CN103523057A - 一种高密度行车时预防接触网过载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市轨道自动列车监控系统和电力监控系统间的互联互通，公开了一种高密度行车时预防接触网过载的方法，其特征在于：自动列车监控系统从电力监控系统得到全线接触网信息，建立接触网区段公里标表，根据接触网区段最大负载功率和列车牵引功率计算每个接触网区段所能负载的最大列车数；合理评估列车和自动列车监控系统之间信息交换产生的系统时延，根据列车当前状态计算时延内列车走行距离，确定列车在接触网区段中的位置。本发明很好的解决了高密度行车时，接触网区段列车数量过多导致接触网过载影响列车正常运行的问题。自动列车监控系统和电力监控系统之间的协同联动，提高了城市轨道交通运营的效率和综合调度水平。

Description

一种高密度行车时预防接触网过载的方法

技术领域

本发明涉及自动列车监控子系统和电力监控子系统的互联互通领域，尤其是一种列车行车时预防接触网过载的方法。

背景技术

传统的自动列车监控子系统和电力监控子系统是两个完全独立的系统，各自完成对信号和电力系统的监控，各自的用户只能查看本专业的信息，行车调度和电力调度间以电话沟通为主，导致事件处理效率低下。

当前的地铁系统一旦行车密度过大，出现同一段接触网下列车数量大于区段最大负载数的情况时，由于负载过大，列车得到的电压偏低，影响列车的正常运行，扰乱日常的行车计划。为避免此情况的发生，行车调度员只能依据经验，人为增大行车间隔来应对，自动化程度低。

随着城市轨道交通技术的发展，地铁调度系统正朝着自动化的综合调度发展，因此地铁线路开始实施智能监控系统，通过统一的软硬件平台、统一的人机交互界面，实现各监控子系统之间的互联互通，同时也为解决接触网过载问题提供了技术基础。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过计算系统时延内列车走行距离判断是否需要扣车，以避免接触网过载的方法。

为实现上述发明目的，本发明高密度行车时预防接触网过载的方法可采用如下技术方案：

一种高密度行车时预防接触网过载的方法，包括如下步骤：

1）根据线路信息，建立各接触网区段的公里标表，根据每个接触网区段的最大负载功率，计算出每个区段能够负载的最大列车数；线路上行方向和下行方向分别建表，表的内容包括每个接触网区段的始端公里标、末端公里标、最大负载列车数；

2）系统开机初始化，从自动列车控制子系统得到全线列车的位置和运行方向等初始信息；根据全线列车的位置逐个判断列车是否位于车站，并对位于车站的列车进行防接触网过载的扣车判断；

3）对于位于车站的列车，如果未被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则下达扣车命令，然后进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则直接进入下一循环周期的判断和控制；

4）对于位于车站的列车，如果已被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否仍然满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则保持扣车不变，直接进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则下达解除扣车的命令，然后进入下一循环周期的判断和控制；

5）对于不在站台内的列车，直接进入下一循环周期的判断和控制。

对于位于车站的列车T₁，查找其运行方向前方第N列列车T_N的位置，N为区段最大负载列车数+1，如果T₁和T_N不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件；如果T₁和T_N在同一接触网区段内，计算相关信息从T₁发往智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T₁所执行的时间T内，T_N所走行的距离L，如果T_N走行完L后仍与T₁在同一接触网区段内，则满足扣车条件，如果T_N走行完L后与T₁不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件。

上述L的计算可以分以下四种：

1）、列车正在牵引加速，列车牵引加速度为a_牵，L=V₀T+1/2a_牵T²；假如T时间内列车运行状态由牵引加速变为惰行或常用制动时，L将大于实际运行距离；以变为常用制动计算，L的偏差为{0～（1/2a_牵T²1/2a_常T²）}，考虑到列车牵引加速时V₀一般较大，列车在时间T内行走距离也较大，加速度变化引起的偏差在可接受范围内；

2）、列车正在惰行，列车惰行加速度为a_惰，L=V₀T+1/2a_惰T²。假如时间T内列车运行状态由惰行变为常用制动时，L将大于实际运行距离，L的偏差为{0～（1/2a_惰T²1/2a_常T²）}，由于a_惰到a_常的变化较小，所以偏差也较小，可以接受；

