CN111284529A - 一种列车自动驾驶控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种列车自动驾驶控制方法及系统，方法包括：获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息；根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，目标曲线包括列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度；根据目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据目标曲线控制列车自动驾驶。本发明列车自动驾驶控制方法及系统实现了对列车进行自动驾驶，有助于提高列车的运行安全性，提高运输效率。
Description
技术领域
本发明涉及列车控制技术领域，特别是涉及一种列车自动驾驶控制方法及系统。
背景技术
现有技术中，货运列车运营采用的是人工控车模式，由于货运列车编组长、载重大，列车的驾驶操作难度更大，司机在驾驶时更加繁忙和紧张，操纵失误将导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等现象发生。
为了减少人为误操作，保障运行安全、降低司机的工作强度，提高列车操纵的一致化水平，节省成本，实现列车自动驾驶是铁路运输行业未来发展的必然趋势，对于保障列车的运行安全，提高运输效率，降低运行成本方面，也具有重大的研究价值和应用推广意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车自动驾驶控制方法及系统，实现了对列车进行自动驾驶，有助于提高列车的运行安全性，提高运输效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种列车自动驾驶控制方法，包括：
获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，所述实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度和当前列车运行的工况信息；
根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，所述目标曲线包括列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度，场景的控制规则为列车处于该场景时控制列车运行所需遵循的规则；
根据所述目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据所述目标曲线控制列车运行。
优选的，在根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景之前还包括：
根据列车运行的实时信息判断列车是否会发生影响列车安全行驶的事件，若是，则对列车进行安全导向控制。
优选的，所述影响列车安全行驶的事件包括列车运行出现故障、列车当前的速度超过对应允许的最大速度或者对列车的控制操作出现误操作。
优选的，列车运行的场景包括起车场景、加速场景、限速变化场景、过分相场景、长大上坡场景、长大下坡场景、起伏坡道场景、贯通实验场景、平稳行驶场景或者停车场景，起车场景是指列车从静止到启动运行到一定行驶速度的过程，加速场景是指列车进行加速的过程，限速变化场景是指列车从一个行驶速度变换到另一行驶速度的过程，过分相场景是指列车在过分相区行驶的过程，长大上坡场景是指列车进行上坡行驶的过程，长大下坡场景是指列车进行下坡行驶的过程，起伏坡道场景是指列车在起伏变化的坡道行驶的过程，贯通实验场景是指在列车运行过程中为了检查列车的空气制动性能是否正常而在列车运行过程中施加空气制动的过程，平稳运行场景是指列车以恒定速度行驶的过程，停车场景是指列车从一定行驶速度到停止行驶的过程。
优选的，根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景包括：
根据前方预设距离内路段的线路信息和列车本身信息，计算出列车在前方预设距离内路段行驶所受阻力的阻力数据；
根据所述阻力数据、列车本身信息、前方预设距离内路段的限速信息、信号灯信息以及对列车运行的预设控制要求，将前方预设距离内路段划分为若干场景，并确定每一场景的起点位置和终点位置。
优选的，计算列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线包括：
以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度；
以计算获得的列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度模拟列车在该路段运行；
若列车在该路段规划运行情况满足预设要求，则结束计算并将获得的目标曲线输出，若列车在该路段规划运行情况不满足预设要求，则重新以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度。
优选的，所述预设目标包括列车运行的能耗最小、列车运行的时间最小或者列车运行的速度不超过对应的允许最大速度。
一种列车自动驾驶控制系统，包括：
列车运行监控装置，用于监控列车运行，获得列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，所述实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度和当前列车运行的工况信息；
自动驾驶控制装置，用于执行以上所述的列车自动驾驶控制方法，并用于与所述列车运行监控装置通信。
