CN104228887B - 一种列车自动运行等级实时调整的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车自动运行等级实时调整的方法及系统，其中，该方法包括：根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO。通过采用本发明公开的方法大大提高了ATO系统运行等级调整算法的精度。

Description

一种列车自动运行等级实时调整的方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车自动运行等级实时调整的方法及系统。

背景技术

从高速铁路到城际铁路，从市域快轨到地铁轻轨、再到现代有轨电车，多样化，层次化，智能化的轨道交通技术正在日益改变着城市的面貌和我们的生活。做为轨道交通智能化程度集中体现的标杆—列车自动驾驶技术(ATO)可以降低司机的劳动强度，提高列车运行的舒适性、减小列车运行的能源消耗。在当前的轨道交通建设中列车自动驾驶子系统已经普遍配置，在我国得到广泛应用，但各厂家的技术实现方式、控制策略、应用效果不尽相同，并且核心技术主要被国外厂家所垄断。

轨道交通ATO的控制精度和效率取决于两方面，一方面是地面设备如ATS(列车自动监督系统)或CTC(分散自律式调度集中系统)控制系统的车辆调度能力，另一方面在于车载ATO根据调度指令的实际执行能力。运行等级调整算法作为车载ATO实现地面调度指令的重要手段，其重要性不言而喻。运行等级调整算法的关键在于其计算的准确性及计算的实时性，运行等级调整算法的目标是列车按调度指令实现到站时间误差为秒级。

目前，运行等级调整算法目前有如下两种实现方式：

1)离线计算法。

根据实际线路的所有站间线路限速、坡度等数据，离线计算出不同运行等级的运行曲线及其运行时间。将所有站间运行曲线及运行时间存储入车载数据库，ATO系统在从车站内发车前根据轨旁ATS的时间调节指令选择不同的运行等级。这种方法调节精度与离线计算时运行等级的数量有关，数量越多调整的目标时间越精确。然而，这种方法的其他缺点是离线计算的工作量很大；只有站间的运行时间没有区间内某一点到终点的时间因此不能实现车辆区间内在线实时调整；区间内有临时限速时不能实现精确调整。

2)在线实时计算法。

ATO站间运行过程中实时计算运行等级。计算利用当前车辆位置及速度，根据通用的加减速线性物理公式计算站间的运行时间。此方法可以在有临时限速时重新计算从而克服了离线计算法的缺点，但计算时间与实际列车运行时间存在较大误差，调整精度不是太高。

发明内容

本发明的目的是提供一种列车自动运行等级实时调整的方法及系统，大大提高了ATO系统运行等级调整算法的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种列车自动运行等级实时调整的方法，该方法包括：

根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；

将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；

根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO。

一种列车自动运行等级实时调整的系统，该系统包括：

运行时间计算模块，用于根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；

比较模块，用于将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；

迭代计算与最佳运行等级获取模块，用于根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，将真实列车的速度控制算法、当前列车运行状态、模拟列车模型引入到运行等级调整算法中，高度仿真了当前实际列车的运行轨迹，从而提高了ATO系统运行等级调整算法的精度、实时性；同时，基于该方案只需要修改列车模型就可以满足不同的线路及列车对ATO运行等级调整的需求，从而具备可移植性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种列车自动运行等级实时调整的方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种列车自动运行等级实时调整的方法的示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种列车自动运行等级实时调整的系统的示意图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种列车自动运行等级实时调整的方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤11、根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间。

本发明实施例中，所述ATO(自动列车运行装置)的当前控车状态主要包括：所控制列车的当前速度、当前牵引制动状态、当前控制电流数值等；所控制列车的性能参数主要包括：所控制列车的牵引力速度曲线、牵引切除时间、制动切除时间等列车性能参数。

示例性的，ATO与其控制的列车(真实列车)之间连有速度脉冲接口，通过自主计算脉冲速度，来获取所控制列车的当前速度。

本发明实施例中，列车速度控制算法包括：根据上一周期的控制预期速度与本周期的实际速度以及当前的运行等级，修正当前的控制速度曲线，得到下一周期的控制与其速度；上述计算过程为一个闭环反馈的过程。

