CN102211599A - 一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器，所述的仿真器包括应用计算机软、硬件连接的线路单元、时刻表单元、故障单元、仿真计算单元、行车轨迹记录单元、信号变换记录单元、进路开闭记录单元、发车倒计时记录单元和来车预报记录单元。本发明能够在现有技术条件下，根据列车开行计划和轨道线路设施数据，应用计算机软、硬件技术仿真城市轨道交通运行联锁状态，为城市轨道交通列车开行计划的演绎、改进、优化和培训等提供一种手段。

Description

一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器

技术领域

本发明属于城市轨道交通与信息技术的交叉领域，具体涉及到一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器。

背景技术

城市轨道交通是城市公共交通的骨干。它具有节能、省地、运量大、全天候、无污染(或少污染)又安全等特点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则，特别适应于大中城市。城市轨道交通种类繁多，按照用途可分为城市铁路、市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、城市有轨电车、独轨交通、磁悬浮线路、机场联络铁路、新交通系统等。

城市轨道交通运营通过列车开行计划和联锁等来保证运营效率、服务质量和行车安全。要编制出优质的开行计划，需要考虑许多因素，同时还要进行一定的试运行。但编制开行计划考虑的因素太多，难以面面俱到，而试运行成本高、操控难、风险也大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在列车开行计划实际运行前，根据指定的城市轨道交通设施数据，仿真演绎列车开行计划的运行效果，以达到验证、评价、改进、优化和培训之目的。

为解决上述问题，本发明公开一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器。本发明提出的一种城市轨道交通运行联锁仿真器，包括应用计算机软、硬件连接的线路单元、时刻表单元、故障单元、仿真计算单元、行车轨迹记录单元、信号变换记录单元、进路开闭记录单元、发车倒计时记录单元和来车预报记录单元；

所述的线路单元用于存储城市轨道交通线路设施数据；所述的时刻表单元用于存储列车开行计划；所述的故障单元用于存贮包括故障在内的多种随机数据；所述的行车轨迹记录单元用于记录每列车在行驶区段的停车时间、行驶时间和发车时间；所述的信号变换记录单元用于记录各信号机变化时间和状态；所述的进路开闭记录单元用于记录各进路的开放和锁闭时间；所述的发车倒计时记录单元用于记录各发车倒计时器变化情况；所述的来车预报记录单元用于记录各站台信息屏的来车预报信息；所述的仿真计算单元根据线路单元、时刻表单元和故障单元的数据仿真计算出行车轨迹记录单元、信号变换记录单元、进路开闭记录单元、发车倒计时记录单元和来车预报记录单元的数据。

进一步的，本发明在仿真计算初先建立当日出勤车数组，从该数组中不断地选出所在区段出发时间最早、发车优先级最高的在线车，令其前进到下一区段，并记录行进轨迹、信号、进路、道岔、倒计时器状态变化和来车预报信息；如果该车终止运行，或进入非法区段，或始发过度晚点，则从该数组删除；当该数组元素个数＝0时，则结束仿真计算。

进一步的，所选车前往下区段前，如发现出勤车数组某一元素位于所选车前n个区段内(n由区段长度、车制动距离等决定)，则所选车原地不动并把该车设置为非在线状态。

进一步的，当所选车前进到下一区段成功后，则把所选车后面n个区段内的非在线车次设置为在线状态；若所选车刚过的进路解锁，则把等待该进路及其敌对进路的车设置为在线状态。

