列车之间的安全距离，提高线路的通行能力；(2)因为该系统在时间、空间以及速度上均为离散化，且运行速度快，因而适合于大规模的计算机模拟；(3)该模拟方法仿真度高，能实时显示列车的运行状况；(4)易于硬件实现，费用低，应用范围广。

附图说明

图1移动闭塞条件下列车信号控制系统示意图；

图2追踪列车运行过程中的位置-时间关系；

图3追踪列车运行过程中的位置-速度关系；

图4最小安全时间间隔与最大速度的变化关系；

图5程序流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式做一详细的描述。

实施例1；在轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法中，模拟系统包括四个部分：车站、车载部分、轨道交通沿线部分和调度中心。车载部分为安装在列车上的测速系统、定位系统以及列车检测系统等车载设备，轨道交通沿线部分为安装在轨道沿线的地面传感器、记录及显示系统等设备，系统控制中心也就是调度中心。图1所示为移动闭塞条件下，列车信号控制系统示意图。图1中，假设列车的长度为100米，列车的加速度和制动速度皆为1米/秒²，列车的最大速度为20米/秒，安全距离为60米。

模拟过程中，轨道交通沿线的传感器主要完成列车信息的采集，并传输给列车自身的车载系统，列车1和列车2通过自身的车载系统精确测定列车车头所在的位置，并通过车站将有关数据通过无线中继设备实时传送到地面调度中心。地面调度中心根据列车的长度确定列车1和列车2尾部的精确位置，并进一步确定列车在追踪运行过程中的目标点。以此目标点计算出列车行使的速度，并通过车站将控制命令实时发送给追踪列车。最后由车载系统实时控制列车的行使速度，以确保列车运行安全。

图1中，当列车1和列车2之间的距离大于安全距离时，则列车1加速，如果它们之间的距离小于安全距离，则列车1减速，否则列车1保持原来的速度不变。当车站的防护段还没有清空时，列车2和车站之间保持安全距离，如果车站的防护段已经清空，则列车2通过减速进入车站。经过一定的停留时间之后离开车站。

实验模拟：

在模拟的过程中，如果两辆紧邻列车的距离小于60米，则前后列车将通过控制信号彼此产生相互影响，后面紧跟列车将被迫减小速度甚至停车。图2所示为列车运行的轨迹，它表示列车运行期间的位置和时间之间的变化关系。该图2中，水平线对应零速度，这就意味着列车在这一段时间内保持位置不变，也就是说列车停留在轨道的某个位置。从图2中，可以明显地观察到若干条水平线，其中一条是由于列车在车站停靠而形成的，其余的是由于列车被延迟而形成的停停走走的现象。这和实际交通中，列车运行的特点一致。

在车站附近，列车具有较为复杂的加速和减速行为。当车站被前方列车占据的时候，紧邻车站后面的列车或者处在安全距离以外，或者停靠在车站前方的某一位置。当车站没有被其它列车占据的时候，该车将通过逐渐减速进入车站。图3所示为列车在进站过程中速度随距离的变化关系。从该图可以看到，列车以最大速度向车站行驶，当列车与车站间的距离较小时，列车将逐渐减速最后停靠在车站，即速度为零。当停靠时间达到规定的时间后，该车逐渐加速离开车站。总的来说，停靠时间越长，速度-距离的变化曲线越复杂。这和实际交通中，列车运行的特点相吻合。

应用本发明提供的模拟控制系统，模拟移动闭塞条件下，列车的运行状况。记录下列车在站点的最小安全时间间隔。为了得到列车在站点的最小安全时间间隔，列车在站点的停留时间被设得较大。图4所示为测量得到的结果，它表示列车在站点的安全时间间隔随最大速度的变化。图中实线为理论值，虚线为测量值。从图4中可以看出，理论得到的结果和实际模拟得到的结果能很好地吻合。由此说明，该模拟控制系统能成功地用来模拟实际的列车信号控制系统。

实施例2；如图5的程序流程图；

轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法的步骤有：

步骤1：初始化数据；

步骤2：在一个时间步长内，检测列车的速度和所在的位置；

步骤3：计算列车与前方目标点的距离，前方目标点包括前车或前方站点所在的位置；

步骤4：在列车与前方目标点的距离以及安全距离的基础上，根据模拟模型的规则，计算追踪列车的速度；

步骤5：确定列车在下一时刻的位置；

步骤6：完成了列车在一个时间步长内的追踪过程，判断是否停止开关；若是转至步骤8；若否转至步骤7；

步骤7：时间步长增加1，转至步骤2；

步骤8：程序结束。

所模拟的是单线轨道的列车追踪运行，列车区间或站内的追踪过程为：在一个时间步长内，列车首先测定自己的位置和速度。然后，计算列车与前方目标点的距离，前方目标点包括前车或前方站点所在的位置。在列车与前方目标点的距离以及安全距离的基础上，根据模拟模型的规则，计算追踪列车的速度，并进一步确定列车在下一时刻的位置。以上便完成了列车在一个时间步长内的追踪过程。

Claims

1、一种轨道交通移动闭塞信号模拟控制方法，含有以下步骤；

步骤1：调度中心根据列车运行图，也即运行计划，产生调度命令，并通过无线中继设备下达给在线路上运行的列车；

步骤2：每列列车将自己的位置、方向以及速度参数传送给调度中心；

步骤4：每列列车与它的前方列车和后续列车保持联系，交换信息，根据调度中心的调度命令，确保列车按规定速度运行，并保持安全的追踪距离；其特征在于含有以下步骤：

(1)列车的车载部分根据调度中心的指令确定列车在追踪过程中的行驶速度：当列车和前方列车之间的距离大于最小安全距离时，v_n(t+1)＝min(min(v_n(t)+a，v_max)，gap)；当列车和前方列车之间的距离小于最小安全距离时，v_n(t+1)＝min(max(v_n(t)-b，0)，gap)；否则，v_n(t+1)＝min(v_n(t)，gap)，上式中v_n(t)为列车n当前时刻t的速度，v_n(t+1)为列车n下一时刻t+1的速度，v_max为列车行驶的最大速度，a为列车的加速度，b为列车的减速度，gap为列车n和前方列车之间的间隔距离；

(2)列车的车载部分根据调度中心的指令确定列车前方为车站时的行驶速度：当车站防护段还没有清空时，列车和站点之间保持安全距离；当车站防护段已经清空时，列车直接进入车站。