CN111994135A - 一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法及系统，该方法包括：获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前车参数集合和后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。本发明实施例通过确定协同编队列车的一系列参数，基于迭代控制的方法获取前后两车运行轨迹，通过调用两车相对追踪时的安全防护模型，保证协同状态下的任意时刻后车与前车不相撞。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法及系统。
背景技术
在城市轨道运行技术中，安全可靠的制动防护模型是城市轨道交通信号系统控制列车运行的核心算法。
目前，新一代的列控系统是利用车车通信技术，使列车间能够直接通信，互相传递有关自身位置、速度、运行方向等信息，然后列车车载控制系统根据收到的信息，自主进行安全防护保障行车安全。而协同编队技术是基于车车通信系统的一种列车协同运行状态，采用虚拟连挂的技术使两车趋近于相同的速度实现同步运行，使追踪距离达到最小，提升系统的运行效率。
而为了实现协同编队模式的高效性，列车的安全防护模型应当在保证安全的条件下使追踪距离尽量达到最小。现有技术中提出的安全防护方法，能够将前车当作运动状态而不是静止状态实现安全防护场景划分，从而达到对后车的防护目的，但是该方法并未考虑坡度加速度造成的影响。而如果参照传统的ATP(Automatic Train Protect)防护模型采用制动范围内坡度的边界值来进行完善，则因为坡度值实际是一个时变量，会随着列车位移而变化，导致安全防护模型不够精确，不能达到追踪距离最小的目的。同时，该方案的列车制动过程划分不够细致，例如后车的制动过程中的惰行阶段与切除牵引阶段进行了合并简化处理，也一定程度上影响了算法的精确性。
因此，需要一种新的方法来解决现有列车追踪时的安全防护方法中存在的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法及系统，用以解决现有技术中的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，包括：
对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；
获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；
获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
进一步地，所述前一时刻列车状态信息包括前一时刻位置、前一时刻速度、前一时刻加速度、前一时刻坡度速度和前一时刻坡度加速度；
所述当前时刻列车状态信息包括当前时刻位置和当前时刻速度；
所述前车参数集合包括前车初始位置、前车初始速度、前车性能参数和前车线路参数；
所述后车参数集合包括后车初始位置、后车性能参数和后车线路参数。
进一步地，所述前车初始位置包括前车车尾初始位置；
所述前车初始速度包括前车当前时刻速度和初始坡度加速度；
所述前车性能参数包括前车制动建立时间、最大制动减速度和前车制动运行时间；
所述前车线路参数包括前车制动建立阶段、前车制动进行阶段和前车制动停车阶段；
所述后车初始位置包括后车车头初始位置；
所述后车性能参数包括通信延迟时间、牵引加速度、牵引切除时间、后车制动建立时间、最小制动加速度和后车制动运行时间；
所述后车线路参数包括后车通信处理延时阶段、后车牵引切除阶段、后车惰行阶段、后车制动建立阶段、后车制动进行阶段、后车制动停车阶段。
进一步地，所述获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程，具体包括：
设置最小计算周期，所述最小计算周期小于通信延时；
由所述前一时刻位置、所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻位置建立当前时刻位置方程；由所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻速度建立当前时刻速度方程；
由所述前一时刻坡度速度、所述前一时刻坡度加速度和所述前一时刻加速度建立前一时刻加速度方程；
基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程。
进一步地，所述基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程，具体包括：
