CN102034004A - 一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，属于高速铁路信号系统技术领域。本方法通过建立基于参数方程的曲线坐标系簇和轨道区段模型，构建完整的高速铁路线路模型，并且在地理线路模型上给出了小跨度设备和大跨度设备的表达方法。本发明给出了地理线路的几何拓扑结构模型的构建方法，建立的模型具有简洁、完备、准确和可扩展等特点，可与高速列车动力学模型及其它信号设备模型一起用于高速铁路运行控制系统的仿真测试和验证。

Description

一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法 

技术领域

本发明涉及一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，属于高速铁路信号系统技术领域。 

背景技术

高速铁路信号系统中的地理线路取消了物理层次上的分区划分，将线路划分为若干个区域，每一个区域由一定数量的轨道区段组成，这是高速铁路信号系统中地理线路区别于其他线路的最显著特征。在高速铁路信号系统地理线路模型中，不但要体现线路的几何拓扑结构，还要表达轨道区段的概念，同时必须唯一标识线路上任意一点，并给出信号设备在线路上的表达方法，以便提供列车位置信息和沿线设备、路况信息。 

在相关专利技术方面，在专利1“一种快速绘制电力线路图或地理线路图的方法(专利申请号：200710015877.8)”中，主要介绍的是如何快速绘制电力线路图或地理线路图的方法；在专利2“一种快速提供位置服务与地理信息的方法(专利申请号：03118566.5)”中，公开了一种无线互联移动定位的方法，其具体实现涉及GIS/GPS/LBS综合信息平台的组成及其运作方法；在专利3“位置服务信息的获取方法和系统(专利申请号：200710175929.8)”中，主要涉及针对移动终端和位置服务平台的信息获取方法。高速铁路信号系统中的地理线路区别于一般意义上的地理线路，不但要表达地理线路的几何拓扑结构以提供位置信息，还要体现高速铁路的信号特征。 

发明内容

本发明的目的是提出一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，为高速铁路信号系统建立地理线路模型，既表达地理线路的几何拓扑结构，又体现出高速铁路信号系统中轨道区段的概念，与高速列车动力学模型及其它信号设备模型一并用于中国高速铁路运行控制系统的仿真测试和验证。 

本发明提出的基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，包括以下步骤：

(1)建立高速铁路的地理线路模型，建立过程如下： 

(1-1)将高速铁路网划分为多个基本线路l_i，每一段基本线路赋予一个唯一的标识，在每一段基本线路上建立一维曲线坐标系，形成以基本线路为基准的一维曲线坐标系，所 有基本线路形成基本线路簇，则地理线路模型的坐标系统Γ为一个三元组：Γ＝(ξ，Λ，Θ)，其中，ξ为三维直角坐标或三维地球坐标，Λ为高速铁路网划分为基本线路簇的方式，Θ为基于ξ和Λ的基本线路坐标系簇；基本线路上任意一点的坐标为(i，x)，其中i表示基本线路标识号，x表示基本线路上的一维曲线坐标； 

(1-2)将高速铁路地理线路的轨道区段划分为无岔区段和道岔区段，用基本线路表示无岔区段，每个无岔区段包含多条基本线路，用三段基本线路表示道岔区段； 

(1-3)当上述基本线路簇中的基本线路为首尾相连时，将与基本线路l_i的起点相连的基本线路称为上一条基本线路l_pre，与l_i的终点相连的基本线路则称为下一条基本线路l_next，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为： 

I_i＝{(l_pre，l_next)|l_pre，l_next∈L}

Ω＝{I_i|i∈W} 

其中，L为高速铁路网中所有基本线路组成的集合，W为与高速铁路网中每个基本线路相对应的上述标识的集合； 

当上述基本线路簇中的基本线路为首尾不相连时，将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的起点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为正连接；将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的终点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为反连接，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为： 

I_i＝{[(l_pre，d_irpre)，(l_next，d_irnext)]|l_pre，l_next∈L}

其中dir为布尔量，(l_pre，dir_pre)表示基本线路l_i的上一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_pre的起点或终点相连；(l_next，dir_next)表示基本线路l_i的下一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_next的起点或终点相连； 

