CN105607598A - 一种列车辅助驾驶系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车辅助驾驶系统及其方法，列车辅助驾驶系统在功能位置上处于控制中心与列车司机之间，包括：数据采集与处理模块，用于在列车按照预定的运行曲线持续向前运动期间，实时采集列车运行的动态数据，并通过移动数据通信接口将动态数据反馈至控制中心；控制中心，对动态信息和预先存储的静态数据库进行分析和比较，识别出列车的当前运行状态与预期运行状态之间的偏差，对列车站间运行曲线进行优化计算，根据优化后的列车站间运行曲线生成作为决策的列车驾驶建议，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口发送至车载设备；人机交互界面，用于通过列车司机辅助信息人机交互接口获取并显示列车驾驶建议以及静态数据库中的信息。本发明的辅助驾驶通过优化反馈至列车司机的驾驶建议，改善了列车司机根据驾驶建议的操作性。

Description

一种列车辅助驾驶系统及其方法

技术领域

本发明涉及列车辅助驾驶技术，具体涉及一种列车辅助驾驶系统及其方法。

背景技术

针对我国的幅员辽阔和人口多的国情，铁路交通系统作为一种单位运输成本较低的运输方式，无疑是旅客和货物运输的主要方式之一。以旅客运输为例，铁路交通系统的运营指标包括安全、准点、旅客舒适度和运营能耗等，这些指标不仅用于衡量其运营质量，也影响着铁路行业的服务质量和运营成本及乘客满意度。

而铁路交通系统中的线路条件、运行条件和机车条件甚至天气条件等都十分复杂多变，在事先编排运行图和确定列车站间运行时间及驾驶策略时，不可能完全考虑到全部的情况。铁路交通系统的多以信号机闭塞方式(半自动闭塞、自动闭塞)作为主要的列车控制手段。列车司机作为列车运行过程中的控制主体，在按照控制中心下发的信号和指令完成列车的驾驶工作的过程中，也会根据实际的运行条件和自身的驾驶经验在运行过程中对列车的驾驶策略和运行行为做出部分的调整；具体地：

列车司机通过得到信号机信息来判断前方区间的占用情况，进而决定列车是否可以以当前速度进入下一区间。然而，仅有信号机信息是远远不够的，列车司机对列车运行实时信息与状态的掌握不足很容易造成对列车运行条件的误判，导致采取不够合适甚至危险的驾驶操纵，更有可能带来诸如车厢脱钩、脱轨等更加严重的后果。

DAS(DriverAdvisorySystem，列车辅助驾驶系统)是在有效获取列车实时状态以及高效率实时优化方法的基础上，以向列车司机提供目标速度和相关驾驶建议为主要手段，旨在提高干线铁路系统运营效率及顾客满意度的列车运行辅助系统。它与现有列车运行控制系统最大的区别在于：不直接对列车施加控制，而是采取向司机提供驾驶建议与提示的方式，依然经由列车司机来进行决断与操纵，具有更加安全、灵活和人性化的特点。传统的DAS多仅以目标速度为提示信息，这并不能满足列车司机的实际需求。

干线铁路中，列车司机可采取的驾驶方式包括三种：施加牵引、施加制动和空档。其中施加牵引和施加制动两种驾驶方式又可根据机车车型不同而分为若干个牵引/制动档位，对应不同的牵引力/制动力输出。在列车运行过程中，列车司机对列车的控制是通过操纵杆直接实现的。因此，以操纵杆档位为形式的驾驶建议具有更加直观和易操作的优点；同时，由于DAS系统最终的目标是使得列车司机更好地按照预定曲线驾驶列车，因此，加入了目标速度提示的驾驶建议能使得列车司机更直观地观察其所采取的操纵的跟踪效果。本发明通过目标速度与推荐驾驶档位相结合的提示方式，更加明了易懂、方便列车司机跟踪。

