CN111824213A - 一种重载机车自动驾驶方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载机车自动驾驶方法及系统，该方法包括：实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息；根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶；根据判断结果，做出自动驾驶控制指令。本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

Description

一种重载机车自动驾驶方法及系统

技术领域

本发明涉及机车自动驾驶技术领域，尤其涉及一种重载机车自动驾驶方法及系统。

背景技术

重载运输在大宗物资运输中具有运量大、成本低、全天候等得天独厚的优势。在传统的重载机车运营当中，采用的是人工控车模式。但是，由于重载列车编组长、载重大，使重载列车司机操作的难度大大增加。并且，由于重载列车司机需要长时间控车，导致重载列车司机在驾驶时劳动强度很高，极易造成疲劳驾驶。此外，重载列车司机的操纵失误会导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等情况发生，严重威胁铁路行车安全。

为了减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，机车智能驾驶是铁路运输行业未来发展的必然趋势，对于保障重载货运列车的运行安全、提高运输效率、降低运用成本方面有着重大的研究价值和应用推广意义。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载机车自动驾驶方法及系统。

发明内容

在传统的重载机车运营当中，采用的是人工控车模式。但是，由于重载列车编组长、载重大，使重载列车司机操作的难度大大增加。并且，由于重载列车司机需要长时间控车，导致重载列车司机在驾驶时劳动强度很高，极易造成疲劳驾驶。此外，重载列车司机的操纵失误会导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等情况发生，严重威胁铁路行车安全。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载机车自动驾驶方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种重载机车自动驾驶方法，包括：

实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息；

根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶；

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线，其中，所述列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息；

调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

在本发明一优选实施例中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及列车各部件的运行状态信息，其中，所述线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息和分相信息，所述列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据第一判断结果和第二判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

在本发明一优选实施例中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，还包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息；和/或

实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果和第三判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

在本发明一优选实施例中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果；

根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果、第三判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

在本发明一优选实施例中，调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶，包括：

将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与所述目标位置-速度曲线中的速度进行比较；

若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与所述目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

根据本发明的另一个方面，提供了一种重载机车自动驾驶系统，包括：

感知装置，用于实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，并对多个信息中的每一个进行分析，以实时判断该多个信息中的每一个是否影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内正常行驶，并输出判断结果；

控制装置，与所述感知装置相连接，用于根据所述感知装置输出的对每个信息的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并输出自动驾驶控制指令；

执行装置，与所述控制装置相连接，用于根据所述控制装置输出的自动驾驶控制指令，控制自动驾驶重载机车的行驶状态。

在本发明一优选实施例中，所述感知装置包括：

线路-列车信息感知单元，用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，并根据该线路信息和列车信息实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，输出判断结果；

列车部件运行状态感知单元，用于实时获取列车各部件的运行状态信息，并根据该信息实时判断列车各部件的运行状态是否正常，输出判断结果。

在本发明一优选实施例中，所述感知装置还包括：

路况信息感知单元，利用感测器件实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，并利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，输出判断结果；和/或

车钩力状态感知单元，用于实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，并根据所述车辆与车辆之间的车钩力状态信息和所述机车与车辆之间的车钩力状态信息实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，输出判断结果。

在本发明一优选实施例中，在所述控制装置判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，

所述控制装置还用于根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线，并输出调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数的控制指令，其中，所述列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶方法，能够根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例一的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图；

图2为图1中的步骤S101的具体流程示意图；

图3为图1中的步骤S102的具体流程示意图；

图4为本发明实施例二的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图；

图5为图4中的步骤S201的具体流程示意图；

图6为图4中的步骤S202的具体流程示意图；

图7为本发明实施例三的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图；

图8为图7中的步骤S301的具体流程示意图；

图9为图7中的步骤S302的具体流程示意图；

图10为本发明实施例四的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图；

图11为图10中的步骤S401的具体流程示意图；

图12为图10中的步骤S402的具体流程示意图；

图13为本发明实施例的重载机车自动驾驶系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在传统的重载机车运营当中，采用的是人工控车模式。但是，由于重载列车编组长、载重大，使重载列车司机操作的难度大大增加。并且，由于重载列车司机需要长时间控车，导致重载列车司机在驾驶时劳动强度很高，极易造成疲劳驾驶。此外，重载列车司机的操纵失误会导致列车纵向冲动大、非正常停车、超速甚至是断钩等情况发生，严重威胁铁路行车安全。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种重载机车自动驾驶方法及系统。

