CN109050585B - 一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法 - Google Patents

一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，该方法为：分别确定列车下行和上行两种行驶方向上的辅助停车区，将两种行驶方向上的辅助停车区合并综合得到整条线路轨道的辅助停车区分布；任意一种行驶方向上的辅助停车区通过如下方式获得：(1)确定起始车站辅助停车区参数；(2)将起始车站辅助停车区作为当前辅助停车区；(3)从当前辅助停车区出发，模拟磁浮列车运行，确定下一个辅助停车区参数；(4)将步骤(3)确定的下一个辅助停车区作为当前辅助停车区，循环执行步骤(3)直至磁浮列车运行到达车站。与现有技术相比，本发明方法效率高，而且精准度高。

Description

一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法
技术领域
本发明涉及高速列车运行线路轨道设计领域，尤其是涉及一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法。
背景技术
高速列车尤其是高速磁浮列车，其线路轨道一般采用高架方式设置，线路轨道上包括道岔区段，且存在跨越河流、穿越隧道等运行情况。不同于高速轮轨列车交通系统，高速磁浮列车运行过程中，一旦出现运行故障需要紧急停车并考虑乘客疏散时，磁浮列车需要停靠在特定的区段或区域，这个区域我们称为辅助停车区。
磁悬浮列车在速度较低时需要外部的供电轨给它供电，来满足磁浮列车对于悬浮以及其他车载设备的用电需求。由于造价的原因，一般只在车站区段、维修站以及辅助停车区设置供电轨。如果列车故障时停在辅助停车区以外的地方，那么即使维修人员将故障排除以后，列车也会因为供电不足而导致无法正常悬浮，从而造成列车启动运行困难的状况。所以，要保证磁浮列车顺利、安全的运行，需要合理的选择线路，并根据线路特点确定理想的运行速度曲线，并实时对列车的运行速度进行监控，以保证列车在出现故障的时候，能够准确的停靠在辅助停车区上。目前，关于辅助停车区的确定和设置主要是靠设计人员人工手动试算，尚缺少一种系统的详细的算法，不仅浪费人力，效率极低而且不够精准。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，该方法为：分别确定列车下行和上行两种行驶方向上的辅助停车区，将两种行驶方向上的辅助停车区合并综合得到整条线路轨道的辅助停车区分布；
任意一种行驶方向上的辅助停车区通过如下方式获得：
(1)确定起始车站辅助停车区参数ASA，包括NO、RP、OP和HP，其中，NO表示辅助停车区编号；RP为可达点，表示磁浮列车滑行到车速为0时，磁浮列车车头可到达的线路上的坐标点；OP为运行点，表示磁浮列车正常运行停车时，磁浮列车中心点所在的线路上的坐标点；HP为危险点，表示磁浮列车按照最大制动能力执行紧急停车到车速为0时，磁浮列车车头不能超越的线路上的坐标点；
(2)将起始车站辅助停车区作为当前辅助停车区；
(3)从当前辅助停车区出发，模拟磁浮列车运行，确定下一个辅助停车区参数ASA；
(4)将步骤(3)确定的下一个辅助停车区作为当前辅助停车区，循环执行步骤(3)直至磁浮列车运行到达车站。
步骤(1)起始车站辅助停车区参数ASA确定为：
Figure GDA0002218174970000021
其中，ASA1.NO为起始车站辅助停车区编号，ASA1.RP为起始车站辅助停车区可达点，ASA1.OP为起始车站辅助停车区运行点，ASA1.HP为起始车站辅助停车区危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度，Sacceleration表示磁浮列车以零为初速度，a为加速度运行，速度v达到Vcurrent时，磁浮列车运行所经过的路程，Vcurrent表示磁浮列车可以利用磁场感应实现发电时的速度。
步骤(3)具体为：
(31)模拟磁浮列车运行，确定磁浮列车在当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置，Pv表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车速度；
(32)根据当前辅助停车区的紧急制动启动点确定下一个辅助停车区的运行点OP；
