CN110281986B - 基于准移动闭塞的列车轨道区段锁闭时间计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法。该方法包括：通过分析高速铁路的准移动闭塞模式的特征参数建立列车的牵引计算模型；根据列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，得到列车在运行过程中的速度‑距离曲线：根据列车在运行过程中的速度‑距离曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间。本发明的方法可以基于精细化计算的轨道区段锁闭时间铺画带有Blocking time的列车运行图，为接车和发车路径的精细化使用提供依据，实现列车对运力资源占用的精细化表达，满足铁路系统精细化管理的需要。

Description

基于准移动闭塞的列车轨道区段锁闭时间计算方法

技术领域

本发明涉及列车运行技术领域，尤其涉及一种基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法。

背景技术

近年来，随着铁路技术不断升级，不断追逐更安全更智能的列车控制系统。如今，我国高铁开行了时速200-350公里不同速度等级列车，分别采用中国通号CTCS-2、CTCS-3高铁列车运行控制系统，是高铁运行的“大脑和中枢神经”。CTCS-2、CTCS-3高铁列车运行控制系统采用的闭塞方式均为准移动闭塞。准移动闭塞是一种既能保证行车安全，又能提高运输效率的信号制式。最小追踪间隔时间是计算理论能力的唯一参数，是评价线路运输能力的主要指标。轨道区段锁闭时间理论一方面作为计算列车最小追踪间隔的重要方法，另一方面可以精细化表达列车占用运力资源，因此基于我国铁路采用的准移动闭塞方式研究轨道区段锁闭时间(Blocking time)的计算方法具有重要意义。

目前，国内部分学者基于轨道区段锁闭时间理论对列车运行安全间隔时间进行了研究，且此类大多针对固定闭塞和移动闭塞模式，并在检测列车运行图冲突方面和研究轨道交通运输能力方面取得了一定成果。但是，基于当前我国铁路采用准移动闭塞背景下的轨道区段锁闭时间(Blocking time)计算的研究极少，几乎没有；为此，亟需针对准移动闭塞下达轨道区段锁闭时间(Blocking time)模型进行分析，并研究简单有效的计算方法；为我国铁路系统精细化管理提供决策依据。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法，包括：

通过分析高速铁路的准移动闭塞模式的特征参数建立列车的牵引计算模型；

根据所述列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，得到列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线：

根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间。

优选地，所述列车的牵引计算模型包括：列车运行过程中牵引力、阻力及制动力的关系表示为：

F_T-W₀-W_f-B＝m×(1+γ)×a

式中：F_T为牵引力，W₀为列车基本阻力，B为制动力，m为列车质量，γ为列车回转系数，a为列车的加速度。

优选地，所述的根据所述列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，得到列车在区间的运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线，包括：

列车在运行过程中受到牵引力、阻力和制动力的作用，列车最终的加速度a的计算公式为：

a＝a_T-a_b-a₀-a_f

式中，a_T为牵引力产生的加速度，a_b为制动产生的加速度，a₀为基本阻力产生的加速度，a_f对应坡道和曲线附加阻力；

在已知加速度的条件下，计算在Δt时间间隔内列车速度以及位置的变化：

v＝v₀+aΔt

计算列车在距离步长Δs后的终速度和耗时，更新列车速度和当前总耗时直至列车到达计算终点位置，根据所述v和Δs对列车状态进行更新获得列车的速度-距离曲线和距离-时间曲线。

优选地，所述的根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于区间的轨道区段锁闭时间，包括：

准移动闭塞模式下列车的基于区间的轨道区段锁闭时间的计算模型包括：

T_B区间＝t_附加+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_附加、t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同，t_接近、t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算；

式中t_附加为附加时间，表示列车在通过区间的某闭塞分区前的一段距离内，已经提前对该区间进行独占的时间；

t_反应为司机反应时间，表示当车载信号系统给出模式发生变化起开始，至司机对该信息做出反应时止的时间；

t_接近为接近时间，表示列车通过区间某点前，列车从运行速度采用常用制动到0的走行时间；

t_运行为运行时间，表示指列车通过闭塞分区所用的时间。

t_出清为出清时间，是指列车完全离开闭塞区段所用的吋间；

t_解锁为进路解锁时间，是指列车通过某点后，还需要经过一段时间才能释放该点的占用的时间。

优选地，所述的根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于车站的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于车站的轨道区段锁闭时间，包括：