车载移动终端作为司机与列车、司机与控制中心进行交互的MMI(Man-MachineInterface，人机交互界面)，在列车辅助驾驶系统中有着十分重要的角色。随着电子技术的发展，以平板电脑和智能手机为代表的智能移动设备的性能与功能也迅速提升，其功能也从基本的通话、短信功能逐渐发展为具备通信、定位、个人助理等的综合功能，处理器速度与内存容量也是随之跟进。目前的移动设备多已经集成GPS模块，一些高端设备甚至集成了陀螺仪、惯性加速度计等模块，其所具有的定位、测速、显示、触摸屏、声光振动等功能已经十分强大，足以满足列车辅助驾驶系统的需求。相比于集成于机车车载设备的方式，通过加装移动终端实现辅助驾驶具有改造成本较低，易于安装和维护的特点。

列车辅助驾驶系统是集定位技术、无线通信技术和人机交互技术等多技术的融合系统，在实时获取列车状态信息的基础上，优化和扩展列车司机所能获取到的列车实时运行信息，并经由控制中心计算，通过车载人机交互界面向司机发出相应的建议操纵方式提醒，以使得列车司机的驾驶行为满足列车运营的相关需求。其系统实现所采用的方法包括线路、列车等静态数据的导入、列车的位置和速度信息的获取、根据列车当前位置速度计算当前偏差和下一步应采取的驾驶操作及操纵档位、偏差出现后在线更新目标速度、建议曲线和操纵档位，记录列车运行数据至外部存储等。

目前列车辅助驾驶系统在列车上的集成方式有两种，一种是集成与列车现有司机控制台中，另一种则是附加的移动设备。就功能性而言，前者的集成程度和可靠性更优，但改造和升级成本更高，而且使用难度也更大。后者则具有成本较低、应用灵活、便于升级等优点，因此目前的列车辅助驾驶系统实现方案以车载设备为主体单元，即将采集、计算、存储、提示等各项功能全部集成与车载设备之中。但是目前的实现方案一方面加重了车载设备的计算和存储压力，对车载设备的性能提出了更高的要求，间接地提高了安装和维护成本；另一方面由于缺乏与上一级控制中心的通信交流，导致控制中心与列车之间存在信息隔离，不利于全路网的实时整体优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种列车辅助驾驶系统及其方法，旨在优化列车司机获取的列车实时运行信息。

本发明采用的技术方案具体为：

一种列车辅助驾驶系统，在功能位置上处于控制中心与列车司机之间，包括：

数据采集与处理模块，用于在列车按照预定的运行曲线持续向前运动期间，实时采集列车运行的动态数据，并通过移动数据通信接口将动态数据反馈至控制中心；

控制中心，对动态信息和预先存储的静态数据库进行分析和比较，识别出列车的当前运行状态与预期运行状态之间的偏差，对列车站间运行曲线进行优化计算，根据优化后的列车站间运行曲线生成作为决策的列车驾驶建议，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口发送至车载设备；

人机交互界面，用于通过列车司机辅助信息人机交互接口获取并显示列车驾驶建议以及静态数据库中的信息。

在上述列车辅助驾驶系统中，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口以“目标速度+建议操纵杆档位+切换距离/时间倒计时+建议操纵的持续距离/时间”的整合形式发送至车载设备。

在上述列车辅助驾驶系统中，车载设备还经由存储介质读写接口将列车运行中的实时数据记录至外部存储设备，记录的数据可通过离线调出。

在上述列车辅助驾驶系统中，所述人机交互界面包括：

主功能界面，用于完成列车及其运行基本信息的输入，相关线路信息的预导入，以及发车确认；

运行曲线显示界面，用于显示列车的建议运行曲线以及根据采集的当前数据得到的实际运行曲线，以及辅助信息的提示；

运行显示界面，用于向司机提示当前速度、当前限速和建议速度；以及向列车司机提示辅助信息；

数据记录界面，用于将数据采集与处理模块采集和记录到的数据进行存储与导出，作为优化运行曲线的调整依据。

一种列车辅助驾驶方法，控制中心对预先存储的静态数据和根据数据采集与处理模块采集的列车运行的动态数据进行比较，识别出列车的当前运行状态与预期运行状态之间的偏差，根据不同的偏差类型对列车站间运行曲线进行优化计算，并根据优化后的列车站间运行曲线生成列车驾驶建议反馈至列车司机。

