CN104773190B - 列车的牵引控制辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种列车的牵引控制辅助系统。包括：车载处理设备和人机交互终端；车载处理设备通过各种传感器、测速雷达测量并计算列车的实际运行状态,计算出列车牵引力，将由列车的实际运行状态和列车牵引力组成的列车牵引控制辅助信息发送给人机交互终端；人机交互终端将列车牵引控制辅助信息进行显示。本发明实施例能够实时自主获取列车运行状态信息，生成牵引控制辅助信息，并与预先存储的离线优化牵引控制方案进行比较，向司机给出其牵引控制操作的辅助信息，同时通过无线通信网络发送至地面中心。

Description

列车的牵引控制辅助系统

技术领域

本发明涉及列车运行控制技术领域，尤其涉及一种列车的牵引控制辅助系统。

背景技术

现代高速列车运行控制系统能够基于实时列车定位、无线通信传输实现列车运行间隔控制与超速防护，确保高速列车的运行安全，同时，自动控制、传感器、现代无线通信等技术的引入和应用极大促进了列车运行效率的提升，对于高速铁路运输能力、服务质量的优化具有重要意义。

在高速列车发挥其骨干运输作用的过程中，如何有效提升高速列车的节能水平是决定高速铁路环境友好性的关键因素之一，也是以节能减排这一可持续发展重大战略为导向、有力促进轨道交通系统智能化发展、实现绿色交通和综合交通运输体系的重要需求。牵引控制是决定高速列车运行特征实际状况的直接来源，牵引控制方案的计算与实施是高速列车能耗动态特征的决定性因素。

高速列车的牵引控制主要由高速列车的司机操纵实施完成，为了在列车时刻表给定的约束条件下尽可能减少高速列车的运行能耗，可以利用高速列车参数结合线路条件对列车在途运行能耗进行估计，并以降低能耗为目标计算优化的高速列车牵引控制方案。然而，司机在实际中并无法直接掌握实时、准确的高速列车牵引能耗状况以及当前状态与离线优化方案的偏差情况，只能根据经验实施控制与调整，无法确保列车在运行过程达到或趋近预定的能耗优化目标。

因此，开发一种高效率的基于节能的高速列车牵引控制辅助系统，使司机能够准确、深入地掌握相关信息并针对性调整牵引控制操作行为，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种列车的牵引控制辅助系统，以实现对列车进行有效的辅助牵引控制。

一种列车的牵引控制辅助系统，包括：车载处理设备和人机交互终端；

所述的车载处理设备，用于通过各种传感器、测速雷达测量并计算列车的实际运行状态，该实际运行状态包括里程s(t)和速度v(t)，根据所述列车的实际运行状态和所述列车的牵引特性计算出列车牵引力，将由所述列车的实际运行状态和列车牵引力组成的列车牵引控制辅助信息发送给所述人机交互终端；

所述的人机交互终端，用于接收所述车载处理设备发送的列车牵引控制辅助信息，将所述列车牵引控制辅助信息进行显示。

优选地，所述车载处理设备包括：车载计算单元、位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元和测速雷达；

所述的位置定位终端，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：列车的时间t_g、经度λ_g、纬度高程h_g、速度v_g、航向角ψ_g，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的惯性测量单元，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_i、加速度a_i、航向角速度ω_i，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的测速雷达，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_r、速度v_r，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的轮轴速度传感器，用于通过轮轴速度传感器接口单元按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_w、速度v_w，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的车载计算单元，用于通过信息输入通道接收所述位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元和测速雷达传输过来的原始测量数据，对所述原始测量数据进行预处理，并对原始测量数据的预处理结果的有效性进行诊断和判决，根据设定的决策原则和各通道数据的评估信息对所有通道的原始测量数据的预处理结果进行重新组合，得到列车的实际运行状态。

优选地，所述系统还包括：

地面中心设备，用于接收和处理车载处理设备发送过来的牵引控制辅助信息，将牵引控制辅助信息中的相关指标与预先存储的离线参考牵引控制方案进行比较评估，将比较评估结果反馈给人机交互终端；根据比较评估结果对离线参考牵引控制方案进行更新。

