CN110588448A - 二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，发生二次牵引节能条件时，本发明能在保证行驶安全的前提下，使后车通过相应供电区段的接触网吸收前车的再生制动能量并进行牵引加速；本发明的有益技术效果是：提出了一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，以及列车在二次牵引所带来变化下，重新在线、实时计算最佳节能自动驾驶曲线的方案，进一步实现列车运行的“双重”节能，提高城轨列车的运行经济性。

Description

二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法

技术领域

本发明涉及一种城轨列车控制技术，尤其涉及一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法。

背景技术

城轨列车进站制动时，牵引电动机工作于发电机工况，这时牵引电动机会将城轨列车的动能转换为电能。正常情况下，前车处于制动工况时，后车要么处于牵引工况，要么处于惰行或制动工况；若后车处于牵引工况且前车和后车处于同一供电区段时，后车正好可以通过相应供电区段的接触网吸收前车的再生制动能量来进行牵引加速；若后车处于惰行工况且前车和后车处于同一供电区段时，在保证安全性的前提下，可使后车由惰行工况切换为牵引工况，使后车的行驶速度得到提高；前述情形即是本发明所指的“二次牵引节能条件”。

实际情况中，在不同牵引段下的城轨列车运行工况常发生动态变化，二次牵引节能条件的出现难以预见，为了充分利用二次牵引节能条件所带来的节能效果，需要一套能够在二次牵引节能条件下能够灵活应对的控制方案。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，所述二次牵引节能条件包括：行驶在同一供电区段的相邻两列城轨列车，在前的城轨列车记为前车，在后的城轨列车记为后车，前车处于制动工况时，后车通过相应供电区段的接触网吸收前车的再生制动能量并进行牵引加速；其创新在于：所述城轨列车运行控制方法包括：

地面综合监控中心对城轨列车的运行工况、速度、当前位置和各个供电区段的接触网电压进行实时监测；当地面综合监控中心检测到某一前车开始制动时：

1）地面综合监控中心对前车所处的供电区段和相应后车所处的供电区段进行识别：若前车和后车分别处于不同的供电区段，则结束操作；若前车和后车处于同一供电区段，则继续对后车的运行工况进行识别：若后车处于惰行工况，进入步骤2），否则结束操作；

2）地面综合监控中心对相应供电区段的接触网电压进行持续监测，若接触网电压超过设定阈值，则地面综合监控中心控制后车将运行工况切换为牵引工况，然后进入步骤3）；设前车的制动工况先于后车的惰行工况结束，若前车的制动工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；设后车的惰行工况先于前车的制动工况结束，若后车的惰行工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；

3）地面综合监控中心控制后车切换至牵引工况，同时，地面综合监控中心对如下四个触发条件同步进行连续识别：

触发条件一：前车的制动工况是否结束；

触发条件二：后车的速度是否超越限速预警线；

触发条件三：前车和后车的实际追踪间隔时间是否达到安全控制量；

触发条件四：后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离是否达到设定值；

与前述四个触发条件对应的操作有：

操作一：对应触发条件一，当前车的制动工况结束时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作二：对应触发条件二，当后车的速度超越限速预警线时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作三：对应触发条件三，当前车和后车的实际追踪间隔时间达到安全控制量时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作四：对应触发条件四，当后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离达到设定值时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

前述的四个触发条件中的任一者被触发时，地面综合监控中心就按相应操作对后车进行控制；

出现二次牵引节能条件时，后车所驶向的站点记为第二站点，将第二站点之前的那个站点记为第一站点，将第二站点之后的那个站点记为第三站点；第一站点和第二站点之间的列车行驶线路记为第一线路，与第一线路对应的自动驾驶曲线记为第一自动驾驶曲线；第二站点和第三站点之间的列车行驶线路记为第二线路；与第二线路对应的自动驾驶曲线记为第二自动驾驶曲线；所述第一自动驾驶曲线和第二自动驾驶曲线均由粒子集群算法预先生成；后车在第二自动驾驶曲线条件下的运行时长记为预定时长；所述的制动工况切换点和设定值均根据第一自动驾驶曲线得到；