在准移动闭塞条件下车站内的轨道区段锁闭时间的计算公式为：

T_B车站＝t_建立+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同。t_接近和t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算；

t_建立为进路建立时间，包括进路建立时间和进路办理时间：

t_解锁为进路解锁时间，在计算进路解锁时间时采用分段计算方式；

t_解锁＝t_解锁1+t_解锁2+t_解锁3

优选地，所述的方法还包括：

当出现列车在巡航时超速时，寻找到列车的最近的一次牵引转惰行点，并向前回溯n个步长，从该位置开始进行惰行，回滚的步长数n的计算公式如下：

式中：v_限速为列车当前的限制速度，Δs为步进的距离步长，Φ为手柄位保持的最小时间；

从目标点开始，以末速度推导初速度，将制动反推过程中的距离步长进行减半处理，反推过程中的距离步长是正推过程步长的一半，反推的结束时机为速度达到了规定的限速，根据正推曲线与反推形成的制动曲线的交点来确定列车的制动时间和地点。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法可以基于精细化计算的轨道区段锁闭时间铺画带有Blocking time的列车运行图，为接车和发车路径的精细化使用提供依据，实现列车对运力资源占用的精细化表达，满足铁路系统精细化管理的需要。

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为本发明实施例提供了一种基于准移动闭塞的轨道区段锁闭时间的计算方法的处理流程图；

图2是本发明实施例提供的一种模拟司机控制列车速度的策略示意图；

图3是本发明实施例提供的一种区间列车速度控制方式图；

图4是本发明实施例提供的列车运行过程的构成和流程图；

图5是本发明实施例提供的列车状态更新流程图；

图6是本发明实施例提供的列车状态回滚处理流程图；

图7是本发明实施例提供的制动空走距离的确定流程图；

图8是本发明实施例提供的区间轨道区段锁闭时间(Blocking Time)计算模型示意图；

图9是本发明实施例提供的车站轨道区段锁闭时间(Blocking Time)计算模型示意图。

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元件。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/或组件，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、组件和/或它们的组。应该理解，当本发明称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

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。

针对现有技术中的问题，本发明提供一种我国铁路准移动闭塞下的轨道区段锁闭时间(Blocking time)的计算方法，其能作为计算列车最小追踪间隔的重要方法，另一方面可以精细化表达列车占用运力资源，以适应铁路系统的精细化管理，从而提高计算方法的普适性与计算结果的实用性。

本发明实施例提供了一种基于准移动闭塞的轨道区段锁闭时间的计算方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤S10：分析中国高速铁路实际线路闭塞的基本类型及特征等参数；

随着高速铁路的发展，对铁道信号技术提出了新的挑战。为了建立一套完整的兼顾既有线路和高速铁路的列车运行控制系统，在现有国内技术水平基础上，参照国外列车运行控制系统规范和运用经验，结合我国铁路运输特点，遵循全路统一规划的原则，铁道部于2002年确定构建中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System，简称CTCS)。结合我国国情，从实际需求出发，遵循以地面设备为基础，车载与地面设备统一设计的原则，按系统构成和功能将CTCS系统划分为CTCS-0级、CTCS-1级、CTCS-2级、CTCS-3级和CTCS-4级。目前我国采用的列控系统主要为CTCS-2级和CTCS-3级。

(1)CTCS-2级

CTCS-2级列控系统是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的点—连式列车运行控制系统，其中轨道电路负责列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送列车前方轨道空闲数量；点式信息设备传输位置校正信息、进路参数、线路参数、临时限速等。

(2)CTCS-3级

CTCS-3级列控系统是基于通信的列车运行控制系统。它以CTCS-2级列控信息传输系统为基础，采用轨道电路检查列车占用，点式信息设备提供列车用于测距修正，以无线通信系统(如GSM-R)实现车—地连续、双向信息传输。行车许可由地面无线比赛中心RBC产生，通过无线通信系统传送到车载设备，并实时计算目标距离模式曲线监控列车运行速度。通过双向信息传输，CTCS-3级实现了地面控制设备与移动体车载设备的闭环控制。