基于所述前车车尾初始位置，根据所述前车制动建立阶段、所述前车制动进行阶段和所述前车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述前车制动建立时间、所述最大制动减速度和所述前车制动运行时间组成的若干前车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述前车车尾位置状态方程；
基于所述后车车头初始位置，根据所述后车通信处理延时阶段、所述后车牵引切除阶段、所述后车惰行阶段、所述后车制动建立阶段、所述后车制动进行阶段和所述后车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述通信延迟时间、所述牵引加速度、所述牵引切除时间、所述后车制动建立时间、所述最小制动加速度和所述后车制动运行时间组成的若干后车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述后车车头位置状态方程。
进一步地，所述获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度，具体包括：
令所述前车车尾位置状态方程与所述后车车头位置状态方程的差值大于等于预设安全余量，求解得到所述任一时刻的后车初始速度。
进一步地，所述获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度，还包括：
求解在所述差值取最小时的时间点，将所述时间点作为两车最可能发生碰撞的危险时刻。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统，包括：
获取模块，用于对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；
建立模块，用于获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；
求解模块，用于获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的步骤。
本发明实施例提供的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法及系统，通过确定协同编队列车的一系列参数，基于迭代控制的方法获取前后两车运行轨迹，通过调用两车相对追踪时的安全防护模型，保证协同状态下的任意时刻后车与前车不相撞。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术的缺陷，本发明实施例提出一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，通过迭代的方式能模拟列车制动防护时的可能的运行轨迹和位置状态方程，同时采用迭代处理推算出列车追踪防护的过程中的可能的实际坡度值，基于安全防护的约束条件，计算出后车的安全防护速度，保证协同编队状态下高效、安全的运行。
图1是本发明实施例提供的一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的流程示意图，如图1所示，包括：
S1，对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；
具体地，对于处于协同编队的列车，两车通过虚拟连挂的技术采用相对速度/距离控制模型进行追踪，使两车运行时保持在一定的追踪间隔。运行中，两车将交互当前速度、车辆性能参数(比如牵引切除时间、制动建立时间、最大牵引加速、最大制动减速度等)等信息，后车根据这些性能参数结合自身状态计算安全防护速度曲线。
S2，采用获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；
获得前述系列参数后，并获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，建立列车状态方程，该方程包括位置状态信息，速度信息和加速度信息。
S3，获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
获取两车进行相对追踪的安全防护模型，进一步求解列车状态方程，令方程满足一定的安全约束条件，根据安全条件计算出的后车初始速度即为该时刻的安全防护速度。
本发明实施例通过确定协同编队列车的一系列参数，基于迭代控制的方法获取前后两车运行轨迹，通过调用两车相对追踪时的安全防护模型，保证协同状态下的任意时刻后车与前车不相撞。
基于上述实施例，该方法中步骤S1具体包括：
所述前一时刻列车状态信息包括前一时刻位置、前一时刻速度、前一时刻加速度、前一时刻坡度速度和前一时刻坡度加速度；
所述当前时刻列车状态信息包括当前时刻位置和当前时刻速度；
所述前车参数集合包括前车初始位置、前车初始速度、前车性能参数和前车线路参数；