在上述列车辅助驾驶方法中，根据列车站间节能运行的加速-巡航-惰行-制动的工况切换序列，将列车在运行过程中出现的偏差类型分为过早巡航、过晚巡航、过早惰行、过晚惰行、过早制动和过晚制动，结合区间线路信息和当前运行速度，根据偏差类型决定列车下一阶段的运行偏差补偿策略。

在上述列车辅助驾驶方法中，“根据偏差类型决定列车下一阶段的运行偏差补偿策略”具体为：

1)当列车过早切换至巡航，即偏差类型为过早巡航时，采取的优化策略为：

将原有的巡航-惰行切换点后移，通过增加牵引来进行额外的加速或者巡航过程；

2)当列车过晚切换至巡航，即偏差类型为过晚巡航时，采取的优化策略为：

将原有的巡航-惰行切换点前移，进行额外的惰行过程；以及通过增加制动来进行额外的制动过程；

3)当列车过早切换至惰行，即偏差类型为过早惰行时，采取的优化策略为：

将原有的惰行-制动切换点后移，通过增加牵引进行额外的加速或巡航过程；

4)当列车过晚切换至惰行，即偏差类型为过晚惰行时，采取的优化策略为：

将原有的惰行-制动切换点前移，进行额外的制动过程；

5)当列车过早切换至制动，即偏差类型为过早制动时，采取的优化策略为：

增加空档进行额外的惰行过程，以及通过减小当前的制动力等级和制动力输出来延长制动阶段持续的时间与距离；

6)当列车过晚切换至制动，即偏差类型为过晚制动时，列车触发紧急制动。

本发明产生的有益效果是：。

本发明的列车辅助驾驶系统是在有效的双向实时通信基础上，车载设备可将采集到的信息实时发送至上一级控制中心供实时优化计算使用，上一级别控制中心则将优化后的目标速度、优化后的操纵建议发送至车载设备。同时在人机交互界面通过简明易懂的列车操纵建议和方便易用的平板电脑触摸屏输入方式，建立起列车司机与车载设备之间的良好互动桥梁。基于在上一级控制中心与车载设备之间以及车载设备与列车司机之间便建立起的良好的信息流动与沟通渠道，本发明的列车辅助驾驶系统可以更有效地优化列车司机的操纵行为。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种列车辅助驾驶系统的结构示意图；

图2为本发明一种列车辅助驾驶方法的流程示意图；

图3为本发明一种列车辅助驾驶方法的偏差补偿策略切换示意图；

图4为本发明一种列车辅助驾驶系统的优化策略图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

为了克服现有的列车运行控制系统在司机掌握列车实时运行信息方面存在的不足，提高列车司机操纵列车的效率，本发明的列车辅助驾驶系统在列车运行过程中以一定的时间间隔不断采集列车当前运行状态信息，在将信息提供给列车司机供其决策参考的同时，与控制中心进行实时通信，经过算法的优化计算，将该信息转化为优化操纵策略的相关建议重新发回给车载设备供列车司机跟随，以更好地满足列车运行过程中的安全与节能要求。

如图1所示的列车辅助驾驶系统在功能位置上处于控制中心与列车司机之间，在原有系统中的机车信号信息的基础上，增加了更多的运行信息显示与提示。同时加入了反馈机制，通过列车实时运行信息的采集与比较来确定优化后的站间运行曲线，并生成对应的列车驾驶建议信息输出给列车司机，以达到列车运行实时优化操纵的目标。