当后车到达第二站点时，地面综合监控中心根据后车的实际到站时刻和预定到站时刻计算出后车到达第二站点的时间提前量，然后将预定时长和时间提前量相加得到修正时长，然后在后车停站期间通过并行计算模块，重新计算出对应于第二线路的后车节能自动驾驶曲线；所述预定到站时刻根据第二自动驾驶曲线得到；

所述并行计算模块包括一个主CPU和多个从CPU；运行时，主CPU根据后车参数、线路参数和约束条件生成多个粒子，然后主CPU以数量平均分配的方式将多个粒子分配给多个从CPU；单个从CPU收到粒子后，根据粒子集群算法对收到的粒子进行处理，得到更新后的粒子，然后将更新后的粒子反馈回主CPU；主CPU收到从CPU反馈的粒子后，对迭代次数进行判断，如未达到迭代次数，则继续将主CPU内的多个粒子平均分配给多个从CPU进行处理，直至迭代次数达到设定值；迭代次数达到设定值后，主CPU对得到的多个粒子的能耗指标适应度进行识别，然后根据能耗指标适应度最大值所对应的粒子生成后车节能自动驾驶曲线；能耗指标适应度越大，能耗越小；

所述约束条件中与运行时长相关的参数采用修正时长。

采用粒子集群算法生成自动驾驶曲线是一种现有技术；由于现有技术中的自动驾驶曲线通常采用离线方法预先得到，没有考虑自动驾驶曲线生成的时效性；但对于本发明的应用场景而言，在二次牵引节能条件下，后车将提前到达第二站点，时间上存在富余，因此，可在停站时间不变的条件下，通过使后车提前发车的方式，把富余的时间分配到第二线路的运行时间中，延长第二线路的运行时间，如此就可以使后车以较低的平均速度在第二线路上行驶，从而减少牵引时间（或者增加惰行时间），如此，就能在二次牵引节能基础上，进一步实现“双重”节能；由于二次牵引节能条件已使后车的情况发生变化，预先得到的第二线路自动驾驶曲线已不再有效和适用，因此需要重新在线、实时计算出后车在第二线路上的最佳节能自动驾驶曲线。

通常城轨列车的停站时间一般不会超过1分钟（高峰时段的停站时间一般50秒左右，非高峰时段的停站时间一般仅有25秒左右），而采用常用的单CPU核处理方式来运行粒子集群算法，为后车在第二线路重新生成节能自动驾驶曲线将耗费较长时间，不能满足实时性要求。于是本发明中引入并行计算模块来并行运行粒子集群算法，大幅提高运算速度，从而让后车能够充分利用在第二站点的停站时间，快速、实时地生成列车节能自动驾驶曲线。

以主、从CPU的多CPU方式并行运行粒子集群算法本身是一种现有技术，故本文对其技术细节介绍得较为简略，本领域技术人员应参照现有技术来理解并行计算模块的运行模式。

采用本发明方案后，即可在保证行车安全的前提下，充分利用二次牵引节能条件的节能，并在后车二次牵引节能基础上，将富余的时间分配到下一个运行区间，重新实时计算出第二线路的最佳节能自动驾驶曲线，更进一步实现“双重”节能，提高城轨列车的运营经济性。

本发明的有益技术效果是：提出了一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，以及列车在二次牵引所带来变化下，重新在线、实时计算最佳节能自动驾驶曲线的方案，进一步实现列车运行的“双重”节能，提高城轨列车的运行经济性。

具体实施方式

一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，所述二次牵引节能条件包括：行驶在同一供电区段的相邻两列城轨列车，在前的城轨列车记为前车，在后的城轨列车记为后车，前车处于制动工况时，后车通过相应供电区段的接触网吸收前车的再生制动能量并进行牵引加速；其创新在于：所述城轨列车运行控制方法包括：