所述后车参数集合包括后车初始位置、后车性能参数和后车线路参数。
其中，所述前车初始位置包括前车车尾初始位置；
所述前车初始速度包括前车当前时刻速度和初始坡度加速度；
所述前车性能参数包括前车制动建立时间、最大制动减速度和前车制动运行时间；
所述前车线路参数包括前车制动建立阶段、前车制动进行阶段和前车制动停车阶段；
所述后车初始位置包括后车车头初始位置；
所述后车性能参数包括通信延迟时间、牵引加速度、牵引切除时间、后车制动建立时间、最小制动加速度和后车制动运行时间；
所述后车线路参数包括后车通信处理延时阶段、后车牵引切除阶段、后车惰行阶段、后车制动建立阶段、后车制动进行阶段、后车制动停车阶段。
具体地，对于初始状态，假设前车当前速度为v2(0)＝vl，从电子地图获取的初始坡度加速度为aDB2(0)。此时前车发生故障或者意外情况，因此前车开始建立制动同时通知后车前车发生制动情况。同样对于该初始状态，假设后车从电子地图获取的初始坡度加速度为aDB1(0)，经过一定的通信延时后获取到前车发送的制动信息也将进行制动处理。
同样对于初始状态，假设后车车头位置为初始位置参考点，此时两车运行间隔距离为s0＝Δs+es，其中es为相对测距误差，则：前车车尾初始位置为s2(0)＝s0；后车车头初始位置为s1(0)＝0。
可以理解的是，确定两车协同编队运行时的初始状态后，还需要对两车从初始状态至两车均完全停车(假设此时两车不会撞上)所经历的阶段过程进行分析。
首先是前车从初始状态至制动至完全停车所经历的普遍采用的详细状态过程：
第一阶段：为前车制动建立阶段，前车开始建立制动至制动减速度达到最大(制动建立)，所经历的时间为前车制动建立时间tbd2，该阶段内前车的制动减速度从0变化至最大制动减速度abd2，这里简化处理，即此阶段的减速度简化为该阶段所能达到的边界值(最大值)abd2。如果后续能够进一步研究，建立此阶段的制动建立的减速度变化模型，则可以基于动态预测实现计算出变化的制动减速度值，使结果更准确。
第二阶段：为前车制动进行阶段，前车以最大制动减速度abd2进行制动，所经历的时间为前车制动运行时间tbre2。该阶段内列车保持制动状态，假设制动减速度一直保持最大制动减速度abd2不变。
第三阶段：为前车制动停车阶段，此时前车减速至0，最终处于静止状态。
然后是后车从初始状态至接收到前车信息至切除牵引至制动至完全停车所经历的详细状态过程：
第一阶段：为后车通信处理延时阶段，后车经过一定的通信延迟后收到前车信息，所经历的时间为通信延迟时间tcd1。假设该阶段内包含了后车ATP的反应时间，该阶段内后车还未做出反应，假设此时后车保持加速状态，牵引加速度保持最大失控加速度acd1不变。
第二阶段：为后车牵引切除阶段，后车从开始切断牵引到牵引完全切断，所经历的时间为牵引切除时间tpd1。该阶段内后车的牵引加速度从牵引加速度acd1变化至0，因为是变化的加速度，这里简化处理，即此阶段的加速度简化为该阶段所能达到的边界值(最大值)acd1。如果后续能够进一步研究，建立此阶段的加速度变化模型，则可以基于动态预测实现计算出变化的加速度值，使结果更准确。
第三阶段：为后车惰行阶段，后车完全切断牵引到制动开始建立，所经历的时间为牵引切除时间tcoa。该阶段内列车保持惰行状态，假设此时后车通过牵引制动产生的加速度为0。
第四阶段：为后车制动建立阶段，后车开始建立制动至紧急制动建立完成，所经历的时间为后车制动建立时间tbd1。该阶段内后车的制动减速度从0变化至最小紧急制动加速度abd1，这里简化处理，即此阶段的加速度简化为该阶段所能达到的边界值(最小值)abd1。如果后续能够进一步研究，建立此阶段的制动建立的减速度变化模型，则可以基于动态预测实现计算出变化的制动减速度值，使结果更准确
第五阶段：为后车制动进行阶段，后车以最小紧急制动加速度abd1进行制动，所经历的时间为后车制动运行时间tbre1。该阶段内列车保持制动状态，假设制动减速度保持后车制动时的最小紧急制动加速度abd1不变。
第六阶段：为后车制动停车阶段，此时后车减速至0，最终处于静止状态。
本发明实施例通过细化协同编队列车追踪时的制动场景，通过周期迭代的方法考虑了线路坡度变化的时变性，使计算得到的列车位置状态更趋近于真实的运行轨迹，从而在保证列车在协同编组状态下进行安全追踪同时，使两车追踪距离最小，进一步提升列车协同编队运行时的高效性。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S2具体包括：
设置最小计算周期，所述最小计算周期小于通信延时；
由所述前一时刻位置、所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻位置建立当前时刻位置方程；
由所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻速度建立当前时刻速度方程；
