CN111762239A - 一种机车自动驾驶系统及机车自动驾驶控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种机车自动驾驶系统及控制方法，该系统通过通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并在对地面调度信息即地面调度指令进行处理后向自动驾驶控制模块传输，实现自动驾驶控制模块对地面调度信息和地面调度指令的无缝实时获取，机车运行监控模块实时提供机车状态信息，列尾设备模块提供机车尾部列车管压力，以使自动驾驶控制模块根据实时接收的各类机车运行信息确定机车运行目标速度曲线，并根据机车当前运行状态决策出第一控制指令和空气制动控制指令，实现机车的自动驾驶控制，自动控制机车安全、平稳、准点运行，实现了实时获取调度指令、自动传达和自动控制的目的，降低了司机的劳动强度，降低了机车运行的安全隐患。
Description
技术领域
本申请涉及自动驾驶技术领域，更具体地说，涉及一种机车自动驾驶系统及机车自动驾驶控制方法。
背景技术
铁路车辆(Railway Rolling Stock)是铁路运输部门用以运输旅客和货物的运载工具，又可称为轨道机车或简称为机车、列车等。
如何提升铁路运输效率、加强智慧化铁路建设是当前研究的热点。货运机车运输有两大重要的特征：其一，机车不仅车辆编组复杂多变，是一个高度非线性的大惯性系统，而且采用人工的控制模式，运行线路复杂，载重大，且操纵难度大，给机车安全、稳定的运行带来了极大的困难。其二，铁路运输调度计划涉及到的因素多，如天气的原因、线路施工、货运量变化等。若出现调度信息的遗漏，或运行过程中车站和司机未充分传达调度指令，将会直接导致严重的安全事故。
现有的调度指令传达和人工操纵模式，不仅大大增加了司机的劳动强度，而且存在着重大的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种机车自动驾驶系统及机车自动驾驶控制方法，以实现实时获取调度指令、自动传达和自动控制的目的，降低司机的劳动强度，降低机车运行的安全隐患。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种机车自动驾驶系统，包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；其中，
所述通信模块，用于实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
所述机车运行监控模块，用于将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
所述网络控制模块，用于向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
所述列尾设备模块，用于在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
所述空气制动控制模块，用于接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述空气制动控制指令进行列车管施加和缓解控制；
所述自动驾驶控制模块，用于根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
所述自动驾驶显示模块，用于接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
可选的，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
可选的，所述机车的编组信息及当前位置信息至少包括：机车运行前方的线路信息、揭示信息、机车信号信息和机车运行防护曲线。
可选的，所述自动驾驶模块根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
可选的，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，所述自动驾驶模块根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，所述预设状态运行值包括恒速运行值或非恒速运行值。
可选的，当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述自动驾驶模块根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，所述通信模块通过GSM-R专网或共性网络实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后通过RS485通信方式或以太网通信方式向所述自动驾驶控制模块传输。
可选的，所述机车运行监控模块通过CAN通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述自动驾驶显示模块通过CAN通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述列尾设备模块通过RS485通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述空气制动模块通过MVB通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述网络控制模块通过MVB通信方式与所述自动驾驶控制模块通信。
一种机车自动驾驶控制方法，应用于上述任一项所述的机车自动驾驶系统，所述机车自动驾驶系统包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；所述机车自动驾驶控制方法包括：
利用所述通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
利用所述机车运行监控模块将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
利用所述网络控制模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态及控制反馈信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
利用所述列尾设备模块在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
利用所述空气制动控制模块接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述控制指令进行列车管减压施加和缓解控制；
利用所述自动驾驶控制模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
利用所述自动驾驶显示模块接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
可选的，所述根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
可选的，所述根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