CTCS-2级和CTCS-3级列控系统采用的闭塞方式为准移动闭塞。准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式。目标距离控制模式根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。准移动闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。空间间隔的长度是不固定的，由于要与移动闭塞相区别，所以称为准移动闭塞。

准移动闭塞和移动闭塞的区别在于：

(1)准移动闭塞采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息，信息量大；

(2)可告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动起点可延伸至保证其安全制动的地点，从而改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路利用效率。

(3)准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方。而移动闭塞通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信，控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。

步骤S20：通过分析高速铁路的准移动闭塞模式的特征参数建立列车的牵引计算模型。

列车在运行过程中，受力情况复杂，整体来看，影响列车运行状态的力主要有牵引力、列车基本阻力、附加阻力及制动力，本节分别介绍每种力的计算方法，结合高速铁路选取合适计算方法进行计算。

B.1、列车运行过程中所受合力

根据牛顿第二定律，所述列车的牵引计算模型包括列车运行过程中牵引力、阻力及制动力的关系可表示为：

F_T-W₀-W_f-B＝m×(1+γ)×a

式中：F_T-牵引力(N)

W₀-列车基本阻力(N)

B-附加阻力(N)

m-列车质量(Kg)

γ-列车回转系数，取值为0.08

a-加速度，m/s²

B.1.1、列车牵引力

高速列车的牵引力来源于牵引电机，为了保证列车具有足够的黏着力，低速条件下列车一般采用恒牵引力牵引，高速时采用恒功率牵引。

列车牵引力一般而言是速度的分段函数，一般主要有两种确定方法，第一种方法是根据列车牵引特性曲线直接取值。通过对动车组的牵引特性曲线分段进行一次或二次曲线拟合，可获得任意速度下的牵引力值。第二种方法是根据给定动车组的加速度来计算牵引力，加速度a_T是速度v的函数，表示为：

a_T＝f(v) (m/s²)

F_T＝m×(1+γ)×a (N)

由于列车的动轮与钢轨间存在黏着限制，因此还需要根据以下公式计算列车的黏着牵引力，若由此得到的牵引力大于黏着牵引力，则需要把牵引力降低为黏着牵引力。

F_μ＝(P_μg)μ₁β (N)

式中：F_μ为黏着牵引力，P_μ为列车的黏着质量(Kg)，μ₁为计算黏着系数，β为黏着力折减系数。

我国一般采用粘着系数计算公式：

干燥：

潮湿：

B.1.2、列车运行阻力

动车组运行阻力按其产生的原因，可分为基本阻力和附加阻力。附加阻力主要有坡道阻力、曲线附加阻力和隧道附加阻力。列车的基本阻力由机械阻力和空气阻力组成。单位基本阻力一般用列车运行速度的二次函数来描述：

ω₀＝av²+bv+c (N/KN)

式中a、b、c是列车类型相关的常数。

列车由基本阻力导致的减速度可通过以下公式计算。

本发明考虑列车长度，将列车视为一个均匀分布的质量带，能较贴切地刻画列车在变坡点和曲线变化点的受力情况。其所受的坡道附加阻力按照列车在该坡度上的长度确定，如公式：

式中j为列车当前位置下所有坡度的下标，按照我国的《铁路线路设计规范》以及《铁路车站及枢纽设计规范》，对于动车组，j的取值应该小于3。i_j为第j个坡的坡度值，L_T为列车的长度，L_Tj为列车在坡度j上的长度。

同理，曲线附加阻力也可按照列车的长度分比例进行计算，其公式：

式中r_j为列车车长范围内的第j个曲线的半径。

隧道附加阻力隧道内空气阻力与空旷地段空气阻力之差，隧道越长，隧道附加阻力越大。该阻力的计算也是利用经验公式计算，见式：

ω_s＝0.00013L_s (N/KN)

式中L_s——隧道长度(m)。

列车运行附加阻力可表示为：

W_f＝m×g×(ω_i+ω_r+ω_s) (N)