优选地，所述车载计算单元包括：信息输入通道、检测诊断模块和融合输出模块；

所述的信息输入通道，用于接收所述位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元、测速雷达四个通道传输过来的原始测量数据，将所述原始测量数据传输给检测诊断模块；

所述的检测诊断模块，用于将位置定位终端传输过来的列车的坐标位置信息经度λg、纬度高程hg转换至一维轨道坐标系，通过空间投影计算确定列车在一维轨道坐标系中的转换坐标位置(e_p，n_p)，根据所述转换坐标位置(e_p，n_p)查询数据库得到转换里程s_g；

设轮轴速度传感器接口单元的计数周期为T_w，轮轴速度传感器接口单元从t_w时刻到(t_w+T_w)时刻接收到来自轮轴速度传感器的脉冲计数为δ，车轮轮径为R、刻度系数为W、根据下述公式1和公式2计算出轮轴速度传感器对应的列车的速度v_w与里程s_w；

公式1

公式2

将惯性单元所输出的加速度a_i、角速度ω_i根据输出周期时间Ti进行积分运算，按照公式3、公式4计算出惯性单元对应的速度V_i、里程S_i。

V_i(t_i+T_i)＝V_i(t_i)+a_i·T_i 公式3

S_i(t_i+T_i)＝S_i(t_i)+V_i(t_i)·T_i+0.5a_i·T_i2 公式4

分别计算出位置定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达输出的速度和/里程与惯性单元输出的速度和/或里程之间的偏差量，分别将定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达对应的偏差量与设定门限值进行比较，根据比较结果将定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达通道的评估信息标记为故障状态或者正常状态；

将正常状态的定位终端、轮轴速度传感器和/或测速雷达通道，以及惯性单元输出的速度和里程数据进行重新组合构成测量向量，将所述测量向量、各个通道的原始测量数据和评估状态发送至融合输出模块；

所述的融合输出模块，用于基于所述检测诊断模块传输过来的测量向量、原始测量数据，利用定加速度载体运动模型和速度、里程测量模型，采用卡尔曼滤波方法计算出列车速度v(t)、里程s(t)，结合轨道地图数据推算出列车运行状态信息，该列车运行状态信息包括列车速度v(t)、里程s(t)、经度λ(t)、纬度高程h(t)、加速度a(t)、航向角ψ(t)、运行方向Δ(t)。

优选地，所述的融合输出模块，还用于提取列车运行速度估计值v，根据所述列车运行速度估计值v利用高速列车的牵引特性计算列车牵引力F(v)，根据所述F(v)计算出牵引控制的实际行程能耗指标J(s)：

其中，σ_F为列车牵引运行中的转换系数。

优选地，所述的融合输出模块，还用于将当前里程下的能耗指标J(s)与预先存储的离线优化控制方案的牵引能耗J_o(s)进行比较，计算出汽车的能耗偏差ΔJ(s)：

ΔJ(s)＝J(s)-J_o (s)

优选地，所述的融合输出模块，还用于计算出列车牵引控制的附加指标，该附加指标包括：平稳度、剩余行程时间、里程偏差率，其中：

平稳度C(s)由估计所得当前里程下的列车加速度a(s)按下述公式计算:

剩余行程时间D(s)由当前行程时间t(s)与时刻表预定的全程时间T_o按下述公式计算:

D(s)＝T_o-t(s)

里程偏差率l(s)由当前里程s、参考里程s_o、线路数据中存储的完整行程距离L_o按下述公式计算:

优选地，所述的融合输出模块，还用于根据所述列车运行状态信息对惯性测量单元输出的当前的速度V_i、里程S_i进行修正。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的基于节能的高速列车牵引控制辅助系统能够实时自主获取列车运行状态信息，计算列车实际牵引控制的能耗指标与附加指标，生成牵引控制辅助信息，并与预先存储的离线优化牵引控制方案进行比较，向司机给出其牵引控制操作的辅助信息，同时通过无线通信网络发送至地面中心。司机根据所接收的辅助信息能够自主确定并调整牵引控制操作策略，地面中心设备根据所接收信息可进一步升级作为参考的离线优化牵引控制方案。

