CN107963093A - 列车运行超速防护混成监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种列车运行超速防护混成监控方法，涉及轨道交通列车运行控制技术领域，该方法首先根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定影响列车行为的离散变迁参数；基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据控制策略结合离散变迁参数建立混成模型；根据混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域；计算列车的可达集的过近似；利用可达集的过近似及非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息。本发明能够对列车运行过程中的列车连续行为进行安全验证，及时发现列车的超速行为，保证列车运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通列车运行控制技术领域，具体涉及一种列车运行超速防护混成监控方法。
背景技术
列控系统是铁路信号核心控制装备，是铁路运营的安全保障，其中列车超速防护是列控系统的核心功能之一。承载超速防护功能的设备(一般为车载设备)通过收集线路上列车当前的运行状态及线路条件，对列车运行速度进行监督，通过采用切除牵引力及相应的制动方式控制列车速度，防止列车越过危险点，从而保障列车的安全运行。
现阶段，在实现列车超速防护功能过程中，承载超速防护功能的设备通过实时接收的列车运行许可命令及列车的制动特性、线路限速信息、线路坡度及安全制动模型等实时计算列车常用制动触发曲线(Service Brake Intervention,SBI)、紧急制动触发曲线(Emergency Brake Intervention,EBI)等监控曲线，通过速度传感器、测速雷达等手段周期性的获取列车的实际速度，当列车实际速度超过相应的监控曲线时，设备将输出制动命令降低列车运行速度。
目前，超速防护监控功能的实现主要通过使用离散建模的方式对列车行为进行刻画，列车的行为表现为采样时刻的列车实际速度，通过与本周期制动触发监控曲线限速进行比较的方式判定是否需要输出相应的制动命令。此种方式并没有关注采样时刻间的列车速度，无法对整个周期过程中的列车速度进行有效的监控。本发明利用混成建模的理论，提出一种列车运行超速防护混成监控方法，与现有超速防护控制方法相比，能够精确的对采样周期间的速度、位移等连续列车行为进行刻画，利用可达性分析理论对周期间的列车行为进行监控，以保障列车安全运行。该方法可以适用于列控系统超速防护设备，提升列控系统超速防护功能的监控范围，有效的监控并验证采样周期间的列车行为。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实时精确监控列车运行状态，对列车实时运行行为进行实时在线验证，以保障列车的安全运行的列车运行超速防护混成监控方法，以解决上述背景技术中存在的传统列控系统超速防护方法无法对采样点之间的连续列车行为进行监控的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种列车运行超速防护混成监控方法，包括如下流程步骤：
步骤S110：根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数；
步骤S120：基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型；
步骤S130：根据所述列车运行混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域；
步骤S140：根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似；
步骤S150：利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息。
进一步的，所述根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数包括：根据列车速度与牵引力的函数关系及列车速度与制动力的函数关系，构建列车运动学模型，确定列车运行线路中的坡度曲率信息，作为影响列车行为的离散变迁参数。
进一步的，所述基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型包括：利用运行时验证技术，实时获取列车当前所采取的控制策略，并根据不同的控制策略对应列车运动学模型，构建列车速度与位移连续变化的微分方程，结合所述坡度曲率信息，构建列车行为混成自动机的跳转及重置参数，建立列车运行的混成模型。
进一步的，所述根据所述混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域包括：根据所述坡度曲率信息、EBI限速信息、速度曲线 MRSP变化信息计算列车运行前方的EBI限速变化信息，并将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达。
进一步的，所述将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达包括：所述EBI限速变化信息为(Vebi，Seb)，所述非安全区域的表达式为
Vebi＝min{VebiTSM，VMRSP+dVebi}，将所述非安全区域记为Unsafeset，
