CN110553864A - 一种有轨电车模拟运行监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有轨电车模拟运行监控系统，包括地面轨道模拟部分、车载模拟部分、监控模拟部分，所述监控模拟部分与地面轨道模拟部分、车载模拟部分数据连接，控制地面轨道模拟部分和车载模拟部分的运行。本发明将实际线路转化成由模型层构成的层模型，能在有限的空间里模拟任意长度的线路。

Description

一种有轨电车模拟运行监控系统

技术领域

本发明涉及有轨电车技术领域，特别涉及一种有轨电车模拟运行监控系统。

背景技术

现代有轨电车具有载客能力大、污染及能耗小、建设周期短、造价低的特点。为解决城市交通问题、建设现代化城市公共交通系统，现代有轨电车在我国部分城市中得到发展。而现阶段我国许多城市正处于有轨电车线路扩建中，在规划线路及设置站点等问题上往往不能通过简单的调研得到最优方案。

目前已有方法是对已有线路、路网等进行现场调研，以及利用目前已有的调度系统之类所采集到的已有线路的相关数据，再考虑到有轨电车车辆本身参数进行分析。但是在增减站点，缩放站间距离，改变有轨电车车辆的运行参数等就难以在已有线路上进行调研。

纯软件的模拟方式缺乏直观性，其对有轨电车的运营线路的道路模型仿真结果只是数据形式，即只能生成仿真报告，如果是建立在已有调研数据基础上的仿真报告则局限性更大。同时，纯软件仿真难免会过于理想化，对于行驶过程中的误差值考虑不充分。

另外，有轨电车的轨道有线路长、路线复杂等的特点，直接模拟或仅缩小比例尺的模拟方式对轨道线路要求高、对空间需求也太高。因此，搭建一套科学有效的有轨电车实物模型对于有轨电车线路规划建设尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种有轨电车模拟运行监控系统，此系统可实现科学有效地搭建了一个结构简单、占地面积较小的实物模型对有轨电车的运行场景进行模拟仿真，进一步为有轨电车安全运行参数的确立提供指导意见。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种有轨电车模拟运行监控系统，包括地面轨道模拟部分、车载模拟部分、监控模拟部分；

所述地面轨道模拟部分，为一层模型层，是以实物轨道周长为标准对线路模型进行虚拟划分所得的一部分，用于模拟有轨电车运行线路，将模拟线路转化成由模型层构成的层模型，也即将模型层按其在原本线路模型所处的逻辑位置进行嵌套所形成的逻辑上的模型；

所述车载模拟部分，包括模型车，用于模拟有轨电车的运行；

所述监控模拟部分与地面轨道模拟部分、车载模拟部分数据连接，用于定义有轨电车模拟运行方案，并生成有轨电车模拟运行控制指令表，控制地面轨道模拟部分和车载模拟部分的运行，计算模拟有轨电车运行各站点、各供电区所处模型层。本系统对有轨电车模拟运行过程中的各参数的检测和控制是基于搭建的实物模型而进行的，而且将实际线路转化成由模型层构成的层模型，能在有限的空间里模拟任意长度的线路。

优选的，所述地面轨道模拟部分包括第一数据采集单元、供电区间模拟单元；

所述第一数据采集单元用于采集地面轨道模拟部分的供电区间的电流和电压值，采集到、离站信息，采集站点停留时间；

所述供电区间模拟单元，为LED灯带，以灯带的电流和电压模拟有轨电车供电区间的电流和电压。

更进一步的，所述地面轨道模拟部分还包括红绿灯模拟单元，用于模拟有轨电车运行时遇到的红绿灯。

优选的，所述车载模拟部分具体包括第二数据采集单元、传动单元、电机控制单元；上述车载模拟系统的各单元均与监控模拟部分连接；

所述第二数据采集单元，用于采集有轨电车的速度、加速度和电机的电流、电压；

所述传动单元，为模型车，用于模拟有轨电车车体；

所述电机控制单元与传动单元连接，在监控模拟部分的控制下，带动传动单元的运行。

优选的，所述监控模拟部分包括第一信号处理单元和第二信号处理单元、上位机单元、设置于地面轨道模拟部分并获取该部分数据的第一数据传输单元、设置于车载模拟部分并获取该部分数据的第二数据传输单元，第一信号处理单元、第二信号处理单元、上位机单元采用MODBUS协议采集、处理、传输、储存数据信息；