(2)根据高速铁路网中基本线路与设备之间的位置关系，将设备分为小跨度设备和大跨度设备，其中大跨度设备为跨越高速铁路网的拓扑结构中互相平行的多条基本线路的设备，小跨度设备为一条基本线路上由一维曲线坐标表示的设备； 

小跨度设备包括点设备和区段设备，点设备用(j，s-Δs/2，s+Δs/2)表示，区段设备 用(j，s_j1，s_j2)表示，其中，j表示小跨度设备的标识号，s表示点设备在基本线路上的位置，Δs表示点设备的长度，s_j1，s_j2分别表示区段设备在基本线路上的起点和终点位置； 

(3)将高速铁路网划分为多个虚拟线路，每一段虚拟线路赋予一个唯一的标识，在每一段虚拟线路上建立一维曲线坐标系，形成以虚拟线路为基准的一维曲线坐标系，所有虚拟线路形成虚拟线路簇Θ′，用(k，y)表示虚拟线路上任意一点的坐标，其中k表示虚拟线路标识号，y表示虚拟线路上的一维曲线坐标； 

设基本线路上的点(i，x₁)和(i，x₂)分别对应虚拟线路上的点(j，y₁)和(j，y₂)，t为大跨度设备上任意一点在基本线路上的位置，建立上述基本线路与上述虚拟线路之间的映射关系为： 

根据上述映射关系，由大跨度设备在基本线路上的起点位置t₁和终点位置t₂分别得到大跨度设备在虚拟线路上的起点位置y₁和终点位置y₂，大跨度设备在虚拟线路上的位置为(n，y₁，y₂)，其中，n表示大跨度设备的标识号，y₁，y₂分别表示大跨度设备在虚拟线路上的起点和终点位置。 

本发明提出的基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，通过给出当前基本线路的上一个基本线路，下一个基本线路，以及它们之间的连接点情况，完整准确地描述了高速铁路网的拓扑结构。本发明建立的模型中引入了虚拟线路，通过基本线路和虚拟线路上点坐标间转换，将大跨度设备信息表达由基本线路转移到虚拟线路上。因此本发明方法建立的模型结构清晰，易于表达，可扩展性强，通过对基本线路的集成，既表现了地理线路的几何拓扑结构，又体现出高速铁路信号系统中轨道区段的概念，实现了对模型合理自然的表达。本发明方法建立的模型，与高速列车动力学模型及其它信号设备模型一起，可广泛用于高速铁路或普通铁路的运行控制系统的仿真测试和验证。 

附图说明

图1是本发明建模方法中轨道区段模型和铁路地理线路模型的示意图。 

图2是已有的铁路网中设计公里标与断链编号间关系示意图。 

图3是本发明建模方法中实际公里里程与设计公里标关系示意图。 

具体实施方式

本发明提出的基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，包括以下步骤：

(1)建立高速铁路的地理线路模型，建立过程如下： 

(1-1)将高速铁路网划分为多个基本线路l_i，每一段基本线路赋予一个唯一的标识，在每一段基本线路上建立一维曲线坐标系，形成以基本线路为基准的一维曲线坐标系，所有基本线路形成基本线路簇，则地理线路模型的坐标系统Γ为一个三元组：Γ＝(ξ，Λ，Θ)，其中，ξ为三维直角坐标或三维地球坐标，Λ为高速铁路网划分为基本线路簇的方式，Θ为基于ξ和Λ的基本线路坐标系簇；基本线路上任意一点的坐标为(i，x)，其中i表示基本线路标识号，x表示基本线路上的一维曲线坐标； 

(1-2)将高速铁路地理线路的轨道区段划分为无岔区段和道岔区段，用基本线路表示无岔区段，每个无岔区段包含多条基本线路，用三段基本线路表示道岔区段； 

(1-3)当上述基本线路簇中的基本线路为首尾相连时，将与基本线路l_i的起点相连的基本线路称为上一条基本线路l_pre，与l_i的终点相连的基本线路则称为下一条基本线路l_next，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为： 