实施例一

图1为本发明实施例一的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图。

如图1所示，本发明实施例的重载机车自动驾驶方法，主要包括以下步骤S101至步骤S105。

在步骤S101中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息。其具体过程如图2所示。

在步骤S1011中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息(包括临时限速信息)、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息(例如，线路里程标)和分相信息(包括分相位置信息和分相长度信息)，列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

在步骤S1012中，实时获取列车各部件的运行状态信息。其中，列车各部件包括：列车的弓网部件与走行部件。

在步骤S102中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。其具体过程如图3所示。

在步骤S1021中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果。

在步骤S1022中，根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果。

在步骤S1023中，根据第一判断结果和第二判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

具体地，在第一判断结果为在前方预设范围内没有影响列车正常行驶的信号和/或标志、且第二判断结果为列车各部件的运行状态均正常的情况下，判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶。否则，判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶。

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S103，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线。其中，列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量)。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

接着，执行步骤S104，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

具体地，将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S105，进行停车导向安全控制，以确保行车安全。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶方法，能够根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

实施例二

图4为本发明实施例二的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图。

如图4所示，本发明实施例二的重载机车自动驾驶方法，主要包括以下步骤S201至步骤S205。

在步骤S201中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息。其具体过程如图5所示。

在步骤S2011中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息(包括临时限速信息)、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息(例如，线路里程标)和分相信息(包括分相位置信息和分相长度信息)，列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

在步骤S2012中，实时获取列车各部件的运行状态信息。其中，列车各部件包括：列车的弓网部件与走行部件。

在步骤S2013中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息。

在步骤S202中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。其具体过程如图6所示。

在步骤S2021中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果。

在步骤S2022中，根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果。

在步骤S2023中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果。

在步骤S2024中，根据第一判断结果、第二判断结果和第三判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

具体地，在第一判断结果为在前方预设范围内没有影响列车正常行驶的信号和/或标志、第二判断结果为列车各部件的运行状态均正常、且第三判断结果为在前方预设范围内不存在影响列车正常行驶的障碍物的情况下，判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶。否则，判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶。

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S203，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线。其中，列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量)。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

接着，执行步骤S204，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

具体地，将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S205，进行停车导向安全控制，以确保行车安全。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶方法，能够根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

实施例三

图7为本发明实施例三的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图。

如图7所示，本发明实施例的重载机车自动驾驶方法，主要包括以下步骤S301至步骤S305。

在步骤S301中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息。其具体过程如图8所示。

在步骤S3011中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息(包括临时限速信息)、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息(例如，线路里程标)和分相信息(包括分相位置信息和分相长度信息)，列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

在步骤S3012中，实时获取列车各部件的运行状态信息。其中，列车各部件包括：列车的弓网部件与走行部件。

在步骤S3013中，实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息。

在步骤S302中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。其具体过程如图9所示。

在步骤S3021中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果。

在步骤S3022中，根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果。

在步骤S3023中，根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果。

在步骤S3024中，根据第一判断结果、第二判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

具体地，在第一判断结果为在前方预设范围内没有影响列车正常行驶的信号和/或标志、第二判断结果为列车各部件的运行状态均正常、且第四判断结果为列车能够平稳行驶、以及列车不存在断钩风险的情况下，判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶。否则，判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶。

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S303，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线。其中，列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量、车钩力大小)。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

接着，执行步骤S304，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

具体地，将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S305，进行停车导向安全控制，以确保行车安全。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶方法，能够根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

实施例四

图10为本发明实施例四的重载机车自动驾驶方法的具体流程示意图。

如图10所示，本发明实施例的重载机车自动驾驶方法，主要包括以下步骤S401至步骤S405。

在步骤S401中，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息。其具体过程如图11所示。

在步骤S4011中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息(包括临时限速信息)、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息(例如，线路里程标)和分相信息(包括分相位置信息和分相长度信息)，列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

在步骤S4012中，实时获取列车各部件的运行状态信息。其中，列车各部件包括：列车的弓网部件与走行部件。

在步骤S4013中，实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息。

在步骤S4014中，实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息。

在步骤S402中，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。其具体过程如图12所示。

在步骤S4021中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果。

在步骤S4022中，根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果。

在步骤S4023中，根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果。

在步骤S4024中，根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果。

在步骤S4025中，根据第一判断结果、第二判断结果、第三判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

具体地，在第一判断结果为在前方预设范围内没有影响列车正常行驶的信号和/或标志、第二判断结果为列车各部件的运行状态均正常、第三判断结果为在前方预设范围内不存在影响列车正常行驶的障碍物、且第四判断结果为列车能够平稳行驶、以及列车不存在断钩风险的情况下，判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶。否则，判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶。