地面综合监控中心对城轨列车的运行工况、速度、当前位置和各个供电区段的接触网电压进行实时监测；当地面综合监控中心检测到某一前车开始制动时：

1）地面综合监控中心对前车所处的供电区段和相应后车所处的供电区段进行识别：若前车和后车分别处于不同的供电区段，则结束操作；若前车和后车处于同一供电区段，则继续对后车的运行工况进行识别：若后车处于惰行工况，进入步骤2），否则结束操作；

2）地面综合监控中心对相应供电区段的接触网电压进行持续监测，若接触网电压超过设定阈值，则地面综合监控中心控制后车将运行工况切换为牵引工况，然后进入步骤3）；设前车的制动工况先于后车的惰行工况结束，若前车的制动工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；设后车的惰行工况先于前车的制动工况结束，若后车的惰行工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；

3）地面综合监控中心控制后车切换至牵引工况，同时，地面综合监控中心对如下四个触发条件同步进行连续识别：

触发条件一：前车的制动工况是否结束；

触发条件二：后车的速度是否超越限速预警线；

触发条件三：前车和后车的实际追踪间隔时间是否达到安全控制量；

触发条件四：后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离是否达到设定值；

与前述四个触发条件对应的操作有：

操作一：对应触发条件一，当前车的制动工况结束时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作二：对应触发条件二，当后车的速度超越限速预警线时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作三：对应触发条件三，当前车和后车的实际追踪间隔时间达到安全控制量时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作四：对应触发条件四，当后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离达到设定值时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

前述的四个触发条件中的任一者被触发时，地面综合监控中心就按相应操作对后车进行控制；

出现二次牵引节能条件时，后车所驶向的站点记为第二站点，将第二站点之前的那个站点记为第一站点，将第二站点之后的那个站点记为第三站点；第一站点和第二站点之间的列车行驶线路记为第一线路，与第一线路对应的自动驾驶曲线记为第一自动驾驶曲线；第二站点和第三站点之间的列车行驶线路记为第二线路；与第二线路对应的自动驾驶曲线记为第二自动驾驶曲线；所述第一自动驾驶曲线和第二自动驾驶曲线均由粒子集群算法预先生成；后车在第二自动驾驶曲线条件下的运行时长记为预定时长；所述的制动工况切换点和设定值均根据第一自动驾驶曲线得到；

当后车到达第二站点时，地面综合监控中心根据后车的实际到站时刻和预定到站时刻计算出后车到达第二站点的时间提前量，然后将预定时长和时间提前量相加得到修正时长，然后在后车停站期间通过并行计算模块，重新计算出对应于第二线路的后车节能自动驾驶曲线；所述预定到站时刻根据第二自动驾驶曲线得到；

所述并行计算模块包括一个主CPU和多个从CPU；运行时，主CPU根据后车参数、线路参数和约束条件生成多个粒子，然后主CPU以数量平均分配的方式将多个粒子分配给多个从CPU；单个从CPU收到粒子后，根据粒子集群算法对收到的粒子进行处理，得到更新后的粒子，然后将更新后的粒子反馈回主CPU；主CPU收到从CPU反馈的粒子后，对迭代次数进行判断，如未达到迭代次数，则继续将主CPU内的多个粒子平均分配给多个从CPU进行处理，直至迭代次数达到设定值；迭代次数达到设定值后，主CPU对得到的多个粒子的能耗指标适应度进行识别，然后根据能耗指标适应度最大值所对应的粒子生成后车节能自动驾驶曲线；能耗指标适应度越大，能耗越小；

所述约束条件中与运行时长相关的参数采用修正时长。

Claims (1)

1.一种二次牵引节能条件下的城轨列车运行控制方法，所述二次牵引节能条件包括：行驶在同一供电区段的相邻两列城轨列车，在前的城轨列车记为前车，在后的城轨列车记为后车，前车处于制动工况时，后车通过相应供电区段的接触网吸收前车的再生制动能量并进行牵引加速；其特征在于：所述城轨列车运行控制方法包括：