其中，Vebi表示列车紧急制动触发时的速度，Seb表示列车紧急制动时速度变化的位置信息，VebiTSM表示列车在目标监控区域内的EBI限速信息VMRSP+dVebi表示列车在顶棚监控区域内的EBI限速信息，VMRSP表示列车的速度曲线MRSP变化信息，dVebi表示在顶棚监控区域内计算EBI限速时的常量。
进一步的，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似包括：
计算系统在时刻tk+1时所有的行为，记作计算系统在时刻tk时所有的行为，记作计算和的凸包用以近似系统在时间t∈[tk,tk+1]的可达集；扩展所述凸包来获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集的过近似扩展过程中考虑系统不确定的输入及误差，保证系统在时间段[tk,tk+1]内的所有行为都包含在所述可达集的过近似中。
进一步的，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似还包括：分析系统可达集是否离开相应状态的不变式集合，若离开，则判断系统可达集是否与对应的卫条件相交，若相交，则所述跳转及重置参数计算系统下一个状态的可达集，直到时间到达tk+1，获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集的过近似记为ReachS。
进一步的，所述利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息包括：初始化系统监控报警信号为false；对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数 Intersectcheck(x，y)进行安全验证，其中，x＝Ri，y＝Uj，j＝1,2,…,m，i＝1,2,…,T/r，r表示系统计算可达集的步长，如果Intersectcheck(Ri,Uj) 返回结果为true，则将报警信号置为true。
进一步的，所述对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck (x，y)进行安全验证包括：初始化返回标志位flag为false；使用多面体平面包围的方式计算Ri的过近似多面体表达将系统非安全区域转化为多面体表达UnsafeP；计算两个多面体区域与UnsafeP的交集，记为 IntersectionSet，若IntersectionSet为空，则所述可达集与非安全区域不相交，将flag置为false并返回，列车行为处于安全状态；若IntersectionSet不为空，则将flag置为true并返回，列车行为处于危险状态，系统发出报警信息。
本发明有益效果：根据列车运行时状态及线路条件构建列车运行混成模型，使得混成监控器能够连续获取列车在采样周期间的运行行为，从而能够对采样周期间的列车行为进行安全防护；使用可达集的方式来验证系统的安全属性，计算系统可达集的过近似，从而能够对系统行为进行可靠安全验证；本发明考虑到列控系统超速防护功能在控制列车过程中的混成行为，为列车运行提供一种在线混成监控方法，适用于承载列车超速防护功能的列控设备，能够对列车的连续行为进行安全监控及防护。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法流程框图。
图2是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法的具体仿真场景图。
图3是本发明实施例所述的超速行为前后三周期的列车行为可达集及非安全集示意图。
图4是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法的仿真列车运行图。
图5是本发明实施例所述的采用传统列控系统进行超速防护的仿真列车运行图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。图1是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法流程框图，图2是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法的具体仿真场景图，图3是本发明实施例所述的超速行为前后三周期的列车行为可达集及非安全集示意图，图4是本发明实施例所述的列车运行超速防护混成监控方法的仿真列车运行图，图5是本发明实施例所述的采用传统列控系统进行超速防护的仿真列车运行图。
本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。
如图1所示，本发明实施例所述的一种列车运行超速防护混成监控方法，包括如下流程步骤：
步骤S110：根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数；
步骤S120：基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型；
步骤S130：根据所述列车运行混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域；
步骤S140：根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似；
步骤S150：利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息。
