CN101482894A - 组合列车运行控制仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了组合列车运行控制仿真系统，包括：数据库，存储有线路仿真数据、机车属性数据；构建模块，用于根据数据库线路仿真数据构建模拟的环境信息、调用机车属性数据初始化各个机车仿真模块；机车仿真控制模块，用于模拟机车的控制系统，发出机车控制信息；机车仿真模块，用于在所构建的模拟环境信息下，根据机车仿真控制模块的机车控制信息模拟机车的运行。还提供了组合列车运行控制仿真方法。使用本发明可以通过仿真的方式测试实现异步协同控制的组合列车多机车运输控制系统的运行。

Description

组合列车运行控制仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明涉及组合列车运输的运行控制技术领域，特别是指一种组合列车运行控制的仿真系统及仿真方法。

背景技术

在重载运输中常会发生机车牵引力不足的问题，需要在列车编组中增加机车数量，由两台或多台机车同时牵引，称为组合列车多机车重载运输，其中增加的机车称为从控机车。组合列车有多种编组方式，无论如何编组，各机车间都必须相互配合、协同操控。目前，一些国家和线路采用美国GE公司的Locotrol系统。Locotrol系统是一种同步控制系统，其功能是在列车运行时采集头部机车的司机手柄位置或牵引调压器位置和制动机状态，将其传给后部机车，使其与头部机车保持相同的操纵位置。当异步操纵时，则为司机手动控制，Locotrol系统不采集司机手柄位置或牵引调压器位置和制动机状态，由头部机车的司机发出要求后部机车执行的操纵方式。对司机的劳动强度和操作水平要求过高。

Locotrol系统成功应用的区域主要是在北美、南非和澳大利亚，线路为平原和丘陵地带，列车运行状态和运行条件变化缓慢，运行模式相对固定，对列车动力学特性的要求不高，系统控制实时性要求相对较低。

但是，对于线路恶劣，如多建在丘陵山地上弯道和坡度变化较大的山区线路，如我国大秦线路，或运营密度较大的线路，都会导致列车运行状态运行条件经常变化，如果重载运输列车的多个机车采用同步控制，则会由于机头机车所处工况与后部机车所处工况不同，导致机头机车发出的同步控制信号不适用于后部机车而发生事故。

因此，可以采用异步协同控制的方式对多个机车进行控制，但对于建造组合列车多机车运输控制系统，若采用真实的设备进行运行去检测或验证所进行的各种设计，必然成本和危险系数非常巨大，因此必然需要设计一套仿真系统去模拟组合列车多机车运行的实际情况。

目前存在一些单编列车的仿真系统，去验证列车在一定时刻表下运行的可行性和安全性，例如基于模型库的列车ATO仿真系统的设计，但是目前列车仿真系统存在的问题包括：没有较为通用的模型，多数仿真系统只能针对单一的车型或者线路条件。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种组合列车运行控制仿真系统和仿真方法，以通过仿真的方式测试实现异步协同控制的组合列车运输控制系统的运行。

本发明提供的组合列车运行控制仿真系统，包括：

数据库，存储有线路仿真数据、机车属性数据；

构建模块，用于根据数据库线路仿真数据构建模拟的环境信息、调用机车属性数据初始化各个机车仿真模块；

机车仿真控制模块，用于模拟机车的控制系统，发出机车控制信息；

机车仿真模块，用于在所构建的模拟环境信息下，根据机车仿真控制模块的机车控制信息模拟机车的运行。

其中，该仿真系统还包括：信息采集模块，用于采集所使用的仿真环境数据、机车属性数据、机车控制信息、所模拟的机车的运行信息。

其中，所述数据库包括：环境数据模块，存储包括至少以下之一的线路信息：信号机的位置、车站位置，曲率半径、坡度、桥梁、隧道、轨道电路的位置与长度，分相点位置；机车数据模块，存储有包括至少以下之一的机车属性数据：机车车型、速度、运行阻力、制动状态、列车管压力、车辆特性。