I_i＝{(l_pre，l_next)|l_pre，l_next∈L}

Ω＝{I_i|i∈W} 

其中，L为高速铁路网中所有基本线路组成的集合，W为与高速铁路网中每个基本线路相对应的上述标识的集合； 

当上述基本线路簇中的基本线路为首尾不相连时，将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的起点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为正连接；将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的终点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为反连接，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为： 

I_i＝{[(l_pre，dir_pre)，(l_next，dir_next)]|l_pre，l_next∈L} 

其中dir为布尔量，(l_pre，dir_pre)表示基本线路l_i的上一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_pre的起点或终点相连；(l_next，dir_next)表示基本线路l_i的下一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_next的起点或终点相连； 

(2)根据高速铁路网中基本线路与设备之间的位置关系，将设备分为小跨度设备和大跨度设备，其中大跨度设备为跨越高速铁路网的拓扑结构中互相平行的多条基本线路的设备，小跨度设备为一条基本线路上由一维曲线坐标表示的设备； 

小跨度设备包括点设备和区段设备，点设备用(j，s-Δs/2，s+Δs/2)表示，区段设备用(j，s_j1，s_j2)表示，其中，j表示小跨度设备的标识号，s表示点设备在基本线路上的位置，Δs表示点设备的长度，s_j1，s_j2分别表示区段设备在基本线路上的起点和终点位置； 

(3)将高速铁路网划分为多个虚拟线路，每一段虚拟线路赋予一个唯一的标识，在每一段虚拟线路上建立一维曲线坐标系，形成以虚拟线路为基准的一维曲线坐标系，所有虚拟线路形成虚拟线路簇Θ′，用(k，y)表示虚拟线路上任意一点的坐标，其中k表示虚拟线路标识号，y表示虚拟线路上的一维曲线坐标； 

设基本线路上的点(i，x₁)和(i，x₂)分别对应虚拟线路上的点(j，y₁)和(j，y₂)，t为大跨度设备上任意一点在基本线路上的位置，建立上述基本线路与上述虚拟线路之间的映射关系为： 

根据上述映射关系，由大跨度设备在基本线路上的起点位置t₁和终点位置t₂分别得到大跨度设备在虚拟线路上的起点位置y₁和终点位置y₂，大跨度设备在虚拟线路上的位置为(n，y₁，y₂)，其中，n表示大跨度设备的标识号，y₁，y₂分别表示大跨度设备在虚拟线路上的起点和终点位置。 

以下结合附图，详细介绍本发明的内容。 

本发明根据高速铁路信号系统地理线路的特点，采用自顶向下的方法，抽取出高速铁路完整线路的特征，不断往下细分，最后建立最小单元模型；之后再采用自底向上，通过一定的集成方法，将最小单元模型进行集成，最后得到完整的地理线路模型的建模方法。 

高速铁路信号系统地理线路的一个重要特征是存在轨道区段，因而，地理线路模型需 要体现高速铁路信号系统的轨道区段的特征，表达线路整体的几何拓扑结构、线路路况参数及沿线设备分布三方面的信息。轨道区段包括无岔区段和道岔区段，铁路线路由这些轨道区段连接而成的，线路路况和轨旁设备都是以轨道区段作为载体，路况信息和设备信息的表达都是以列车的位置为依据的，因而建立描述列车位置的坐标系统是建立地理线路模型的首要步骤。 

要描述列车的位置，最直接的方式是采用三维直角坐标或三维地球坐标(经度、纬度、海拔高度)进行描述。但这样描述的位置坐标点之间缺乏关联，自由度过高，因而直接采用三维坐标系并不是最优的选择。由于列车总是沿着铁路线运行的(自由度为1)，列车在铁路线上的运动实际上是一维的，因而应该建立类似于参数方程的曲线坐标系，具体实施方式如下： 

