CN102495963A - 一种列车运行仿真快速计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车运行仿真快速计算方法及系统，采用本发明实施例，首先以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述列车的线路分成至少两个区间，所述列车在各个区间内的运行过程都被当作一个独立的运算过程，先对每个区间进行初始化，然后对各个区间采用并行运算，从而减小了整个仿真过程的时间，在各个区间的运行过程都计算完毕后，将各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值进行汇总，获得所述列车在整个线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

Description

一种列车运行仿真快速计算方法及系统

技术领域

本发明涉及软件技术领域，更具体的说，是涉及一种列车运行仿真快速计算方法及系统。

背景技术

城市轨道交通列车的安全越来越成为人们关注的问题之一，分析列车的运行过程，研究线路上相关设备的配置和布局以及探讨突发事件等等具有重要的意义。

现有技术中利用列车运行仿真快速计算方法可以分析列车的运算过程。请参阅图1所示，为现有技术列车运行仿真快速计算方法流程图。该方法包括：S1、初始化列车的初始速度、初始位移以及初始时间等相关参数，也就是对所述列车的初始速度、初始位移以及初始时间进行赋值；S2、在所述列车处于启动工况的情况下，计算所述列车每一步长内的列车速度值、时间值和位移值，并将数据保存；S3、在所述列车启动工况结束后，再判断所述列车在下一个步长内采用何种工况才能够满足所述列车制动准确停站以及限速红线的要求；S4、计算所述列车在所述下一个步长内采用满足制动准确停站以及限速红线要求的工况的下一个步长的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；S5、判断所述列车是否到达终点，如果否，则进入步骤S3，如果是，则进入步骤S6；S6、将每个步长内计算得到的列车运行数据在图上表示出来，并用短直线相连，形成牵引曲线V-S和T-S图。

列车共有四个工况：启动工况、牵引工况、惰行工况以及制动工况，启动工况是指从列车启动开始到速度等于2.5km/h时为止；牵引工况是指速度大于2.5km/h以上的人为施加牵引力的状态；制动工况是指人为施加阻力的状态；惰行工况是指人为不施加力的状态。所述限速红线是指列车运行线路中每个位置的列车构造限速、线路运营限速以及曲线的限速的最低值，最后将每个位置的速度最低值用短线连接，得到该列车整个运行线路的限速红线。所述线路运营限速是指运营单位出于安全考虑，要求列车在运行过程中不能超过的最大速度值，可能全线一致也可能分段设置，例如，列车在经过某个车站时可能不停车，为了考虑车站站台上的人的安全，对该列车在通过此车站时进行限速，这个速度也可以称为车站的控制速度，如果所述列车在该车站停车，则车站的控制速度为零；所述曲线限速是指考虑列车通过曲线时的安全，根据曲线的半径规定列车通过曲线时的最大运行速度。所述制动准确停站是指在列车到达终点车站站台有效长度的中间位置时，所述列车的速度为零。

现有技术的仿真过程是从该列车的起点开始，按照里程依次进行计算，从而导致整个计算过程耗时长，计算效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种列车运行仿真快速运算方法及系统，以克服现有技术中的仿真过程是从列车的起点开始，按照里程依次进行计算而导致整个计算过程耗时很长，计算效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种列车运行仿真快速计算方法，以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，包括：A、根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值，并根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；B、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；C、计算所述列车在所述下一个步长内采用判断得到的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；D、判断所述列车是否到达各个区间的终止端，如果否，则进入步骤B，如果是，则进入步骤E；E、根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间、持续位移以及与所述持续时间和持续位移对应的持续速度值。

其中，在所述步骤A前，还包括：根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，得到交点处的位移。

其中，所述步骤B具体为：B11、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间的位移是否小于各个区间中相应的交点处的位移，如果是，则进入步骤B12，如果否，则进入步骤B13；B12、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；B13、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求。

其中，步骤D具体为：根据公式

得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值，其中S_k，V_k，T_k为完整路线的第K组计算结果数据，为第i个区间的第j组计算结果，所述i，j，k取正整数。

其中，步骤C具体为：C21、在采用牵引工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；C23、在采用惰行工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；C25、在采用惰行工况以及牵引工况都不能使所述列车满足准确停车和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