(33)根据下一个辅助停车区的运行点OP确定其对应的可达点RP和危险点HP；
(34)根据当前辅助停车区编号确定下一个辅助停车区编号，进而完成下一个辅助停车区参数ASA的确定。
步骤(31)具体为：
(31a)模拟磁浮列车运行，实时获取磁浮列车当前运行位置(x，v)，x表示磁浮列车在线路轨道上的当前横坐标位置，v表示磁浮列车当前速度；
(31b)模拟磁浮列车从当前运行位置开始执行紧急制动，磁浮列车紧急制动的减加速度为aemergencebrake，计算磁浮列车紧急制动至速度为0时所经过的路程Semergencebrake；
(31c)判断x+Semergencebrake是否小于当前辅助停车区的危险停车点HSPc，若是则返回执行步骤(31a)，否则，将磁浮列车当前运行位置(x，v)确定为当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，其中当前辅助停车区的危险停车点HSPc为：
Figure GDA0002218174970000031
ASAc.HP为当前辅助停车区的危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度。
步骤(32)具体为：
(32a)从当前辅助停车区的紧急制动启动点开始，磁浮列车开始滑行，磁浮列车滑行减加速度为aslide，计算磁浮列车滑行至速度为0时所经过的路程Sslide；
(32b)下一个辅助停车区的运行点OP确定为：ASAn.OP＝Px+Sslide，ASAn.OP为下一个辅助停车区的运行点OP，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置。
步骤(33)下一个辅助停车区的可达点RP和危险点HP分别为：
Figure GDA0002218174970000032
其中，ASAn.OP表示下一个辅助停车区的运行点OP，ASAn.RP表示下一个辅助停车区的可达点RP，ASAn.HP表示下一个辅助停车区的可达点HP。
到达车站辅助停车区参数ASA确定为：
Figure GDA0002218174970000033
其中，ASAa.NO为到达车站辅助停车区编号，n为到达车站辅助停车区编号数字，ASAa.RP为到达车站辅助停车区可达点，ASAa.OP为到达车站辅助停车区运行点，ASAa.HP为到达车站辅助停车区危险点，Sline为线路轨道总长度，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法效率高，而且精准度高；
(2)本发明高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法通过列车起始车站辅助停车区的确定、当前辅助停车区紧急制动启动点的确定、列车下一个辅助停车区可达点的确定以及到达车站的辅助停车区的确定完成整个线路轨道辅助停车区的确定，为高速磁浮交通系统的总体设计和运行控制系统设计及数据配置创造条件。
附图说明
图1为本发明高速磁浮列车线路轨道下行辅助停车区的确定流程框图；
图2为磁浮列车下行方向起始车站辅助停车区确定的示意图；
图3为磁浮列车下行方向辅助停车区确定的示意图；
图4为磁浮列车上行方向辅助停车区确定的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，该方法为：分别确定列车下行和上行两种行驶方向上的辅助停车区，将两种行驶方向上的辅助停车区合并综合得到整条线路轨道的辅助停车区分布；
任意一种行驶方向上的辅助停车区通过如下方式获得：
(1)确定起始车站辅助停车区参数ASA，包括NO、RP、OP和HP，其中，NO表示辅助停车区编号；RP为可达点，表示磁浮列车滑行到车速为0时，磁浮列车车头可到达的线路上的坐标点；OP为运行点，表示磁浮列车正常运行停车时，磁浮列车中心点所在的线路上的坐标点；HP为危险点，表示磁浮列车按照最大制动能力执行紧急停车到车速为0时，磁浮列车车头不能超越的线路上的坐标点；
(2)将起始车站辅助停车区作为当前辅助停车区；
(3)从当前辅助停车区出发，模拟磁浮列车运行，确定下一个辅助停车区参数ASA；
(4)将步骤(3)确定的下一个辅助停车区作为当前辅助停车区，循环执行步骤(3)直至磁浮列车运行到达车站。
步骤(1)起始车站辅助停车区参数ASA确定为：
Figure GDA0002218174970000051