3）、列车处于常用制动，列车常用制动加速度为a_常，当V₀大于a_常T时，L=V₀T+1/2a_常T²；当V₀小于a_常T时，

此种状态下，列车改变运行状态导致L大于实际行走距离的可能性非常小，本发明不做考虑；

4）、列车处于紧急制动，列车紧急制动加速度为a_急，当V₀大于a_急T时，L=V₀T+1/2a_急T²；当V₀小于a_急T时，

列车紧急制动会持续到列车停车，所以此种状态下列车不会改变运行状态导致L大于实际行走距离。

相关信息从T_N返回智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T₁所执行的时间T的组成包括：T_N列车车载控制器计算及动作时间t1，车地无线通信传输时间t2，骨干网传输时间t3、t7，区域控制器处理时间t4、t6，智能监控系统中心服务器计算及动作时间t5，地车无线通信传输时间t8，T₁列车车载控制器计算及动作时间t9。

接力器行程传感器故障诊断系统，由计算机对传感器行程采样后，先进行数字滤波，然后由故障诊断系统诊断；诊断依据为：传感器行程范围、最快关闭时间T_S、采样周期T、接力器时间常数T_Y。

自动列车监控系统和电力监控系统集成在了统一的软硬件平台上，此平台有如下设计：

1）统一的平台接口协议；

2）统一的实时数据库和历史数据库；

3）统一的实时数据库并支持分布式部署；

4）统一的人机界面；

5）统一的网络系统。

为了解决两个系统互联互通后带来的安全性问题，为自动列车监控子系统设置了专用网关，与其他信号系统互联，确保了信号系统的安全性；

该方法中使用的行车调度工作站配置3屏显示器，其中两屏主要用于行车监控，第3屏用于相关专业的信息显态示，并实现从行车界面到相关专业监控界面的导航；

该方法中使用的电力调度工作站配置3屏显示器，其中两屏主要用于电力监控，第3屏用于相关专业的信息显示，尤其是行车信息的显示。

自动列车监控系统从电力监控系统获取全线所有接触网区段的公里标、最大负载功率等信息。

将全线车站和接触网区段关联在一起，即可以找到每个车站所处接触网区段。

通过分析数据信息在系统中所经过的设备，合理分析和计算出信息在系统中的时延。

本发明与现有技术相比，本发明在城市轨道交通信号系统采用CBTC技术，且CBTC系统处于正常的工作状态时，通过自动列车监控系统和电力监控系统之间的信息交换，计算车站列车所在接触网区段是否有过载的可能，即车站列车是否满足扣车条件，当满足扣车条件时，由自动列车监控系统对车站列车进行扣车。此方法解决了传统凭借经验解决接触网过载带来的行车间隔过大问题，提高了运营效率，同时有效降低了设备投资和运营维护成本。

附图说明

图1为本发明中避免接触网过载的扣车方法示意图

图2本发明中判断是否满足扣车条件的示意图

图3本发明中时间T的组成示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。以下实施案例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明适用于城市轨道交通信号系统采用CBTC技术，且CBTC系统处于正常的工作状态下，解决高密度行车时接触网区段过载问题；

本发明通过自动列车监控子系统和电力监控子系统联动扣车达到避免接触网过载的目的，它们的功能业务分别为行车调度和电力调度；

根据自动列车监控子系统业务和电力监控子系统业务的相对独立性，为自动列车监控子系统设置了专用网关，保证了列车信号系统的安全性；

定义联动扣车场景，即当列车位于站台时，如果所处接触网区段内列车数超过了区段最大负载数，则判断区段内最前方的列车在系统时延内是否已驶出区段，如未驶出区段，则对车站列车进行扣车；

联动由后台应用模块实现，无需人工干预。

图1是判断是否需要对车站列车扣车以避免接触网过载的方法示意图，如图所示，此判断过程是一个动态的循环过程，方法的计算由智能监控系统位于控制中心的服务器完成，具体计算步骤如下：

1）根据线路信息，建立各接触网区段的公里标表，根据每个接触网区段的最大负载功率，计算出每个区段能够负载的最大列车数。线路上行方向和下行方向分别建表，表的内容包括每个接触网区段的始端公里标、末端公里标、最大负载列车数。