在本发明的一个具体实施例中，所述根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数包括：根据列车速度与牵引力的函数关系及列车速度与制动力的函数关系，构建列车运动学模型，确定列车运行线路中的坡度曲率信息，作为影响列车行为的离散变迁参数。
在本发明的一个具体实施例中，所述基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型包括：利用运行时验证技术，实时获取列车当前所采取的控制策略，并根据不同的控制策略对应列车运动学模型，构建列车速度与位移连续变化的微分方程，结合所述坡度曲率信息，构建列车行为混成自动机的跳转及重置参数，建立列车运行的混成模型。
在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域包括：根据所述坡度曲率信息、EBI 限速信息、速度曲线MRSP变化信息计算列车运行前方的EBI限速变化信息，并将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达。
在本发明的一个具体实施例中，所述将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达包括：所述EBI限速变化信息为(Vebi，Seb)，所述非安全区域的表达式为
Vebi＝min{VebiTSM，VMRSP+dVebi}，将所述非安全区域记为Unsafeset，
其中，Vebi表示列车紧急制动触发时的速度，Seb表示列车紧急制动时速度变化的位置信息，VebiTSM表示列车在目标监控区域内的EBI限速信息VMRSP+dVebi表示列车在顶棚监控区域内的EBI限速信息，VMRSP表示列车的速度曲线MRSP变化信息，dVebi表示在顶棚监控区域内计算EBI限速时的常量。
在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似包括：
计算系统在时刻tk+1时所有的行为，记作计算系统在时刻tk时所有的行为，记作计算和的凸包用以近似系统在时间t∈[tk,tk+1]的可达集；扩展所述凸包来获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集的过近似扩展过程中考虑系统不确定的输入及误差，保证系统在时间段[tk,tk+1]内的所有行为都包含在所述可达集的过近似中。
在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似还包括：分析系统可达集是否离开相应状态的不变式集合，若离开，则判断系统可达集是否与对应的卫条件相交，若相交，则所述跳转及重置参数计算系统下一个状态的可达集，直到时间到达tk+1，获得系统在时间段 [tk,tk+1]内的可达集的过近似记为ReachS。
在本发明的一个具体实施例中，所述利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息包括：初始化系统监控报警信号为false；对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x，y)进行安全验证，其中，x＝Ri，y＝Uj，j＝1,2,…,m，i＝1,2,…,T/r，r表示系统计算可达集的步长，如果 Intersectcheck(Ri,Uj)返回结果为true，则将报警信号置为true。
在本发明的一个具体实施例中，所述对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x，y)进行安全验证包括：初始化返回标志位flag为 false；使用多面体平面包围的方式计算Ri的过近似多面体表达将系统非安全区域转化为多面体表达UnsafeP；计算两个多面体区域与 UnsafeP的交集，记为IntersectionSet，若IntersectionSet为空，则所述可达集与非安全区域不相交，将flag置为false并返回，列车行为处于安全状态；若IntersectionSet不为空，则将flag置为true并返回，列车行为处于危险状态，系统发出报警信息。
在具体应用中，利用列车运行超速防护混成监控方法对列车运行进行监控，主要包括以下步骤：
步骤(1)，根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定混成模型中由于列车特性及线路条件引起的可能导致列车行为变化的离散变迁参数；
步骤(2)，基于运行时验证技术实时获取列车的当前速度与位置及对应的控制策略，根据具体的列车牵引及制动信息、线路信息和控制策略建立系统的混成模型，并根据运行时参数确定混成模型的初始条件；
步骤(3)，计算列车运行前方的EBI限速变化信息，并将超过EBI限速区域记为非安全区域；
步骤(4)，以当前采样周期的列车速度及位置为初始条件计算列车在T 时间内的可达集的过近似，其中是设备计算周期的整数倍，即T＝n×Tsys， Tsys为设备计算周期，n∈Z；
步骤(5)，根据所述算法对T时间内列车行为进行验证，验证列车连续行为是否处于非安全区域，根据验证结果确定是否需要发送报警信息。
在所述方法的步骤(1)中，根据列车机械特性参数，如列车牵引、制动过程中列车速度与牵引力、制动力的函数关系，构建列车抽象运动学模型，确定具体列车运行线路的线路参数，例如坡度、曲率等线路信息，确定系统可能的混成离散变迁条件。
在所述方法的步骤(2)中，利用基于运行时的技术，实时获取列车当前所采取的控制策略，并根据不同的控制策略对应步骤(1)中列车的牵引，制动模式等列车运动学模型，构建列车速度、位移连续变化的微分方程，根据线路信息中离散变迁条件例如，线路坡度变化情况，构建列车行为混成自动机的跳转及重置条件等具体参数，建立列车运行的混成自动机模型。