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S403，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线。其中，列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量、车钩力大小)。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

接着，执行步骤S404，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

具体地，将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度进行比较。若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

在判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶的情况下，执行步骤S405，进行停车导向安全控制，以确保行车安全。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶方法，能够根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

实施例五

图13为本发明实施例的重载机车自动驾驶系统的结构示意图。

如图13所示，本发明实施例的重载机车自动驾驶系统，主要包括：感知装置501、控制装置502、以及执行装置503。

具体地，感知装置501用于实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，并对多个信息中的每一个进行分析，以实时判断该多个信息中的每一个是否影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内正常行驶，并输出判断结果。

控制装置502与感知装置501相连接，用于根据感知装置501输出的对每个信息的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并输出自动驾驶控制指令。

具体地，在控制装置502判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，控制装置502根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线，并输出调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数的控制指令。其中，列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。

需要说明的是，在本发明中，机车是指车头，车辆是指挂在车头后面的车厢或货车，列车是指车头与挂在车头后面的车厢或货车的组合。因此，机车特性是指车头、牵引、制动等有动力的特征，车辆特性是指挂在车头后面的车厢或货车等没有动力的特征，例如，空车、重车、装载物为液体还是固体货物等。

在控制装置502判断出自动驾驶重载机车不能在前方预设范围内正常行驶的情况下，控制装置502输出停车导向安全控制指令，以确保行车安全。

执行装置503与控制装置502相连接，用于根据控制装置502输出的自动驾驶控制指令，控制自动驾驶重载机车的行驶状态。

具体地，执行装置503根据控制装置502输出的调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数的控制指令，调整目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照目标位置-速度曲线行驶。

执行装置503根据控制装置502输出的停车导向安全控制指令，控制自动驾驶重载机车安全停车。

在本发明一优选实施例中，执行装置503包括：网络控制单元、牵引传动控制单元、制动控制单元和重联控制单元。

网络控制单元用于根据控制装置502输出的自动驾驶控制指令，实现不同装置之间的通讯、以及列车故障信息采集、处理、传输、显示和记录。牵引传动控制单元用于根据控制装置502输出的自动驾驶控制指令，实现列车牵引力大小控制、电制动力大小控制、黏着力大小控制。制动控制单元用于根据控制装置502输出的自动驾驶控制指令，实现列车的空气制动施加时间控制、空气制动减压量控制和空气制动解除时间控制。重联控制单元用于根据控制装置502输出的自动驾驶控制指令，实现对无线重联编组列车的自动驾驶控制。

在本发明一优选实施例中，感知装置501包括线路-列车信息感知单元5011和列车部件运行状态感知单元5012。

线路-列车信息感知单元5011用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，并根据该线路信息和列车信息实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，输出判断结果。其中，线路信息包括：信号灯信息、限速信息(包括临时限速信息)、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息(例如，线路里程标)和分相信息，列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

优选地，线路-列车信息感知单元5011包括：列车运行监控单元，用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息。

优选地，线路-列车信息感知单元5011包括：预埋式地面磁感器，用于实时获取线路上的分相信息，该分相信息包括分相位置信息和分相长度信息。

优选地，线路-列车信息感知单元5011包括：车载地图或GPS，用于实时获取列车当前位置信息、列车当前速度信息、列车运行前方线路信息、以及当前列车与其他列车的对应位置关系信息等。

列车部件运行状态感知单元5012用于实时获取列车各部件的运行状态信息，并根据该信息实时判断列车各部件的运行状态是否正常，输出判断结果。其中，列车各部件包括：列车的弓网部件与走行部件。

在本发明一优选实施例中，感知装置501除包括线路-列车信息感知单元5011和列车部件运行状态感知单元5012之外，还包括：路况信息感知单元5013和/或车钩力状态感知单元5014。

路况信息感知单元5013利用感测器件实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，并利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，输出判断结果。其中，感测器件包括摄像头、超声波探测器、毫米波雷达、激光雷达等传感器。

车钩力状态感知单元5014用于实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，并根据车辆与车辆之间的车钩力状态信息和机车与车辆之间的车钩力状态信息实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，输出判断结果。

需要说明的是，在感知装置501不包括车钩力状态感知单元5014的情况下，目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量)。

在感知装置501包括车钩力状态感知单元5014的情况下，目标位置-速度曲线包括以下参数信息：列车位置、列车速度、列车工况(牵引力大小、电制动力大小、惰行信息、空气制动力大小、空气制动减压量、车钩力大小)。