将整个高速铁路网划分为多段无分叉的曲线，即基本线路，每一段基本线路赋予一个唯一的标识，基本线路本身的空间位置和形状采用插值坐标点的方式加以描述：设A1、A2、A3……是坐标系ξ中的坐标点，通过一定的方式平滑连接坐标点序列A1、A2、A3……即可确定坐标系ξ中的一条空间曲线α，坐标点A1、A2、A3……即为曲线α的插值坐标点。 

在此基础上，在每一段基本线路上建立一维曲线坐标系，方法如下：选定基本线路α的起点S和终点E，对于基本线路上任一给定的点P，通过度量从起点S沿曲线α到点P的路程，即可唯一确定点P的一维曲线坐标x；反之，给定实数x(0≤x≤L，L为基本线路长度)，也可通过类似的方式唯一确定点P，得到以基本线路α为基准的一维曲线坐标系。 

最终建立起基于基本线路的一维曲线坐标系簇为 

Θ＝{α_i|i∈K} 

其中， 

α_i表示一个基本线路坐标系，K为标识集合。 

基于坐标系簇Θ，就可以通过坐标(i，x)唯一确定铁路线上的某一位置，其中i表示基本线路的标识，用于在坐标系簇中确定一个基本线路坐标系α_i，x表示在坐标系α_i中的一维曲线坐标。 

综上所述，地理线路模型的坐标系统Γ表示为三元组：Γ＝(ξ，Λ，Θ)。 

列车运行的坐标系与三维直角坐标系或三维地球坐标(经度、维度、海拔高度)系相 比，后者描述的位置坐标点之间缺乏关联，自由度过高。本发明建立的坐标系类似于参数方程的曲线坐标系，结合了列车总是沿着铁路线运行的(自由度为1)特点，列车位置坐标点之间的关联可以很好地表达。 

接下来建立高速铁路轨道区段模型。轨道区段的建模可为坐标系簇的建立提供曲线簇。基本线路是曲线坐标系簇的组成单元，如何选取基本线路，以及如何划分基本线路将最终决定所建立的坐标系簇的质量。因而要建好坐标系簇，则要考虑如何划分基本线路。划分基本线路的方案有多种，而结合高速铁路自身的特征所建立的划分方案是最优的，具体实施如下： 

高速铁路信号系统地理线路由轨道区段连接而成，轨道区段分为无岔区段和道岔区段，由于道岔的出现，使得铁路线路表现为并非条单一的笔直的曲线，而是错综复杂的铁路网。划分基本线路时，首先将道岔区段独立出来，作为划分节点，两个道岔区段之间根据轨道区段的分界进一步细分，每一个轨道区段作为一个基本线路对象；而道岔区段，则根据其组成特点，将道岔区段由岔心进行划分，分成三个基本线路对象。具体划分方案如图1所示。 

将轨道区段连接起来，形成高速铁路线路，以表达整个铁路网的几何拓扑结构。本发明用基本线路之间的交点表达基本线路之间的连接关系，而整体的拓扑信息可以用所有交点组成的集合来表示。完整线路的建模方法如如下： 

当两条基本线路l₁和l₂相交于点P时，点P在l₁和l₂上的曲线坐标分别为(i₁，x₁)和(i₂，x₂)。因而，点P可以定义为二元组： 

P＝[(i₁，x₁)，(i₂，x₂)] 

P即表达了两条基本线路的连接关系。铁路网整体的拓扑信息可以表示为系统中所有这样的交点组成的集合：Ψ＝{P_i|i∈U}

其中， 

Ψ表示基本线路交点的集合， 

P_i表示两条基本线路的一个交点， 

U为指标集合。 

基本线路之间的连接关系分为以下两种情况： 

当基本线路簇中的线路首尾相连的时，将与基本线路l_i的起点相连的基本线路称为l_i 的上一条基本线路l_pre，与l_i的终点相连的基本线路则称为l_i的下一条基本线路l_next，基本线路l_i与其它基本线路的连接关系记为I_i，则单个连接关系和整体拓扑结构表示如下： 