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于节能的列车的牵引控制辅助装置的结构示意图，图中，车载处理设备1，人机交互终端2以及地面中心设备3；

图2为本发明实施例一提供的一种车载处理设备1的结构示意图，图中，车载计算单元4、位置定位终端5、无线通信单元6、组合天线单元7、轮轴速度传感器接口单元8、惯性测量单元9、测速雷达10；

图3为本发明实施例提供的一种车载计算单元的列车测速定位处理的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种地面中心设备的结构示意图，图中，无线通信网络设备11、列车牵引数据服务器12、操作管理终端13；

图5为本发明实施例提供的一种人机交互终端的曲线图示显示内容示意图。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供的一种基于节能的列车的牵引控制辅助装置的结构示意图如图1所示，包括：车载处理设备1，人机交互终端2以及地面中心设备3。

车载处理设备1，用于实时测量并估计高速列车的实际运行状态，该实际运行状态包括时间t、经度λ(t)、纬度高程h(t)、里程s(t)、速度v(t)、加速度a(t)、航向角ψ(t)、运行方向Δ(t)，完成列车牵引能耗指标及附加指标的评估分析，生成列车牵引控制辅助信息，该牵引控制辅助信息包括列车运行状态、能耗指标和附加指标的参考值、实际值及差值，将该辅助信息发送至人机交互终端2及地面中心设备3；

人机交互终端2，用于接收车载处理设备1发送的列车牵引控制的辅助信息，根据该辅助信息向司机给出图形显示与信息提示；

地面中心设备3，用于完成车载处理设备1发送的辅助信息的接收、处理、管理与离线优化方案升级等处理。利用所存储的高速列车参数和线路数据计算列车能耗等指标，评估相关指标与参考牵引控制方案的偏差，并将相关信息发送给人机交互终端，辅助司机牵引控制操作。

车载处理设备1安装在高速列车上，该实施例提供的一种车载处理设备1的结构示意图如图2所示，主要包括：车载计算单元4、位置定位终端5、无线通信单元6、组合天线单元7、轮轴速度传感器接口单元8、惯性测量单元9、测速雷达10。上述位置定位终端可以为GPS/北斗位置定位终端。

车载处理设备具备良好的高速列车测速定位功能。车载处理设备包括位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元、测速雷达四种数据采集装置，上述四种数据采集装置分别实时采集列车的测速定位相关的原始测量数据，其中：

位置定位终端按确定周期时间采集的原始测量数据包括：列车的时间t_g、经度λ_g、纬度高程h_g、速度v_g、航向角ψ_g；

轮轴速度传感器采集的原始测量数据包括：时间t_w、速度v_w；

惯性测量单元采集的原始测量数据包括：时间t_i、加速度a_i、航向角速度ω_i；

测速雷达采集的原始测量数据包括：时间t_r、速度v_r。

上述四种数据采集装置分别和车载计算单元电路连接，分别将采集的原始测量数据传输给车载计算单元。车载计算单元通过时间同步确定对准时标，采用坐标转换完成空间对准，利用分布/集中结构的融合计算逻辑确保完好性水平，准确估计列车运行状态，输出列车里程s、速度v、加速度a、方向γ(γ＝1为上行、γ＝2为下行)等信息。

车载计算单元的列车测速定位逻辑具备状态自主检测诊断能力。该实施例提供的一种车载计算单元的列车测速定位处理的原理示意图如图3所示，车载计算单元包括信息输入通道、检测诊断模块、融合输出模块三部分，其中，信息输入通道完成位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元、测速雷达四个通道的原始测量数据的提取。定位终端可以为GPS/北斗定位终端。

检测诊断模块对各个输入通道得到的原始测量数据进行预处理，并对原始测量数据的预处理结果的有效性进行诊断和判决，检测诊断模块的具体工作过程为：首先，对各个输入通道的原始测量数据分别进行预处理计算，该预处理计算包括惯性测量单元数据积分运算、GPS/北斗定位数据坐标变换、轮轴速度传感器数据推算、测速雷达刻度修正。