式中m为列车的质量，单位为t。

列车由附加阻力导致的减速度可通过下式计算：

B.1.3、制动力

本发明采用制动减速度的方式确定列车的制动力。制动减速度的方法需要根据动车组的型号采集列车在平直道上以不同初速度下开始制动后，列车到达各个速度点时消耗的时间和走行的距离，根据这些数据再推算出列车在不同速度段下的平均减速度。通过对这些离散的平均减速度进行曲线拟合，得到列车平直道上的减速度函数，通过插值法，进而确定列车在各个速度下的制动减速度a_b。

步骤S30：根据列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，提出模拟司机控制列车速度的策略，得到列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线。

列车运行过程仿真模型中关键部分，也是难点部分是列车操控模型，即列车驾驶模型。

图2是本发明实施例提供的一种模拟司机控制列车速度的策略示意图，该策略的基本思路为模仿司机控制列车速度的策略，图2中目标速度为比列车当前顶棚限制速度低Δ值的一个速度。增速方案是为了降低列车速度，减速方案是为了加大列车速度，在增速方案中，当列车速度大于目标速度时，列车由牵引方式转为惰行，若速度在惰行下仍保持增长，则当速度大于等于惰行转制动的临界点时，列车由惰行转为制动。减速方案类似，即在减速方案中，当列车速度小于目标速度时，列车由惰行转为牵引方式，若速度在牵引方式下仍保持减少，则当速度大于等于惰行转制动的临界点时，列车由惰行转为制动。该策略在控制时，有一定的误差，目标速度与限制速度之间的Δ值越大，误差就越大，但此时，列车手柄位的转换相对较少，Δ值越小，手柄位转换越频繁。

在驾驶策略中，列车目标速度的确定将决定列车驾驶手柄位的选择。列车在区间运行时，其运行时分由运行图给定，在设备正常，且未受到前车限制的条件下，列车的驾驶策略一般为从发车站出发后加速到目标速度，之后通过微调手柄位将速度控制在目标速度附近，待接近停车点时实施制动，图3是本发明实施例提供的一种区间列车速度控制方式图，图3中粗实线为列车的速度-时分曲线。在这种情况下，列车的目标速度是一个低于闭塞限速的值，且主要由区间运行时分决定。对于站间区间长度为S，列车运行时分为T的已知条件下，目标速度v_t需要通过计算获得。为了计算v_t，可将列车在区间的运行过程划分加速阶段、巡航阶段和制动阶段，并假定加速阶段和制动阶段都使用恒定的加减速度，同时巡航阶段速度保持为目标速度，如附图2中的细实线。为了尽量减少误差，可采用列车在平直道上的0-v_b的平均加速度a_a和平均减速度a_d作为加速阶段和制动阶段加减速度。设列车加速阶段的时长为t_a，巡航阶段的速度为v_c，时长为t_c，减速阶段的时长为t_d，在此条件下，由加速阶段、巡航阶段和制动阶段围成的梯形的面积即为站间区间长度S，根据以上的设定，解三元二次方程组可得到三个阶段的时长值，从而可推算出列车的巡航速度v_c。

t_a+t_c+t_d＝T

a_at_a-a_dt_d＝0

v_c＝a_at_a＝a_dt_d

列车的巡航速度v_c在计算停降速制动时机时用到。

在列车驾驶过程中，手柄位不能转换过于频繁，这既不利于平稳驾驶，其过程以及产生的结果也将与实际情况相差较大，因此在操控模型中，应限制手柄位的保持时间，当转换到某个手柄位后，必须在

时间后才能转换到其他的手柄位，

即为手柄位保持时间。

列车运行过程计算

列车运行过程计算就是列车按照动力学特性，在信号系统控制下，按照一定的驾驶方式，随着时间的推进，不断更新列车状态的过程，也就是实现列车运行过程的仿真。

列车运行过程计算的组成和流程可用附图4表示。列车随着时间的步进，不断获取其所在位置以及前方一定里程范围内的线路平纵断面数据和限速数据；车载信号系统则根据列车当前的位置和速度、前方的静态限速和进路开放情况，确定列车运行的授权终点(EOA)，结合列车的制动性能生成列车一次制动的限速曲线；列车操控模型则根据列车当前的速度以及车载信号系统确定的限速曲线，结合驾驶手柄位转换的限制，根据驾驶策略给出当前操控列车的驾驶手柄位；列车则根据该手柄位确定当前的牵引(制动)力、基本阻力和附加阻力，并按照列车运动方程更新列车的速度和位置；当列车位置和速度更新后，需要将这些信息通知车载信号系统和列车操控模型，用以更新列车的限速和驾驶手柄位。重复以上步骤，直到列车运行到指定的时间或指定的位置为止。在这个过程中，需要重点解决列车状态更新步长的设定、列车状态回滚以及降速制动时机的选择等问题。