一种列车运行仿真快速计算系统，以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，包括：初始化模块，用于根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值和根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；第一判断模块，用于判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；第一计算模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，计算所述列车在所述下一个步长内采用满足制动准确停站和/或限速红线要求的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；第二判断模块，用于判断所述列车是否到达各个区间的终止端；触发模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为否的情况下，触发所述第一判断模块；汇总模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为是的情况下，根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

其中，还包括：第二计算模块，用于根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，得到交点处的位移。

其中，所述第一判断模块具体包括：判断位移子模块，用于判断各个区间内所述列车的位移是否小于相应的交点处的位移；第一判断工况子模块，用于在所述判断位移子模块的判断结果为是的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；第二判断工况子模块，用于在所述判断位移子模块的判断结果为否的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求。

其中，汇总模块具体用于：根据公式 $S_k=S_j^i,$ $V_k=V_j^i,$ $T_k=\max \left\{T_j^{i-1}\right\}+T_j^i,$ 得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值，其中S_k，V_k，T_k为完整路线的第K组计算结果数据，为第i个区间的第j组计算结果，所述i，j，k取正整数。

其中，第一计算模块具体为：第一计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；第二计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为惰行工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；第三计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果既不为惰行工况的又不为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

经由上述的技术方案可知，采用本发明实施例，先以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述列车的线路分成至少两个区间，所述列车在各个区间内的运行过程都被当作一个独立的运算过程，先对每个区间进行初始化，然后对各个区间采用并行运算，从而减小了整个仿真过程的时间，在各个区间的运行过程都计算完毕后，将各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值进行汇总，获得所述列车在整个线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术列车运行仿真快速计算方法流程图；

图2为本发明实施例公开的第一种列车运行仿真快速计算方法流程图；

图3为本发明实施例公开的第二种列车运行仿真快速计算方法流程图；

图4为现有技术中开始制动起点反向推算的距离与本实施例制动起点反向推算的距离的对比结构示意图；

图5为本发明实施例公开的第一种列车运行仿真快速计算系统的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的第二种列车运行仿真快速计算系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅附图2，为本发明实施例公开第一种列车运行仿真快速计算方法流程图。现有技术中的列车运行仿真快速计算方法是采用单线程顺序计算，列车只能从起点开始按照里程依次计算，直至所述列车到达终点站，这样无疑增加了运算时间，本发明中以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，将所述线路上每个区间的列车运行过程拆分为一个独立的运算单元，实现各个区间的列车运行过程并行计算，待所有区间的运行过程计算完毕后，再将各个区间的数据进行汇总和处理。

该方法可以包括：

步骤S101：根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值，并根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

每个区间的端点都是所述列车行车路线中的经过的车站，不论所述列车在其中的某个车站处停不停车，在该车站处都会有一个车站控制速度，所述车站控制速度是为了保证站台上等车人的安全。

具体的，可以将所述车站的控制速度赋值给此区间列车的初始速度，将所述车站站台有效长度的中间位置赋值给此区间列车的初始位移，所述列车的初始时间实际就是在该区间内开始仿真的时间，这个时间是相对而定的，但是各个区间的初始时间最好是相同，例如所述预设时间值都设置为1，或者都设置为0，或者是其他实数值，只要在最后对各个区间的初始时间进行汇总与处理时，将都减去所述预设时间值即可。各个区间的预设时间值也可以各不同，而是按照某个规律赋值的，例如，递增或递减，这样都可以在最后汇总时将所述时间值减去对应的预设时间值。

优选的，相邻两个车站就为一个区间。

步骤S102：判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；

列车共有四个工况：启动工况、牵引工况、惰行工况和制动工况。启动工况是从列车启动开始到速度等于2.5km/h时为止；牵引工况是指速度大于2.5km/h以上的人为施加牵引力的状态；制动工况是指人为施加阻力的状态；惰行工况是指人为不施加力的状态。所述的速度2.5km/h只是启动工况以及牵引工况的分界点，不是惰行工况和制动工况的分界点，也就是说不论列车速度在2.5km/h以上或以下，只要是人为不施加力的状态就是惰行工况；不论列车速度在2.5km/h以上或以下，只要是人为施加阻力的状态，就为制动状态。工况主要是表示列车的一种受力状态，而不是运行过程，在采用特定工况的运行过程中，列车所受到的力的种类可能是相同的，只是各类力的大小可能会发生变化而已，但不能说采用特定工况时，列车的速度必然怎样之类的，如，列车加速运行不一定是牵引工况，也可能是惰行工况(下坡时)；惰行工况时，列车可能加速运行，也可能减速运行。