I_i＝{(l_pre，l_next)|l_pre，l_next∈L}

Ω＝{I_i|i∈W} 

通过(l_pre，l_next)唯一标识基本线路l_i的前后连接关系，所有这样连接关系的集合Ω即可描述系统整体的拓扑结构。 

当基本线路簇中的线路不首尾相连时(即起点相连或终点相连)，当上述基本线路簇中的基本线路为首尾不相连时，将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的起点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为正连接；将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的终点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为反连接。则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为：I_i＝{[(l_pre，dir_pre)，(l_next，dir_next)]|l_pre，l_next∈L}

其中dir为布尔量，(l_pre，dir_pre)表示基本线路l_i的上一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_pre的起点或终点相连；(l_next，dir_next)表示基本线路l_i的下一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_next的起点或终点相连。 

结合上述坐标系即可描述高速铁路网的拓扑结构。 

对于道岔区段，根据分叉点处(道岔内)线路的连接情况，给出基本线路之间的连接关系。用图1中线路3来说明，假设道岔都处于定位，根据从左往右的规则定义线路的起点和终点，因而线路3的上一条基本线路是线路2，而且与线路2的终点相连，表示为(l₂，false)，同样用(l₆，true)表示线路3的下一条基本线路的连接关系。当道岔状态不同时，道岔所关联的基本线路的连接关系会改变：当图中的两个道岔都处于反位时，线路3的前一条基本线路为空，后一条基本线路为线路6；线路2的后一条基本线路不再为线路3，变为线路4。 

铁路线路沿线有公里标，但是在丈量过程中，实际标定的公里标有时与实际线路长度相加并不一致，这种情况称之为断链。断链出现的原因有两种情况：一种是由于计算和丈量发生错误造成的；另一种则是由于局部改线、分段测量等客观原因造成的。断链有“长 链”和“短链”之分，当路线桩号长于地面实际里程时称为短链，反之则称为长链。断链中设计公里标和断链编号(表示当前断链处于本条线路中的第几个断链)之间的关系中可以用图2表示。 

图2中，纵坐标断链编号的取值为整数，实线为真实线路走过的里程，真实线路中，B1点和B2点，C1点和C2点在地理上是重合的，实际公里里程是一样的，但是由于断链的出现，B2点的坐标比B1点的坐标长L1(短链)，C2点的坐标比C1点的坐标短L2(长链)。 

图3表示线路上点的实际公里里程与设计公里标之间的关系。从图3可以看出，由于断链的出现，描述基本线路上某点的位置坐标时，其在基本线路上及对应在虚拟线路上的坐标存在一定的偏移，基本线路对象和虚拟线路对象上点的坐标确定之前首先要将断链坐标处理好。 

为了表达方便，将短链长度定义为真实路程的负数，长链长度定义为真实路程，如下式所示： 

$\left\{\begin{array}{c}{l}_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}=-L1\\ l_{{c1}^{\′}{c2}^{\′}}=L2\end{array}\right.$

其中， 

l_B1′B2′表示点B1和点B2之间的断链， 

l_c1′c2′表示点C1和点C2之间的断链。最终得到将真实长度换成断链长度的断链处理表达式如下： 

$\left\{\begin{array}{c}{x}_A=x_A^{\′}\\ x_{B1}=x_{B1}^{\′}\\ x_{B2}=x_{B2}^{\′}+l_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}\\ x_{C1}=x_{C1}^{\′}+l_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}+l_{{c1}^{\′}{c2}^{\′}}\\ x_{C2}=x_{C2}^{\′}+l_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}+l_{{c1}^{\′}{c2}^{\′}}\\ x_D=x_D^{\′}+l_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}+l_{{c1}^{\′}{c2}^{\′}}\\ l_{{B1}^{\′}{B2}^{\′}}=-L1\\ l_{{c1}^{\′}{c2}^{\′}}=L2\end{array}\right.$

由图3可见，由于长链的存在，使得设计公里标小于实际路程，将铁路线上的设计公里标转换成地面实际里程时存在一对多的关系。为了处理这种情况，引入了断链编号，根据断链编号以及当前的设计公里标，使用上面的转换关系最终得到实际的公里里程。 