其中，该仿真系统还包括：人机接口模块，用于向用户提供界面，供向机车仿真控制模块输入控制信息、对信息采集模块采集信息的查看。

本发明提供的组合列车运行控制仿真方法，包括以下步骤：

由构建模块根据数据库中存储的环境仿真数据和机车属性数据构建模拟的环境信息及初始化各个机车仿真模块；

由机车仿真控制模块模拟机车的控制系统发出机车控制信息；

由机车仿真模块在所构建的模拟环境信息下，根据所述的机车控制信息模拟机车的运行。

其中该仿真方法，还包括步骤：采集至少以下信息之一：所构建的模拟环境信息、机车属性数据、机车控制信息、所模拟的机车的运行信息。

其中，该仿真方法，还包括：

所述构建模拟的环境信息包括建立至少包括以下之一信息的线路信息：信号机的位置、车站位置，曲率半径、坡度、桥梁、隧道、轨道电路的位置与长度，分相点位置。

所述初始化各个机车仿真模块包括建立至少包括以下之一属性的机车：机车型号、速度、运行阻力、制动状态、列车管压力。

其中，该仿真方法，还包括步骤：通过人机接口模块向机车仿真控制模块输入机车控制信息，和/或对所采集的信息的查看。

由上可以看出，根据本发明组合列车运行控制仿真系统数据库、构建模块、机车仿真控制模块、机车仿真模块所构成的模型，可以仿真各种机车的运行，通过读取数据库中的存储有线路信息的环境数据模块，存储有机车属性数据的机车数据模块可以建立不同的线路、不同属性的机车。

并且，通过采集所构建的模拟环境信息、机车属性数据、机车控制信息、所仿真的机车的运行信息，可以实时显示给技术人员当前的仿真运行状态，以及记录这些信息供技术人员分析。

不仅如此，还向用户提供人机接口，以界面的形式使用户可以输入控制信息，仿真机车操作员的各种操作，以及实现对采集信息的查看。

附图说明

图1为组合列车运行控制仿真系统示意图；

图2为运行界面示意图；

图3为组合列车运行控制仿真方法的流程图；

图4为构建仿真线路过程的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种组合列车运行控制仿真系统，如图1所示，该仿真系统包括：

数据库11，存储有环境仿真数据、机车属性数据。数据库11包括环境数据模块112和机车数据模块111。

其中，环境数据模块112存储有线路信息，以提供环境信息的仿真。线路参数包括线路的长度、区间、坡度等，具体来说，可以包括：信号机的位置、车站位置，曲率半径、坡度、桥梁、隧道、轨道电路的位置与长度，分相点位置。如下表1示出了环境数据模块112存储的部分线路信息：

表1

机车数据模块111存储有机车属性数据，包括列车参数，如列车长度、列车编号、列车类别，又如列车重量、机车牵引特性曲线。

构建模块12，用于根据数据库11构建模拟的环境信息、初始化各个机车仿真模块13。其中：

构建模块12从环境数据模块112中读取出线路信息，构建仿真的线路，也可以由用户对线路信息进行配置，例如更改线路的长度、曲率半径，或增加车站位置、信号机位置的信息等。

构建模块12还读取机车数据模块111中的机车属性数据，初始化各个机车仿真模块13。其中，初始化机车仿真模块13包括：确定机车的数量、各个机车的重量(各个机车重量可以不同)、各个机车的长度、牵引特征曲线等。

对一些基本的仿真参数，例如辅助机车在全列车中的位置，机车、车辆的基本参数，线路信息，构建模块12可以进行任意选择，以方便对各种情况的调试。其中，可以由用户先对要构建的线路信息、机车仿真模块13进行配置，建立配置文件，构建模块12读取该配置文件调用数据库11中的对应的信息生成所配置的线路信息和机车仿真模块13。