具体的列车制动准确停站的判断方法为：判断在任意状态(v_i，s_i)的列车，若立刻转入停车制动状态，能否满足不大于区间终止端车站控制速度的要求。其思路为：按照当前列车状态(v_i，s_i)连续进行虚拟制动，直到列车速度v与目标速度的误差在允许范围内，然后检查此时的列车位置S是否在指定位置的允许误差范围内，若在，则表示此时列车应该立刻转入停车制动程序；若列车虚拟位置S位于指定位置允许误差范围的前面，则表示列车还没有必要立刻转入停车制动程序，在下一步工况选择时可以不受停车制动条件的制约；若列车虚拟位置S位于指定位置允许误差范围的后面，则表示此时已经无法完成定点制动停车了，可能原因是参数允许误差范围的值设置不合理等等，计算不成功，需要修改参数所述允许误差的值，然后再重新进行计算。

为了让本领域的技术人员进一步的理解列车制动准确停站的判断方法，在举一个具体的实施例，因为计算机在完成浮点运算时存在误差，所以在计算开始前需要设定允许的误差值，这里以ξ1代表速度允许误差值，以ξ2代表位移允许误差值。例如，若设ξ1＝0.1，ξ2＝1，某车站中心点位置为10000，要求控制速度为0，但因为计算机是浮点计算，所以可能在某一步长算出来列车的位置是9999.9，速度为0.01，因为算得此时的列车实际速度0.01与该车站要求的目标速度0之差，小于规定的ξ1＝0.1，因此可以认为此时列车已经停下来了，忽略那0.01的误差。又算得列车位置与实际车站中心点位置之差为0.1，小于规定的ξ2＝1，因此，此时认为列车已经到达该车站的中心点位置处了，忽略那0.1的误差；综合上面两种条件，即可认为列车在指定的位置准确达到了目标速度。

这个过程仅仅是能否完成制动准确停站的判断过程，根据该判断过程的返回值，系统再进行下一步的操作。该判断过程都是虚拟的，并不会影响实际列车的运行过程数据。若该判断过程的返回值表明应该立刻启动制动过程，则系统再调用专门的制动过程运行过程进行实际制动过程计算，而不是用此判断制动准确停站的过程完成停车制动过程的实际计算。

与现有技术一样，本发明实施例的计算过程忽略了列车每次抵达区间终点端车站时产生的位置误差和速度误差，即每次列车开始从区间起点站出发时，其位置和速度都默认为起点车站规定的标准值。

具体的限速红线的获得步骤为：获取列车运行线路中每个位置的列车构造限速、线路运营限速以及曲线的限速的最低值，最后将每个位置的速度最低值用短线连接，得到该列车整个运行线路的限速红线。所述线路运营限速是指运营单位出于安全考虑，要求列车在运行过程中不能超过的最大速度值，可能全线一致也可能分段设置，例如，列车在经过某个车站时可能不停车，为了考虑车站站台上的人的安全，对该列车在通过此车站时进行限速，这个速度也可以称为车站的控制速度，如果所述列车在该车站停车，则车站的控制速度为零；所述曲线限速是指考虑列车通过曲线时的安全，根据曲线的半径规定列车通过曲线时的最大运行速度。

所述列车构造限速具体可以根据所述列车途经线路的平纵断面、列车牵引特性以及列车制动力计算出来的；其中，获取所述线路的平纵断面是为了计算列车运行过程中的附加阻力的；获取所述列车的牵引特性，是因为列车的功率是恒定的，因此其能够提供的牵引力随列车速度的变化而不断变化；获取列车的制动力，是因为列车能够提供的制动力也是随列车速度的变化而不断变化的。

所述限速红线也就是限速分段是满足列车的速度的合理过渡的，例如，若1000至1100米位置区间限速要求为100km/h，而1100以后限速要求为60km/h，那么系统就要检查，1000至1100区间范围的这100米距离，能否满足列车从速度为100km/h制动到60km/h的长度要求，若不满足这个长度要求，这样的限速分段是不合理的，可能会导致列车运行计算无法进行。必须进行调整。一般都是往更低速度调整，比如上面的例子，可将1000至1100米位置区间限速要求调整为80km/h，再进行检查。如此循环，直到所有限速分段都满足要求为止。