优选的，还包括：
网络控制单元，用于与牵引控制单元、制动控制单元以及列车上各部件单元进行通讯，实时采集各单元的信息，并进行整车状态信息的监测；
牵引控制单元，用于根据所述自动驾驶控制装置传送的控制指令实现列车牵引、制动、惰性运行对应工况的控制；
制动控制单元，用于根据所述自动驾驶控制装置传送的控制指令实现列车空气制动对应工况的控制；
人机交互单元，用于显示列车自动驾驶的各种运行信息以及进行人机交互。
优选的，所述牵引控制单元还用于将列车牵引系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述制动控制单元还用于将列车制动系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述列车运行监控装置还用于将列车运行的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述网络控制单元还用于将列车网络系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置。
由上述技术方案可知，本发明所提供的列车自动驾驶控制方法及系统，首先获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，然后根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，目标曲线包括列车在各场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度，根据目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据目标曲线控制列车运行。本发明列车自动驾驶控制方法及系统，实现了对列车进行自动驾驶，有助于提高列车的运行安全性，提高运输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的一种列车自动驾驶控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中将列车运行前方路段划分场景的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种列车自动驾驶控制系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种列车自动驾驶控制方法的流程图，本方法包括以下步骤：
S10：获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息。
在具体实施时，可从列车运行监控装置获取列车运行的实时信息。实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度、当前列车运行的工况信息以及列车其它的运行状态信息，其中列车的工况信息包括牵引工况、制动工况、惰性运行工况、空气制动工况或者空电联合工况，以及牵引力、制动力、空气制动的减压量或者电制动力等信息。
可从列车运行监控装置获取前方路段的路况信息，路段的路况信息包括线路信息、限速信息和信号灯信息，线路信息包括路段的坡道情况和弯道情况。
S11：根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线。
列车处于不同场景时控制列车运行分别有对应的控制规则，场景的控制规则为列车处于该场景时控制列车运行所需遵循的规则，列车处于某一场景时控制列车运行要遵循相应的控制规则。本实施例中，列车运行的场景包括起车场景、加速场景、限速变化场景、过分相场景、长大上坡场景、长大下坡场景、起伏坡道场景、贯通实验场景、平稳行驶场景或者停车场景，起车场景是指列车从静止到启动运行到一定行驶速度的过程，加速场景是指列车进行加速的过程，限速变化场景是指列车从一个行驶速度变换到另一行驶速度的过程，过分相场景是指列车在过分相区行驶的过程，长大上坡场景是指列车进行上坡行驶的过程，长大下坡场景是指列车进行下坡行驶的过程，起伏坡道场景是指列车在起伏变化的坡道行驶的过程，贯通实验场景是指在列车运行过程中为了检查列车的空气制动性能是否正常而在列车运行过程中施加空气制动的过程，平稳运行场景是指列车以恒定速度行驶的过程，停车场景是指列车从一定行驶速度到停止行驶的过程。
在具体实施时，可通过以下方法将列车运行前方预设距离内路段划分为若干场景，请参考图2，具体包括以下步骤：
S20：根据前方预设距离内路段的线路信息和列车本身信息，计算出列车在前方预设距离内路段行驶所受阻力的阻力数据。
列车本身信息包括列车编组信息、列车载重或者列车长度等数据。列车所受阻力是列车所受到的基本阻力、坡道阻力和弯道阻力的总和，获得的阻力数据为列车所受阻力与里程位置的关系。
S21：根据所述阻力数据、列车本身信息、前方预设距离内路段的限速信息、信号灯信息以及对列车运行的预设控制要求，将前方预设距离内路段划分为若干场景，并确定每一场景的起点位置和终点位置。
对列车运行的预设控制要求包括过分相控制、贯通试验控制等控制要求。本步骤中，根据获得的前方预设距离内路段的阻力数据、限速信息、信号灯信息以及对列车运行的预设控制要求，将前方预设距离内路段划分为若干场景，并确定出每一场景的起点位置和终点位置。比如，根据前方10公里内路段的路况信息反映出前方路段前5公里内列车运行速度恒定、没有交通信号灯并且没有其它控制要求，在5公里到6公里路段内会出现红灯，在6公里到10公里路段内为上坡路段，则根据此将前方10公里内路段划分为三个场景，依次包括：当前位置到前方5公里内为平稳行驶场景，前方5公里到前方6公里内为停车场景，前方6公里到前方10公里内为长大上坡场景。
