CN111845788A - 基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统和方法，所述系统包括：运行环境感知单元，用于获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；智能场景决策单元，用于基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及自动驾驶控制单元，用于基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。本发明还提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶方法。

Description

基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统和方法

技术领域

本发明涉及机车自动驾驶领域，具体地涉及一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统和方法。

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。由于重载列车编组长、载重大，增加了重载列车司机操作的难度；由于长时间控车，司机在驾驶时劳动强度很高，容易疲劳驾驶。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，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、降低运行成本方面有着重大的研究价值和应用推广意义。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统和方法，其通过智能场景决策单元基于由运行环境感知单元实时监测并且分析处理的列车运行环境信息，自动判断列车所处的运行场景，并且通过自动驾驶控制单元做出相应的自动驾驶控制，从而能够减少人为误操作、保障运行安全，降低列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平，并且降低机车能耗、节省成本，提高运输效率。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，包括：

运行环境感知单元，用于获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；

智能场景决策单元，用于基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及

自动驾驶控制单元，用于基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

在实施例中，所述运行环境感知单元包括：

雷达检测单元，包括毫米波雷达和/或激光雷达，其中所述毫米波雷达用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，所述激光雷达用于确定所述异物的尺寸和位置；和/或

前向摄像单元，用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物以及确定所述障碍物的位置和尺寸；和/或

信号系统单元，用于获取所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内的线路信息和列车信息、以及模式控制方式信息；和

融合处理单元，用于接收并且处理来自所述雷达检测单元和/或前向摄像单元和/或信号系统单元的信息。

在实施例中，所述智能场景决策单元用于基于来自所述融合处理单元的所述信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入段内作业场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制向所述自动驾驶系统上电并且自检，以及检查所述自动驾驶系统与其他连接系统之间的通信状态，以及所述自动驾驶系统自身的健康状态；

检查所述重载机车自身状态以及执行重载机车性能实验；以及

将基础线路数据与机车运行监控系统基础线路数据同步更新，对当前基础线路数据版本自动进行对比确认；当不一致时，输出不匹配的提示，要求更新数据。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的模式控制方式信息、线路信息、列车信息、和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入出段与挂车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

提供第一模式选项，用于控制所述重载机车自动行驶出段、挂车；或者

提供第二模式选项，用于在所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶不控车时执行人工操作所述重载机车自动行驶出段、挂车。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内无障碍物、线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入始发站发车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

基于载重情况，给定牵引力，在机车车钩处于拉伸状态后，缓解空气制动，使所述重载机车执行始发站发车。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入区间运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、工况、速度、空气制动减压量，进行对应的自动驾驶速度控制；

在所述重载机车始发站开车后或者机车编组发生变化开车后，所述智能场景决策单元确定所述重载机车需要试闸，所述自动驾驶控制单元发出空气制动控制减压的指令，进行贯通实验；

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力，进行对应的自动驾驶长大上坡控制；

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、空气制动力，控制所述重载机车运行的机车牵引/制动力、空气制动力、初制动施加位置，连续制动时的空气制动施加位置与缓解位置，进行对应的自动驾驶长大下坡控制；

根据分相前方的线路信息、牵引载重、所述重载机车当前工况，进入过分相之前，将所述重载机车的速度控制在合理的速度范围，在进分相预告位置，将机车牵引力回零；

按照来自所述信号系统单元的股道信息允许的速度，控制所述重载机车行驶。

在实施例中，所述自动驾驶速度控制包括：

在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息，确定所述重载机车将要进入跟随区间信号控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

在所述智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息，确定所述重载机车将要进入临时限速控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

在所述智能场景决策单元基于来自信号系统单元的列车信息，确定所述重载机车将要进入半自闭区间控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息，确定所述重载机车将要进入起车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据所述重载机车的重量，判断当前所处的坡道信息，计算起车所需的目标作用力、目标速度，控制列车起车。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入正线停车、侧线停车、机外停车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据停车距离与精度要求，计算停车所需的电制动力、空气制动减压量，控制所述重载机车停车，并自动施加停车防溜保护。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息、所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，确定所述重载机车将要进入终点站场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