系统的工作过程为：

列车按照预定的运行曲线持续向前运动，车载设备中的GPS数据采集与处理模块进行采集工作，并通过移动数据通信接口将反映列车实时状态的动态信息以一定的时间间隔不断地反馈至控制中心；

控制中心根据静态数据库和动态信息进行分析和比较，识别出列车当前运行与预期运行之间的偏差，对列车站间运行曲线进行优化计算，根据优化后的列车站间运行曲线生成作为决策的列车驾驶建议，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口以“目标速度+建议操纵杆档位+切换距离/时间倒计时+建议操纵的持续距离/时间”的整合形式发送至车载设备；

车载设备通过列车司机辅助信息人机交互接口，通过人机交互界面(MMI)的显示和提示功能将列车的静态数据库中的相关信息以及整合形式的列车驾驶建议得以显示。

车载设备经由存储介质读写接口将列车运行中的实时数据(时刻、位置、速度、司机操纵档位等信息)记录至外部存储设备(如SD卡)，供日后分析和司机培训等使用。每一次记录点为格式为(序号+时间戳+位置+速度+操纵档位+其他状态信息)在内的一行数据。

MMI的显示内容包括：

a)主功能界面：

完成包括当前日期/时间、车次号、司机号、列车车型/车次等在内的基本信息的输入，以及相关线路信息的预导入，以及由列车司机进行的发车确认；

b)运行曲线显示界面：

以距离-速度图的形式展示列车的预定运行曲线，即建议运行曲线，以及显示根据当前采集的信息得到的实际运行曲线；

以及进行列车司机辅助信息的提示，包括：以文字形式显示列车当前运行的站间信息；以公里标尺的形式动态反映当前列车运行的站间、运行位置和预计到达时间等信息；

c)运行显示界面：

以速度表的形式向司机提示当前速度、当前限速及建议速度(即目标速度)；

以及进行列车司机辅助信息的提示，包括：以文字的形式显示当前工况以及下一工况的预提示，同时进行下一工况切换距离/倒计时的语音振动提示；以操纵手柄档位形式显示当前操纵手柄档位和建议手柄档位的提示信息；

d)数据记录界面：

将GPS数据采集与处理模块所采集和记录到的数据进行存储与导出，作为优化运行曲线的调整依据；

其中：GPS数据采集与处理模块采集到的数据包括：

列车实时位置速度、列车当前司机牵引/制动手柄档位信息，该部分信息实时传输回控制中心用于优化运行曲线和驾驶操纵建议；以及

其他列车相关状态信息(如轴温、风阻、空压机状态、受电弓状态等)仅记录不进行实时传输，在运行结束后可离线导出，作为司机驾驶技能考评、问题多发区段的检测与规避、车辆运行状态等后续分析时的参考依据。考虑到通信能力的限制，有效减少了通信信道的需求与压力。

上述过程将一直循环，直至列车到站完成运行任务。

“控制中心根据静态数据库和动态信息进行分析和比较，识别出列车当前运行与预期运行之间的偏差，对列车站间运行曲线进行优化计算”的优化策略具体如图2所示：

针对典型的列车站间节能运行方式(加速-巡航-惰行-制动的工况切换序列)，将列车在运行过程中可能出现的偏差分为过早巡航、过晚巡航、过早惰行、过晚惰行、过早制动和过晚制动六种类型，根据区间线路信息和当前运行速度等的不同情况，根据偏差类型决定列车下一阶段的运行偏差补偿策略，各类型的偏差将对应不同的优化补偿方法。如图3所示，设切换点①为加速与巡航之间的切换点，切换点②为巡航与惰行之间的切换点，切换点③为惰行与制动之间的切换点，各类型的偏差将对应上述三个切换点进行不同的优化补偿，具体地：