在所述方法的步骤(3)中，根据列车运行前方线路坡度变化信息、列车在目标监控区域的EBI限速信息、最受限制速度曲线(Most Restrictive Speed Profile,MRSP)的变化信息及公式1计算列车运行前方的EBI变化信息，并记作(Vebi，Seb)，并将列车运行前方的EBI变化信息转化为系统的非安全区域表达，记作Unsafeset。
Vebi＝min{VebiTSM,VMRSP+dVebi} (1)
其中，Vebi为列车紧急制动触发速度，Seb为列车紧急制动速度变化的位置信息，VebiTSM为列车在目标监控区域内的EBI限速信息，VMRSP+dVebi为列车在顶棚监控区域内的EBI限速信息，VMRSP为列车的MRSP，dVebi是在顶棚监控区域内根据 MRSP计算EBI限速时的常量。
在所述方法的步骤(4)中，根据所述步骤(2)中的列车行为混成自动机模型进行系统可达集计算，计算t∈[tk,tk+1]内系统可达集的基本步骤如下：
计算系统在tk+1时所有的行为，记作
计算系统和的凸包用以近似系统在时间t∈[tk,tk+1]内的可达集，其中为系统tk时刻的所有行为；
扩展上述过程中的凸包来获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集过近似扩展过程中考虑系统不确定的输入及误差，保证系统在时间段 [tk,tk+1]内的所有行为都包含在系统可达集的过近似中。
获得混成系统可达集的方法在按照上述步骤计算当前状态(location) 的基础上，需要分析系统可达集是否离开相应状态的不变式集合，若离开，则需要进一步判断系统可达集是否与对应的卫条件(guard condition)相交，若相交，则按照混成系统迁移及重置条件继续计算系统下一个状态的可达集，直到时间到达T，则可以获得系统S在T时间内的可达集过近似ReachS。
在所述方法的步骤(5)中，利用算法一及算法二对所述方法步骤(3) 所获得的非安全区域Unsafeset及步骤(4)所获得的系统行为可达集过近似进行验证，判断列车行为是否安全，具体判断算法流程如下：
算法一：
初始化系统监控报警信号为false；
对于每一个Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x， y)进行安全验证，其中j＝1,2,…,m，i＝1,2,…,T/r，r为系统计算可达集的步长，如果Intersectcheck(Ri，Uj)返回结果为true，则将报警信号置为 true。
安全验证函数Intersectcheck(x，y)的算法流程如下：
算法二：
初始化返回标志位flag为false；
使用多面体平面包围的方式计算Ri的过近似多面体表达Reachi 0；
将系统非安全区域转化为多面体表达UnsafeP；
计算两个多面体区域与UnsafeP的交集，记为IntersectionSet，若IntersectionSet为空，则将flag置为false并返回，说明本次计算的系统可达集与非安全区域不相交，系统一定处于安全状态；若IntersectionSet不为空，则说明系统可能处于危险状态，按照列控系统中可能导致非安全状态的任何错误都应进行紧急制动措施这一原则，将flag置为true并返回，即表示可能会发生危险，应向外输出报警信息。
本实施例中场景是根据真实的线路数据设置的，具体如图2中所示， K75+140表示75140米处的公里标，用来标记设备或指令的具体位置。1G、 3G、5G，…13G是轨道区段序列(2-1)，不同轨道区段以区间通过信号机进行区分，信号机的位置如图中公里标所示。场景中线路的静态限速为300km/h (2-2)，临时限速区域为公里标K78+128至K80+955之间，临时限速值为 180km/h(2-3)。场景中移动授权终点(End of Authority,EoA)位置为 K81+990(2-4)。仿真场景中坡度g均为-3‰。实施例中，我们假设场景中列车处于常用制动状态，列车制动力为公式(2)中所示，V表示列车速度 (km/h)，Bs(kN)为列车制动力，列车定员重量为420t，由于列车处于常用制动状态，因此此时仿真过程中列车的牵引力为0，根据牵引力与制动力及列车质量，可以得到列车的牵引加速度a(m/s2)及制动加速度b(m/s2)。
Bs＝0.00224V2-1.96V+576.4 (2)
当承载列车超速防护功能的列控设备收到来自混成监控器的报警信息时，立即进行紧急制动操作，实例中假设列车进行紧急制动操作时紧急制动减速度为-1.2m/s2。
所述方法的总体框架如图1所示，完成列车运行超速防护混成监控器需要五个步骤：
所述方法步骤(1)，根据本实施例设定，列车制动过程中运动学模型如公式(2)所示，线路信息中坡度为-3‰，因此没有因线路信息引起的系统行为的离散变迁。
所述方法步骤(2)，根据本实施例设定，列车当前处于常用制动状态，因此此时列车运行控制策略为对列车实施常用制动操作，根据公式(2)构建列车连续运行模型中的微分方程。
根据上述列车运动方程及线路信息，假设列车在仿真时间t＝0s时的初始速度V＝273.9km/h，列车初始位置S＝75140m，则可构建系统的混成自动机状态中列车连续变化的行为，如公式3所示，
其中，s表示列车位置，v表示列车速度，b表示列车的制动加速度，a表示列车牵引加速度，0.003表示坡度g为-3‰。根据仿真场景信息，由于场景中坡度没有变化，因此混成自动机只有一个状态，没有跳转及重置条件。