按照终点站停车距离与精度要求的限制，自动控制所述重载机车停车，并自动施加停车防溜保护；

提供第一解挂模式选项，以自动控制所述重载机车的车厢解挂操作，以及提供第二解挂模式选项，以通过外界装置或者人工执行重载机车的车厢解挂操作；

提供第一入段模式选项，以自动控制所述重载机车入段，以及提供第二入段模式选项，以通过人工控制所述重载机车入段；以及

在所述智能场景决策单元确定已经完成运输任务时，所述自动驾驶控制单元确定系统状态，自动将运行过程中的历史记录数据传输到数据存储云端。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入重联编组场景或单机运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据重联编组机车或单机车的牵引力、制动力、空气制动力、机车所处位置的坡道、信号情况，自动控制机车行驶。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入赶点运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制所述重载机车按照所述重载机车性能允许、线路允许的最大速度行驶。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入慢行运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制所述重载机车按照所述重载机车性能允许、线路允许的最小速度行驶。

在实施例中，在所述智能场景决策单元基于同时满足运行环境感知单元自动驾驶允许、网络控制系统自动驾驶允许、制动系统自动驾驶允许、列车自动驾驶系统自动驾驶允许、机车管理员确认进入自动驾驶的条件时，所述智能场景决策单元确定所述重载机车进入自动驾驶场景，所述自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车进入自动驾驶状态的指令；以及

在所述智能场景决策单元基于发生运行环境感知系统故障、网络控制系统自动驾驶故障、制动系统自动驾驶故障、列车自动驾驶系统故障、机车管理员确定退出自动驾驶中的任一项条件时，所述智能场景决策单元确定所述重载机车进入退出自动驾驶场景，所述自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车退出自动驾驶指令，转到人工控车。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶方法，包括：

通过运行环境感知单元获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；

通过智能场景决策单元基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及

通过自动驾驶控制单元基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

如以上技术方案所述的，本发明的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统及方法能够基于列车的运行环境信息以及重载机车的本身信息，确定列车所处的场景，并提供与所确定的场景相对应的自动驾驶控制操作，从而在保证重载机车安全运行的前提下进行自动驾驶控制，减少人为误操作、保障运行安全，降低列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平，并且降低机车能耗、节省成本，提高运输效率。

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示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的框图；

图2示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的运行环境感知单元的框图；以及

图3示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的智能场景决策单元所确定的场景示意图。

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。由于重载列车编组长、载重大，增加了重载列车司机操作的难度；由于长时间控车，司机在驾驶时劳动强度很高，容易疲劳驾驶。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，威胁铁路行车安全。

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。

鉴于以上问题，本发明实施例提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统。

图1示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的框图。

如图1所示，根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统，包括：

运行环境感知单元，用于获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对运行环境信息进行处理；

智能场景决策单元，用于基于经处理的运行环境信息，确定重载机车将要进入的智能场景；以及

自动驾驶控制单元，用于基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

根据上述实施例，本发明的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统，能够基于列车的运行环境信息以及重载机车的本身信息，确定列车所处的场景，并提供与所确定的场景相对应的自动驾驶控制操作，从而在保证重载机车安全运行的前提下进行自动驾驶控制，减少人为误操作、保障运行安全，降低列车司机的工作强度、提高机车操纵的一致化水平，并且降低机车能耗、节省成本，提高运输效率。

图2示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的运行环境感知单元的框图。

如图2所示，本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统的运行环境感知单元，包括：

雷达检测单元，包括毫米波雷达和/或激光雷达，其中毫米波雷达用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，所述激光雷达用于确定所述异物的尺寸和位置；和/或

前向摄像单元，用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物以及确定所述障碍物的位置和尺寸；和/或

信号系统单元，用于获取所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内的线路信息和列车信息、以及模式控制方式信息；和

融合处理单元，用于接收并且处理来自所述雷达检测单元和/或前向摄像单元和/或信号系统单元的信息。

上述前向摄像单元、雷达检测单元、信号系统单元，既可以各自独立工作，也可以二者配合工作，还可以三者同时配合工作。例如：在仅有信号系统单元的情况下，本发明实施例的自动驾驶系统仍然能够智能感知重载机车所处的场景并且基于所确定的场景执行相对应的自动驾驶控制；在信号系统单元与雷达检测单元两者同时工作的情况下，本发明实施例的自动驾驶系统也能够确保基于智能感知的场景执行相应的重载机车自动驾驶控制。