上述各部件中的操作的具体细化，可参见上面结合图1至图12对本发明方法的说明，在此不再详细赘述。

应用本发明实施例提供的重载机车自动驾驶系统，感知装置实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，并对该多个信息中的每一个进行分析，以实时判断该多个信息中的每一个是否影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内正常行驶，控制装置根据感知装置对每个信息的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并根据判断结果做出自动驾驶控制指令。因此，本发明可以减少人为误操作、保障运行安全、降低重载列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平、降低机车能耗、节省成本，具有很好的应用前景。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种重载机车自动驾驶方法，其特征在于，包括：

实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息；

根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶；

在判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线，其中，所述列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息；

调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

2.根据权利要求1所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息、以及列车各部件的运行状态信息，其中，所述线路信息包括：信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、车站信息、股道信息、位置信息和分相信息，所述列车信息包括：列车载重与长度信息、列车牵引能力特性信息、列车制动能力特性信息、空气制动能力特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息和列车运行前方线路信息。

3.根据权利要求2所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据第一判断结果和第二判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

4.根据权利要求2所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，还包括：

实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息；和/或

实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息。

5.根据权利要求4所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果和第三判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

6.根据权利要求4所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

7.根据权利要求4所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，包括：

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，得到第一判断结果；

根据实时获取的列车各部件的运行状态信息，实时判断列车各部件的运行状态是否正常，得到第二判断结果；

根据实时获取的自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，得到第三判断结果；

根据实时获取的车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，得到第四判断结果；

根据第一判断结果、第二判断结果、第三判断结果和第四判断结果，判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的重载机车自动驾驶方法，其特征在于，调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶，包括：

将当前时刻自动驾驶重载机车的速度与所述目标位置-速度曲线中的速度进行比较；

若当前时刻自动驾驶重载机车的速度与所述目标位置-速度曲线中的速度存在偏差，则调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数，以使自动驾驶重载机车按照所述目标位置-速度曲线行驶。

9.一种重载机车自动驾驶系统，其特征在于，包括：

感知装置，用于实时获取影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息，并对多个信息中的每一个进行分析，以实时判断该多个信息中的每一个是否影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内正常行驶，并输出判断结果；

控制装置，与所述感知装置相连接，用于根据所述感知装置输出的对每个信息的判断结果，实时判断自动驾驶重载机车是否能够在前方预设范围内正常行驶，并输出自动驾驶控制指令；

执行装置，与所述控制装置相连接，用于根据所述控制装置输出的自动驾驶控制指令，控制自动驾驶重载机车的行驶状态。

10.根据权利要求9所述的重载机车自动驾驶系统，其特征在于，所述感知装置包括：

线路-列车信息感知单元，用于实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的线路信息和列车信息，并根据该线路信息和列车信息实时判断在前方预设范围内是否有影响列车正常行驶的信号和/或标志，输出判断结果；

列车部件运行状态感知单元，用于实时获取列车各部件的运行状态信息，并根据该信息实时判断列车各部件的运行状态是否正常，输出判断结果。

11.根据权利要求10所述的重载机车自动驾驶系统，其特征在于，所述感知装置还包括：

路况信息感知单元，利用感测器件实时获取自动驾驶重载机车在前方预设范围内的路况信息，并利用同步定位与制图方法、图像识别方法和物体检测分析方法对该路况信息进行分析，以实时判断在前方预设范围内是否存在影响列车正常行驶的障碍物，输出判断结果；和/或

车钩力状态感知单元，用于实时获取车辆与车辆之间的车钩力状态信息、以及机车与车辆之间的车钩力状态信息，并根据所述车辆与车辆之间的车钩力状态信息和所述机车与车辆之间的车钩力状态信息实时判断列车是否能够平稳行驶、以及列车是否存在断钩风险，输出判断结果。

12.根据权利要求9所述的重载机车自动驾驶系统，其特征在于，在所述控制装置判断出自动驾驶重载机车能够在前方预设范围内正常行驶的情况下，

所述控制装置还用于根据实时获取的影响自动驾驶重载机车在前方预设范围内行驶的多个信息、列车特性信息、以及列车运行时间信息，对自动驾驶重载机车在前方预设范围内的行驶状态进行在线实时规划，得到自动驾驶重载机车在前方预设范围内的目标位置-速度曲线，并输出调整所述目标位置-速度曲线包含的、且与自动驾驶重载机车对应的控制参数的控制指令，其中，所述列车特性信息包括机车特性信息和车辆特性信息。

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