所述方法步骤(3)根据列车运行前方线路坡度变化信息、列车在目标监控区域的EBI限速信息、最受限制速度曲线(Most Restrictive Speed Profile， MRSP)的变化信息及公式1计算列车运行前方的EBI变化信息，并记作 (Veb，Seb)，实施例仿真场景中在78128m处由于临时限速命令的存在，经过超速防护原理计算后的EBI信息为(180km/h，77980m)，当仿真进行到 t＝44.2s时，此时获取的由传统超速防护功能计算的列车前方的EBI信息为 (181.6km/h，77965m)，因此，当前列车的EBI变化信息为((181.6km/h，77965m)，(180km/h，77980m))，非安全区域Unsafeset如图3上部分(3- 1)中显示的区域(3-4)所示，即在位置在77965m之后速度超过181.6km/h的区域及位置超过77980后速度超过180km/h的区域。
所述方法的步骤(4)，承载超速防护功能的列控设备(一般为车载设备)计算周期一般为100-300ms，在仿真过程中假设系统计算周期为 Tsys＝200ms，同时可达集计算时间为T＝200ms，即n＝1。可达集计算步长为 10ms，即r＝10ms，按照上述可达集计算的基本步骤计算时间段[44.20s，44.21s]内(一个可达集计算步长)的可达集过近似。首先，列车此时在44.20s 时的速度v及位置s的初始值可从承载超速防护功能的列控系统设备获得，进而根据列车运动学公式获得相应时间的牵引加速度a及制动加速度b，按照列车连续运行的微分方程，计算列车在44.21s时刻的各变量值区域之后计算列车在44.20s时变量初始区域与的凸包，最后通过误差扩展的方式计算出时间段[44.20s，44.21s]内列车运行的可达集的过近似R[44.20，44.21]。
由于并没有到达可达集计算时间T＝200ms的时间界限，因此需要不断的重复上述过程，每次计算都以之前计算最后时刻的可达集作为下一次计算的初始状态，直到计算时间达到约定的时间T＝200ms，即计算至44.4s时本次可达集计算结束，列车在时间段[44.2s，44.4s]内的可达集过近似ReachS如图3上部分(3-1)中浅灰色区域(3-5)所示。
所述方法步骤(5)利用算法一及算法二对步骤(3)所获得的非安全区域Unsafeset及步骤(4)所获得的系统行为可达集过近似进行验证，判断列车行为是否安全，结合图3上部分图(3-1)中所示，具体流程如下：
①初始化系统监控报警信号为false；
②对于每一个Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x， y)进行安全验证，其中j＝1,2，i＝1,2,…,20，如果Intersectcheck(Ri，Uj)返回结果为true，则将报警信号置为true并直接返回。
安全验证函数Intersectcheck(x，y)的算法流程如下：
①初始化返回标志位flag为false；
②使用多面体平面包围的方式计算Ri的过近似多面体表达如图3上部分所示深灰色区域(3-6)；
③将系统非安全区域转化为多面体表达UnsafeP，如图3上部分所示区域(3- 4)，表现为矩形区域；
④计算两个多面体区域与UnsafeP的交集，记为IntersectionSet，此时IntersectionSet为空，则将flag置为false并返回，说明本次计算的系统可达集与非安全区域不相交，系统一定处于安全状态；
时间段[44.2s，44.4s]内的可达集与非安全区域如图3上部分(3-1)所示，可以看出此段时间内系统可达集与非安全区域不相交，因此系统处于安全状态，因此flag被置为false。由图3中部分(3-2)可以直观的看出在时间段[44.4s， 44.5s]内，系统可达集与非安全区域UnsafeP相交，表明列车如果继续按照既定的动力学方程运行，那么就会发生实际行为越过EBI限速的情况，因此在采用列车运行超速防护混成监控器时，监控器将向超速防护功能列控设备发送报警信号，设备采取紧急制动措施对列车进行紧急制动，最终仿真列车实际运行行为(4-1)没有超过EBI限速(4-2)。在接下来[44.4s，44.5s]时间段内，如图3下部分(3-3)所示，列车的可达集过近似与非安全区域并不相交，表明列车在此段时间内运行行为是安全的。
当系统不采用混成超速防护监控方法时仿真列车的运行行为如图5所示，图中虚线部分为仿真列车的实际运行行为，实线部分为按照安全制动模型计算出的列车运行过程中的EBI限速，图中圆形符号代表超速防护功能设备每隔 200ms采样的EBI限速值，菱形符号表示系统每200ms进行采样的列车实际运行速度，按照传统的超速防护方法，系统每次采样时列车的实际运行速度均低于系统计算的EBI限速值，因此传统超速防护方法不会触发紧急制动。然而图5中所示可以看出列车实际运行是存在着超过EBI限速的超速行为的，传统的超速防护功能并不能发现采样周期间的列车超速行为。对比图4采用混成超速防护监控方法时，监控方法能够发现[44.4s，44.5s]时间段内列车即将发生的超速行为并向列控系统超速防护设备发送报警信息，使得防护设备能够向列车发送紧急制动命令进行必要的安全防护措施。
综上所述，本发明能够有效的对列车运行过程中离散采样点之间的列车连续行为进行安全验证，及时发现列车在运行过程中的超速行为，保证列车运行的安全性，解决了传统列车运行超速防护方法无法针对采样周期间的连续列车行为进行安全检测的问题。
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。
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 (9)