步骤S103：计算所述列车在所述下一个步长内采用判断得到的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

具体的，实现方法为：在采用牵引工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；在采用惰行工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；在采用惰行工况以及牵引工况都不能使所述列车满足准确停车和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

步骤S104：判断所述列车是否到达各个区间的终止端，如果否，则进入步骤S102，如果是，则进入步骤S105；

步骤S105：根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间、持续位移以及与所述持续时间和持续位移对应的持续速度值。如果将各个区间的列车初始位置设为区间起始端车站站台有效长度的中间位置，列车初始速度设为车站控制速度，则将赋值公式可以为：

其中：为第i个区间列车初始位移值、列车初始速度值和初始时间值；

为第i个区间所对应起始端车站站台的中心位置和该起始端车站所规定的车站控制速度。

相应的，计算结束后的处理工作：按区间里程顺序，依次收集各区间的运行数据，得到完整的全线列车运行仿真数据。处理公式可以为：

其中：S_k，V_k，T_k-为汇总后的第k个区间的计算结果数据；

为第i个区间的第j组计算结果数据。

相比较于现有技术，本发明实施例的计算虽然在计算开始前的准备和计算结束后的处理上有额外的开销也就是在开始时对各个区间模块进行初始化，结束时将存储结果进行汇，但这主要是简单的赋值运算，因此，本发明的计算的综合效率要远高于现有技术的计算效率。

实施例二

请参阅图3，为本发明实施例公开的第二种列车运行仿真快速计算方法流程图，所述方法中，以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，该方法可以包括：

步骤S201：根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，交点为S1；

采用预先计算制动曲线的方法，当列车V-S坐标点远离制动曲线时，只进行限速红线的判断，不进行制动起点推算；当列车V-S坐标点接近制动曲线时，才启动制动起点推算。所述制动曲线是按照列车必须实现定点停车(或定点限速通过)的要求，从定点位置开始，根据列车的受力情况，反向推算出列车在距离定点车站站台中心位置为任意S值时的速度V值，将推算出来的(v_i，s_i)点连成曲线，直到曲线与限速红线相交为止。所述制动曲线与所述限速红线必定相较，因为列车若要准确完成定点停车(或定点限速通过)，其实际运行曲线必然会部分与制动曲线重合。

步骤S202：根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值，并根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

具体的，可以利用多核中央处理器来进行并行计算。

步骤S203：判断各个区间中所述列车在下一个步长时间的位移是否小于各个区间中相应的交点处的位移，如果是，则进入步骤S204，如果否，则进入步骤S205；

判断列车的V-S坐标点接近制动曲线的方法具体为：判断列车位置S与制动曲线与限速红线的交点S1对应的位置的相互关系。当S＜S1时，不进行制动起点推算，但S＞＝S1时，认为列车V-S坐标点已靠近制动曲线，需要进行制动起点推算。最佳的制动推算起点，就是既能够保证不会错过为满足定点停车要求所必须的制动起始点，又使得调用图5所示的列车制动准确停站判断函数次数最少的，验证制动条件是否满足的起始点。

所述步长越小，仿真越精确。

请参阅图4，为现有技术中开始制动起点反向推算的距离与本实施例制动起点反向推算的距离的对比结构示意图。

如图4所示，其中，限速红线是用虚线表示、制动曲线是用加粗线表示、列车实际运行V-S曲线是用点划线表示，常规算法的制动起点反向推算需从列车从A站出发时起，至列车V-S点抵达制动曲线时止，其推算运行距离如图中的L常规。

从图中可知，大量的反向推算工作量是没有必要的，只有当列车V-S点靠近制动曲线时，才有必要进行反向推算。为此，本实施例提出可从制动曲线与限速红线的交点对应的距离S1处这开始进行反向推算，则所需的推算距离为图4所示的L推算，远小于L常规。从而大大减少了列车运行过程中的制动起点反向推算次数，减少了计算量，极大地提升了列车运行仿真的速度。