所述第一信号处理单元与地面轨道模拟部分数据连接，用于控制地面轨道模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输；

所述第二信号处理单元与车载模拟部分数据连接，用于控制车载模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输；

所述第一、第二数据传输单元采用无线信道传输数据，分别于第一信号处理单元和第二信号处理单元进行数据连接，以实现第一信号处理单元、第二信号处理单元和上位机单元无线传输数据。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明在于对有轨电车模拟运行过程中各参数的监测和控制是基于搭建的实物模型而进行的，将实际线路转化成由模型层构成的层模型，能在有限的空间里模拟任意长度的线路。

2、本发明可自主定义线路模型，修改线路参数使得模拟运行能更好地进行仿真，通过实物模拟运行，更易于发现现实运行过程中可能出现的问题，使线路规划更安全可靠。

3、本发明监控模拟部分通过监控模拟部分中各单元的无线通讯，能对传感器传递的数据进行处理分析后实现实时监测与控制，并能实现对有轨电车超速的报警及有轨电车速度调控的功能。

4、本发明通过监控模拟部分中上位机单元的理论运算结合高精度传感器的闭环修正来提升数据的精确性。

5、本发明通过构建层模型，既能对已有实际线路进行模拟仿真，又能对处于设计阶段即实际中仍未运营的线路进行模拟仿真，弥补了目前的一些仿真模型只能在已有调研数据上进行模拟仿真的不足。

附图说明

图1是本发明有轨电车模拟运行监控系统结构图。

图2是本发明有轨电车模拟运行监控系统实物模型示意图。

图3是本发明12V灯带控制电路设计图。

图4是本发明激光对射传感器电路设计图。

图5是本发明红绿灯模拟电路设计图。

图6是本发明基于图3增加了电流和电压传感器的12V灯带控制相关的电路设计图。

图7是本发明有轨电车模型的设计图。

图8是本发明基于MODBUS TCP/IP的通信结构。

图9是本发明有轨电车模拟运行方法流程图。

图10是本发明有轨电车运行v-t图。

图11是本发明红绿灯算法流程图。

图12是本发明供电区间启用时间算法流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种有轨电车模拟运行监控系统，包括地面轨道模拟部分、车载模拟部分、监控模拟部分；

所述地面轨道模拟部分，为一层模型层，是以实物轨道周长为标准对线路进行虚拟划分所得的一部分，用于模拟有轨电车运行线路，将模拟线路转化成由模型层构成的层模型，也即将模型层按其在原本线路模型所处的逻辑位置进行嵌套所形成的逻辑上的模型；

所述地面轨道模拟部分包括第一数据采集单元、供电区间模拟单元、继电器单元、红绿灯模拟单元；所述第一数据采集单元包括电流、电压传感器，用于采集地面轨道模拟部分的供电区间的电流和电压值，采集到、离站信息，采集站点停留时间；有轨电车在行驶过程中是通过从轨道上获取电能为其提供动力，电车行驶时，该段的供电也要相应启用，这段供电的范围称供电区间，根据所模拟的有轨电车供电方式不同，所述供电区间模拟单元模拟用的LED灯带的长度与数量也会有所不同，并以灯带的电流和电压模拟有轨电车供电区间的电流和电压；所述继电器单元用于对DSP控制信号进行放大，以对大功率灯带进行控制，用于对数字信号处理单元的隔离保护；；所述红绿灯模拟单元，为红绿两色灯组，根据模拟需要设置不同的时长，用于模拟有轨电车运行时遇到的红绿灯。

所述车载模拟部分，包括模型车，用于模拟有轨电车的运行，并采集运行数据；

所述车载模拟系统具体包括第二数据采集单元、传动单元、电机控制单元、；上述车载模拟系统的各单元均与监控模拟部分连接；所述第二数据采集单元包括速度传感器、加速度传感器、电流传感器、电压传感器，用于采集有轨电车的速度、加速度和电机的电流、电压；所述传动单元，为模型车，用于模拟有轨电车车体；所述电机控制单元与传动单元连接，在监控模拟部分的控制下，带动传动单元的运行。