其中，ASA1.NO为起始车站辅助停车区编号，ASA1.RP为起始车站辅助停车区可达点，ASA1.OP为起始车站辅助停车区运行点，ASA1.HP为起始车站辅助停车区危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度，Sacceleration表示磁浮列车以零为初速度，a为加速度运行，速度v达到Vcurrent时，磁浮列车运行所经过的路程，Vcurrent表示磁浮列车可以利用磁场感应实现发电时的速度。
步骤(3)具体为：
(31)模拟磁浮列车运行，确定磁浮列车在当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置，Pv表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车速度；
(32)根据当前辅助停车区的紧急制动启动点确定下一个辅助停车区的运行点OP；
(33)根据下一个辅助停车区的运行点OP确定其对应的可达点RP和危险点HP；
(34)根据当前辅助停车区编号确定下一个辅助停车区编号，进而完成下一个辅助停车区参数ASA的确定。
步骤(31)具体为：
(31a)模拟磁浮列车运行，实时获取磁浮列车当前运行位置(x，v)，x表示磁浮列车在线路轨道上的当前横坐标位置，v表示磁浮列车当前速度；
(31b)模拟磁浮列车从当前运行位置开始执行紧急制动，磁浮列车紧急制动的减加速度为aemergencebrake，计算磁浮列车紧急制动至速度为0时所经过的路程Semergencebrake；
(31c)判断x+Semergencebrake是否小于当前辅助停车区的危险停车点HSPc，若是则返回执行步骤(31a)，否则，将磁浮列车当前运行位置(x，v)确定为当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，其中当前辅助停车区的危险停车点HSPc为：
Figure GDA0002218174970000061
ASAc.HP为当前辅助停车区的危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度。
步骤(32)具体为：
(32a)从当前辅助停车区的紧急制动启动点开始，磁浮列车开始滑行，磁浮列车滑行减加速度为aslide，计算磁浮列车滑行至速度为0时所经过的路程Sslide；
(32b)下一个辅助停车区的运行点OP确定为：ASAn.OP＝Px+Sslide，ASAn.OP为下一个辅助停车区的运行点OP，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置。
步骤(33)下一个辅助停车区的可达点RP和危险点HP分别为：
Figure GDA0002218174970000062
其中，ASAn.OP表示下一个辅助停车区的运行点OP，ASAn.RP表示下一个辅助停车区的可达点RP，ASAn.HP表示下一个辅助停车区的可达点HP。
到达车站辅助停车区参数ASA确定为：
Figure GDA0002218174970000063
其中，ASAa.NO为到达车站辅助停车区编号，n为到达车站辅助停车区编号数字，ASAa.RP为到达车站辅助停车区可达点，ASAa.OP为到达车站辅助停车区运行点，ASAa.HP为到达车站辅助停车区危险点，Sline为线路轨道总长度，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度。
本发明以下行方向辅助停车区确定为例，图1为下行方向辅助停车区的具体流程图。
如图2所示，当磁浮列车速度较低时，利用磁浮列车运动从而从牵引线圈中感应发电尚无法支持列车车载电源供电，因此，磁浮列车必须释放集电器从动力轨获取电源供电；如果磁浮列车速度达到一定数值Vcurrent，磁浮列车车载感应发电足以支持车载电源供电时，则磁浮列车就会将集电器收起。Sacceleration表示列车从初速度为零，以加速度a开始运行，当速度v达到磁浮列车可以利用磁场感应实现发电的Vcurrent时，磁浮列车运行所经过的路程。
在起始车站，磁浮列车就停车在第一个辅助停车区ASAA1区域内，这时，第一个辅助停车区的危险点必须考虑列车开始加速运行，直到列车速度达到Vcurrent，如图2所示。因此，第一个辅助停车区的各个参数如下：
Figure GDA0002218174970000071
ASAA1.NO、ASAA1.RP、ASAA1.OP和ASAA1.HP下标中的A表示下行方向。