2）系统开机初始化，从自动列车控制子系统得到全线列车的位置和运行方向等初始信息。根据全线列车的位置逐个判断列车是否位于车站，并对位于车站的列车进行防接触网过载的扣车判断。

3）对于位于车站的列车，如果未被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则下达扣车命令，然后进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则直接进入下一循环周期的判断和控制。

4）对于位于车站的列车，如果已被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否仍然满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则保持扣车不变，直接进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则下达解除扣车的命令，然后进入下一循环周期的判断和控制。

5）对于不在站台内的列车，直接进入下一循环周期的判断和控制。

是否满足防接触网过载的扣车条件的判断如图2所示。对于位于车站的列车T1，查找其运行方向前方第N列列车TN的位置（N为区段最大负载列车数+1），如果T1和TN不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件；如果T1和TN在同一接触网区段内，计算相关信息从T1发往智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T1所执行的时间T内，TN所走行的距离L，如果TN走行完L后仍与T1在同一接触网区段内，则满足扣车条件，如果TN走行完L后与T1不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件。

对于L，可以依照列车的速度曲线计算，不过考虑到列车实际运行时，并不能完全和速度曲线吻合，尤其是人工驾驶模式时，偏差更大，考虑到时间T是一个比较小的时间，本发明假设在时间T内，列车维持当前运行状态不变，当前运行速度为V₀。这种算法下，如果接下来的T时间内列车运行状态改变，L和列车的实际运行距离将存在偏差，当L大于列车实际运行距离时，可能会造成列车实际未驶出接触网区段却误判为列车已驶出接触网，导致应该扣车而未扣车造成接触网过载。当L小于列车实际运行距离时，可能会造成列车实际已驶出接触网区段却误判为列车未驶出接触网区段，导致误扣车，不过此种误判不会造成接触网过载。因此本发明对L大于实际运行距离的情况进行了分析。根据列车当前状态，L的计算可以分以下四种：

1）、列车正在牵引加速，列车牵引加速度为a_牵，L=V₀T+1/2a_牵T²。假如T时间内列车运行状态由牵引加速变为惰行或常用制动时（列车实际运行中，紧急制动的使用频率非常小，本发明不做考虑），L将大于实际运行距离。以变为常用制动计算，L的偏差为{0～（1/2a_牵T²1/2a_常T²）}，考虑到列车牵引加速时V₀一般较大，列车在时间T内行走距离也较大，加速度变化引起的偏差在可接受范围内。

2）、列车正在惰行，列车惰行加速度为a_惰，L=V₀T+1/2a_惰T²。假如时间T内列车运行状态由惰行变为常用制动时，L将大于实际运行距离，L的偏差为{0～（1/2a_惰T²1/2a_常T²）}，由于a_惰到a_常的变化较小，所以偏差也较小，可以接受。

3）、列车处于常用制动，列车常用制动加速度为a_常，当V₀大于a_常T时，L=V₀T+1/2a_常T²；当V₀小于a_常T时，

此种状态下，列车改变运行状态导致L大于实际行走距离的可能性非常小，本发明不做考虑。

4）、列车处于紧急制动，列车紧急制动加速度为a_急，当V₀大于a_急T时，L=V₀T+1/2a_急T²；当V₀小于a_急T时，列车紧急制动会持续到列车停车，所以此种状态下列车不会改变运行状态导致L大于实际行走距离。

相关信息从TN返回智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T1所执行的时间T的组成如图3所示，包括TN列车车载控制器计算及动作时间t1，车地无线通信传输时间t2，骨干网传输时间t3、t7，区域控制器处理时间t4、t6，智能监控系统中心服务器计算及动作时间t5，地车无线通信传输时间t8，T1列车车载控制器计算及动作时间t9。

Claims (7)

1.一种高密度行车时预防接触网过载的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据线路信息，建立各接触网区段的公里标表，根据每个接触网区段的最大负载功率，计算出每个区段能够负载的最大列车数；线路上行方向和下行方向分别建表，表的内容包括每个接触网区段的始端公里标、末端公里标、最大负载列车数；

2）系统开机初始化，从自动列车控制子系统得到全线列车的位置和运行方向等初始信息；根据全线列车的位置逐个判断列车是否位于车站，并对位于车站的列车进行防接触网过载的扣车判断；