本发明实施例中，初始运行等级可以根据操作人员的经验来进行设置；然后，利用基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型进行模拟运行，并计算列车从当前位置达到终点的运行时间；其中，计算运行时间所用到的速度控制算法即为ATO控制列车时所采用的速度控制算法，同时，计算运行时间时还考虑实际的土建限速、土建坡度、临时限速等运营参数。

步骤12、将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较。

步骤13、根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO。

通常情况下，步骤12的比较结果存在一定的差异，需要进行迭代计算来获得最优结果(两个运行时间差值小于预定值)；即，根据比较结果提高或降低运行等级(运行等级与速度成正比)，直至对应运行等级下从列车当前位置达到终点的运行时间与预期运行时间的差值在预定范围内时，则认为此时的运行等级为最佳运行等级。

然后，将所述最佳运行等级传输给ATO，由所述ATO根据所述最佳运行等级及列车速度控制算法对所控制列车的速度进行控制。

需要强调的是，本发明实施例中真实列车与其对应的列车模型在进行相关运算时均所采用相同的算法，以提高本方案的精度；同时，在进行迭代计算时，除去运行等级外，其他参数均与步骤11中的参数相同。

另一方面，本发明实施例的方案在进行初次运算之前还需要进行初始化工作状态。即，初始化速度控制算法所需要的所有控制参数，参数包括限速、当前位置、当前速度、授权距离等。初始化过程就是要将这些参数转化为运行等级调整计算所需要的内部变量。

另外，运行等级计算时所用到的相关参数可以通过内存共享的方式从ATO中获取，同样，也可通过共存共享的方式将最佳运行等级传递给所述ATO。

同时，基于本发明的上述方案只需要修改列车模型就可以满足不同的线路及列车对ATO运行等级调整的需求，且该方案可以通过时间触发或者通过任务触发，做到了区间任一位置的实时计算。

为了进一步理解本发明，下面结合附图2对本发明做进一步的说明。

如图2所示，本发明实施例中，将上述方案分为两个进程：运行等级调整进程与ATO控车进程；这两个进程是一个闭环反馈的过程，最终结果是ATO系统的运行等级调整精度得到提高。

1、ATO控车进程。

ATO控车进程主要根据运行等级调整过程的结果来实现真实列车的速度控制，是一个闭环反馈的过程。

1)速度采集。ATO与真实列车有速度脉冲接口，通过自主计算脉冲数目，实时计算当前速度。

2)速度控制算法。根据上一周期的控制预期速度与本周期的实际速度以及当前的运行等级，修正当前的控制速度曲线，得到下一周期的控制与其速度；上述计算过程为一个闭环反馈的过程。

3)对外输出。即将速度控制算法的结果与真实列车当前速度进行比较后，输出牵引或制动命令，以控制控车的运行速度。

4)共享内存。运行等级调整进程与ATO控车进程是通过共享内存来传递数据；具体来说，ATO控车进程写入当前详细的控车状态，读取运行等级调整命令。

2、运行等级调整进程。

运行等级调整进程主要利用当前的控车状态、ATO控车进程使用的速度控制算法，完善的列车的动力学模型。考虑实际的土建限速、土建坡度、临时限速等运营参数，通过迭代计算列车当前位置到终点的运行时间，并通过与来源于地面调整系统的预期运行时间比较得到最优的运行等级参数。该计算进程可以通过时间触发或者通过任务触发，做到了区间任一位置的实时计算。

1)初始化工作状态。运行等级调整进程要初始化速度控制算法所需要的所有控制参数，这些都来源于共享内存。参数包括限速、当前位置、当前速度、授权距离等。初始化过程就是要将这些参数转化为运行等级调整计算所需要的内部变量。同时完成对列车模型的初始化工作。