在实施例中，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、分相信息和障碍物信息。

列车信息包括：列车载重与长度信息、列车特性信息、列车编组信息、列车当前位置信息、列车运行前方线路信息、列车运行时间信息、列车实际工况信息、当前LKJ(列车运行监控系统)列车速度信息、当前TCMS(列车网络速度)列车速度信息、制动缸压力信息、均衡风缸信息、充风流量信息、列车管减压量信息、总风缸压力信息、尾部风压信息、大闸位置信息、小闸位置信息、列尾类型信息、车辆类型信息、列车保护性降弓信息、列车保护性分主断信息、列车部件故障信息、列车动力损失信息、以及LKJ行驶模式信息。

模式控制方式信息包括：降级模式信息、段内走行模式信息、调车模式信息、通常模式信息、随时停车模式信息。

在实施例中，融合处理单元对接收到的信息进行分析处理，并将分析处理结果发送给智能场景决策单元，智能场景决策单元基于接收的信息进行判断出来，确定重载机车将要进入的智能场景。相应地，自动驾驶控制单元基于所确定的场景，执行相对应的自动驾驶控制。

图3示出示出根据本发明实施例的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统的智能场景决策单元所确定的场景示意图。

如图3所示，重载机车的运行场景可以包括：

(1)段内作业场景

在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的段内走行模式信息和列车信息，并且自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定重载机车将要进入段内作业场景时，自动驾驶控制单元用于：

设备上电自检：即，控制向自动驾驶系统上电并且自检，以及检查自动驾驶系统与其他连接系统之间的通信状态，以及自动驾驶系统自身的健康状态；

机车整备实验：检查重载机车自身状态以及执行重载机车性能实验；以及

数据更新：将基础线路数据与列车运行监控系统基础线路数据同步更新，对当前基础线路数据版本自动进行对比确认；当不一致时，输出不匹配的提示，要求更新数据。

(2)出段与挂车场景

在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的段内走行模式信息、线路信息与列车信息(具体地，包括坡道信息、弯道信息、列车位置信息、股道信息)、和/或重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，并且自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定重载机车将要进入出段与挂车场景时，自动驾驶控制单元用于：

提供第一模式选项，用于控制重载机车自动行驶出段、挂车；或者

提供第二模式选项，用于在自动驾驶控制单元发出自动驾驶不控车时执行人工操作所述重载机车自动行驶出段、挂车。

(3)始发站发车场景

在智能场景决策单元基于重载机车行驶的前方轨道的预定范围内无障碍物、线路信息与列车信息(具体地，可以包括前方信号灯允许发车、车站信息、坡道信息、弯道信息、列车位置信息、机车零速信息)、并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入始发站发车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

基于载重情况，给定牵引力，在列车车钩处于拉伸状态后，确保列车不会发生后溜，然后缓解空气制动，使重载机车执行始发站发车。

(4)区间运行场景

智能场景决策单元基于重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息与列车信息(具体地，可以包括信号灯信息、限速信息、坡道信息、弯道信息、列车速度信息、列车工况信息、列车速度信息、列车位置信息、列车实际牵引力信息、列车实际制动力信息、列车实际空气制动信息)，并且自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定重载机车将要进入区间运行场景时，自动驾驶控制单元用于：

自动驾驶速度控制：根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、工况、速度、空气制动减压量，进行对应的自动驾驶速度控制；

贯通实验场景：在所述重载机车始发站开车后或者机车编组发生变化开车后，所述智能场景决策单元确定所述重载机车需要试闸，所述自动驾驶控制单元发出空气制动控制减压的指令，进行贯通实验；贯通实验的目的主要是为了检查列车制动主管贯通状态，及时发现并防止折角塞门关闭制动失灵可能引起的不良后果，此外可以了解列车制动机性能，作为列车制动能力的评价；

长大上坡控制场景：根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引力/制动力，进行对应的自动驾驶长大上坡控制；列车在长大上坡道的运行主要考虑运行时间，以及防止爬坡速度过低，达到兼顾快速和节能的目的。

长大下坡控制场景：根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、空气制动力，控制所述重载机车运行的机车牵引/制动力、空气制动力、初制动施加位置，连续制动时的空气制动施加位置与缓解位置，进行对应的自动驾驶长大下坡控制；列车在长大下坡道的运行主要考虑安全性和平稳性；