上述GPS/北斗定位数据坐标变换的处理过程如下：为了确保位置定位终端的可用水平，车载计算单元预先存储列车的基础数据库，该基础数据库包含列车所处行程的轨道线路数据(包括全程距离、坡度数据、曲率数据、区段限速信息、轨道关键点等)，利用轨道关键点集描述轨道线路特征，该轨道线路特征包括关键点编号、所属线路名、地理坐标位置、里程、方向、对象属性。

车载计算单元接收位置定位终端传输过来的列车的经度λg、纬度高程hg等坐标位置信息，将上述坐标位置信息转换至一维轨道坐标系，具体工作过程为：首先，利用坐标变换逻辑将上述经度λg、纬度高程hg等坐标位置信息转换为二维高斯平面坐标，该二维高斯平面坐标包括东向位置e_g、北向位置n_g。然后，利用最邻近投影决策原则、基于移动窗的历史投影数据，在轨道线路数据集中搜索并确定由相邻首尾关键点构成的候选投影区段。最后，通过空间投影计算确定列车在上述候选投影区段的一维轨道坐标系中的转换坐标位置(e_p，n_p)，根据该坐标位置查询得到数据库中对应的转换里程s_g。

在位置定位终端因信号遮挡、电磁干扰或硬件故障等因素导致输出中断的情况下，利用有效历史投影决策信息及候选投影区段反推当前位置、里程、速度、航向角信息，从而实现连续检测。

上述轮轴速度传感器数据推算的过程如下:

轮轴速度传感器接口单元与安装于高速列车轮对上的轮轴速度传感器相连接，采用与既有列车车载设备相独立的分路提取轮轴速度传感器传输过来的原始脉冲信号，通过车载计算单元提供的轮轴速度传感器对应的信息输入通道将该原始脉冲信号传输给车载计算单元中的检测诊断模块，检测诊断模块对上述原始脉冲信号进行预处理计算，该预处理计算的过程如下：

设轮轴速度传感器接口单元的计数周期为T_w，轮轴速度传感器接口单元从t_w时刻到(t_w+T_w)时刻接收到来自轮轴速度传感器的脉冲计数为δ，车轮轮径为R、刻度系数为W、根据下述的公式1和公式2计算出列车的速度v_w与里程s_w。

公式1

公式2

上述惯性测量单元的数据积分运算的过程如下:

将惯性单元所输出的加速度a_i、角速度ω_i根据输出周期时间Ti进行积分运算，按照公式3、公式4计算出速度V_i、里程S_i。

V_i(t_i+T_i)＝V_i(t_i)+a_i·T_i 公式3

S_i(t_i+T_i)＝S_i(t_i)+V_i(t_i)·T_i+0.5a_i·T_i2 公式4

然后，上述检测诊断模块以惯性测量单元的预处理计算结果为公共端，分别与其它三个通道数据的预处理计算结果进行局部聚合，构成三个独立的检测诊断节点。由于惯性单元计算输出频率高，且测量不需对外接收信息，自主性好，因此采用其输出作为公共端，与其它三个传感器进行实时检测，在偏离超过门限的情况下判断存在故障或异常。

每个检测诊断节点利用交叉检验方式对各通道的原始测量数据的预处理结果的有效性进行诊断和判决，即分别将GPS/北斗、测速雷达、轮轴速度传感器输出的速度、里程与惯性单元输出的速度、里程进行比较，分别计算出GPS/北斗、测速雷达、轮轴速度传感器输出的速度、里程与惯性单元输出的速度、里程之间的偏差量。在GPS/北斗对应的偏差量超过设定门限值时，将GPS/北斗的评估信息标记为故障状态。在测速雷达对应的偏差量超过设定门限值时，将测速雷达的评估信息标记为故障状态。在轮轴速度传感器对应的偏差量超过设定门限值时，将轮轴速度传感器的评估信息标记为故障状态。