进一步的，当所选车欲离开当前区段时，其离开时间不得早于前n个区段内的前车离开时间，该前车离开时间从行车轨迹记录单元中查获。

进一步的，如果所选车的当前区段离开时间在故障单元某个故障时间区间内，则令该车的离开时间＝该故障结束时间。

进一步的，如果所选车当前区段为进路的最后区段，且该车在该区段不折返，则该车在过当前区段终点后方能对该进路及其敌对进路解锁。

进一步的，对前往下一区段的车，先在当前区段判断并处理出进路末端状况，然后再判断和处理进路始端情况。

进一步的，对前往下区段的车，若前方第n个区段为该车所选进路的首区段，且该进路解锁或该车在此折返，则该进路开放和锁闭，其敌对进路同时关闭和锁闭。

进一步的，当前区段信号机变为通过和锁闭信号的时间为：如果所选车在当前区段停车，则为该车离开当前区段时间；否则，为该车进入上一区段时间与前方n个区段内前车离开时间之最晚者。

本发明的优点是：能够在现有技术条件下，根据列车开行计划和轨道线路设施数据，应用计算机软、硬件技术仿真城市轨道交通运行联锁状态，为城市轨道交通列车开行计划的演绎、改进、优化和培训等提供一种手段。此外，本发明应用范围广泛，虽主要针对城市轨道交通，但不限于此。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的城市轨道交通运行联锁仿真器结构图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

参见图1所示的仿真器结构图，所述仿真器包括线路单元1、时刻表单元2、故障单元3、仿真计算单元4、行车轨迹记录单元5、信号变换记录单元6、进路开闭记录单元7、发车倒计时记录单元8和来车预报记录单元9。

所述线路单元1用于存储城市轨道交通线路设施数据，包括线路区段数据、站台数据、进路数据、道岔数据、信号机数据、倒计时器数据、预报信息屏数据等。

所述时刻表单元2用于存储列车开行计划数据，包括运营线站数据和车次数据等。

所述的故障单元3用于存贮各种随机故障数据，包括故障部位、故障名称、发生时间、结束时间等

所述的行车轨迹记录单元5用于记录每列车的车次号、区段行驶时间、区段停车时间、区段离开时间和区段号等。

所述的信号变换记录单元6用于记录各信号机的信号机号、信号变化时间、信号颜色和锁闭状态等。

所述的进路开闭记录单元7用于记录各进路的进路号、记录时间、开放状态、锁闭状态等。

所述的发车倒计时记录单元8用于记录各发车倒计时器的倒计时器号、倒计时开始时间、倒计时显示数等。

所述的来车预报记录单元9用于记录各站台信息屏显示的来车预报信息，包括信息屏号、记录时间、到达时间等。

所述的仿真计算单元4，根据线路单元1、时刻表单元2和故障单元3的数据，仿真计算出行车轨迹记录单元5、信号变换记录单元6、进路开闭记录单元7、发车倒计时记录单元8和来车预报记录单元9中数据。

计算过程如下：

先读入线路单元1、时刻表单元2中数据，建立车次对象数组arSchd[]，该数组元素为当日出勤车的始发车次对象。该车次对象发车序号按优先级排序，序号小者优先级高。该车次对象属性IsEnd＝0表示该车“在线运行”，＝1表示该车“结束运行”，＝2表示该车“等待”，＝3表示该车“无期停车”，＝4表示该车“撤消发车”，＝5表示该车“接续失败”，＝6表示该车“到达非法区段”。另一车次对象属性IsRt＝1表示车“在进路中”，＝2表示“等待进路”，＝3表示“刚离开进路”，＝5表示“在进路前二区段”，＝6表示“在进路前一区段”，＝0表示车与进路无关。每一车次对象在初始时，均设车的IsEnd＝0，IsRt＝0，车的初始位置在始发站台前一区段，假定该区段号SectNo＝0，下一区段号SectNxt＝始发站台区段号，SectThrd＝始发站台下一区段号。

标号bgn：如果数组arSchd[]元素数≤0则结束仿真计算；否则继续做下面的计算直到标号end所指的语句。

标号agn：从数组arSchd[]中，找出IsEnd＝0、并进入所在区段时间最早、发车顺序号最小元素arSchd[k]；

如果没有找到arSchd[k])，则结束仿真计算；否则继续下面计算：

对数组arSchd[]中每一个元素arr，如果arSchd[k].SectNxt＝arr.SectNo或者arSchd[k].SectThrd＝arr.SectNo，则说明arSchd[k]前方2区段内有车，令：arSchd[k].IsEnd＝2，然后转到标号agn计算下一车次。