所述监控模拟部分与地面轨道模拟部分、车载模拟部分数据连接，用于定义有轨电车模拟运行方案，并生成有轨电车模拟运行控制指令表，控制地面轨道模拟部分和车载模拟部分的运行，所述监控模拟部分包括第一信号处理单元和第二信号处理单元、上位机单元、设置于地面轨道模拟部分并获取该部分数据的第一数据传输单元、设置于车载模拟部分并获取该部分数据的第二数据传输单元，第一信号处理单元、第二信号处理单元、上位机单元采用MODBUS协议(一种串行通信协议)采集、处理、传输、储存数据信息；所述第一、第二数据传输单元与监控模拟部分其他单元无线连接，第一、第二数据传输单元均可为无线收发装置(本实施例选用WIFI模块)，与监控模拟部分的其他单元实现数据无线传输；第一信号处理单元和第二信号处理单元均选用DSP(数字信号处理器)全功能板TMS320F28335；地面轨道模拟部分的DSP接收到上位机的指令后，向相应的单元模块发出控制信号，实现数据采集及返送、LED灯带开关控制和红绿灯模拟的功能；车载模拟部分的DSP接收到上位机的指令后，向电机控制单元和第二数据采集单元发出控制信号，实现有轨电车模型的速度控制和各检测数据的采集及返送功能。所述第一信号处理单元与地面轨道模拟部分数据连接，用于控制地面轨道模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输；所述第二信号处理单元与车载模拟部分数据连接，用于控制车载模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输。

所述第一信号处理单元、第二信号处理单元、上位机单元采用MODBUS协议采集、处理、传输、存储数据信息，具体为：应用MODBUS在TCP/IP上的实现，组建如图8所示通信结构。DSP对传感器采集到的数据进行处理，按照MBAP报文头、功能码和数据的帧格式，将数据进行封装，然后经过WIFI模块，把数据发送到上位机。上位机接收到DSP发来的数据，按照协议进行解码处理。同样上位机发送的指令也按照协议打包成帧，经过WIFI模块，发送到指令中的第一信号处理单元或第二信号处理单元，然后信号处理单元按照协议对指令进行解码处理，同时，协议也提供了报文检查算法，从而使得系统各部分间能可靠高效地进行无线通信。

本实施例以DSP开发板、仿真器和软件开发平台来组建DSP二次开发平台，然后通过这一开发平台将与传感器控制相关的程序、与基于MODBUS TCP/IP(MODBUS协议在传输控制协议/因特网互联协议上的实现)协议的无线通讯相关的程序、与WIFI传输有关的程序等烧录到DSP芯片中，从而实现数据采集，数据处理，数据储存和数据传输的功能。实质上是对DSP中的相关寄存器进行配置完成DSP芯片的相关配置，进而配置特定引脚功能，令SCITXDA、SCIRXDA引脚与WIFI模块进行交互实现WIFI通讯功能，令EPWM1A(B)～EPWM6A(B)引脚组各自产生同步的PWM波形实现步进电机的控制，令DSP的多路复用GPIO引脚引脚根据情况改变输出电平实现灯组和继电器的控制，令ADCINA0～ADCINA7、ADCINB0～ADCINB7引脚配置成A/D输入引脚实现控制电压、电流传感器等的数据采集。为了避免通讯距离限制以及解决在特定场合无法使用串口线来实现下位机与上位机通信的问题，使用WIFI模块来进行数据的无线传输，搭建局域网，从而实现下位机与地面轨道DSP和车载DSP的通信。

本实施例中，DSP开发板和WIFI模块(也即客户端)与上位机(也即服务器)之间通过Socket(套接字)编程实现无线通信。DSP开发板可以通过串口对WIFI模块进行设置和控制，上位机传来的网络数据被WIFI模块转为串口数据发送给DSP开发板，DSP开发板通过串口发送给WIFI模块的数据被模块转为网络数据从而传输给上位机。

本实施例系统的搭建方法如下：

(1)首先，确定地面轨道模拟部分与实际线路的比例尺。将车载模拟部分的最高速度与实际有轨电车的速度相比，求得最大比例尺。在设置比例尺时，只要不超过该比例尺即可，此举为了防止比例尺过大导致车载模拟部分达不到经过换算后的得到的速度。