过分相速度控制场景：根据分相前方的线路信息、牵引载重、所述重载机车当前工况，进入过分相之前，将所述重载机车的速度控制在合理的速度范围，在进分相预告位置，将机车牵引力回零；确保列车在过分相期间不会因为速度过低导致列车停在分相中间、避免列车在大的下坡中速度增加过快；

中间站停车场景：按照来自所述信号系统单元的股道信息允许的速度，控制所述重载机车行驶。具体地，列车在信号机前，接收股道号输入条件；如未输入股道号或输入正向股道号的，列车运行监控系统按道岔直向股道接车监控列车运行；如输入侧线股道号的，按输入的股道道岔侧向允许速度监控列车运行。

在本实施例中，上述自动驾驶速度控制包括：

跟随区间信号控制：在智能场景决策单元基于重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、前方信号灯的变化，确定重载机车将要进入跟随区间信号控制场景时，自动驾驶控制单元用于控制重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

临时限速控制场景：在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的临时限速信息，确定重载机车将要进入临时限速控制场景时，自动驾驶控制单元用于控制重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

半自闭区间控制场景：在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的列车信息(具体地，包括列车前方行车位置信息)，确定重载机车将要进入半自闭区间控制场景时，自动驾驶控制单元用于控制重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶。

(5)起车/停车场景

起车场景：在智能场景决策单元基于重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息(具体地，可以包括信号灯信号)，确定重载机车将要进入起车场景时，自动驾驶控制单元用于：

根据所述重载机车的重量，判断当前所处的坡道信息，计算起车所需的目标作用力、目标速度，控制重载列车起车。

停车场景：在智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息与列车信息(具体地，可以包括停车信号信息、坡道信息、弯道信息、列车速度信息、列车工况信息、列车速度信息、列车位置信息、列车实际牵引力信息、列车实际制动力信息、列车实际空气制动信息)，并且自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定重载机车将要进入正线停车、侧线停车、机外停车场景时，自动驾驶控制单元用于：

根据停车距离与精度要求，计算停车所需的电制动力、空气制动减压量，控制所述重载机车停车，并自动施加停车防溜保护。

(6)终点站场景

在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息和列车信息，重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，确定重载机车将要进入终点站场景时，自动驾驶控制单元用于：

终点站停车：按照终点站停车距离与精度要求的限制，自动控制重载机车停车，并自动施加停车防溜保护；

解挂：提供第一解挂模式选项，以自动控制重载机车的车厢解挂操作，以及提供第二解挂模式选项，以通过外界装置或者人工执行重载机车的车厢解挂操作；

入段：提供第一入段模式选项，以自动控制重载机车入段，以及提供第二入段模式选项，以通过人工控制重载机车入段；以及

运行数据下载：在智能场景决策单元确定已经完成运输任务时，自动驾驶控制单元确定系统状态，自动将运行过程中的历史记录数据传输到数据存储云端。

(7)特殊场景

在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息和列车信息，确定重载机车将要进入重联编组场景或单机运行场景时，自动驾驶控制单元用于：

重联编组控制：在来自信号系统单元的列车信息确定机车为重联编组时，自动驾驶控制单元采集重联编组的模式，如编组模式为1+1、2+0、1+1+1等，根据重联编组机车牵引力、制动力、机车所处位置的坡道、信号情况，自动控制机车行驶；

单机运行：在来自信号系统单元的列车信息确定机车为单机运行，即仅有动力车时，自动驾驶控制单元根据单机牵引力、制动力、机车所处位置的坡道、信号情况，自动控制机车行驶；

赶点运行：在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息和列车信息，确定重载机车将要进入赶点运行场景时，自动驾驶控制单元用于：

控制重载机车按照重载机车性能允许、线路允许的最大速度行驶。

慢行运行：在智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息和列车信息，确定重载机车将要进入慢行运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制重载机车按照重载机车性能允许、线路允许的最小速度行驶。

(8)状态转换场景

自动驾驶进入：在智能场景决策单元基于同时满足运行环境感知单元自动驾驶允许、网络控制系统自动驾驶允许、制动系统自动驾驶允许、列车自动驾驶系统自动驾驶允许、机车管理员确认进入自动驾驶的条件时，智能场景决策单元确定重载机车进入自动驾驶场景，自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车进入自动驾驶状态的指令；