最后，将各通道的原始测量数据的预处理结果和评估信息发送至诊断判决决策节点，诊断判决决策节点采用确定的原则进行决策，即仅利用当前未处于故障状态的传感器输出量进行计算，隔离所有标记为故障的传感器，最不利情况下，三个通道数据均标记为故障状态，则仅利用惯性测量单元信息进行计算。按照决策结果针对性地确定融合结构动态调整方案，将有效通道数据进行重新组合构成测量向量，该向量的维数取决于有效通道的数量，所得的调整方案、测量向量以及相关的原始测量数据将发送至融合输出模块。

融合输出模块利用上述检测诊断模块传输过来的测量数据，及自主调整的融合结构方案，利用定加速度载体运动模型假设列车纵向加速度在短时周期内取恒定值，对列车下一时刻的状态进行预测，且在速度、里程测量模型中利用经度、纬度、航向角等状态量通过二维投影分解建立测量值与状态量的非线性关联，进而采用卡尔曼滤波方法计算列车速度v(t)、里程s(t)的估计结果，结合轨道地图数据，推算经度λ(t)、纬度高程h(t)、加速度a(t)、航向角ψ(t)、运行方向Δ(t)等其它列车运行状态信息，并进行输出。

融合输出模块还将列车运行状态反馈至惯性测量单元的预处理计算逻辑，对惯性测量单元输出的当前的速度V_i、里程S_i实施修正。

该实施例提供的一种地面中心设备3的结构示意图如图4所示，主要包括：无线通信网络设备11、列车牵引数据服务器12、操作管理终端13。

组合天线单元安装于高速列车顶部，在组合天线单元结构中，内置卫星导航天线模块及无线通信天线模块，利用馈线线缆分别连接至位置定位终端及无线通信单元。位置定位终端通过组合天线单元中的卫星导航天线模块接收导航卫星信号用于解算，无线通信单元通过无线通信天线模块向地面中心发送列车状态信息与辅助信息。

本发明实施例具备牵引控制能耗评估功能。车载计算单元预先存储的基础数据库包含高速列车参数(包括列车车型、列车质量、牵引特性参数等)、轨道线路数据(包括全程距离、坡度数据、曲率数据、区段限速信息等)以及列车节能牵引控制的离线优化方案(包括时刻表、理想工况序列、牵引能耗、优化速度-距离曲线、参考加速度)。

车载计算单元中的融合输出模块利用基础数据库进行的牵引控制能耗评估过程包括：首先，车载计算单元通过TCMS(Train Control and Management System，列车控制和管理系统)总线获取司机的牵引控制命令，确定列车当前的牵引工况状态。在根据上述列车当前的牵引工况状态确认列车当前处于牵引操作的情况下，融合输出模块融合输出模块提取列车运行速度估计值v，利用高速列车的牵引特性计算列车牵引力F(v)。最后，预测牵引控制的实际行程能耗指标J(s)的计算公式如下：

公式5

其中，σ_F为列车牵引运行中的转换系数，同时，将当前里程下的能耗指标J(s)与所存储离线优化控制方案的牵引能耗J_o(s)进行匹配比较，确定汽车的能耗偏差的计算公式如下：

ΔJ(s)＝J(s)-J_o(s) 公式6

本发明实施例具备牵引控制附加指标评估功能。车载计算单元中的融合输出模块在计算牵引控制能耗指标的同时，并行计算高速列车牵引控制当前的附加指标，该附加指标包括：平稳度、剩余行程时间、里程偏差率，其中：

平稳度C(s)由估计所得当前里程下的列车加速度a(s)按下述公式5计算:

公式7

剩余行程时间D(s)由当前行程时间t(s)与时刻表预定的全程时间T_o按下述公式6计算:

D(s)＝T_o-t(s) 公式8

里程偏差率l(s)由当前里程s、参考里程s_o、线路数据中存储的完整行程距离L_o按下述公式6计算:

公式9

本发明实施例具备辅助信息显示功能，人机交互终端安装于司机驾驶室，实时接收车载处理单元发送的列车运行状态信息、目标参考信息以及指标评估信息，利用图形化界面向司机提供辅助信息显示，包括：曲线图示、辅助状态信息，其中，曲线图示显示内容如图5所示，主要包括：线路限速、参考速度-距离曲线、实际速度-距离曲线、实际能耗曲线，实际曲线的显示由平行于纵轴的“当前状态轴”模拟时间推进过程，随时间推进逐步向右移动并标识其状态前沿，指示牵引能耗与运行曲线偏差的关系。辅助状态信息显示内容包括：车次号、车型、时间、里程、速度、参考速度、加速度、参考加速度、操作状态、参考工况、牵引能耗、能耗偏差、平稳度、剩余行程时间、里程偏差率。能耗偏差值显示区域可根据其数值大小按照等级采用不同颜色向司机给出提示，包括绿色(偏差低于一级限值)、黄色(偏差超过一级限值，提示注意)、红色(偏差超过二级限值，提示警告)。司机根据终端显示信息的辅助自主做出响应和调整。

车载处理设备与地面中心设备通过无线通信网络实现信息传输，车载计算单元按照固定时间周期(可调，通常为列车测速定位融合估计计算周期的整数倍)向地面中心设备发送信息，包括列车实际运行状态、牵引控制评估指标，其中，列车实际运行状态包括：车次号、车型、时间、里程、速度、加速度；牵引控制评估指标包括：牵引能耗、能耗偏差、平稳度、剩余行程时间、里程偏差率。无线信息传输功能在覆盖无线传输网络的区域内有效。

综上所述，本发明实施例的基于节能的高速列车牵引控制辅助系统能够实时自主获取列车运行状态信息，计算列车实际牵引控制的能耗指标与附加指标，生成牵引控制辅助信息，并与预先存储的离线优化牵引控制方案进行比较，向司机给出其牵引控制操作的辅助信息，同时通过无线通信网络发送至地面中心。司机根据所接收的辅助信息能够自主确定并调整牵引控制操作策略，地面中心设备根据所接收信息可进一步升级作为参考的离线优化牵引控制方案。

本发明能够在高速列车在途运行中实时评估司机实际牵引控制操作的能耗指标及附加指标，拓展司机对牵引操作效能的认知范围，进一步提升高速列车牵引控制的节能水平和运输效率。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种列车的牵引控制辅助系统，其特征在于，包括：车载处理设备和人机交互终端；

所述的车载处理设备，用于通过各种传感器、测速雷达测量并计算列车的实际运行状态，该实际运行状态包括里程s(t)和速度v(t)，根据所述列车的实际运行状态和所述列车的牵引特性计算出列车牵引力，将由所述列车的实际运行状态和列车牵引力组成的列车牵引控制辅助信息发送给所述人机交互终端；

所述的人机交互终端，用于接收所述车载处理设备发送的列车牵引控制辅助信息，将所述列车牵引控制辅助信息进行显示；

所述车载处理设备包括：车载计算单元、位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元和测速雷达；

所述的位置定位终端，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：列车的时间t_g、经度λ_g、纬度高程h_g、速度v_g及航向角ψ_g，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的惯性测量单元，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_i、加速度a_i、航向角速度ω_i，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的测速雷达，用于按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_r、速度v_r，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的轮轴速度传感器，用于通过轮轴速度传感器接口单元按照设定的周期时间采集列车的原始测量数据，该原始测量数据包括：时间t_w、速度v_w，将采集的原始测量数据传输给所述的车载计算单元；

所述的车载计算单元，用于通过信息输入通道接收所述位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元和测速雷达传输过来的原始测量数据，对所述原始测量数据进行预处理，并对原始测量数据的预处理结果的有效性进行诊断和判决，根据设定的决策原则和各通道数据的评估信息对所有通道的原始测量数据的预处理结果进行重新组合，得到列车的实际运行状态；

所述车载计算单元包括：信息输入通道、检测诊断模块和融合输出模块；

所述的信息输入通道，用于接收所述位置定位终端、轮轴速度传感器接口单元、惯性测量单元、测速雷达四个通道传输过来的原始测量数据，将所述原始测量数据传输给检测诊断模块；