(2)然后，将实际线路中的各站点、各供电区间以及有轨电车红绿灯在线路中相对于起点站的相对距离按照比例尺运算转化成模拟线路中的各站点、各供电区间以及有轨电车红绿灯在线路中相对于起点站的相对距离。

(3)最后，将模拟线路转化成层模型。即以所搭建的线路模型为一层模型层，将模拟线路转化成由模型层构成的层模型。将模拟线路中的各站点、各供电区间以及有轨电车红绿灯在线路中相对于起点站的相对距离除以所搭建的线路模型的总长度求得各站点、各供电区所处模型层，从而使得所搭建的线路模型能模拟实际线路。

本系统能适用于不同线路形状，不同的站点和供电区间数目。实物模型示意图如图2所示。由于搭建出了实物模型，便于进行误差测试。本系统会在测试阶段对搭建出的实物模型进行模拟运行测试，测出系统误差，并通过选择更高精度的传感器以及考虑系统误差对系统进行闭环修正来提升数据的精确性。整个模型的搭建主要分为模型定义和相关电路的铺设两大过程：第一，先是模型定义。本项目参考珠海有轨电车一号线定义一个新的模型进行调试以及可行性实验。线路长度，站点数目和位置与珠海有轨电车一号线相同，红绿灯只设置一个，实物模型轨道的规格为163cmx93cm，供电区间设置为一个模型层有三个，即一圈有三个供电区间，设置一台能双向行驶的有轨电车模型。至于监测点的设置，线路上设置三个激光对射传感器用于校准位置，因为激光对射光电开关传感器在没有遮挡激光的情况下，激光接收器输出的负载电压为0V，在激光被遮挡的情况下，输出的负载电压为其的供电电压，所以通过在激光接收器的负载安装电压传感器，而电压传感器与DSP开发板TMS320F28335连接，通过对负载电压进行判断从而判断有轨电车模型是否到达激光对射传感器的所在位置，设置一个电流和电压传感器测其中一个供电区间的电流和电压，有轨电车模型上设置512线旋转编码器(速度传感器)、陀螺仪(加速度传感器)、以及用于监测电机电流和电压的电流、电压传感器；第二，相关电路的铺设。其中又可分为地面轨道电路和车载电路两部分。对于地面轨道电路采取集中式供电和电路模块化的设计方法，在此需要提出，由于系统只考虑供电区间的长度、位置、电流和电压值，同时为了达到比较好的示意效果，本系统以LED灯带代替供电区间并且以LED灯带的电流和电压代替供电区间的电流和电压进行模拟。与12V灯带控制相关的电路、与激光对射传感器相关的电路、与红绿灯模拟相关的电路和增加了电流和电压传感器的12V灯带控制相关的电路分别如图3-6所示。在实际搭建轨道时，只要先根据定义好的模型确定需要哪些模块以及相应的数量是多少，然后采用集中式供电的方法，最后进行合理的布线，即可完成地面轨道电路的铺设。对于车载电路，主要是DSP最小系统板的供电部分以及DSP最小系统板与速度传感器、加速度传感器、步进电机的接线，这里使用编码器，测出车轮运转的角速度进而通过换算得到有轨电车模型的速度。本方案拟通过改装电动列车来制作有轨电车模型，有轨电车模型的大致设计图如图7所示。

上位机功能：上位机(即本系统软件)与硬件部分模型小车的通信采用WiFi模块，上位机通过Socket套接字建立TCP client，通过设置IP地址和端口号使软件连接WiFi热点，从而建立起连接进行数据的传输。在程序中编写一个connect(连接)函数用于连接第一信号处理单元和第二信号处理单元，为了实现定时发送的功能，需要使用到定时器控件，在程序中给该定时器设置一个较短的时间，当触发TimerTick(循环事件发生的时钟滴答数)事件时，程序会按时间顺序从控制指令表中取出一条指令，进行时间对比，若时间相等，则发送该时间点对应的指令内容。另外，若该条记录的“操作”字段为“有轨电车到站”，表明此时有轨电车已经进入到站停靠状态，此时进行有轨电车上下车人数的运算，计算公式为：当前车内人数＝车上乘客数-下车人数+上车人数，并将当前车内人数和到站时间及出站时间一起记录到乘客表中。在有轨电车的运行过程中需要向车载DSP发送加速和减速指令，还需要向地面轨道DSP发送控制指令用于开启和关闭供电区间，同时有轨电车模型上和轨道上的传感器采集到的数据会不断的发送给上位机，上位机接收到这些数据后，解析数据帧获取相应数据，之后根据有轨电车速度和时间计算出有轨电车实时位置并存入数据库相应参数表中。在整个运行过程中发送和接收到的数据帧及对应功能会同步显示在界面上，以便用户直观观察到有轨电车的运行状态和控制过程。