列车起始车站辅助停车区确定后，进行当前辅助停车区紧急制动启动点的确定：
为了确保列车运行安全，在任何情况下，列车运行都不能超出最大允许速度曲线的速度限制，因此，当列车一旦违反最大允许速度时，列车运行会执行紧急制动操作。对应于第一个辅助停车区危险停车点的列车运行速度曲线上的点，被定义为当前辅助停车区紧急制动启动点。
列车从起始车站出发，模拟列车运行，每隔1s计算一次列车的速度v、当前位置x、运行时间t等参数。在得到当前列车运行速度等参数后，模拟列车从该位置开始执行紧急制动，列车紧急制动的减加速度为aemergencebrake，从而可计算出列车自当前位置执行紧急制动到速度为0时，列车运行所经过的路程Semergencebrake，即图1中的S紧急制动，图1中t紧急制动为紧急制动所耗费的时间。在上述计算过程中可利用公式来计算：
Figure GDA0002218174970000072
t为时间，V0为磁浮列车的初速度数值，S0为磁浮列车初始路程值，a为磁浮列车加速度，Vt为磁浮列车实时速度，St为磁浮列车实时路程值。
如果x+Semergencebrake小于第一个辅助停车区的危险停车点HSPA1，即则重复执行模拟列车运行。如果x+Semergencebrake大于当前辅助停车区的危险停车点HSPA1，即
Figure GDA0002218174970000074
则标记当前列车紧急制动启动点PA1。
经过上述计算确定了当前辅助停车区紧急制动启动点，继续进行列车下一个辅助停车区可达点的确定：
从当前辅助停车区紧急制动启动点PA1出发，列车依靠自身具备的运动动能和势能、在无牵引供电情况下，列车执行滑行运行可到达的线路轨道上的停车点，被定义为下一个辅助停车区的运行停车点。在列车滑行过程中，列车的减加速度主要是克服列车风阻力和轨道阻力，假定列车滑行过程中，减加速度为aslide，当列车速度为0时，可计算出列车滑行所经过的路程Sslide，Sslide即为图1中的S安全滑行，图1中t安全滑行为安全滑行所耗费的时间。根据辅助停车区各参数之间的关系，可得到下一个辅助停车区(即第二个辅助停车区)的各参数如下：
Figure GDA0002218174970000081
计算过程中，如果所计算的辅助停车区的可达点大于到达车站的辅助停车区的可达点，则停止计算。如果不大于则将此辅助停车区设为当前辅助停车区继续进行计算，其计算过程如图3列车下行方向辅助停车区的计算图。
上述计算中与辅助停车区的可达点进行比较的到达车站的辅助停车区的可达点，由下述方法计算：
在到达车站停车时，列车实际上就停车在下行方向最后一个辅助停车区区域内，根据辅助停车区的定义，可确定下行方向最后一个辅助停车区的各个参数如下：
Figure GDA0002218174970000082
停止计算后，输出辅助停车区位置。
计算出下行方向辅助停车区后，进行列车上行方向辅助停车区的确定：
考虑列车双向运行需求，依据同样的方法，可确定相反运行方向的辅助停车区。把列车下行和上行两个方向的辅助停车区进行合并综合，可以得到特定线路轨道上的高速磁浮列车辅助停车区的参数。其计算过程如图4列车上行方向辅助停车区的计算图。图4中，ASAB1为上行方向第一个辅助停车区，ASAB2为上行方向第二个辅助停车区，以此类推，ASABn为上行方向第n个辅助停车区，下表B表示上行方向。
得到下行方向和上行方向的辅助停车区后，将两种行驶方向上的辅助停车区合并综合得到整条线路轨道的辅助停车区分布，具体地：求取下行和上行的辅助停车区的并集，如果辅助停车区区域存在重叠，则可以把重叠区域的运行停车段OP的属性设置为“双向”，则这个辅助停车区就会成为下行和上行的共同辅助停车区。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (4)

1.一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，其特征在于，该方法为：分别确定列车下行和上行两种行驶方向上的辅助停车区，将两种行驶方向上的辅助停车区合并综合得到整条线路轨道的辅助停车区分布；
任意一种行驶方向上的辅助停车区通过如下方式获得：
(1)确定起始车站辅助停车区参数和到达车站辅助停车区参数ASA，包括NO、RP、OP和HP，其中，NO表示辅助停车区编号；RP为可达点，表示磁浮列车滑行到车速为0时，磁浮列车车头可到达的线路上的坐标点；OP为运行点，表示磁浮列车正常运行停车时，磁浮列车中心点所在的线路上的坐标点；HP为危险点，表示磁浮列车按照最大制动能力执行紧急停车到车速为0时，磁浮列车车头不能超越的线路上的坐标点；