1.一种列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，包括如下流程步骤：
步骤S110：根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数；
步骤S120：基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型；
步骤S130：根据所述列车运行混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域；
步骤S140：根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似；
步骤S150：利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述根据列车的机械特性，构建列车的运动学模型，确定列车运行混成模型中影响列车行为的离散变迁参数包括：根据列车速度与牵引力的函数关系及列车速度与制动力的函数关系，构建列车运动学模型，确定列车运行线路中的坡度曲率信息，作为影响列车行为的离散变迁参数。
3.根据权利要求2所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述基于运行时验证技术实时获取与列车当前的运行信息相对应的控制策略，根据所述控制策略结合所述离散变迁参数建立列车运行混成模型包括：利用运行时验证技术，实时获取列车当前所采取的控制策略，并根据不同的控制策略对应列车运动学模型，构建列车速度与位移连续变化的微分方程，结合所述坡度曲率信息，构建列车行为混成自动机的跳转及重置参数，建立列车运行的混成模型。
4.根据权利要求3所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述根据所述混成模型计算列车运行前方的EBI限速变化信息，确定非安全区域包括：根据所述坡度曲率信息、EBI限速信息、速度曲线MRSP变化信息计算列车运行前方的EBI限速变化信息，并将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达。
5.根据权利要求4所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述将所述列车运行前方的EBI限速变化信息转化为非安全区域表达包括：所述EBI限速变化信息为(Vebi，Seb)，所述非安全区域的表达式为
Vebi＝min{VebiTSM，VMRSP+dVebi}，将所述非安全区域记为Unsafeset，
其中，Vebi表示列车紧急制动触发时的速度，Seb表示列车紧急制动时速度变化的位置信息，VebiTSM表示列车在目标监控区域内的EBI限速信息VMRSP+dVebi表示列车在顶棚监控区域内的EBI限速信息，VMRSP表示列车的速度曲线MRSP变化信息，dVebi表示在顶棚监控区域内计算EBI限速时的常量。
6.根据权利要求5所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似包括：
计算系统在时刻tk+1时所有的行为，记作计算系统在时刻tk时所有的行为，记作计算和的凸包用以近似系统在时间t∈[tk,tk+1]的可达集；扩展所述凸包来获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集的过近似扩展过程中考虑系统不确定的输入及误差，保证系统在时间段[tk,tk+1]内的所有行为都包含在所述可达集的过近似中。
7.根据权利要求6所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述根据所述混成模型计算列车的可达集的过近似还包括：分析系统可达集是否离开相应状态的不变式集合，若离开，则判断系统可达集是否与对应的卫条件相交，若相交，则所述跳转及重置参数计算系统下一个状态的可达集，直到时间到达tk+1，获得系统在时间段[tk,tk+1]内的可达集的过近似记为ReachS。
8.根据权利要求7所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述利用所述可达集的过近似及所述非安全区域验证列车行为是否安全，根据验证结果确定是否需要发出报警信息包括：初始化系统监控报警信号为false；对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x，y)进行安全验证，其中，x＝Ri，y＝Uj，j＝1,2,…,m，i＝1,2,…,T/r，r表示系统计算可达集的步长，如果Intersectcheck(Ri,Uj)返回结果为true，则将报警信号置为true。
9.根据权利要求8所述的列车运行超速防护混成监控方法，其特征在于，所述对Uj∈Unsafeset及Ri∈ReachS都通过函数Intersectcheck(x，y)进行安全验证包括：初始化返回标志位flag为false；使用多面体平面包围的方式计算Ri的过近似多面体表达将系统非安全区域转化为多面体表达UnsafeP；计算两个多面体区域与UnsafeP的交集，记为IntersectionSet，若IntersectionSet为空，则所述可达集与非安全区域不相交，将flag置为false并返回，列车行为处于安全状态；若IntersectionSet不为空，则将flag置为true并返回，列车行为处于危险状态，系统发出报警信息。
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