a)过早巡航：当列车过早切换至巡航时，将导致列车的实际巡航速度低于列车的预定巡航速度。为保证站间运行时间不变，采取的优化策略一具体为：

在当前运行阶段末以及在下一运行阶段初，增加一部分牵引，进行额外的加速或者巡航过程，即：

将原有的巡航-惰行切换点(切换点②)后移，延长巡航阶段(在不超过区间限速的前提下)；

b)过晚巡航：当列车过晚切换至巡航时，将导致列车的实际巡航速度高于列车的预定巡航速度。为保证站间运行时间不变，采取的优化策略二具体为：

在当前运行阶段末提前切换至空档，进行额外的惰行过程；以及

在此运行阶段末以及下一运行阶段初增加一部分制动，进行额外的制动过程；即：

将原有的巡航-惰行切换点(切换点②)前移，提前进入惰行阶段(在不超过区间限速的前提下)；

c)过早惰行：当列车过早切换至惰行时，将导致列车的实际惰行初速度低于列车的预定惰行初速度。为保证站间运行时间不变，采取的优化策略三具体为：

在当前运行阶段末以及下一运行阶段初增加一部分牵引，进行额外的加速或巡航过程；即：

将原有的惰行-制动切换点(切换点③)后移，延长惰行阶段(在不超过区间限速的前提下)；

d)过晚惰行：当列车过晚切换至惰行时，将导致列车的实际惰行初速度高于列车的预定惰行初速度。为保证站间运行时间不变，采取的优化策略四具体为：

在当前运行阶段末提前切换至制动工况，进行额外的制动过程；即：

将原有的惰行-制动切换点(切换点③)前移，提前进入制动阶段(在不超过区间限速的前提下)。

e)过早制动：当列车过早切换至制动时，将导致列车的实际停车时间早于列车的预定停车时间，也可能导致停车位置的偏差。为保证站间运行时间不变，采取的优化策略五具体为：

在当前运行阶段末增加一部分空档，进行额外的惰行过程；即：

减小当前的制动力等级和制动力输出，延长制动阶段持续的时间与距离。

f)过晚制动：当列车过晚切换至制动时，将导致列车触发紧急制动。这种情况在列车运行过程中是应避免且极少出现的情况，该种情况在本发明中暂不予考虑。

针对上述a～f运行曲线偏差及其各自对应的补偿策略，生成驾驶建议(即转化为列车司机辅助信息)的过程如下：

a)过早巡航：

该情况下需增加于当前运行阶段末以及下一运行阶段初的牵引。牵引由控制中心根据线路信息及当前列车信息等的综合进行优化选择；目标速度直接决定下一工况是加速或巡航，由控制中心根据运行时间约束给定，并给出相应的持续时间或距离。若进行加速过程，则对应的驾驶建议为高牵引档位，对应高牵引力输出；若进行巡航过程，则对应的驾驶建议为低牵引档位，对应低牵引力输出；具体地：

控制中心根据车载设备采集并发回的实际切换点①(牵引-巡航切换点)位置S₁’与预设切换点①的位置S₁之间的距离差的绝对值(此情况下S₁’<S₁)，以及实际巡航速度V₁’与预设巡航速度V₁之间的速度差的绝对值(此情况下V₁’<V₁)，来计算新的切换点②的位置S₂’,并向车载设备发送新切换点②的位置坐标S₂’(此情况下S₂’>S₂)，以及给出相应的操纵档位建议。

此时的列车司机辅助信息为：牵引档位值+牵引目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+牵引持续距离/时间倒计时。

b)过晚巡航：

在当前运行阶段末需提前切换至空档进行惰行。列车当前距离新切换点的距离或时间将由控制中心根据静态信息和列车当前状态信息进行实时计算，并附加相应的倒计时或距离提醒；

此时的列车司机辅助信息为：空档位+惰行目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+空档持续距离/时间倒计时。

在下一运行阶段初增加一部分制动。列车运行过程中，一般除进站和紧急制动外不采用最大制动，施加制动的持续距离与制动目标速度、制动过程所需制动力和对应的制动档位均由控制中心根据偏差程度进行计算；具体地：