如果arSchd[k]前方2区段内没有车，则令sectPrv＝arSchd[k].SectNo，即把当前区段号保存到sectPrv中，以备使用；令rtPrv＝arSchd[k].RtId，即把当前的进路号保存到rtPrv中，以备使用。

调用arSchd[k].march()，使车次arSchd[k]前进到下一区段(其算法后述)。

调用arSchd[k].march()后，如发现arSchd[k].IsEnd＝4，则说明该车始发时就过度晚点，为不影响下班车的正常发车，删除数组元素arSchd[k]，以取消该车次运营。返回标号bgn重新执行下轮循环。

如果发现arSchd[k].IsEnd≠4，则令sectScd＝arSchd[k].SectNo，即保存前进后的区段号到sectScd以备后用。此时，如果arSchd[k].IsRt≠3，令rtIsEnd＝false以保存离开进路状态以备后用；否则令rtIsEnd＝true，同时令arSchd[k].IsRt＝0即令该进路解锁。

如果发现arSchd[k].IsEnd＝5，则说明该车结束运行，此时删除数组元素arSchd[k]以取消该车次运营。然后返回到标号begin重新执行下一轮循环。

对数组arSchd[]中元素arr，如果发现arr.IsEnd＝2并且arr.SectNxt≠sectPrv并且arr.SectThrd＝sectPrv，则令arr.IsEnd＝0。因前车已离开，故后车可试探前进。

如果rtIsEnd为真并且arr.IsRt＝2，并且arr.RtId＝rtPrv或＝rtPrv的敌对进路号，则令arr.IsEnd＝0。因进路解锁，故该进路及其敌对进路的等待车次都可试探离开。

标号end：转到标号bgn计算下一车次。

至此，仿真计算单元4的主要算法结束；下面阐述上述算法中提及的arSchd[k].march()算法，该算法如下所述：

令：区段离开时间tm＝区段进入时间RchTm+区段行驶时间TrvTm+区段停留时间StpTm；初始时，RchTm从车次数据中获得，其后，RchTm＝上一区段实际离开时间tm；TrvTm和StpTm则通过运营线站数据获得。

在行车轨迹记录单元5中，如果SectThrd区段中记录的最后一列车的离开时间＞tm，则令tm＝该区段离开时间；然后在故障单元3中判断当前车次SchNo、区段SectNxt在tm时刻是否有故障；如有故障，则令tm＝故障结束时间endTime。

接下来处理车到自动进路rd末端情况。如果此时车已到进路最后区段，且车在该区段不折返，则在进路开闭记录单元7中写入：进路号＝rd、记录时间＝tm+OvrTm、开放状态＝“开放”、锁闭状态＝“解锁”；并在进路开闭记录单元7中还要写入：进路号＝rd的每一敌对进路号、记录时间＝tm+OvrTm、开放状态＝“关闭”、锁闭状态＝“解锁”；其中OvrTm为时间常数。接下来还要在信号变换记录单元6中写入：信号机号＝进路rd始端信号机号、信号变化时间＝tm+OvrTm、信号颜色＝“红色”和锁闭状态＝“解锁”；并对rd所有敌对进路写入：信号机号＝rd敌对进路始端信号机号、信号变化时间＝tm+OvrTm、信号颜色＝“红色”和锁闭状态＝“解锁”；并令IsRt＝3。