在将列车运行前方预设距离内路段划分为若干场景后，采用约束优化算法计算列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，具体以列车运行的实时信息、列车本身信息和各场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标进行计算。其中列车本身信息包括列车类型、列车编组信息、列车载重或者列车长度等数据。优化目标可包括列车运行的能耗最小、列车运行的时间最小或者列车运行的速度不超过对应的允许最大速度，但不限于此，在实际应用中可根据对列车运行的要求还可包括其它优化目标。
计算获得的列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线包括列车在各场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度，工况信息包括牵引工况、制动工况、惰性运行工况、空气制动工况或者空电联合工况，以及牵引力、制动力、空气制动的减压量或者电制动力等信息。
进一步具体的，计算列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线还包括以下过程：
S30：以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度。
S31：以计算获得的列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度模拟列车在该路段运行。
S32：若列车在该路段规划运行情况满足预设要求，则结束计算并将获得的目标曲线输出，若列车在该路段规划运行情况不满足预设要求，则重新以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度。
S12：根据所述目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据所述目标曲线控制列车运行。
本实施例列车自动驾驶控制方法实现了对列车进行自动驾驶，有助于提高列车的运行安全性，提高运输效率。
进一步优选的，本实施例列车自动驾驶控制方法，在步骤S11之前还包括步骤S13：根据列车运行的实时信息判断列车是否会发生影响列车安全行驶的事件，若是，则对列车进行安全导向控制。
对列车进行安全导向控制是指对列车进行控制使列车趋向于安全运行状态。影响列车安全行驶的事件可包括列车运行出现故障、列车当前的速度超过对应允许的最大速度或者对列车的控制操作出现误操作，在具体实施时并不限于此，还包括其它会影响列车安全行驶的事件。本实施例方法实时地监控列车是否发生影响列车安全行驶的事件并进行及时的安全导向控制，有助于保障列车安全运行。
相应的，本发明实施例还提供一种列车自动驾驶控制系统，请参考图3，所述列车自动驾驶控制系统包括：
列车运行监控装置40，用于监控列车运行，获得列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，所述实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度和当前列车运行的工况信息。
自动驾驶控制装置41，用于执行以上所述的列车自动驾驶控制方法，并用于与所述列车运行监控装置通信。
本实施例列车自动驾驶控制系统，首先获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，然后根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，目标曲线包括列车在各场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度，根据目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据目标曲线控制列车运行。本实施例列车自动驾驶控制系统，实现了对列车进行自动驾驶，有助于提高列车的运行安全性，提高运输效率。
进一步的，本实施例列车自动驾驶控制系统还包括：
网络控制单元42，用于与牵引控制单元43、制动控制单元44以及列车上各部件单元进行通讯，实时采集各单元的信息，并进行整车状态信息的监测；
牵引控制单元43，用于根据所述自动驾驶控制装置41传送的控制指令实现列车牵引、制动、惰性运行对应工况的控制；
制动控制单元44，用于根据所述自动驾驶控制装置41传送的控制指令实现列车空气制动对应工况的控制；
人机交互单元45，用于显示列车自动驾驶的各种运行信息以及进行人机交互。
进一步具体的，其中，自动驾驶控制装置41与列车监控装置40、人机交互单元45、网络控制单元42、牵引控制单元43和制动控制单元44分别进行通讯，自动驾驶控制装置41能够与列车监控装置40或者人机交互单元45相互传输数据。自动驾驶控制装置41将生成的牵引指令或者电制指令等控制指令传送给牵引控制单元，牵引控制单元实现列车牵引、制动、惰性运行对应工况的控制，牵引控制单元会将列车牵引系统的状态信息实时反馈给自动驾驶控制装置41。自动驾驶控制装置41会将生成的空气制动指令等控制指令传送给制动控制单元，实现列车空气制动对应工况的控制，制动控制单元会将列车制动系统的状态信息实时反馈回给自动驾驶控制装置41。网络控制单元42还用于将列车网络系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置41。
具体的，列车运行监控装置40与自动驾驶控制装置41之间可通过线路通讯。
以上对本发明所提供的一种列车自动驾驶控制方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种列车自动驾驶控制方法，其特征在于，包括：