根据上述列车的受力分析可知，列车是在牵引力、阻力和制动力作用下运动的物体，列车最终的加速度为：

a＝a_T-a_b-a₀-a_f

式中，a_T为牵引力产生的加速度，a_b为制动产生的加速度，a₀为基本阻力产生的加速度，a_f对应坡道和曲线附加阻力；

在已知加速度的条件下，可计算在Δt时间间隔内列车速度以及位置的变化：

v＝v₀+aΔt (m/s)

计算列车在距离步长Δs后的终速度和耗时，更新列车速度和当前总耗时直至列车到达计算终点位置。根据以上v和Δs对列车状态进行更新获得列车的速度-距离曲线和距离-时间曲线。

本发明以固定距离的方式进行步进，以更新列车的状态。由于高速列车运行速度在200km/h以上，且随着速度的增高，速度每增加一定的值，其走行的距离也在不断的变长。为了保证在一个步长范围内，列车的速度不会发生较大的变化，从而导致牵引力取值产生偏差，距离步长应结合计算效率和牵引加速度曲线的形式进行取值，本发明最终采用的距离步长为100m。采用的列车状态更新过程如附图5所示。列车状态回滚是当列车在区间巡航状态(高速运行)时，由于坡度或驾驶手柄位选择不合理，从而造成列车超速，此时，必须将列车的状态回退到以前的一个时间点和位置，重新选择驾驶手柄位，以避免发生超速。其产生的根本原因在于驾驶策略没有预见性，且驾驶手柄位需要保持一定的时间。

按照列车操控模型的规则，当列车超速时，驾驶方式往往处于惰行或制动状态，因此当出现列车在巡航时超速，究其根本原因是调速时间过晚，解决的方法为寻找到最近的一次牵引转惰行点，并向前回溯n个步长，从该位置开始进行惰行，处理流程如附图6所示。步长n选取过大有可能导致列车过早的降速，过小则需要多次回滚才能避免超速，导致计算效率降低。本发明使用以下公式确定回滚的步长数：

式中：v_限速为列车当前的限制速度，Δs为步进的距离步长，Φ为手柄位保持的最小时间。

列车停降速制动时机的选择是列车运行过程中的一个重要问题，过晚制动有可能导致列车超速，虽然使用状态回滚的方式可以解决该问题，但由于制动距离较长，使用状态回滚的方法效率较低。考虑到降速或停车的目标点位置和目标速度是确定的，因此本发明采用了反向计算的方法解决该问题，即从目标点开始，以末速度推导初速度。其基本过程与正向列车运行过程基本相同，区别仅在于由于列车的制动力、阻力等参数的取值都是按照末速度取值的，可能会比按照初速度略大。为了尽量减少误差，本发明将制动反推过程中的距离步长进行了减半处理，即反推过程中的距离步长是正推过程步长的一半，从而使得末速度时的制动加速度以及阻力加速度尽可能地接近初速度时的值。反推的结束时机为速度达到了规定的限速。反推结束后，可形成一条列车制动曲线，但列车从何时、何处开始制动仍然未知，为此需要根据正推曲线与反推形成的制动曲线的交点来确定。

当正推曲线与反推制动曲线相交后，由于制动的建立需要一段延时，即制动空走时间，此外，若相交时列车处于牵引状态，则还要考虑牵引力卸载的延时，因此需要从交点位置向列车运行前方延伸一定的距离后再反推这段延时范围内列车的运行曲线。其过程可用附图7描述。

步骤S40：根据列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间(Blocking time)的计算模型，得到列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间模型。