3）对于位于车站的列车，如果未被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则下达扣车命令，然后进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则直接进入下一循环周期的判断和控制；

4）对于位于车站的列车，如果已被下发防接触网过载的扣车命令，则判断当前列车是否仍然满足防接触网过载的扣车条件来，如果满足扣车条件，则保持扣车不变，直接进入下一循环周期的判断和控制；如果不满足扣车条件，则下达解除扣车的命令，然后进入下一循环周期的判断和控制；

5）对于不在站台内的列车，直接进入下一循环周期的判断和控制。

2.如权利要求1所述的高密度行车时预防接触网过载的方法，其特征在于，是否满足防接触网过载的扣车条件的判断方法为：对于位于车站的列车T₁，查找其运行方向前方第N列列车T_N的位置，N为区段最大负载列车数+1，如果T₁和T_N不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件；如果T₁和T_N在同一接触网区段内，计算相关信息从T₁发往智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T₁所执行的时间T内，T_N所走行的距离L，如果T_N走行完L后仍与T₁在同一接触网区段内，则满足扣车条件，如果T_N走行完L后与T₁不在同一接触网区段内，则不满足扣车条件。

3.如权利要求2所述的高密度行车时预防接触网过载的方法，其特征在于：上述L的计算可以分以下四种：

1）、列车正在牵引加速，列车牵引加速度为a_牵，L=V₀T+1/2a_牵T²；假如T时间内列车运行状态由牵引加速变为惰行或常用制动时，L将大于实际运行距离；以变为常用制动计算，L的偏差为{0～（1/2a_牵T²1/2a_常T²）}，考虑到列车牵引加速时V₀一般较大，列车在时间T内行走距离也较大，加速度变化引起的偏差在可接受范围内；

2）、列车正在惰行，列车惰行加速度为a_惰，L=V₀T+1/2a_惰T²。假如时间T内列车运行状态由惰行变为常用制动时，L将大于实际运行距离，L的偏差为{0～（1/2a_惰T²1/2a_常T²）}，由于a_惰到a_常的变化较小，所以偏差也较小，可以接受；

3）、列车处于常用制动，列车常用制动加速度为a_常，当V₀大于a_常T时，L=V₀T+1/2a_常T²；当V₀小于a_常T时，此种状态下，列车改变运行状态导致L大于实际行走距离的可能性非常小，本发明不做考虑；

4）、列车处于紧急制动，列车紧急制动加速度为a_急，当V₀大于a_急T时，L=V₀T+1/2a_急T²；当V₀小于a_急T时，

列车紧急制动会持续到列车停车，所以此种状态下列车不会改变运行状态导致L大于实际行走距离。

4.如权利要求3所述的高密度行车时预防接触网过载的方法，其特征在于：相关信息从T_N返回智能监控系统中心服务器到中心服务器下达扣车命令并被T₁所执行的时间T的组成包括：T_N列车车载控制器计算及动作时间t1，车地无线通信传输时间t2，骨干网传输时间t3、t7，区域控制器处理时间t4、t6，智能监控系统中心服务器计算及动作时间t5，地车无线通信传输时间t8，T₁列车车载控制器计算及动作时间t9。

5.根据权利要求4所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：接力器行程传感器故障诊断系统，由计算机对传感器行程采样后，先进行数字滤波，然后由故障诊断系统诊断；诊断依据为：传感器行程范围、最快关闭时间T_S、采样周期T、接力器时间常数T_Y。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：自动列车监控系统和电力监控系统集成在了统一的软硬件平台上，此平台有如下设计：

1）统一的平台接口协议；

2）统一的实时数据库和历史数据库；

3）统一的实时数据库并支持分布式部署；

4）统一的人机界面；

5）统一的网络系统。

7.根据权利要求6中所述的发电机接力器行程的容错控制方法，其特征在于：为了解决两个系统互联互通后带来的安全性问题，为自动列车监控子系统设置了专用网关，与其他信号系统互联，确保了信号系统的安全性；

该方法中使用的行车调度工作站配置3屏显示器，其中两屏主要用于行车监控，第3屏用于相关专业的信息显态示，并实现从行车界面到相关专业监控界面的导航；

该方法中使用的电力调度工作站配置3屏显示器，其中两屏主要用于电力监控，第3屏用于相关专业的信息显示，尤其是行车信息的显示。

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