机车仿真控制模块14用于模拟机车的控制系统，发出机车控制信息。其可以向各个机车仿真模块13发送指令。机车仿真控制模块14主要根据所仿真出来的整条线路信息、根据各个机车仿真模块13的属性参数，以及各个机车仿真模块13所反馈的运行状态对仿真机车模块当前在线路上的运行状态进行统一计算，并实时确定当前所应采取的控制指令，对各个机车进行控制，以及将仿真的线路信息当前所对应的路况信息发送给机车仿真模块13。其中，用户也可通过人机接口模块16向机车仿真控制模块14输入控制信息，以仿真列车控制员的操作。

人机接口模块16，用于向用户提供界面，供向机车仿真控制模块14输入控制信息、对信息采集模块采集信息的查看。如图2示出了人机接口模块16所提供的界面形式。

机车仿真模块13，用于在所构建的模拟环境信息下，根据机车控制模块的机车控制信息仿真机车的运行。具体来说，各个机车仿真模块13根据机车仿真控制模块14所发送过来的路况信息计算出当前自身的工况信息，并根据其计算出来的工况信息、机车仿真控制模块14的指令来确定自身的运行变化状态进行运行。机车仿真控制模块主要是用来仿真各个机车的实际走行情况，与机车仿真控制模块14进行通信，接受其命令。机车仿真模块13并提供各个机车仿真模块13所仿真的各继电器的状态信息、机车挡位信息、机车速度等等，这些各个机车仿真模块13的运行状态信息也可以提供给机车仿真控制模块14，以由机车仿真控制模块14进行统一处理。

信息采集模块15，用于采集所构建的模拟环境信息、机车属性数据、机车控制信息、所仿真的机车的运行信息。其中，对应模拟环境信息、机车属性数据属于静态信息，直接根据配置文件进行采集即可。对应机车控制信息、所仿真的机车的运行信息、即机车仿真模块13的运行信息，需要实时的进行采集。例如对仿真机车模块的所仿真的速度、运行阻力、制动状态、列车管压力的采集。

信息采集模块15对采集的信息进行存储，并计算出需要的数据。例如，通过采集各个机车状态信息，结合轨道和路况信息，计算各节车辆(受力单元)的受力情况以及车钩力的分布情况，同时对列车、货车单元和车钩单元的状态进行显示和记录。这些数据也可以在仿真的过程中实时的调出，通过人机界面显示给技术人员进行判断监测和分析；或者，这些信息可以在仿真结束后调出，方便研发人员查找并解决问题，以研究更适合的控制方法。

本发明还提供了组合列车运行控制仿真方法，参见该流程图，进行详细说明，包括以下步骤：

步骤301：由构建模块12根据数据库11构建模拟的环境信息、初始化各个机车仿真模块13。具体包括：

构建模块12从环境数据模块112中读取出线路信息，构建仿真的线路，也可以由用户对线路信息进行配置，例如改变线路的长度、曲线，或增加车站位置、信号机位置等，构建模块12根据该配置建立仿真的线路信息。例如仿真的线路信息包括线路的长度、坡度、曲率半径、隧道、桥梁的各个参数。具体可参见图4示出的构建模块12构建仿真线路过程的示意图。

构建模块12从机车数据模块111中读取各个机车属性数据，初始化各个机车仿真模块13。其中，初始化机车仿真模块13的初始化过程包括：确定机车的数量、各个机车的重量、各个机车的长度、牵引特征曲线等。

构建模块12在进行上述线路、机车属性参数的选择时，可以是根据用户的配置进行调用，以仿真出用户所需要的线路和机车信息，也可以随机自行调用仿真，以方便对各种情况的调试。

其中，初始化机车仿真模块13的方法，可以采用下述的描述语言进行：

class Train；//列车类

{  public：

    void Set()；

    double GetSpeed()；//获取速度

    double GetName()；//获取名称

    double GetType()；//获取类型

   double GetLength()；//获取长度

    ...

   protected：

}

类似的，针对线路信息可以采用下述方式进行构建：

class trackcircuit；//路轨

      class light；//信号灯

      class daocha；//道岔

      class environment；//实体环境

      ...