C.1、基于区间的轨道区段锁闭时间(Blocking Time)的计算方法。

在本发明中，采用欧洲的列车运行间隔时间计算的Blocking Time方法，对列车通过区间某闭塞分区前后，对其产生的占用时间组成进行分析，进而得出列车对区间某闭塞分区的占用时间带。根据此方法对空间中各选点的参考点进行计算，即可得到该列车在区间各闭塞分区占用的时间分布。在准移动闭塞条件下，区间轨道区段锁闭时间包括六个部分，本发明实施例提供的一种基于区间的轨道区段锁闭时间(Blocking Time)的计算模型示意图如附图6所示。

T_B区间＝t_附加+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_附加、t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同。t_接近、t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算。

式中t_附加为附加时间，由于列车在通过区间的某闭塞分区前的一段距离内，已经提前对该点进行独占。

t_反应为司机反应时间，当车载信号系统给出模式发生变化起开始，至司机对该信息做出反应时止的时间。本发明将该值设置为3s。

t_接近为接近时间，列车通过区间某点前，由于其需要保持一定的制动距离，以及自制动指令下达至制动力产生作用的空走距离。接近时间是指列车从运行速度采用常用制动到0的走行时间。

t_运行为运行时间是指列车通过闭塞分区所用的时间。

t_出清为出清时间，是指列车完全离开闭塞区段所用的吋间，即列车走行一个车长所用的时间。

t_解锁为进路解锁时间，是指列车(车头)通过某点后，由于需要等车尾出清该点，且需要保证一段安全距离，还要考虑列车实际离开该点后向指挥中心和后车发送信号指令的通讯时间，因此列车在车头通过该点后，还需要经过一段时间才能释放该点的占用。

C.2、基于车站的轨道区段锁闭时间(Blocking Time)的计算方法。

相比区间的轨道区段锁闭时间，由于列车在车站的到达、出发、通过作业均需要车站为列车开放进路才能够进行，因此列车在车站内对进路的占用情况取决于进路的锁闭与解锁方式，在计算时这两部分也要详细考虑进路的锁闭与解锁方式。

当列车经过车站时，需要对车站的进路产生一定时间的占用，在占用车站进路之前的某一个时刻，车站需要为即将进站的列车开放进路，只有当该进路及其所有敌对进路清空后，进路才能为到达列车所开放，一旦该列车进路开放，其所有的敌对径路将会被锁闭，不允许其他列车占用。当列车离开车站时，会逐步清空其所占用的进路，一旦进路清空，则其可以由其他列车占用。

列车在离开车站进路后，信号系统自动清除占用信号。由于车站的进路采用分段解锁的方式，逐段对列车出清的进路进行解锁。只有列车的车尾离开进路轨道电路区段末端，附加一定的信号转换时间和安全距离所需时间，该轨道电路区段才能解锁。因此，同一轨道电路区段上的各点的解锁时间是相同的。这种车站进路分段解锁的模式，将会使进路解锁时间的分布呈阶梯状。因此在计算列车通过某点后的占用时间中应该针对进路解锁的特点进行上述的处理。

根据附图7中车站轨道区段锁闭时间(Blocking Time)计算模型，准移动闭塞条件下，车站内的轨道区段锁闭时间的计算公式为：

T_B车站＝t_建立+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同。t_接近和t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算。

t_建立为进路建立时间(s)。包括进路建立时间(RoutePrepareTime)和进路办理时间(RouteSetTime)。进路建立时间：在进路开放前，确保进路空闲，以及为开放进路进行准备需要消耗的时间，本发明设置该参数的值为10s。进路办理时间：自下达了进路开放命令起，至进路开发为止的时间，该时间与连锁检查、道岔转动与锁闭的时间有关，本发明设置该时间为20s。

t_解锁为进路解锁时间，由于车站采用进路分段解锁的模式，将会使进路解锁时间的分布呈阶梯状，因此在计算进路解锁时间时采用分段计算方式。

T_B＝t_建立+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁1+t_解锁2+t_解锁3

综上所述，本发明实施例提供的基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法可以根据前后列车占用时间带不能重叠的闭塞规则，确定前后行列车依次从车站出发进入区间的最小间隔时间从而提高车站的通过能力；可以基于精细化计算的轨道区段锁闭时间铺画带有Blocking time的列车运行图，为接车和发车路径的精细化使用提供依据，实现列车对运力资源占用的精细化表达，满足铁路系统精细化管理的需要。