可选的，所述根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，所述根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种机车自动驾驶系统及机车自动驾驶控制方法，其中，所述机车自动驾驶系统通过通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并在对地面调度信息即地面调度指令进行处理后向自动驾驶控制模块传输，实现自动驾驶控制模块对地面调度信息和地面调度指令的无缝实时获取，机车运行监控模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，列尾设备模块向自动驾驶控制模块提供机车尾部列车管压力，以使所述自动驾驶控制模块根据接收的各类信息确定机车运行目标速度曲线，并根据该曲线确定向网络控制模块和空气制动控制模块提供的第一控制指令和空气制动控制指令，实现机车的自动驾驶控制，自动控制机车安全、平稳、准点运行，实现了实时获取调度指令、自动传达和自动控制的目的，降低了司机的劳动强度，降低了机车运行的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种机车自动驾驶系统的结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种通信模块与地面调度中心和自动驾驶控制模块的通信连接示意图；
图3为本申请的一个实施例提供的一种机车自动驾驶系统各个模块的通信方式连接示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种自动驾驶控制模块确定机车运行目标速度曲线的控制逻辑示意图；
图5为本申请的另一个实施例提供的一种自动驾驶控制模块确定机车运行目标速度曲线的控制逻辑示意图；
图6为本申请的一个实施例提供的一种计算机车剩余里程的运行时分的控制逻辑示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，现有技术中的调度指令传达和人工操纵模式，不仅大大增加了司机的劳动强度，而且存在着重大的安全隐患。由此可见，通过提高智能化，快捷、高效的交互调度信息和指令，研究与探索更加高效、快速、稳定、自适应的自动驾驶控制系统，具有重要的学术意义和工程化应用价值。
为了减少人为误操作，保证调度指令传达的零失误，保障铁路运输安全，降低司机的工作强度，基于实时调度系统的机车自动驾驶系统是铁路运输行业未来发展的必然趋势。本专利提出了一种基于实时调度系统的机车自动驾驶系统方案，能很好的解决上述问题，保障机车运行安全、提高运输效率，对提升智慧化铁路进程有着重大的研究价值和应用推广意义。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种机车自动驾驶系统，包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；其中，
所述通信模块，用于实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
所述机车运行监控模块，用于将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
所述网络控制模块，用于向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
所述列尾设备模块，用于在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
所述空气制动控制模块，用于接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述空气制动控制指令进行列车管施加和缓解控制；
所述自动驾驶控制模块，用于根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
所述自动驾驶显示模块，用于接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
所述机车自动驾驶系统通过通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并在对地面调度信息即地面调度指令进行处理后向自动驾驶控制模块传输，实现自动驾驶控制模块对地面调度信息和地面调度指令的无缝实时获取，机车运行监控模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，列尾设备模块向自动驾驶控制模块提供机车尾部列车管压力，以使所述自动驾驶控制模块根据接收的各类信息确定机车运行目标速度曲线，并根据该曲线确定向网络控制模块和空气制动控制模块提供的第一控制指令和空气制动控制指令，实现机车的自动驾驶控制，自动控制机车安全、平稳、准点运行，实现了实时获取调度指令、自动传达和自动控制的目的，降低了司机的劳动强度，降低了机车运行的安全隐患。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种机车自动驾驶系统，如图1所示，包括：自动驾驶控制模块100、通信模块200、列尾设备模块600、机车运行监控模块300、网络控制模块400、空气制动模块500和自动驾驶显示模块700；其中，
所述通信模块200，用于实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块100传输；
所述机车运行监控模块300，用于将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块100；
所述网络控制模块400，用于向所述自动驾驶控制模块100实时提供机车状态信息，并根据所述自动驾驶控制模块100提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
所述列尾设备模块600，用于在接收到所述自动驾驶控制模块100发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块100发送机车尾部列车管压力；
所述空气制动控制模块，用于接收所述自动驾驶控制模块100发送的空气制动控制指令，并根据所述空气制动控制指令进行列车管施加和缓解控制；
所述自动驾驶控制模块100，用于根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
所述自动驾驶显示模块700，用于接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块100输出的信息。
在本申请实施例中所涉及的“实时”是指两次获取信息的时间间隔小于一定值即可认定为“实时”。例如当两次获取信息的时间间隔小于1s或0.5s或0.1s时，可以认定为“实时”获取信息。以实时获取地面调度信息即地面调度指令为例，可以认为当通信模块200每隔0.1s获取一次地面调度中心800发送的地面调度信息及地面调度指令时，认定所述通信模块200为实时获取地面调度信息即地面调度指令。所述通信模块200获取所述地面调度信息及地面调度指令的方式可以是通信模块200主动读取地面调度中心800中生成的地面调度信息及地面调度指令，也可以是通信模块200被动地接收地面调度中心800发送的地面调度信息及地面调度指令。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
在本申请的一个实施例中，所述自动驾驶显示模块700，除了用于接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块100输出的信息(包括但不限于机车运行目标速度曲线、自动驾驶控制实时状态信息(空气制动控制指令和所述第一控制指令)、特殊场景提示信息)之外，还用于接收外部输入的自动驾驶相关参数，该自动驾驶相关参数包括但不限于机车编组、机车运行模式、自动驾驶激活指令、机车整备指令等。另外，在本申请的一个实施例中，所述自动驾驶显示模块700还可用于播报显示的所述自动驾驶控制模块100输出的信息。