地理线路模型的另一个功能是表达路况及设备信息，在建立的坐标系上描述路况和设 备信息。在这里添加设备信息只为描述设备沿线路的位置分布情况，并不包含设备的信号功能；因而可以将设备和路况信息放在一起进行描述，并统称为广义的设备信息(下文简称“设备”)。根据基本线路与设备的位置关系，可以将设备分为小跨度设备和大跨度设备：小跨度设备是指某一条基本线路上可以用一维曲线坐标表示的设备，包括高速铁路信号系统中的应答器、信号机、轨道电路等等，还包括一条基本线路上或跨越多条基本线路的铁路坡度、铁路弧度等路况。大跨度设备为跨越高速铁路网的拓扑结构中互相平行的多条基本线路的设备。 

根据设备特点，将小跨度设备分为点设备和区段设备。点设备用(j，s)表示，区段设备用(j，s_j1，s_j2)表示，其中，j表示小跨度设备的标识号，s表示点设备在基本线路上的位置，s_j1，s_j2分别表示区段设备在基本线路上的起点和终点位置。 

将基本线路作为地理线路模型的最小单元，以及设备信息和路况信息的载体。路况信息和设备信息作为基本线路的属性信息，以链表的形式依附在基本线路上，链表的节点按照位置顺序依次排列。为实现链表节点内容的统一表达，将(j，s)表示为(j，s-Δs/2，s+Δs/2)，其中Δs表示点设备的长度。这样做的好处是点设备也可以用区段设备的表达方式来表示，提高了本建模方法在数学上的通用性和软件实现上的可扩展性。 

对于大跨度设备(如车站，桥梁等同时属于多条基本线路的对象)位置信息的表达，如果将这类设备信息附属在所属的某一条基本线路上，则其他线路上的信息将会不完整；如果依附在所属的所有基本线路上又会造成信息冗余。下面引入虚拟线路从而达到解决此问题的目的。 

虚拟线路关注的是铁路线路的整体走向问题，可以根据铁路线路的整体走向建立虚拟线路。例如，对于京津线来说，虚拟线路则是一条沿着京津铁路线走向的曲线(例如，可以取用津京铁路线的中轴线)。将高速铁路网划分为多个虚拟线路，每一段虚拟线路赋予一个唯一的标识，在每一段虚拟线路上建立一维曲线坐标系，形成以虚拟线路为基准的一维曲线坐标系，所有虚拟线路形成虚拟线路簇Θ′，用(k，y)表示虚拟线路上任意一点的坐标，其中k表示虚拟线路标识号，y表示虚拟线路上的一维曲线坐标。 

一条虚拟线路一般对应多条基本线路，而一条基本线路仅对应一条虚拟线路。基本线路坐标系簇Θ中的任意一点(i，x₁)，在虚拟线路坐标系簇Θ′上都有唯一的点(j，x₂)与之对 应；而虚拟线路上的一点则可能对应多个基本线路上的点。 

通过插值点的方式实现基本线路坐标到虚拟线路坐标的映射。对于基本线路上的一点(i，x)，如果已知(i，x₁)和(i，x₂)分别对应虚拟线路上的点(j，y₁)和(j，y₂)，则通过插值公式可以获得(i，x)在虚拟线路上的对应点(j，y)： 

$y=y_1+\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}(x-x_1)$

这样，从基本线路i到虚拟线路j的坐标映射可由若干插值点的坐标值对来表示： 

(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_k，y_k) 

根据上述映射关系，由大跨度设备在基本线路上的起点位置t₁和终点位置t₂分别得到大跨度设备在虚拟线路上的起点位置y₁和终点位置y₂，大跨度设备在虚拟线路上的位置为(n，y₁，y₂)，其中，n表示大跨度设备的标识号，y₁，y₂分别表示大跨度设备在虚拟线路上的起点和终点位置。 