本发明实施例提供的基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法可以计算列车最小追踪间隔，可以精细化表达列车占用运力资源，以适应铁路系统的精细化管理，从而提高计算方法的普适性与计算结果的实用性。

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 (4)

1.一种基于准移动闭塞的列车的轨道区段锁闭时间的计算方法，其特征在于，包括：

通过分析高速铁路的准移动闭塞模式的特征参数建立列车的牵引计算模型；

根据所述列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，得到列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线：

根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于区间和车站的轨道区段锁闭时间；

当出现列车在巡航时超速时，寻找到列车的最近的一次牵引转惰行点，并向前回溯n个步长，从该位置开始进行惰行，回滚的步长数n的计算公式如下：

式中：v_限速为列车当前的限制速度，Δs为步进的距离步长，Φ为手柄位保持的最小时间；

从目标点开始，以末速度推导初速度，将制动反推过程中的距离步长进行减半处理，反推过程中的距离步长是正推过程步长的一半，反推的结束时机为速度达到了规定的限速，反推结束后形成一条列车制动曲线，根据正推形成的列车制动曲线与反推形成的列车制动曲线的交点来确定列车的制动时间和地点；当正推曲线与反推制动曲线相交后，制动的建立需要一段延时，即制动空走时间，若相交时列车处于牵引状态，则要考虑牵引力卸载的延时，从交点位置向列车运行前方延伸一定的距离后再反推这段延时范围内列车的运行曲线；

所述的根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于区间的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于区间的轨道区段锁闭时间，包括：

准移动闭塞模式下列车的基于区间的轨道区段锁闭时间的计算模型包括：

T_B区间＝t_附加+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_附加、t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同，t_接近、t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算；

式中t_附加为附加时间，表示列车在通过区间的某闭塞分区前的一段距离内，已经提前对该区间进行独占的时间；

t_反应为司机反应时间，表示当车载信号系统给出模式发生变化起开始，至司机对该信息做出反应时止的时间；

t_接近为接近时间，表示列车通过区间某点前，列车从运行速度采用常用制动到0的走行时间；

t_运行为运行时间，表示指列车通过闭塞分区所用的时间；

t_出清为出清时间，是指列车完全离开闭塞区段所用的时间；

t_解锁为进路解锁时间，是指列车通过某点后，还需要经过一段时间才能释放该点的占用的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列车的牵引计算模型包括：列车运行过程中牵引力、阻力及制动力的关系表示为：

F_T-W₀-W_f-B＝m×(1+γ)×a

式中：F_T为牵引力，W₀为列车基本阻力，B为制动力，m为列车质量，γ为列车回转系数，a为列车的加速度，W_f为列车运行附加阻力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据所述列车的牵引计算模型对列车运行过程中受到的力进行分析和计算，得到列车在区间的运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线，包括：

列车在运行过程中受到牵引力、阻力和制动力的作用，列车最终的加速度a的计算公式为：

a＝a_T-a_b-a₀-a_f

式中，a_T为牵引力产生的加速度，a_b为制动产生的加速度，a₀为基本阻力产生的加速度，a_f对应坡道和曲线附加阻力；

在已知加速度的条件下，计算在Δt时间间隔内列车速度以及位置的变化：

v＝v₀+aΔt

计算列车在距离步长Δs后的终速度和耗时，更新列车速度和当前总耗时直至列车到达计算终点位置，根据所述v和Δs对列车状态进行更新获得列车的速度-距离曲线和距离-时间曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述列车在运行过程中的速度-距离曲线和距离-时间曲线分别建立并求解准移动闭塞模式下列车的基于车站的轨道区段锁闭时间的计算模型，得到列车的基于车站的轨道区段锁闭时间，包括：

在准移动闭塞条件下车站内的轨道区段锁闭时间的计算公式为：

T_B车站＝t_建立+t_反应+t_接近+t_运行+t_出清+t_解锁

上述计算公式中的t_反应、t_出清为常数，根据列车参数不同而不同，t_接近和t_运行根据生成的列车距离-时间曲线进行计算；

t_建立为进路建立时间，包括进路建立时间和进路办理时间：

t_解锁为进路解锁时间，在计算进路解锁时间时采用分段计算方式；

t_解锁＝t_解锁1+t_解锁2+t_解锁3。

Images