参考图2，所述通信模块200与地面调度中心800的通信方式可以是通过GSM-R(Global System for Mobile Communications–Railway)专网或共性网络(例如4G或5G通信网络)实时获取地面调度信息及地面调度指令。GSM-R专网是采用铁路网特殊需求引起的网络结构和规划，如优化利用频率以提高网络容量、在高话务量区域(如车站)使用微蜂窝，以及多层覆盖根据速度进行越区切换等。
所述通信模块200与自动驾驶控制模块100之间的通信方式可以是通过RS485通信方式或以太网(EtherNet，ETH)通信方式。
可选的，仍然参考图3，所述机车运行监控模块300通过CAN(Controller AreaNetwork，控制器域网)通信方式与所述自动驾驶控制模块100通信；
所述自动驾驶显示模块700通过CAN通信方式与所述自动驾驶控制模块100通信；
所述列尾设备模块600通过RS485通信方式与所述自动驾驶控制模块100通信；
所述空气制动模块500通过MVB(Multifunction Vehicle Bus，MVB)通信方式与所述自动驾驶控制模块100通信；
所述网络控制模块400通过MVB通信方式与所述自动驾驶控制模块100通信。
下面对本申请实施例提供的自动驾驶模块的具体控制逻辑进行说明。
在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心800，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
所述机车的编组信息及当前位置信息至少包括：机车运行前方的线路信息、揭示信息、机车信号信息和机车运行防护曲线。
参考图5，所述自动驾驶模块根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
参考图6，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
仍然参考图6，所述自动驾驶模块根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
其中，可选的，所述预设状态运行值包括恒速运行值或非恒速运行值。
当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述自动驾驶模块根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
下面对本申请实施例提供的机车自动驾驶控制方法进行描述，下文描述的机车自动驾驶控制方法可与上文描述的机车自动驾驶系统相互对应参照。
相应的，本申请实施例提供了一种机车自动驾驶控制方法，应用于上述任一实施例所述的机车自动驾驶系统，所述机车自动驾驶系统包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；所述机车自动驾驶控制方法包括：
利用所述通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
利用所述机车运行监控模块将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
利用所述网络控制模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
利用所述列尾设备模块在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
利用所述空气制动控制模块接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述空气制动控制指令进行列车管施加和缓解控制；
利用所述自动驾驶控制模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
利用所述自动驾驶显示模块接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
可选的，所述根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
可选的，所述根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
可选的，所述根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，所述根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
可选的，当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
综上所述，本申请实施例提供了一种机车自动驾驶系统及机车自动驾驶控制方法，其中，所述机车自动驾驶系统通过通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并在对地面调度信息即地面调度指令进行处理后向自动驾驶控制模块传输，实现自动驾驶控制模块对地面调度信息和地面调度指令的无缝实时获取，机车运行监控模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，列尾设备模块向自动驾驶控制模块提供机车尾部列车管压力，以使所述自动驾驶控制模块根据接收的各类信息确定机车运行目标速度曲线，并根据该曲线确定向网络控制模块和空气制动控制模块提供的第一控制指令和空气制动控制指令，实现机车的自动驾驶控制，自动控制机车安全、平稳、准点运行，实现了实时获取调度指令、自动传达和自动控制的目的，降低了司机的劳动强度，降低了机车运行的安全隐患。
本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (16)
1.一种机车自动驾驶系统，其特征在于，包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；其中，
所述通信模块，用于实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
所述机车运行监控模块，用于将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
所述网络控制模块，用于向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
所述列尾设备模块，用于在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
所述空气制动控制模块，用于接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述空气制动控制指令进行列车管施加和缓解控制；
所述自动驾驶控制模块，用于根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
所述自动驾驶显示模块，用于接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
2.根据权利要求1所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
3.根据权利要求2所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述机车的编组信息及当前位置信息至少包括：机车运行前方的线路信息、揭示信息、机车信号信息和机车运行防护曲线。