如果要查询基本线路上某点(i，x)处大跨度设备的分布情况，通过上述映射可以找到点(i，x)在虚拟线路上的对应点(j，y)，然后采用类似于在基本线路上查询小跨度设备的方法实现大跨度设备的查询。 

至此，适用于高速铁路的地理线路模型已经建立完成，使用前文所述的建模方法可以建立不同高速铁路线路的通用的地理线路模型。 

Claims (1)

1.一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)建立高速铁路的地理线路模型，建立过程如下：

(1-1)将高速铁路网划分为多个基本线路l_i，每一段基本线路赋予一个唯一的标识，在每一段基本线路上建立一维曲线坐标系，形成以基本线路为基准的一维曲线坐标系，所有基本线路形成基本线路簇，则地理线路模型的坐标系统Γ为一个三元组：Γ＝(ξ，Λ，Θ)，其中，ξ为三维直角坐标或三维地球坐标，Λ为高速铁路网划分为基本线路簇的方式，Θ为基于ξ和Λ的基本线路坐标系簇；基本线路上任意一点的坐标为(i，x)，其中i表示基本线路标识号，x表示基本线路上的一维曲线坐标；

(1-2)将高速铁路地理线路的轨道区段划分为无岔区段和道岔区段，用基本线路表示无岔区段，每个无岔区段包含多条基本线路，用三段基本线路表示道岔区段；

(1-3)当上述基本线路簇中的基本线路为首尾相连时，将与基本线路l_i的起点相连的基本线路称为上一条基本线路l_pre，与l_i的终点相连的基本线路则称为下一条基本线路l_next，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为：

I_i＝{(l_pre，l_next)|l_pre，l_next∈L}

Ω＝{I_i|i∈W}

其中，L为高速铁路网中所有基本线路组成的集合，W为与高速铁路网中每个基本线路相对应的上述标识的集合；

当上述基本线路簇中的基本线路为首尾不相连时，将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的起点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为正连接；将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的终点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为反连接，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为：

I_i＝{[(l_pre，dir_pre)，(l_next，dir_next)]|l_pre，l_next∈L}

其中dir为布尔量，(l_pre，dir_pre)表示基本线路l_i的上一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_pre的起点或终点相连；(l_next，dir_next)表示基本线路l_i的下一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_next的起点或终点相连；

(2)根据高速铁路网中基本线路与设备之间的位置关系，将设备分为小跨度设备和大跨度设备，其中大跨度设备为跨越高速铁路网的拓扑结构中互相平行的多条基本线路的设备，小跨度设备为一条基本线路上由一维曲线坐标表示的设备；

将小跨度设备划分为点设备和区段设备，点设备用(j，s-Δs/2，s+Δs/2)表示，区段设备用(j，s_j1，s_j2)表示，其中，j表示小跨度设备的标识号，s表示点设备在基本线路上的位置，Δs表示点设备的长度，s_j1，s_j2分别表示区段设备在基本线路上的起点和终点位置；

(3)将高速铁路网划分为多个虚拟线路，每一段虚拟线路赋予一个唯一的标识，在每一段虚拟线路上建立一维曲线坐标系，形成以虚拟线路为基准的一维曲线坐标系，所有虚拟线路形成虚拟线路簇Θ′，用(k，y)表示虚拟线路上任意一点的坐标，其中k表示虚拟线路标识号，y表示虚拟线路上的一维曲线坐标；

设基本线路上的点(i，x₁)和(i，x₂)分别对应虚拟线路上的点(j，y₁)和(j，y₂)，t为大跨度设备上任意一点在基本线路上的位置，建立上述基本线路与上述虚拟线路之间的映射关系为：

根据上述映射关系，由大跨度设备在基本线路上的起点位置t₁和终点位置t₂分别得到大跨度设备在虚拟线路上的起点位置y₁和终点位置y₂，大跨度设备在虚拟线路上的位置为(n，y₁，y₂)，其中，n表示大跨度设备的标识号，y₁，y₂分别表示大跨度设备在虚拟线路上的起点和终点位置。

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