步骤302：由机车仿真控制模块14仿真机车的控制系统发出机车控制信息，包括向各个机车仿真模块13发送指令。

机车仿真控制模块14主要根据所仿真出来的整条线路信息、根据各个仿真机车模块的属性参数，对仿真机车模块在线路上的运行状态进行统一计算，并实时确定当前所应采取的控制指令发送给各个机车，以及将仿真的线路信息当前所对应的路况信息发送给机车仿真模块13。

步骤303：机车仿真模块13在所构建的模拟环境信息下，根据机车控制模块的机车控制信息仿真机车的运行。

具体来说，各个机车仿真模块13根据机车仿真控制模块14所发送过来的路况信息计算出当前自身的工况信息，并根据其计算出来的工况信息、机车仿真控制模块14的指令来确定自身的运行变化状态进行运行。各个机车仿真模块13的运行状态信息也提供给机车仿真控制模块14，以由机车仿真控制模块14进行统一处理。

其中，在仿真机车的运行时，可以根据运动模型进行计算出各个机车的状态，其中在仿真多机车运行时，可以将多机车抽象为一个多质点的质量弹簧阻尼系统进行分析。

步骤304：采集所构建的模拟环境信息、机车属性数据、机车控制信息、所仿真的机车的运行信息。其中，对应模拟环境信息、机车属性数据属于静态信息，直接根据配置文件进行采集即可。对应机车控制信息、所仿真的机车的运行信息、即机车仿真模块13的运行信息，需要实时的进行采集。

其中，在上述仿真过程中，用户也可通过人机接口模块16向机车仿真控制模块14输入控制信息，以仿真列车控制员的操作，或者向机车仿真控制模块14发送控制信息，以及向用户提供界面，供向机车仿真控制模块14输入控制信息、对信息采集模块15采集信息的查看。

Claims (8)

1.一种组合列车运行控制仿真系统，包括：

数据库(11)，存储有线路仿真数据、机车属性数据；

构建模块(12)，用于根据数据库(11)中的线路仿真数据构建模拟的环境信息、调用机车属性数据初始化各个机车仿真模块(13)；

机车仿真控制模块(14)，用于模拟机车的控制系统，发出机车控制信息；

机车仿真模块(13)，用于在所构建的模拟环境信息下，根据机车仿真控制模块(14)的机车控制信息模拟机车的运行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

信息采集模块(15)，用于采集所使用的仿真环境数据、机车属性数据、机车控制信息、所模拟的机车的运行信息。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述数据库(11)包括：

环境数据模块(112)，存储包括至少以下之一的线路仿真数据：信号机的位置、车站位置，曲率半径、坡度、桥梁、隧道、轨道电路的位置与长度，分相点位置；

机车数据模块(111)，存储包括至少以下之一的机车属性数据：机车车型、速度、运行阻力、制动状态、列车管压力、车辆特性。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

人机接口模块(16)，用于提供输入和显示界面，供向机车仿真控制模块(14)输入控制信息、对信息采集模块(15)采集信息的显示。

5.一种组合列车运行控制仿真方法，包括以下步骤：

由构建模块(12)根据数据库(11)中存储的环境仿真数据和机车属性数据构建模拟的环境信息及初始化各个机车仿真模块(13)；

由机车仿真控制模块(14)模拟机车的控制系统发出机车控制信息；

由机车仿真模块(13)在所构建的模拟环境信息下，根据所述的机车控制信息模拟机车的运行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

采集至少以下信息之一：所构建的模拟环境信息、机车属性数据、机车控制信息、所模拟的机车的运行信息。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述构建模拟的环境信息包括建立包括至少以下之一信息的线路信息：信号机的位置、车站位置，曲率半径、坡度、桥梁、隧道、轨道电路的位置与长度，分相点位置。

所述初始化各个机车仿真模块(13)包括建立至少包括至少以下之一属性的机车：机车型号、速度、运行阻力、制动状态、列车管压力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

通过人机接口模块(16)向机车仿真控制模块(14)输入机车控制信息，和/或对所采集的信息的显示。

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