4.根据权利要求2所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述自动驾驶模块根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
5.根据权利要求4所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述自动驾驶模块根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
6.根据权利要求5所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述自动驾驶模块根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
7.根据权利要求6所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述预设状态运行值包括恒速运行值或非恒速运行值。
8.根据权利要求7所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述自动驾驶模块根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
9.根据权利要求1所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述通信模块通过GSM-R专网或共性网络实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后通过RS485通信方式或以太网通信方式向所述自动驾驶控制模块传输。
10.根据权利要求1所述的机车自动驾驶系统，其特征在于，所述机车运行监控模块通过CAN通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述自动驾驶显示模块通过CAN通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述列尾设备模块通过RS485通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述空气制动模块通过MVB通信方式与所述自动驾驶控制模块通信；
所述网络控制模块通过MVB通信方式与所述自动驾驶控制模块通信。
11.一种机车自动驾驶控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-10任一项所述的机车自动驾驶系统，所述机车自动驾驶系统包括：自动驾驶控制模块、通信模块、列尾设备模块、机车运行监控模块、网络控制模块、空气制动模块和自动驾驶显示模块；所述机车自动驾驶控制方法包括：
利用所述通信模块实时获取地面调度信息及地面调度指令，并对获取的所述地面调度信息及地面调度指令进行处理后向所述自动驾驶控制模块传输；
利用所述机车运行监控模块将机车的编组信息及当前位置信息发送给所述自动驾驶控制模块；
利用所述网络控制模块向所述自动驾驶控制模块实时提供机车状态及控制反馈信息，并根据所述自动驾驶控制模块提供的第一控制指令，对机车状态进行控制；
利用所述列尾设备模块在接收到所述自动驾驶控制模块发送的查询指令时，向所述自动驾驶控制模块发送机车尾部列车管压力；
利用所述空气制动控制模块接收所述自动驾驶控制模块发送的空气制动控制指令，并根据所述控制指令进行列车管减压施加和缓解控制；
利用所述自动驾驶控制模块根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线，并根据所述机车运行目标速度曲线确定所述空气制动控制指令和所述第一控制指令；
利用所述自动驾驶显示模块接收并图形化显示所述自动驾驶控制模块输出的信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面调度信息、地面调度指令、机车尾部列车管压力、机车状态信息和机车的编组信息及当前位置信息中的至少一项确定机车运行目标速度曲线的过程具体包括：
判断是否接收到所述地面调度指令，如果是，则对所述地面调度指令进行分析和处理，判断所述地面调度指令的有效性，当所述地面调度指令有效时，根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线；当所述地面调度指令无效时，将无效信息反馈给地面调度中心，并将原机车运行目标速度曲线确定为机车运行目标速度曲线；
如果否，则根据所述地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配，并根据计算与分配结果规划机车目标速度曲线。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面调度指令、地面调度信息、机车尾部列车管压力、机车状态信息和所述机车的编组信息及当前位置信息进行区间运行时分计算与分配的过程具体包括：
根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分；
根据机车所在线路的基础数据、机车状态信息、机车尾部列车管压力和所述机车的编组信息即当前位置信息进行加权计算，规划计算出满足需求的机车运行速度曲线。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据所述地面调度信息和地面调度指令，计算出机车剩余里程的运行时分的过程具体包括：
对所述地面调度信息和所述地面调度指令进行信息提取、筛选和转换，以获取控制信息数据；
根据机车的当前区段的剩余里程和正常行驶控制时速，计算机车正常行驶运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和机车最快运行速度控制，计算机车最快运行时分；
根据机车的当前区段的剩余里程和所述控制信息数据，计算机车调度指令行驶运行时分；
判断所述机车正常行驶运行时分是否大于所述机车调度指令行驶运行时分，如果是，则根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线；
如果否，则判断所述机车最快运行时分是否小于所述机车调度指令行驶运行时分，若否，则判定所述地面调度指令异常，并返回调度信息异常信息；若是，则根据机车当前区段的线路数据和特殊场景数据，加权计算各子区段运行时分，并按照目标速度曲线规划方法，把各子区段的运行时分作为约束条件，计算机动当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分计算当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
计算所述机车正常行驶运行时分与所述机车调度指令行驶运行时分的时间差；
根据所述机车状态信息和所述机车当前区段的线路数据，计算满足所述调度指令的预设状态运行值；
根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述预设状态运行值包括恒速运行值时，所述根据所述预设状态运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线的过程具体包括：
根据所述恒速运行值，按照目标速度曲线规划方法，计算机车当前区段的剩余区间的机车运行速度曲线。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201013 |