所述的检测诊断模块，用于将位置定位终端传输过来的列车的坐标位置信息经度λg、纬度及高程hg转换至一维轨道坐标系，通过空间投影计算确定列车在一维轨道坐标系中的转换坐标位置(e_p，n_p)，根据所述转换坐标位置(e_p，n_p)查询数据库得到转换里程s_g；

设轮轴速度传感器接口单元的计数周期为T_w，轮轴速度传感器接口单元从t_w时刻到(t_w+T_w)时刻接收到来自轮轴速度传感器的脉冲计数为δ，车轮轮径为R、刻度系数为W、根据下述公式1和公式2计算出轮轴速度传感器对应的列车的速度v_w与里程s_w；

将惯性单元所输出的加速度a_i、角速度ω_i根据输出周期时间Ti进行积分运算，按照公式3、公式4计算出惯性单元对应的速度V_i、里程S_i；

V_i(t_i+T_i)＝V_i(t_i)+a_i·T_i 公式3

S_i(t_i+T_i)＝S_i(t_i)+V_i(t_i)·T_i+0.5a_i·T_i ² 公式4

分别计算出位置定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达输出的速度和/或里程与惯性单元输出的速度和/或里程之间的偏差量，分别将定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达对应的偏差量与设定门限值进行比较，根据比较结果将定位终端、轮轴速度传感器和测速雷达通道的评估信息标记为故障状态或者正常状态；

将正常状态的定位终端、轮轴速度传感器和/或测速雷达通道，以及惯性单元输出的速度和里程数据进行重新组合构成测量向量，将所述测量向量、各个通道的原始测量数据和评估状态发送至融合输出模块；

所述的融合输出模块，用于基于所述检测诊断模块传输过来的测量向量、原始测量数据，利用定加速度载体运动模型和速度、里程测量模型，采用卡尔曼滤波方法计算出列车速度v(t)、里程s(t)，结合轨道地图数据推算出列车运行状态信息，该列车运行状态信息包括列车速度v(t)、里程s(t)、经度λ(t)、纬度高程h(t)、加速度a(t)、航向角ψ(t)及运行方向Δ(t)；

所述的融合输出模块，还用于提取列车运行速度估计值v，根据所述列车运行速度估计值v利用高速列车的牵引特性计算列车牵引力F(v)，根据所述F(v)计算出牵引控制的实际行程能耗指标J(s)：

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其中，σ_F为列车牵引运行中的转换系数；

所述的融合输出模块，还用于将当前里程下的能耗指标J(s)与预先存储的离线优化控制方案的牵引能耗J_o(s)进行比较，计算出列车的能耗偏差ΔJ(s)：

ΔJ(s)＝J(s)-J_o(s)；

计算出列车牵引控制的附加指标，该附加指标包括：平稳度、剩余行程时间、里程偏差率，其中：

平稳度C(s)由估计所得当前里程下的列车加速度a(s)按下述公式计算:

<mrow> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>|</mo> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>

剩余行程时间D(s)由当前行程时间t(s)与时刻表预定的全程时间T_o按下述公式计算:

D(s)＝T_o-t(s)

里程偏差率l(s)由当前里程s、参考里程s_o、线路数据中存储的完整行程距离L_o按下述公式计算:

<mrow> <mi>l</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>S</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>S</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

2.根据权利要求1所述的列车的牵引控制辅助系统，其特征在于，所述系统还包括：

地面中心设备，用于接收和处理车载处理设备发送过来的牵引控制辅助信息，将牵引控制辅助信息中的相关指标与预先存储的离线参考牵引控制方案进行比较评估，将比较评估结果反馈给人机交互终端；根据比较评估结果对离线参考牵引控制方案进行更新。

3.根据权利要求1所述的列车的牵引控制辅助系统，其特征在于：

所述的融合输出模块，还用于根据所述列车运行状态信息对惯性测量单元输出的当前的速度V_i、里程S_i进行修正。