自动驾驶退出：在智能场景决策单元基于发生运行环境感知系统故障、网络控制系统自动驾驶故障、制动系统自动驾驶故障、列车自动驾驶系统故障、机车管理员确定退出自动驾驶中的任一项条件时，智能场景决策单元确定重载机车进入退出自动驾驶场景，自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车退出自动驾驶指令，转到人工控车。

在上述实施例中，针对场景的自动驾驶控制涵盖列车出段与挂车、始发站发车、区间运行、区间停车、中间站接发车、终点站、故障保护与其他各个场景的划分与详细控制策略。然而，本发明的自动驾驶控制还可以包括以上各个场景的两个或两个以上的任意组合，例如贯通实验场景与长大上坡控制场景的组合、贯通实验场景与长大下坡控制场景的组合、长大上坡控制场景与过分相速度控制场景的组合等，组合而成的场景的控制方式为各个组成场景的各自控制方式的组合。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶方法，包括：

通过运行环境感知单元获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；

通过智能场景决策单元基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及

通过自动驾驶控制单元基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

综上所述，本发明提供了一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶控制系统及方法，其特征主要包括：

(1)该自动驾驶控制系统主要包括运行环境感知单元、智能场景决策单元和自动驾驶控制单元。运行环境感知单元主要用于对列车运行的前方轨道是否存在异物、信号灯情况进行判断，并将采集到的信息进行处理，发送给智能场景决策单元，进行运行场景的判断，重载机车自动控制单元针对具体的运行场景，进行对应的自动驾驶控制。

(2)运行环境感知单元主要包括前向摄像单元、雷达检测单元、信号系统单元，这三个单元既可以各自独立工作，也可以二者配合工作，还可以三者同时配合工作，分析并处理判断列车运行所处的场景所需的信息。

(3)针对场景的自动驾驶控制涵盖列车出段与挂车、始发站发车、区间运行、区间停车、中间站接发车、终点站、故障保护与其他各个场景的划分与详细控制策略，实现重载机车从零起车、区间运行、停车到零整个过程的自动驾驶。

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 (16)

1.一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，包括：

运行环境感知单元，用于获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；

智能场景决策单元，用于基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及

自动驾驶控制单元，用于基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

2.根据权利要求1所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，所述运行环境感知单元包括：

雷达检测单元，包括毫米波雷达和/或激光雷达，其中所述毫米波雷达用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，所述激光雷达用于确定所述异物的尺寸和位置；和/或

前向摄像单元，用于检测所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物以及确定所述障碍物的位置和尺寸；和/或

信号系统单元，用于获取所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内的线路信息和列车信息、以及模式控制方式信息；和

融合处理单元，用于接收并且处理来自所述雷达检测单元和/或前向摄像单元和/或信号系统单元的信息。

3.根据权利要求2所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，所述智能场景决策单元用于基于来自所述融合处理单元的所述信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景。

4.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入段内作业场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制向所述自动驾驶系统上电并且自检，以及检查所述自动驾驶系统与其他连接系统之间的通信状态，以及所述自动驾驶系统自身的健康状态；

检查所述重载机车自身状态以及执行重载机车性能实验；以及

将基础线路数据与机车运行监控系统基础线路数据同步更新，对当前基础线路数据版本自动进行对比确认；当不一致时，输出不匹配的提示，要求更新数据。

5.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的模式控制方式信息、线路信息、列车信息、和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入出段与挂车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

提供第一模式选项，用于控制所述重载机车自动行驶出段、挂车；或者

提供第二模式选项，用于在所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶不控车时执行人工操作所述重载机车自动行驶出段、挂车。

6.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内无障碍物、线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入始发站发车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

基于载重情况，给定牵引力，在机车车钩处于拉伸状态后，缓解空气制动，使所述重载机车执行始发站发车。

7.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入区间运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、工况、速度、空气制动减压量，进行对应的自动驾驶速度控制；

在所述重载机车始发站开车后或者机车编组发生变化开车后，所述智能场景决策单元确定所述重载机车需要试闸，所述自动驾驶控制单元发出空气制动控制减压的指令，进行贯通实验；