本系统的上位机获取用户定义的有轨电车运行模型方案，方案包括本次模拟运行的有轨电车线路、站点、供电区间以及有轨电车在各个站间的运行速度、启动加速度、减速加速度、上下车人数等信息。系统根据定义好的运行方案，结合有轨电车运动规律计算出有轨电车加速、减速、开启和关闭供电区间的时间点，同时根据通信协议生成对应的控制指令，将计算出的时间点及对应指令依次存入控制指令数据表。用户在控制运行界面连接上有轨电车实物模型后，通过点击启动按钮启动有轨电车模型。此时，系统开始查询运行控制指令表进行时间对比，若当前时间与指令表中的时间点相等，则发送该时间点对应的控制指令至下位机(DSP)，以此控制有轨电车在基于模型层概念搭建出的实物轨道上的发车、匀速行驶、停止的状态变化，同时控制轨道模型的供电区间在有轨电车经过时启用和在电车离开时关闭。在模拟运行过程中，上位机全程接收第一信号处理单元和第二信号处理单元上传的监测数据如电车速度、加速度、电流、电压等，并计算出有轨电车位置，将电车的监测数据和位置信息存入监测数据库中，为本系统的数据统计和分析提供可靠合理的数据来源。有轨电车模拟运行方法流程图如图9所示。

运行方案数据的读取：在本系统的控制运行部分，通过查询读取在模型定义界面定义好的有轨电车运行方案，获取方案编号，用方案编号检索到本次模拟运行所设置的各项参数，包括有轨电车信息和线路信息，主要参数有有轨电车编号、线路编号、站点位置及名称、站间距离及有轨电车在各个站间距离的加速度、行驶速度、到站停留时间等，还有线路上的供电区间位置和长度、红绿灯位置及变化时间等。该部分通过ADO.net(开发软件组件库)数据访问技术读取SQL server(关系型数据库管理系统)数据库各个数据表中的参数初始化各个参数变量，用来进行对有轨电车运行状态的计算。模型定义的线路信息是模拟现实中一条线路，而本系统可以实现有轨电车的双向运行，即能模拟出有轨电车从起始站出发，经过沿途的站点到达该线路的终点站后再反向运行到起始站。因此在控制运行算法中，需要使用到这条线路来回的站间距离数组和各段的速度和加速度。为此，本系统将有轨电车从起始站到终点站再从终点站到起始站的过程等效成一条长度为原线路两倍的新线路，通过这种方式对相应的数据进行变换，经过转化后的参数数组将被用来计算模拟运行时电车各个状态变化的时间点，使控制运行算法的编程更简便、更高效。

供电区间开启算法：实际有轨电车运行过程中，运行从轨道上的供电区间获取电能以供发动机运行及车内设备用电，因此在本系统的模型轨道上装设有用来模拟供电区间的LED灯带，在模拟运行过程中，上位机需要发送指令给地面轨道DSP，实现有轨电车经过供电区间时，所在的供电区间点亮，离开时供电区间关闭。算法流程图如图12所示。

以一个供电区间为例，模型定义了该区间的位置及长度，位置为距离起始站的距离，首先根据位置求出该区间在哪个站间距离中，之后判断该供电区间起点离前一个站点的距离是在有轨电车的哪个阶段，若起点位于有轨电车加速段，根据公式，求出从上一站出发到达供电区间起点用时；若起点位于有轨电车匀速段，根据加速状态和匀速状态的运动学公式同样可以求得用时，在加上此前有轨电车运行的时间即为该供电区间开启的时间，而关闭时间则为开启时间加上有轨电车通过供电区间长度用时。由于模型轨道一圈上设置了三个供电区间，所以接着要判断是模型轨道上的哪一个供电区间点亮，用定义好的区间位置除以一圈所代表的距离所得的余数，再根据列车的起点和三个LED灯带的位置就能求出应点亮的是哪一个供电区间。