具体地，起始车站辅助停车区参数ASA确定为：
Figure FDA0002218174960000011
其中，ASA1.NO为起始车站辅助停车区编号，ASA1.RP为起始车站辅助停车区可达点，ASA1.OP为起始车站辅助停车区运行点，ASA1.HP为起始车站辅助停车区危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度，Sacceleration表示磁浮列车以零为初速度，a为加速度运行，速度v达到Vcurrent时，磁浮列车运行所经过的路程，Vcurrent表示磁浮列车可以利用磁场感应实现发电时的速度；
到达车站辅助停车区参数ASA确定为：
其中，ASAa.NO为到达车站辅助停车区编号，n为到达车站辅助停车区编号数字，ASAa.RP为到达车站辅助停车区可达点，ASAa.OP为到达车站辅助停车区运行点，ASAa.HP为到达车站辅助停车区危险点，Sline为线路轨道总长度，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度；
(2)将起始车站辅助停车区作为当前辅助停车区；
(3)从当前辅助停车区出发，模拟磁浮列车运行，确定下一个辅助停车区参数ASA，具体为：
(31)模拟磁浮列车运行，确定磁浮列车在当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置，Pv表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车速度；
(32)根据当前辅助停车区的紧急制动启动点确定下一个辅助停车区的运行点OP；
(33)根据下一个辅助停车区的运行点OP确定其对应的可达点RP和危险点HP；
(34)根据当前辅助停车区编号确定下一个辅助停车区编号，进而完成下一个辅助停车区参数ASA的确定；
(4)将步骤(3)确定的下一个辅助停车区作为当前辅助停车区，循环执行步骤(3)直至磁浮列车运行至到达车站。
2.根据权利要求1所述的一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，其特征在于，步骤(31)具体为：
(31a)模拟磁浮列车运行，实时获取磁浮列车当前运行位置(x，v)，x表示磁浮列车在线路轨道上的当前横坐标位置，v表示磁浮列车当前速度；
(31b)模拟磁浮列车从当前运行位置开始执行紧急制动，磁浮列车紧急制动的减加速度为aemergencebrake，计算磁浮列车紧急制动至速度为0时所经过的路程Semergencebrake；
(31c)判断x+Semergencebrake是否小于当前辅助停车区的危险停车点HSPc，若是则返回执行步骤(31a)，否则，将磁浮列车当前运行位置(x，v)确定为当前辅助停车区的紧急制动启动点P(Px，Pv)，其中当前辅助停车区的危险停车点HSPc为：
Figure FDA0002218174960000021
ASAc.HP为当前辅助停车区的危险点，lsafe为磁浮列车车头或车尾的安全间隔长度，lvehicle为磁浮列车的长度。
3.根据权利要求1所述的一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，其特征在于，步骤(32)具体为：
(32a)从当前辅助停车区的紧急制动启动点开始，磁浮列车开始滑行，磁浮列车滑行减加速度为aslide，计算磁浮列车滑行至速度为0时所经过的路程Sslide；
(32b)下一个辅助停车区的运行点OP确定为：ASAn.OP＝Px+Sslide，ASAn.OP为下一个辅助停车区的运行点OP，Px表示当前辅助停车区的紧急制动启动点处磁浮列车在线路轨道上的横坐标位置。
4.根据权利要求1所述的一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法，其特征在于，步骤(33)下一个辅助停车区的可达点RP和危险点HP分别为：
Figure FDA0002218174960000031
其中，ASAn.OP表示下一个辅助停车区的运行点OP，ASAn.RP表示下一个辅助停车区的可达点RP，ASAn.HP表示下一个辅助停车区的可达点HP。
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