CN103021221A - 地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，包括数据库支持系统、线路仿真模块、供电系统仿真模块、信号系统仿真模块、列车仿真模块及司机驾驶行为仿真模块。数据库支持系统用于提供建模数据的支持，线路仿真模块用于输出线路状态信息，信号系统仿真模块用于输出信号设备状态信息，列车仿真模块用于输出列车状态信息、接收司机驾驶行为仿真模块输出的工况和级位模型并仿真，司机驾驶行为仿真模块用于输出工况和级位模型。本发明还公开了上述仿真系统的仿真方法。本发明能够准确模拟地铁司机驾驶行为，采用分模式思想能够很好保证仿真准确性和多样性的要求，为地铁OCC行车调度仿真系统的开发提供了较好的功能支持。

Description

地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明涉及模拟/仿真技术，具体是地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统及仿真方法。

背景技术

随着城市轨道交通行业的发展，仿真培训系统的应用越来越广泛。无论是什么类型的调度仿真培训系统，其最终目的是培训学员的反应及操作能力，在地铁列车调度仿真培训系统中，此能力的主要反应是看能否提供正确的信号供列车行驶。

目前，铁路相关技术人员的培训效率并不高，但采用仿真培训系统进行人员培训会大大缩短培训周期，且使值班员和调度员更快的积累经验。地铁列车在其他条件下保证列车正常行车就是列车司机的驾驶行为，目前的地铁列车调度仿真培训系统的开发中没有司机行为的模拟，这会对仿真培训系统的逼真度造成影响，进而会影响到培训的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其应用于地铁OCC行车调度仿真培训系统虚拟列车系统模型中时能提高仿真系统的准确性，进而为学员的培训提供了良好的虚拟列车功能，保证了培训的质量。本发明还公开了上述地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统的仿真方法。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，包括数据库支持系统、线路仿真模块、供电系统仿真模块、信号系统仿真模块、列车仿真模块及司机驾驶行为仿真模块，其中，数据库支持系统用于提供建模数据的支持，线路仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入线路状态信息，信号系统仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入信号设备状态信息，列车仿真模块用于向司机驾驶行为仿真模块输入列车状态信息、接收司机驾驶行为仿真模块输出的工况和级位模型并计算出列车数据后仿真，司机驾驶行为仿真模块用于接收列车仿真模块输出的车载设备状态信息、信号系统仿真模块提供的信号设备状态信息及线路仿真模块提供的线路信息后计算输出工况和级位模型。本发是的供电系统仿真模块实现网压的运算，并将运算结果供列车仿真模块使用。列车仿真模块包括虚拟司机在不同驾驶模式下的处理和故障处理。本发明应用时采用人工智能的方式模拟司机的操纵行为包括方向、手柄级位、开关门、停车对标等操作。

所述数据库支持系统包括线路基础数据、信号系统设备基础数据、列车时刻表和列车信息数据。

所述线路仿真模块包括整条线路长度模型、坡道模型及弯道模型。

所述信号系统仿真模块包括地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型。

所述地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型包括信号机、道岔、轨道电路及信标。

所述司机驾驶行为仿真模块包括虚拟司机根据线路、地面及车载信号系统及虚拟列车系统提供的信息自动驾驶所产生的行为模型。

所述列车仿真模块包括ATP防护下的列车驾驶行为模拟、非ATP防护下的列车驾驶行为模拟及列车故障模型下的列车驾驶行为模拟。

地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、在司机驾驶行为模块中进行信息整合；

步骤2、由司机驾驶行为模块判断列车运行在何种模式：

若为ATP防护模式，则根据ATP限速对列车当前的防护速度进行列车运行控制，给出相应的司机行为；

若为非ATP防护模式，则在司机驾驶行为模块中整合信号设备状态信息，而后根据信号和相应的行车规则给出司机行为；

若列车故障，则由学员根据故障程度做出紧急制动或减速行驶；

步骤3、将司机驾驶行为模块计算的工况和级位信息反馈给列车仿真模块，列车仿真模块利用接收到的信息计算出列车速度、加速度及位移信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明包括数据库支持系统、线路仿真模块、供电系统仿真模块、信号系统仿真模块、列车仿真模块及司机驾驶行为仿真模块，整体结构简单，便于实现，本发明的数据库支持系统包含所有列车类型，在增加或更改列车信息时，只需修改数据库，就可以实现不同的驾驶控制，减小了后期调试的工作量，本发明应用于地铁OCC行车调度仿真培训系统虚拟列车系统模型中时增加了司机行为的模拟，提高了调试效率和仿真的准确性，便于学员积累更多的经验。

（2）本发明包括多个模块，便于调控，能够准确的模拟现实中地铁司机驾驶动作规律，既可以达到多样性的要求，也可以达到准确性的要求。

附图说明

图1为本发明实施例中仿真系统的总体结构框图；

图2为本发明实施例中仿真方法的运行流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，包括数据库支持系统、线路仿真模块、供电系统仿真模块、信号系统仿真模块、列车仿真模块及司机驾驶行为仿真模块，其中，数据库支持系统用于提供建模数据的支持，线路仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入线路状态信息，信号系统仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入信号设备状态信息，列车仿真模块用于向司机驾驶行为仿真模块输入列车状态信息、接收司机驾驶行为仿真模块输出的工况和级位模型并计算出列车数据后仿真，司机驾驶行为仿真模块用于接收列车仿真模块输出的车载设备状态信息、信号系统仿真模块提供的信号设备状态信息及线路仿真模块提供的线路信息后计算输出工况和级位模型。本实施例在具体建模时在列车仿真模块中对方向手柄、级位手柄、门控开关等都进行了建模，虚拟司机可以根据需要对其进行控制，最终达到控制虚拟列车的目的。列车仿真模块是以城轨列车牵引计算为基础，根据司机驾驶行为仿真模块提供的工况、级位等条件，结合列车的载重、长度、编组信息、有效电机数量、线路坡道、曲线半径、运行阻力等信息计算得出列车速度、加速度、位移等数据。司机驾驶行为仿真模块是根据线路条件、信号模式及状态、车辆状态等条件模拟司机的行为，自动选择适合的驾驶策略进行列车的智能控制。