控制中心根据车载设备采集并发回的实际切换点①(牵引-巡航切换点)位置S₁’与预设切换点①的位置S₁之间的距离差的绝对值(此情况下S₁’>S₁)，以及实际巡航速度V₁’与预设巡航速度V₁之间的速度差的绝对值(此情况下V₁’>V₁)，来计算新的切换点②的位置S₂’。计算之后，向车载设备发送新切换点②的位置坐标S₂’(此情况下S₂’<S₂)，以及给出相应的操纵档位建议。

此时的列车司机辅助信息为：制动档位值+制动目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+制动持续距离/时间倒计时。

c)过早惰行：

此情况下增加于当前运行阶段末以及下一运行阶段初的牵引由控制中心根据线路信息及当前列车信息等的综合进行优化选择；目标速度直接决定下一工况是加速或巡航，由控制中心根据运行时间约束给定，并给出相应的持续时间或距离。若进行加速过程，则对应的驾驶建议为高牵引档位，对应高牵引力输出；若进行巡航过程，则对应的驾驶建议为低牵引档位，对应低牵引力输出；具体地：

控制中心根据车载设备采集并发回的实际切换点②(巡航-惰行切换点)位置S₂’与预设切换点②的位置S₂之间的距离差的绝对值(此情况下S₂’<S₂)，同时向前计算实际惰行末速度V₂’与预设惰行末速度V₂之间的速度差的绝对值(此情况下V₂’<V₂)，进而计算新的切换点③的位置S₃’。计算之后，向车载设备发送新切换点③的位置坐标S₃’(此情况下S₃’>S₃)，以及给出相应的操纵档位建议。

此时的列车司机辅助信息为：牵引档位值+牵引目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+牵引持续距离/时间倒计时。

d)过晚惰行：

在当前运行阶段末需提前切换至制动工况。列车当前距离新切换点的距离或时间将由控制中心根据静态信息和列车当前状态信息进行实时计算，并附加相应的倒计时或距离提醒；列车运行过程中，一般除进站和紧急制动外不采用最大制动，施加制动的持续距离与制动目标速度、制动过程所需制动力和对应的制动档位均由控制中心根据偏差程度进行计算；具体地：

控制中心根据车载设备采集并发回的实际切换点②(巡航-惰行切换点)位置S₂’与预设切换点②的位置S₂之间的距离差的绝对值(此情况下S₂’>S₂)，同时向前计算实际惰行末速度V₂’与预设惰行末速度V₂之间的速度差的绝对值(此情况下V₂’>V₂)，进而计算新的切换点③的位置S₃’。计算之后，向车载设备发送新切换点③的位置坐标S₃’(此情况下S₃’<S₃)，以及给出相应的操纵档位建议。

此时的列车司机辅助信息为：制动档位值+制动目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+制动持续距离/时间倒计时。

e)过早制动：

在当前运行阶段末增加一部分牵引，控制中心根据线路信息及当前列车信息计算出运行时间约束下的目标速度及对应的牵引力和持续距离/时间；

此时的列车司机辅助信息为：牵引档位值+牵引目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+牵引持续距离/时间倒计时。

还需要在当前运行阶段末增加一部分空档，进行额外的惰行过程。列车当前距离新切换点的距离或时间将由控制中心根据静态信息和列车当前状态信息进行实时计算，并附加相应的倒计时或距离提醒；具体地：

控制中心根据车载设备采集并发回的实际切换点③(惰行-制动切换点)位置S₃’与预设切换点③的位置S₃之间的距离差的绝对值(此情况下S₃’<S₃)，同时向前计算实际停车位置S₄’与预设停车位置S₄之间的距离差的绝对值(此情况下S₄’<S₄)，进而计算可以保证符合预设停车位置的新的制动档位。计算之后，向车载设备发送新的制动档位及相应的操纵档位建议。