所述S1的位置表明了在所述列车的速度为最大允许速度时，为了实现定点停车(或定点限速通过)所需要的制动距离。而实际的列车速度不会超过最大允许速度，因此，若列车V-S点位置在S1点左边，则表示列车肯定能够满足定点停车的要求，还不需要进行制动起点推算。但若列车V-S点位置在S1点右边，则表明列车将要接近制动起点了，因此，在此后的每一步长内，都需要调用实施例一中所述的判断准确停车的过程，来寻找列车运行线实际切入制动曲线的交点S2。找到交点S2后，就可直接进行制动过程运算了。

步骤S204：判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；

步骤S205：判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求；

步骤S206：计算所述列车在所述下一个步长内采用判断得到的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

步骤S207：判断所述列车是否到达各个区间的终止端，如果否，则进入步骤S203，如果是，则进入步骤S208；

步骤S208：根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间、持续位移以及与所述持续时间和持续位移对应的持续速度值。

步骤S208后还可以包括步骤：将每个步长内计算得到的列车运行数据在图上表示出来，并用短直线相连，形成牵引曲线V-S和T-S图。

本发明实施例，在不影响计算精度的前提下，尽可能的减少制动起点反向推算的次数，达到显著提高列车运行仿真运算效率的目的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了两种系统，下面给出具体的实施例进行详细说明。

实施例三

请参阅图5，为本发明实施例公开的第一种列车运行仿真快速计算系统的结构示意图，所述系统中以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，所述系统可以包括：初始化模块401、第一判断模块402、第一计算模块403、第二判断模块404、触发模块405以及汇总模块406，其中：

所述初始化模块401，用于根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值和根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

所述第一判断模块402，用于判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；

所述第一计算模块403，用于根据所述第一判断模块402的判断结果，计算所述列车在所述下一个步长内采用满足制动准确停站和/或限速红线要求的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

所述第一计算模块具体包括：第一计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；第二计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为惰行工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；第三计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果既不为惰行工况的又不为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

所述第二判断模块404，用于判断所述列车是否到达各个区间的终止端；

所述触发模块405，用于在所述第二判断模块404的判断结果为否的情况下，触发所述第一判断模块；

所述汇总模块406，用于在所述第二判断模块404的判断结果为是的情况下，根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

具体的，汇总模块406的处理方法为：根据公式

得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值，其中S_k，V_k，T_k为完整路线的第K组计算结果数据，为第i个区间的第j组计算结果，所述i，j，k取正整数。

相比较于现有技术，本发明实施例的计算虽然在计算开始前的准备和计算结束后的处理上有额外的开销也就是调用了初始化模块401以及汇总模块406，但这主要是简单的赋值运算，因此，本发明的计算的综合效率要远高于现有技术的计算效率。

实施例四

请参阅图6，为本发明实施例公开的第二种列车运行仿真快速计算系统的结构示意图，所述系统中以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，所述系统可以包括：第二计算模块501、初始化模块401、判断位移子模块502、第一判断工况子模块503、第二判断工况子模块504、第一计算模块403、第二判断模块404、触发模块405以及汇总模块406，其中：

所述第二计算模块501，用于根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，得到交点处的位移；

所述初始化模块401，用于根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值和根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

其中，所述第一判断模块402包括：所述判断位移子模块502、所述第一判断工况子模块503以及所述第二判断工况子模块504。

所述判断位移子模块502，用于判断各个区间内所述列车的位移是否小于相应的交点处的位移；

所述第一判断工况子模块503，用于在所述判断位移子模块的判断结果为是的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；

所述第二判断工况子模块504，用于在所述判断位移子模块502的判断结果为否的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求；

所述第一计算模块403，用于根据所述第一判断模块402的判断结果，计算所述列车在所述下一个步长内采用满足制动准确停站和/或限速红线要求的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

所述第二判断模块404，用于判断所述列车是否到达各个区间的终止端；

所述触发模块405，用于在所述第二判断模块404的判断结果为否的情况下，触发所述第一判断模块；

所述汇总模块406，用于在所述第二判断模块404的判断结果为是的情况下，根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