地面综合监控中心对城轨列车的运行工况、速度、当前位置和各个供电区段的接触网电压进行实时监测；当地面综合监控中心检测到某一前车开始制动时：

1）地面综合监控中心对前车所处的供电区段和相应后车所处的供电区段进行识别：若前车和后车分别处于不同的供电区段，则结束操作；若前车和后车处于同一供电区段，则继续对后车的运行工况进行识别：若后车处于惰行工况，进入步骤2），否则结束操作；

2）地面综合监控中心对相应供电区段的接触网电压进行持续监测，若接触网电压超过设定阈值，则地面综合监控中心控制后车将运行工况切换为牵引工况，然后进入步骤3）；设前车的制动工况先于后车的惰行工况结束，若前车的制动工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；设后车的惰行工况先于前车的制动工况结束，若后车的惰行工况结束时接触网电压仍未超过设定阈值，则结束操作；

3）地面综合监控中心控制后车切换至牵引工况，同时，地面综合监控中心对如下四个触发条件同步进行连续识别：

触发条件一：前车的制动工况是否结束；

触发条件二：后车的速度是否超越限速预警线；

触发条件三：前车和后车的实际追踪间隔时间是否达到安全控制量；

触发条件四：后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离是否达到设定值；

与前述四个触发条件对应的操作有：

操作一：对应触发条件一，当前车的制动工况结束时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作二：对应触发条件二，当后车的速度超越限速预警线时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作三：对应触发条件三，当前车和后车的实际追踪间隔时间达到安全控制量时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

操作四：对应触发条件四，当后车的当前位置和制动工况切换点的间隔距离达到设定值时，地面综合监控中心控制后车切换至惰行工况；待后车到达制动工况切换点时，地面综合监控中心控制后车切换至制动工况；

前述的四个触发条件中的任一者被触发时，地面综合监控中心就按相应操作对后车进行控制；

出现二次牵引节能条件时，后车所驶向的站点记为第二站点，将第二站点之前的那个站点记为第一站点，将第二站点之后的那个站点记为第三站点；第一站点和第二站点之间的列车行驶线路记为第一线路，与第一线路对应的自动驾驶曲线记为第一自动驾驶曲线；第二站点和第三站点之间的列车行驶线路记为第二线路；与第二线路对应的自动驾驶曲线记为第二自动驾驶曲线；所述第一自动驾驶曲线和第二自动驾驶曲线均由粒子集群算法预先生成；后车在第二自动驾驶曲线条件下的运行时长记为预定时长；所述的制动工况切换点和设定值均根据第一自动驾驶曲线得到；

当后车到达第二站点时，地面综合监控中心根据后车的实际到站时刻和预定到站时刻计算出后车到达第二站点的时间提前量，然后将预定时长和时间提前量相加得到修正时长，然后在后车停站期间通过并行计算模块，重新计算出对应于第二线路的后车节能自动驾驶曲线；所述预定到站时刻根据第二自动驾驶曲线得到；

所述并行计算模块包括一个主CPU和多个从CPU；运行时，主CPU根据后车参数、线路参数和约束条件生成多个粒子，然后主CPU以数量平均分配的方式将多个粒子分配给多个从CPU；单个从CPU收到粒子后，根据粒子集群算法对收到的粒子进行处理，得到更新后的粒子，然后将更新后的粒子反馈回主CPU；主CPU收到从CPU反馈的粒子后，对迭代次数进行判断，如未达到迭代次数，则继续将主CPU内的多个粒子平均分配给多个从CPU进行处理，直至迭代次数达到设定值；迭代次数达到设定值后，主CPU对得到的多个粒子的能耗指标适应度进行识别，然后根据能耗指标适应度最大值所对应的粒子生成后车节能自动驾驶曲线；能耗指标适应度越大，能耗越小；

所述约束条件中与运行时长相关的参数采用修正时长。