供电系统仿真模块实现网压的运算，并将运算结果供列车仿真模块使用。其中供电系统仿真模块的具体操作过程为：在对供电系统各种设备进行精确建模的基础上，实现直流牵引网络模型的建立、线路上各种设备数据模型的建立、交流侧网络模型的建立等，将机车模型建立为恒功率模型，根据运行状态及惰行、加速、再生制动等工况得出某时刻机车功率。利用公式I=P/U得出列车的取流大小，列车的取流值带入到节点电压方程中迭代求解，直到网压收敛为止，得到网压提供给列车仿真模块。

数据库支持系统包括线路基础数据、信号系统设备基础数据、列车时刻表和列车信息数据。线路仿真模块包括整条线路长度模型、坡道模型及弯道模型。信号系统仿真模块包括地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型，其中，地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型包括信号机、道岔、轨道电路及信标。司机驾驶行为仿真模块包括虚拟司机根据线路、地面及车载信号系统及虚拟列车系统提供的信息自动驾驶所产生的行为模型。列车仿真模块包括ATP防护下的列车驾驶行为模拟、非ATP防护下的列车驾驶行为模拟及列车故障模型下的列车驾驶行为模拟。本实施例中ATP防护下的列车驾驶行为模拟采用到ATP保护模型，ATP保护模型采用混合仿真法构建模型，其中，混合仿真方法是模拟仿真方法和数字仿真方法在具体应用上的相互结合和相互补充。

如图2所示，地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真方法，包括以下步骤：步骤一、在司机驾驶行为模块中进行信息整合。步骤二、由司机驾驶行为模块判断列车运行在何种模式：若为ATP防护模式，则根据ATP限速对列车当前的防护速度进行列车运行控制，给出相应的司机行为，控制列车按曲线驾驶；若为非ATP防护模式，则在司机驾驶行为模块中整合信号设备状态信息，而后根据信号和相应的行车规则给出司机行为，此时按照信号驾车；若列车故障，则由学员根据故障程度做出紧急制动或减速行驶。步骤三、输出三种不同模式下的工况及级位。其中，步骤二中司机驾驶行为模块根据线路条件、信号模式及状态、车辆状态等条件模拟司机的行为，自动选择适合的驾驶策略进行列车操作。步骤三中输出工况及级位信息具体是将司机驾驶行为模块计算的工况和级位信息反馈给列车仿真模块，列车仿真模块利用接收到的信息计算出列车速度、加速度及位移信息，列车仿真模块在计算的过程中会结合列车的载重、长度、编组信息、线路坡道、曲线半径、运行阻力等信息。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (8)

1.地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，包括数据库支持系统、线路仿真模块、供电系统仿真模块、信号系统仿真模块、列车仿真模块及司机驾驶行为仿真模块，其中，数据库支持系统用于提供建模数据的支持，线路仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入线路状态信息，信号系统仿真模块用于向列车仿真模块和司机驾驶行为仿真模块输入信号设备状态信息，列车仿真模块用于向司机驾驶行为仿真模块输入列车状态信息、接收司机驾驶行为仿真模块输出的工况和级位模型并计算出列车数据后仿真，司机驾驶行为仿真模块用于接收列车仿真模块输出的车载设备状态信息、信号系统仿真模块提供的信号设备状态信息及线路仿真模块提供的线路信息后计算输出工况和级位模型。

2.根据权利要求1所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述数据库支持系统包括线路基础数据、信号系统设备基础数据、列车时刻表和列车信息数据。

3.根据权利要求1所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述线路仿真模块包括整条线路长度模型、坡道模型及弯道模型。

4.根据权利要求1所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述信号系统仿真模块包括地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型。

5.根据权利要求4所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述地面信号系统设备模型和车载信号系统仿真模型包括信号机、道岔、轨道电路及信标。

6.根据权利要求1所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述司机驾驶行为仿真模块包括虚拟司机根据线路、地面及车载信号系统及虚拟列车系统提供的信息自动驾驶所产生的行为模型。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真系统，其特征在于，所述列车仿真模块包括ATP防护下的列车驾驶行为模拟、非ATP防护下的列车驾驶行为模拟及列车故障模型下的列车驾驶行为模拟。

8.地铁列车虚拟司机驾驶行为仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在司机驾驶行为模块中进行信息整合；

步骤2、由司机驾驶行为模块判断列车运行在何种模式：

若为ATP防护模式，则根据ATP限速对列车当前的防护速度进行列车运行控制，给出相应的司机行为；

若为非ATP防护模式，则在司机驾驶行为模块中整合信号设备状态信息，而后根据信号和相应的行车规则给出司机行为；

若列车故障，则由学员根据故障程度做出紧急制动或减速行驶；

步骤3、将司机驾驶行为模块计算的工况和级位信息反馈给列车仿真模块，列车仿真模块利用接收到的信息计算出列车速度、加速度及位移信息。

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