获取列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，所述实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度和当前列车运行的工况信息；
根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景，以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线，所述目标曲线包括列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度，场景的控制规则为列车处于该场景时控制列车运行所需遵循的规则；
根据所述目标曲线生成指示控制列车的控制指令，以根据所述目标曲线控制列车运行。
2.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，在根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景之前还包括：
根据列车运行的实时信息判断列车是否会发生影响列车安全行驶的事件，若是，则对列车进行安全导向控制。
3.根据权利要求2所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，所述影响列车安全行驶的事件包括列车运行出现故障、列车当前的速度超过对应允许的最大速度或者对列车的控制操作出现误操作。
4.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，列车运行的场景包括起车场景、加速场景、限速变化场景、过分相场景、长大上坡场景、长大下坡场景、起伏坡道场景、贯通实验场景、平稳行驶场景或者停车场景，起车场景是指列车从静止到启动运行到一定行驶速度的过程，加速场景是指列车进行加速的过程，限速变化场景是指列车从一个行驶速度变换到另一行驶速度的过程，过分相场景是指列车在过分相区行驶的过程，长大上坡场景是指列车进行上坡行驶的过程，长大下坡场景是指列车进行下坡行驶的过程，起伏坡道场景是指列车在起伏变化的坡道行驶的过程，贯通实验场景是指在列车运行过程中为了检查列车的空气制动性能是否正常而在列车运行过程中施加空气制动的过程，平稳运行场景是指列车以恒定速度行驶的过程，停车场景是指列车从一定行驶速度到停止行驶的过程。
5.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，根据前方预设距离内路段的路况信息将前方预设距离内路段划分为若干场景包括：
根据前方预设距离内路段的线路信息和列车本身信息，计算出列车在前方预设距离内路段行驶所受阻力的阻力数据；
根据所述阻力数据、列车本身状态信息、前方预设距离内路段的限速信息、信号灯信息以及对列车运行的预设控制要求，将前方预设距离内路段划分为若干场景，并确定每一场景的起点位置和终点位置。
6.根据权利要求1所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，计算列车在前方预设距离内路段行驶的目标曲线包括：
以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算出列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度；
以计算获得的列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度模拟列车在该路段运行；
若列车在该路段规划运行情况满足预设要求，则结束计算并将获得的目标曲线输出，若列车在该路段规划运行情况不满足预设要求，则重新以列车运行的实时信息、列车本身信息和各所述场景的控制规则为约束条件，以若干预设目标为优化目标计算列车在各所述场景运行所需的工况信息以及列车的目标速度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的列车自动驾驶控制方法，其特征在于，所述预设目标包括列车运行的能耗最小、列车运行的时间最小或者列车运行的速度不超过对应的允许最大速度。
8.一种列车自动驾驶控制系统，其特征在于，包括：
列车运行监控装置，用于监控列车运行，获得列车运行的实时信息和前方预设距离内路段的路况信息，所述实时信息包括列车当前的位置、列车当前的速度和当前列车运行的工况信息；
自动驾驶控制装置，用于执行权利要求1-6任一项所述的列车自动驾驶控制方法，并用于与所述列车运行监控装置通信。
9.根据权利要求8所述的列车自动驾驶控制系统，其特征在于，还包括：
网络控制单元，用于与牵引控制单元、制动控制单元以及列车上各部件单元进行通讯，实时采集各单元的信息，并进行整车状态信息的监测；
牵引控制单元，用于根据所述自动驾驶控制装置传送的控制指令实现列车牵引、制动、惰性运行对应工况的控制；
制动控制单元，用于根据所述自动驾驶控制装置传送的控制指令实现列车空气制动对应工况的控制；
人机交互单元，用于显示列车自动驾驶的各种运行信息以及进行人机交互。
10.根据权利要求9所述的列车自动驾驶控制系统，其特征在于，所述牵引控制单元还用于将列车牵引系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述制动控制单元还用于将列车制动系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述列车运行监控装置还用于将列车运行的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置，所述网络控制单元还用于将列车网络系统的状态信息反馈给所述自动驾驶控制装置。
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