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引力/制动力，进行对应的自动驾驶长大上坡控制；

根据前方线路信息、列车信息，计算出所述重载机车运行所需要的机车牵引/制动力、空气制动力，控制所述重载机车运行的机车牵引/制动力、空气制动力、初制动施加位置，连续制动时的空气制动施加位置与缓解位置，进行对应的自动驾驶长大下坡控制；

根据分相前方的线路信息、牵引载重、所述重载机车当前工况，进入过分相之前，将所述重载机车的速度控制在合理的速度范围，在进分相预告位置，将机车牵引力回零；

按照来自所述信号系统单元的股道信息允许的速度，控制所述重载机车行驶。

8.根据权利要求7所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，所述自动驾驶速度控制包括：

在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息，确定所述重载机车将要进入跟随区间信号控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

在所述智能场景决策单元基于来自信号系统单元的线路信息，确定所述重载机车将要进入临时限速控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶；

在所述智能场景决策单元基于来自信号系统单元的列车信息，确定所述重载机车将要进入半自闭区间控制场景时，所述自动驾驶控制单元用于控制所述重载机车按照满足行车要求的速度进行自动行驶。

9.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物、线路信息，确定所述重载机车将要进入起车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据所述重载机车的重量，判断当前所处的坡道信息，计算起车所需的目标作用力、目标速度，控制列车起车。

10.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息、列车信息，并且所述自动驾驶控制单元发出自动驾驶控车信息时，确定所述重载机车将要进入正线停车、侧线停车、机外停车场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据停车距离与精度要求，计算停车所需的电制动力、空气制动减压量，控制所述重载机车停车，并自动施加停车防溜保护。

11.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息、所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在障碍物，和/或所述重载机车行驶的前方轨道的预定范围内是否存在异物侵入，确定所述重载机车将要进入终点站场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

按照终点站停车距离与精度要求的限制，自动控制所述重载机车停车，并自动施加停车防溜保护；

提供第一解挂模式选项，以自动控制所述重载机车的车厢解挂操作，以及提供第二解挂模式选项，以通过外界装置或者人工执行重载机车的车厢解挂操作；

提供第一入段模式选项，以自动控制所述重载机车入段，以及提供第二入段模式选项，以通过人工控制所述重载机车入段；以及

在所述智能场景决策单元确定已经完成运输任务时，所述自动驾驶控制单元确定系统状态，自动将运行过程中的历史记录数据传输到数据存储云端。

12.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入重联编组场景或单机运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

根据重联编组机车或单机车的牵引力、制动力、空气制动力、机车所处位置的坡道、信号情况，自动控制机车行驶。

13.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入赶点运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制所述重载机车按照所述重载机车性能允许、线路允许的最大速度行驶。

14.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于来自所述信号系统单元的线路信息和列车信息，确定所述重载机车将要进入慢行运行场景时，所述自动驾驶控制单元用于：

控制所述重载机车按照所述重载机车性能允许、线路允许的最小速度行驶。

15.根据权利要求3所述的基于场景智能感知的重载机车自动驾驶系统，其中，在所述智能场景决策单元基于同时满足运行环境感知单元自动驾驶允许、网络控制系统自动驾驶允许、制动系统自动驾驶允许、列车自动驾驶系统自动驾驶允许、机车管理员确认进入自动驾驶的条件时，所述智能场景决策单元确定所述重载机车进入自动驾驶场景，所述自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车进入自动驾驶状态的指令；以及

在所述智能场景决策单元基于发生运行环境感知系统故障、网络控制系统自动驾驶故障、制动系统自动驾驶故障、列车自动驾驶系统故障、机车管理员确定退出自动驾驶中的任一项条件时，所述智能场景决策单元确定所述重载机车进入退出自动驾驶场景，所述自动驾驶控制单元用于发出所述重载机车退出自动驾驶指令，转到人工控车。

16.一种基于场景智能感知的重载机车自动驾驶方法，包括：

通过运行环境感知单元获取重载机车行驶的前方轨道的运行环境信息，并对所述运行环境信息进行处理；

通过智能场景决策单元基于经处理的运行环境信息，确定所述重载机车将要进入的智能场景；以及

通过自动驾驶控制单元基于所确定的智能场景，控制所述重载机车自动行驶。

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