接下来处理车到自动进路rd始端、即SectNxt或SectThrd是进路第一个区段情况。令boolNull＝false、lstTm＝tm；如果进路开闭记录单元7的进路号RtId最后一条记录时间recTime为空时，则令boolNull＝true；否则令lstTm＝1+MAX(recTime)。如果boolNull为真，或进路记录表中进路号RtId最晚时间记录为“解锁”，或SectNo＝SectPre，则令tm＝tm＞lstTm？tm:lstTm；接着把tm移出故障单元3中故障发生期间之外；然后在进路开闭记录单元7中写入：进路号＝rd的每一敌对进路号、记录时间＝tm、开放状态＝“关闭”、锁闭状态＝“锁闭”；进路号＝rd、记录时间＝tm、开放状态＝“开放”、锁闭状态＝“锁闭”；接下来还要在信号变换记录单元6中写入：信号机号＝进路rd始端信号机号、信号变化时间＝tm、信号颜色＝“绿色”和锁闭状态＝“锁闭”；并对rd所有敌对进路写入：信号机号＝rd敌对进路始端信号机号、信号变化时间＝tm、信号颜色＝“红色”和锁闭状态＝“锁闭”。如果进路RtId关闭，则令IsEnd＝2；并令IsRt＝2；然后返回调用程序。

接下来处理车初始出发情况。如果SectNo＝0，即表示下一区段为始发站，在来车预报记录单元9中写入：信息屏号＝SectNxt站台屏号、记录时间＝tm、到达时间＝tm+TrvNxt。如果车始发晚点过度，则令IsEnd＝4，取消该车次。

下面处理SectNO！＝0的情况。在行车轨迹记录单元5中写入：车次号＝SchNo、区段行驶时间＝TrvTm、区段停车时间＝tm-RchTm-TrvTm、区段离开时间＝tm、区段号＝SectNo；令

ahd＝(tm-RchTm-TrvTm＞0？tm:(RchPre＞S3，3？RchPre：S3，3))

上式中RchPre表示上一区段进入时间。在信号变换记录单元6中写入：信号机号＝SectNo信号机号、信号变化时间＝ahd、信号颜色＝“绿色”、锁闭状态＝“解锁”；信号机号＝SectNo信号机号、信号变化时间＝tm、信号颜色＝“红色”、锁闭状态＝“锁闭”；信号机号＝SectPre2信号机号、信号变化时间＝tm、信号颜色＝“红色”、锁闭状态＝“解锁”。如果当前区段是站台，则在发车倒计时记录单元8中写入：倒计时器号＝SectNo上的计时器号、倒计时开始时间＝RchTm+TrvTm、倒计时显示数＝tm-RchTm-TrvTm。并在来车预报记录单元9中写入：信息屏号＝SectNxt、记录时间＝tm、到达时间＝tm+TrvSt。

至此，车在本区段情况已处理完毕，以下为车进入到下一区段做准备。

令：SectPre2＝SectPre、SectPre＝SectNo、SectNo＝SectNxt、RchPre＝RchTm、RchTm＝tm；

如果SectNo是站台，则从时刻表单元2中读运营线站数据以更新数据SectNxt、RtId、StpTm、TrvNxt等；如果当前车次到达终点站台，则从时刻表单元2中读下一车次数据接续；如果本车再无接续车次，则该车运行结束并返回调用处。

如果SectNo不是站台，则令SectNxt＝SectThrd、TrvTm＝TrvNxt。

接下来求SectThrd。如果IsRt＝1、或IsRt＝5、或IsRt＝6，则SectThrd＝当前进路rtId的SectNxt区段号的下一个区段号；如果SectThrd是进路rtId末端区段号，则令IsRt＝7；如果IsRt＝5则令IsRt＝6；如果IsRt＝6则令IsRt＝1。如果IsRt＝0或IsRt＝7则根据SectNo、SectNxt坐标值即可求出SectThrd。