此时的列车司机辅助信息为：空档位+惰行目标速度+距新切换点距离/时间倒计时+空档持续距离/时间倒计时。

f)过晚制动：

该情况下列车将采取紧急制动，在ATP系统的控制下自动跟随列车紧急制动曲线，在紧急制动状态解除前列车司机将不能采取其他的操纵措施。

此时的列车司机辅助信息显示为：紧急制动状态，并可伴有声光报警信息。

控制中心将各个优化策略下对应的列车司机辅助信息通过移动数据通信接口传递至车载设备，车载设备进一步通过列车司机辅助信息人机交互接口通过人机交互界面(MMI)传达给列车司机，从而实现列车辅助驾驶功能。

可以看出，在实时获取列车运行状态的基础上，针对列车运行过程中出现的与预定运行图之间的偏差类型与程度，通过算法对列车下一阶段的运行进行实时计算与优化，并生成相应的目标速度与操纵杆档位建议，与设定的相应的切换倒计时或切换点距离结合，形成列车司机驾驶建议的信息格式，经由通信系统发送至车载终端供列车司机跟踪；即：

采用“推荐操纵档位+目标速度+切换目标点距离/时间倒计时+推荐操纵档位持续距离/时间倒计时”列车驾驶建议形式，便于列车司机理解与跟踪；

采用智能移动设备(如通用型Android系统平板电脑)作为车载的人机交互接口，通过各功能模块的配合实现显示与功能界面，完成包括向控制中心反馈实时信息、向列车司机展示相关信息与提醒内容、记录司机驾驶行为和列车运行数据等在内的系统功能。

以列车某一站间运行为例，当列车出现的是图2中的优化策略三(过早惰行情形)时，基于实际数据进行的计算机模拟如图4所示：

在坡度信息、机车牵引制动特性信息参数、列车空气阻力方程参数和站间运行时间(由时刻表规定)已知的条件下，通过算法生成列车的预定(推荐)运行曲线。在检测到偏差产生的情况下，由控制中心的算法生成相应的优化策略。

曲线①为预定(推荐)的运行曲线(工况序列为：牵引—惰行—制动)。过早惰行出现的具体情况为：预设在346m处切换的惰行工况提前在290m处出现；

曲线③为限速信息，曲线④为坡度信息；

在过早惰行这一类型的偏差出现的情况下，由控制中心计算的相应的优化后的运行曲线为曲线②，在此情形下，控制中心采取的优化策略为在下一个区间内增加一部分施加牵引工况，从而在保证列车站间运行时间不变的情况下，继续实现运行能耗接近全局最优的目标。

此过程中所对应的列车行为为：在460m处增加最大牵引，直至505m重新切换至惰行，460m～505m区段相应的列车司机辅助信息为：牵引档位4+目标速度76km/h+距460m处的距离/时间倒计时+剩余牵引持续距离/时间倒计时；经过505m之后区段的列车司机辅助信息为：

空档+目标速度67km/h+距下一切换点距离/时间倒计时+剩余惰行持续距离/时间倒计时。

本发明通过切换点的移动来优化策略，具体增加的牵引、制动或者空档等是参照前一个切换点的位置偏差△S与推荐驾驶区间的速度偏差△V而得出。

上述实施方式仅展示了一次的优化过程，在列车的整个运行过程中可存在多次这样的优化过程，而优化进行的次数和相应的优化策略则由列车实际运行状态与预设运行状态出现偏差的次数与实际情况所决定。优化调整后的运行曲线转换为列车司机辅助信息后，由司机做出识别与执行。

本发明立足于实际应用的需求，着眼于面向司机的驾驶建议生成方法与提示方式，通过将移动设备加装于机车上，通过优化给出列车司机的提示信息来实现有效的辅助驾驶，且其相关功能的实现无需对机车目前的车载设备进行大规模改造，只需利用现有的无线通信手段在列车机车上加装通用型平板电脑即可实现，改造成本低，适应性强。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，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，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种列车辅助驾驶系统，在功能位置上处于控制中心与列车司机之间，其特征在于，包括：