本发明实施例，在不影响计算精度的前提下，尽可能的减少制动起点反向推算的次数，达到显著提高列车运行仿真运算效率的目的。

为了让本领域技术人员更清楚的了解到采用本发明实施例的计算效率，在实际应用中针对本发明实施例进行了一次列车运行仿真进行一下简单介绍。

列车的线路中共设有10个车站，A站～J站，选用编组相同的列车进行追踪运行，仿真步长取1秒。列车从A站起动到J站停车，在中间各站均停车30s。在常规配置的微机平台上，计算参数完全相同的条件下，采用本发明所述的算法完成本次运算共用去1.6秒，而常规算法完成本次运算则耗时30秒。可见，本发明实施例所述的并行计算方法计算效率远高于常规算法，其效率约为常规算法的20倍左右。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种列车运行仿真快速计算方法，其特征在于，以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，包括：

A、根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值，并根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

B、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；

C、计算所述列车在所述下一个步长内采用判断得到的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

D、判断所述列车是否到达各个区间的终止端，如果否，则进入步骤B，如果是，则进入步骤E；

E、根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间、持续位移以及与所述持续时间和持续位移对应的持续速度值。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤A前，还包括：

根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，得到交点处的位移。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤B具体为：

B11、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间的位移是否小于各个区间中相应的交点处的位移，如果是，则进入步骤B12，如果否，则进入步骤B13；

B12、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；

B13、判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤D具体为：根据公式 $S_k=S_j^i,$ $V_k=V_j^i,$ $T_k=\max \left\{T_j^{i-1}\right\}+T_j^i,$ 得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值，其中S_k，V_k，T_k为完整路线的第K组计算结果数据，

为第i个区间的第j组计算结果，所述i，j，k取正整数。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤C具体为：

C21、在采用牵引工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；

C23、在采用惰行工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；

C25、在采用惰行工况以及牵引工况都不能使所述列车满足准确停车和/或限速红线的要求的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

6.一种列车运行仿真快速计算系统，其特征在于，以列车运行线路中的车站作为分割点，将所述线路分成至少两个区间，包括：

初始化模块，用于根据每个区间起始端的车站的控制速度以及所述车站站台有效长度的中间位置，初始化相应区间所述列车的初始速度值以及初始位移值和根据预设时间值初始化所述列车的初始时间值；

第一判断模块，用于判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站和/或限速红线的要求；

第一计算模块，用于根据所述第一判断模块的判断结果，计算所述列车在所述下一个步长内采用满足制动准确停站和/或限速红线要求的工况的步长速度值、步长时间值以及步长位移值；

第二判断模块，用于判断所述列车是否到达各个区间的终止端；

触发模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为否的情况下，触发所述第一判断模块；

汇总模块，用于在所述第二判断模块的判断结果为是的情况下，根据各个区间的里程顺序和计算的各个区间的步长速度值、步长时间值以及步长位移值，得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，还包括：

第二计算模块，用于根据制动准确停站或者各个区间终止端的车站限速的要求，从每个区间的终止端处反向计算出所述列车距所述终止任意值时的速度值，直至推算出的(v，s)与所述限速红线相交，得到交点处的位移。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述第一判断模块具体包括：

判断位移子模块，用于判断各个区间内所述列车的位移是否小于相应的交点处的位移；

第一判断工况子模块，用于在所述判断位移子模块的判断结果为是的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足限速红线的要求；

第二判断工况子模块，用于在所述判断位移子模块的判断结果为否的情况下，判断各个区间中所述列车在下一个步长时间内采用何种工况可使所述列车满足制动准确停站的要求。

9.根据权利要求6所述系统，其特征在于，汇总模块具体用于：根据公式 $S_k=S_j^i,$ $V_k=V_j^i,$ $T_k=\max \left\{T_j^{i-1}\right\}+T_j^i,$ 得到所述列车完整线路中持续时间和持续位移以及持续时间和持续位移对应的速度值，其中S_k，V_k，T_k为完整路线的第K组计算结果数据，

为第i个区间的第j组计算结果，所述i，j，k取正整数。

10.根据权利要求6所述系统，其特征在于，第一计算模块具体为：

第一计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用牵引工况时的速度值、时间值和位移值；

第二计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果为惰行工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用惰行工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值；

第三计算子模块，用于在所述第一判断模块的判断结果既不为惰行工况的又不为牵引工况的情况下，计算所述列车在所述下一个步长内采用制动工况时的步长速度值、步长时间值和步长位移值。

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