至此，arSchd[k].march()算法结束。

参见图1，在仿真过程中，当调度员进行扣车操作时，可以把所扣车车号、扣车原因、扣车开始时间、扣车结束时间依次放入故障单元3的故障部位、故障名称、发生时间和结束时间中，然后调用仿真计算单元4，则所扣列车在指定的扣车开始与结束时间完成扣车操作。如果调度员意图在某个区段进行扣车，则可以把该区段的下一区段号、扣车原因、扣车开始时间、结束时间依次放入故障单元3的故障部位、故障名称、发生时间和结束时间中，然后调用仿真计算单元4，则在指定的扣车开始与结束时间内，该区段完成扣车操作。

如果调度员要对所扣列车或指定的扣车区段进行催发车操作，则在故障单元3中把该扣车记录的扣车结束时间修改为意图催发车的时间，然后调用仿真计算单元4，即可实现催发车操作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种城市轨道交通运行联锁仿真器，其特征在于，包括应用计算机软、硬件连接的线路单元、时刻表单元、故障单元、仿真计算单元、行车轨迹记录单元、信号变换记录单元、进路开闭记录单元、发车倒计时记录单元和来车预报记录单元；

所述的线路单元用于存储城市轨道交通线路设施数据；所述的时刻表单元用于存储列车开行计划；所述的故障单元用于存贮包括故障在内的多种随机数据；所述的行车轨迹记录单元用于记录每列车在行驶区段的停车时间、行驶时间和发车时间；所述的信号变换记录单元用于记录各信号机变化时间和状态；所述的进路开闭记录单元用于记录各进路的开放和锁闭时间；所述的发车倒计时记录单元用于记录各发车倒计时器变化情况；所述的来车预报记录单元用于记录各站台信息屏的来车预报信息；所述的仿真计算单元根据线路单元、时刻表单元和故障单元的数据仿真计算出行车轨迹记录单元、信号变换记录单元、进路开闭记录单元、发车倒计时记录单元和来车预报记录单元的数据。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，在仿真计算初先建立当日出勤车数组，从该数组中不断地选出所在区段出发时间最早、发车优先级最高的在线车，令其前进到下一区段，并记录行进轨迹、信号、进路、道岔、倒计时器状态变化和来车预报信息；如果该车终止运行，或进入非法区段，或始发过度晚点，则从该数组删除；如果该数组元素个数＝0，则结束仿真计算。

3.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，所选车前往下区段前，如发现出勤车数组某一元素位于所选车前n个区段内，则所选车原地不动并把该车设置为非在线状态，其中，n由区段长度、车制动距离决定。

4.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，当所选车前进到下一区段成功后，则把所选车后面n个区段内的非在线车次设置为在线状态；若所选车刚过的进路解锁，则把等待该进路及其敌对进路的车设置为在线状态，其中，n由区段长度、车制动距离决定。

5.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，当所选车欲离开当前区段时，其离开时间不得早于前n个区段内的前车离开时间，该前车离开时间从行车轨迹记录单元中查获，其中，n由区段长度、车制动距离决定。

6.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，如果所选车的当前区段离开时间在故障单元某个故障时间区间内，则令该车的离开时间＝该故障结束时间。

7.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，如果所选车当前区段为进路的最后区段，且该车在该区段不折返，则该车在过当前区段终点后方能对该进路及其敌对进路解锁。

8.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，对前往下一区段的车，先在当前区段判断并处理出进路末端状况，然后再判断和处理进路始端情况。

9.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，对前往下区段的车，若前方第n个区段为该车所选进路的首区段，且该进路解锁或该车在此折返，则该进路开放和锁闭，其敌对进路同时关闭和锁闭，其中，n由区段长度、车制动距离决定。

10.根据权利要求2所述的城市轨道交通运行联锁仿真器的仿真方法，其特征在于，当前区段信号机变为通过和锁闭信号的时间为：如果所选车在当前区段停车，则为该车离开当前区段时间；否则，为该车进入上一区段时间与前方n个区段内前车离开时间之最晚者，其中，n由区段长度、车制动距离决定。

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