数据采集与处理模块，用于在列车按照预定的运行曲线持续向前运动期间，实时采集列车运行的动态数据，并通过移动数据通信接口将动态数据反馈至控制中心；

控制中心，对动态信息和预先存储的静态数据库进行分析和比较，识别出列车的当前运行状态与预期运行状态之间的偏差，对列车站间运行曲线进行优化计算，根据优化后的列车站间运行曲线生成作为决策的列车驾驶建议，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口发送至车载设备；

人机交互界面，用于通过列车司机辅助信息人机交互接口获取并显示列车驾驶建议以及静态数据库中的信息。

2.根据权利要求1所述的列车辅助驾驶系统，其特征在于，列车驾驶建议通过数据通信与记录接口以“目标速度+建议操纵杆档位+切换距离/时间倒计时+建议操纵的持续距离/时间”的整合形式发送至车载设备。

3.根据权利要求1所述的列车辅助驾驶系统，其特征在于，车载设备还经由存储介质读写接口将列车运行中的实时数据记录至外部存储设备，记录的数据可通过离线调出。

4.根据权利要求1所述的列车辅助驾驶系统，其特征在于，所述人机交互界面包括：

主功能界面，用于完成列车及其运行基本信息的输入，相关线路信息的预导入，以及发车确认；

运行曲线显示界面，用于显示列车的建议运行曲线以及根据采集的当前数据得到的实际运行曲线，以及辅助信息的提示；

运行显示界面，用于向司机提示当前速度、当前限速和建议速度；以及向列车司机提示辅助信息；

数据记录界面，用于将数据采集与处理模块采集和记录到的数据进行存储与导出，作为优化运行曲线的调整依据。

5.一种列车辅助驾驶方法，其特征在于，控制中心对预先存储的静态数据和根据数据采集与处理模块采集的列车运行的动态数据进行比较，识别出列车的当前运行状态与预期运行状态之间的偏差，根据不同的偏差类型对列车站间运行曲线进行优化计算，并根据优化后的列车站间运行曲线生成列车驾驶建议反馈至列车司机。

6.根据权利要求5所述的列车辅助驾驶方法，其特征在于，根据列车站间节能运行的加速-巡航-惰行-制动的工况切换序列，将列车在运行过程中出现的偏差类型分为过早巡航、过晚巡航、过早惰行、过晚惰行、过早制动和过晚制动，结合区间线路信息和当前运行速度，根据偏差类型决定列车下一阶段的运行偏差补偿策略。

7.根据权利要求6所述的列车辅助驾驶方法，其特征在于，“根据偏差类型决定列车下一阶段的运行偏差补偿策略”具体为：

1)当列车过早切换至巡航，即偏差类型为过早巡航时，采取的优化策略为：

将原有的巡航-惰行切换点后移，通过增加牵引来进行额外的加速或者巡航过程；

2)当列车过晚切换至巡航，即偏差类型为过晚巡航时，采取的优化策略为：

将原有的巡航-惰行切换点前移，进行额外的惰行过程；以及

通过增加制动来进行额外的制动过程；

3)当列车过早切换至惰行，即偏差类型为过早惰行时，采取的优化策略为：

将原有的惰行-制动切换点后移，以及通过增加牵引进行额外的加速或巡航过程；

4)当列车过晚切换至惰行，即偏差类型为过晚惰行时，采取的优化策略为：

将原有的惰行-制动切换点前移，进行额外的制动过程；

5)当列车过早切换至制动，即偏差类型为过早制动时，采取的优化策略为：

增加空档进行额外的惰行过程，以及通过减小当前的制动力等级和制动力输出来延长制动阶段持续的时间与距离；

6)当列车过晚切换至制动，即偏差类型为过晚制动时，列车触发紧急制动。