将上述计算出的时间点连同相应的控制命令存入到一个临时的控制指令数据表中，为了节约内存，该表使用临时数据表，即当下次运行生成新的控制命令后，只保留最新一版的数据指令表。

本实施例系统的上位机能结合有轨电车运动规律以及预先定义好的运行方案自动生成一份有轨电车运行控制指令表并且根据此指令表控制整套有轨电车模型的运行，从而能科学有效地对有轨电车的运行场景进行模拟仿真，为有轨电车安全运行参数的确立提供指导意见。

本发明主要用于指导搭建实验室阶段的实物模型以及配套的运行监控系统，使其对有轨电车现实运行情况的模拟仿真效果达到最大化，具备更高的可靠性和准确性，并且通过本发明所描述的方法所采集到的有轨电车运行过程的数据能为相关的城市轨道交通等研究提供可靠的数据来源。

实施例2

一种有轨电车模拟运行方法，基于实施例1所公开的运行监控系统，包括步骤：

以实物轨道周长为标准对线路进行虚拟划分为若干模型层，并将模型层按其在实物轨道所处的逻辑位置进行嵌套，形成层模型，也即逻辑上的模型；

根据构建出的层模型搭建出实物模型，包括计算站点、供电区间所述模型层；

数据库获取线路信息，设置加速度、运行速度，并计算出电车模型运行状态变化的各时间点，生成有轨电车模拟运行控制指令表；

根据控制指令表控制模拟有轨电车运行，采集运行数据存入数据库；

速度监控，判断下一站是否为终点站，若是，则判断到站停止运行；若否，则判断到站停留，进行上下车人数运算，重新发送控制指令，直至到达终点站。

本方法将实际线路转化成由模型层构成的层模型，能模拟任意长度的线路所述有轨电车模型运行的运行方案为：将电车从起始站到终点站再从终点站到起始站的过程等效成一条长度为原线路两倍的新线路，通过这种方式对相应的数据进行变换，经过转化后的参数数组将被用来计算模拟运行时电车各个状态变化的时间点，在实现有轨电车模型双向运行的同时，使控制运行算法的编程更简便、更高效。

通过计算出有轨电车模型运行状态变化的各个时间点，在这些时间点发送相应加速或减速指令实现对有轨电车模型运行的控制。

将有轨电车模型在相邻两个站之间运行分为加速启动、匀速行驶、到站前减速、到站停靠四个阶段，遍历每两个站之间的距离，通过时间的累计，得出一条线路上每个站的到站时间点。控制运行模式采用时间控制模式，即通过计算出有轨电车模型运行状态变化的各个时间点，在这些时间点发送相应加速或减速指令实现对有轨电车模型运行的控制。有轨电车模型在一个站间运行的过程大致可以分为加速启动、匀速行驶、到站前减速、到站停靠四个阶段，通过遍历每个站间距离，再通过时间的累计，就能得出一条线路上的各个时间点，计算的模型如图10所示

根据运动学知识，在匀速段有位移与时间关系：

S＝vt

将有轨电车加速减速过程近似看成是匀变速直线运行，则根据匀变速直线运动规律有：

v＝v₀+at

v₀＝0

其中，S为有轨电车行驶距离，v为有轨电车速度，v₀为初速度，a为加速度t为时间；

根据获取的有轨电车信息和线路信息，结合上述公式即可求出一个站间运行的匀速时刻t₁,减速时刻t₂,到站时刻t₃以及再次启动时刻t₄,同理可以求出下一个站间运行的各个时间点，以此类推，得到列车在整一条线路(含来回)的运行状态变化时间点。

红绿灯的位置以及红绿灯转换时间也会影响到有轨电车运行的时间，有轨电车在经过某一红绿灯路口时，需要在红灯时或是绿灯时间不足时在该路口停止，进行红绿灯等待，因此可以在需要停止的红绿灯路口看作是一个站点，等待红绿灯的时间即站点停留时间，前一站到红绿灯间的距离，和红绿灯到下一站的距离作为站间距离，通过这种方式可以将得到新的有轨电车运行距离数组，在通过上述时间点的算法可以求出在加入红绿灯影响后的有轨电车运行状态时间表。算法流程图如图11所示。