2)速度采集、速度控制算法、对外输出。上述三者所涉及的相关算法与ATO控车进程相同，以确保结果的可靠性。

3)列车模拟算法。根据真实列车与ATO的接口信息流来设计运行等级调整进程与列车模型的接口信息流，同时，根据真实车辆的牵引制动模型及其他相关的性能参数设计列车模型。

本发明实施例通过将真实列车的速度控制算法、当前列车运行状态、模拟列车模型引入到运行等级调整算法中，高度仿真了当前实际列车的运行轨迹，从而提高了ATO系统运行等级调整算法的精度、实时性；同时，基于该方案只需要修改列车模型就可以满足不同的线路及列车对ATO运行等级调整的需求，从而具备可移植性。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种列车自动运行等级实时调整的系统的示意图。如图3所示，该系统主要包括：

运行时间计算模块31，用于根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；

比较模块32，用于将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；

迭代计算与最佳运行等级获取模块33，用于根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO。

进一步的，所述ATO的当前控车状态包括：所控制列车的当前速度、当前牵引制动状态、当前控制电流数值；

所控制列车的性能参数包括：所控制列车的牵引力速度曲线、牵引切除时间、制动切除时间。

进一步的，所述列车速度控制算法包括：根据上一周期的控制预期速度与本周期的实际速度以及当前的运行等级，修正当前的控制速度曲线。

进一步的，所述根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级包括：根据比较结果提高或降低运行等级，并根据提高或降低后的运行等级计算运行时间；当该运行时间与所述预期运行时间的比较结果在预定范围内时，则将该运行时间对应的运行等级作为最佳运行等级。

进一步的，将所述最佳运行等级传输至ATO之后包括：

由所述ATO根据所述最佳运行等级及列车速度控制算法对所控制列车的速度进行控制。

需要说明的是，上述系统中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种列车自动运行等级实时调整的方法，其特征在于，该方法包括：

根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；其中，所述列车速度控制算法包括：根据上一周期的控制预期速度与本周期的实际速度以及当前的运行等级，修正当前的控制速度曲线；

将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；

根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO；

其中：

所述ATO的当前控车状态包括：所控制列车的当前速度、当前牵引制动状态、当前控制电流数值；

所控制列车的性能参数包括：所控制列车的牵引力速度曲线、牵引切除时间、制动切除时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级包括：

根据比较结果提高或降低运行等级，并根据提高或降低后的运行等级计算运行时间；

当该运行时间与所述预期运行时间的比较结果在预定范围内时，则将该运行时间对应的运行等级作为最佳运行等级。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述最佳运行等级传输至ATO之后包括：

将由所述ATO根据所述最佳运行等级及列车速度控制算法对所控制列车的速度进行控制。

4.一种列车自动运行等级实时调整的系统，其特征在于，该系统包括：

运行时间计算模块，用于根据输入的初始运行等级、列车速度控制算法、自动列车运行装置ATO的当前控车状态，以及基于所述ATO所控制列车的性能参数构建的列车模型来计算列车从当前位置达到终点的运行时间；其中，所述列车速度控制算法包括：根据上一周期的控制预期速度与本周期的实际速度以及当前的运行等级，修正当前的控制速度曲线；

比较模块，用于将计算获得的运行时间与来源于地面调整系统的预期运行时间进行比较；

迭代计算与最佳运行等级获取模块，用于根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级，并将所述最佳运行等级传输至ATO；

其中：

所述ATO的当前控车状态包括：所控制列车的当前速度、当前牵引制动状态、当前控制电流数值；

所控制列车的性能参数包括：所控制列车的牵引力速度曲线、牵引切除时间、制动切除时间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据比较结果调整所述初始运行等级，并进行迭代计算，直至获得当前位置达到终点最佳运行等级包括：

根据比较结果提高或降低运行等级，并根据提高或降低后的运行等级计算运行时间；

当该运行时间与所述预期运行时间的比较结果在预定范围内时，则将该运行时间对应的运行等级作为最佳运行等级。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，将所述最佳运行等级传输至ATO之后包括：

由所述ATO根据所述最佳运行等级及列车速度控制算法对所控制列车的速度进行控制。