具体实现方式为在该红绿灯前设置一个判断距离(此距离为有轨电车模型当前速度的刹车距离，即减速到速度为0所需距离)，当有轨电车模型到达这个判断位置时，上位机会计算出此时时刻，结合红绿灯的初始状态和红绿灯转换时间即可判断出该路口此时是红灯还是绿灯，以及红灯和绿灯各剩余多少时间，接着计算以有轨电车模型当前速度通过判断距离需要多长的时间。若此时为绿灯，且剩余时间大于有轨电车通过时间，则有轨电车无需在该路口停止；若此时为绿灯，且剩余时间不足有轨电车通过，则有轨电车需要在该路口等待红绿灯；若此时为红灯，且剩余时间小于有轨电车通过时间，则有轨电车无需在该路口停止；若此时为红灯，且剩余时间大于有轨电车通过时间，则有轨电车需要在该路口等待红绿灯。

同时，由于铁路列车运行特点与有轨电车的相似，本实施例所描述的方法可移植到铁路列车上，应用情景进一步扩大。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种有轨电车模拟运行监控系统，其特征在于，包括地面轨道模拟部分、车载模拟部分、监控模拟部分；

所述地面轨道模拟部分，为一层模型层，是以实物轨道周长为标准对线路模型进行虚拟划分所得的一部分，用于模拟有轨电车运行线路，将模拟线路转化成由模型层构成的层模型，也即将模型层按其在原本线路模型所处的逻辑位置进行嵌套所形成的逻辑上的模型；

所述车载模拟部分，包括模型车，用于模拟有轨电车的运行；

所述监控模拟部分与地面轨道模拟部分、车载模拟部分数据连接，用于定义有轨电车模拟运行方案，并生成有轨电车模拟运行控制指令表，控制地面轨道模拟部分和车载模拟部分的运行，计算模拟有轨电车运行各站点、各供电区所处模型层。

2.根据权利要求1所述的有轨电车模拟运行监控系统，其特征在于，所述地面轨道模拟部分包括第一数据采集单元、供电区间模拟单元；

所述第一数据采集单元用于采集地面轨道模拟部分的供电区间的电流和电压值，采集到、离站信息，采集站点停留时间；

所述供电区间模拟单元，为LED灯带，以灯带的电流和电压模拟有轨电车供电区间的电流和电压。

3.根据权利要求2所述的有轨电车模拟运行监控系统，其特征在于，所述地面轨道模拟部分还包括红绿灯模拟单元，用于模拟有轨电车运行时遇到的红绿灯。

4.根据权利要求1所述的有轨电车模拟运行监控系统，其特征在于，所述车载模拟系统具体包括第二数据采集单元、传动单元、电机控制单元；上述车载模拟系统的各单元均与监控模拟部分连接；

所述第二数据采集单元，用于采集有轨电车的速度、加速度和电机的电流、电压；

所述传动单元，为模型车，用于模拟有轨电车车体；

所述电机控制单元与传动单元连接，在监控模拟部分的控制下，带动传动单元的运行。

5.根据权利要求1所述的有轨电车模拟运行监控系统，其特征在于，所述监控模拟部分包括第一信号处理单元和第二信号处理单元、上位机单元、设置于地面轨道模拟部分并获取该部分数据的第一数据传输单元、设置于车载模拟部分并获取该部分数据的第二数据传输单元，第一信号处理单元、第二信号处理单元、上位机单元采用MODBUS协议采集、处理、传输、储存数据信息；

所述第一信号处理单元与地面轨道模拟部分数据连接，用于控制地面轨道模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输；

所述第二信号处理单元与车载模拟部分数据连接，用于控制车载模拟部分运行、数据采集、数据存储、数据传输；

所述第一、第二数据传输单元采用无线信道传输数据，分别于第一信号处理单元和第二信号处理单元进行数据连接，以实现第一信号处理单元、第二信号处理单元和上位机单元无线传输数据；

所述上位机单元用于调控第一信号处理单元和第二信号处理单元，数据处理、数据储存、数据分析。