由所述前一时刻坡度速度、所述前一时刻坡度加速度和所述前一时刻加速度建立前一时刻加速度方程；
基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程。
其中，所述基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程，具体包括：
基于所述前车车尾初始位置，根据所述前车制动建立阶段、所述前车制动进行阶段和所述前车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述前车制动建立时间、所述最大制动减速度和所述前车制动运行时间组成的若干前车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述前车车尾位置状态方程；
基于所述后车车头初始位置，根据所述后车通信处理延时阶段、所述后车牵引切除阶段、所述后车惰行阶段、所述后车制动建立阶段、所述后车制动进行阶段和所述后车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述通信延迟时间、所述牵引加速度、所述牵引切除时间、所述后车制动建立时间、所述最小制动加速度和所述后车制动运行时间组成的若干后车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述后车车头位置状态方程。
具体地，在前述实施例的基础上，鉴于列车每个状态时的加速度、速度等参数值与位置状态方程均不一样，这里考虑通过迭代控制的方法建立列车状态方程。
假设列车计算防护曲线时的最小计算周期为Δt且小于通信延时，对于初始时刻后的任意时间点t，t＝i·Δt，其中i为正整数。任意最小计算周期内，列车均进行的是匀加速/减速或者匀速运动(加速度为0)。
则对于任意时刻t，模拟真实运行情况得到列车的位置状态迭代模型为：
其中，s(i)为当前周期的位置状态，可以由前一周期的列车相关状态参数迭代计算求得。
aDB(i-1)是某时刻的坡度加速度，因线路条件而定，理论上该变量是时变的，即从当前周期到下一个周期都可能随着列车的移动而根据线路条件变化，对列车动态行为的精确、安全估计是关键。这里的计算方式是通过上一周期的状态方程及数据进行迭代推算：
即确定任意时刻的前一时刻的列车位置，即s(i-1)，然后根据该位置结合电子地图，获取对应的坡度，根据该坡度计算出的坡度加速度，即aDB(i-1)。由此可以根据初始条件通过迭代法推算出每个周期的实际坡度，相比于传统安全防护模型采用的最大坡度更加准确。
因此该状态模型表示列车任意时刻的状态可以由上一个周期的状态推导获取，即根据列车初始时刻的状态，通过迭代控制可以获取列车任意时刻的位置状态方程。从该位置状态方程的迭代控制算法来看，还可以根据实际需求更加细化或者简化列车追踪过程中所经历的状态过程，例如将后车经历的第一、二、三阶段合并简化也不会影响该位置状态迭代模型的套用，相比于传统的安全防护模型更加灵活。
现在结合上述分析的前后两车所经历的详细状态过程，推导每个阶段内的两车相关的重要状态参数。
对于前车有：
第一阶段：当0≤t＜tbd2，即0≤i＜tbd2/Δt时：
apd2(i)＝abd2
第二阶段：当tbd2≤t＜tbd2+tbre2，即tbd2/Δt≤i＜(tbd2+tbre2)/Δt时：
apd2(i)＝abd2
其中，tbre2的计算方法如下：
由v(i)＝v(i-1)+a(i-1)·Δt≤0计算出满足条件的i的最小值，则tbre2＝i·Δt-tbd2
第三阶段：当t≥tbd2+tbre2，即i≥(tbd2+tbre2)/Δt时：
v2(i)＝0且a2(i)＝0
根据以上每个阶段内的列车相关状态参数，可以由位置状态迭代模型根据初始条件迭代求取任意时刻的前车车尾位置状态方程s2(i)。
对于后车有：
第一阶段：当0≤t＜tcd1，即0≤i＜tcd1/Δt时：
apd1(i)＝acd1
第二阶段：当tcd1≤t＜tcd1+tpd1，即tcd1/Δt≤i＜(tcd1+tpd1)/Δt时：
apd1(i)＝acd1
第三阶段：当tcd1+tpd1≤t＜tcd1+tpd1+tcoa，即
(tcd1+tpd1)/Δt≤i＜(tcd1+tpd1+tcoa)/Δt时：
apd1(i)＝0
第四阶段：当tcd1+tpd1+tcoa≤t＜tcd1+tpd1+tcoa+tbd1，即
(tcd1+tpd1+tcoa)/Δt≤i＜(tcd1+tpd1+tcoa+tbd1)/Δt时：
apd1(i)＝abd1
第五阶段：当tcd1+tpd1+tcoa+tbd1≤t＜tcd1+tpd1+tcoa+tbd1+tbre1，即
(tcd1+tpd1+tcoa+tbd1)/Δt≤i＜(tcd1+tpd1+tcoa+tbd1+tbre1)/Δt时：
apd1(i)＝abd1
其中，tbre2的计算方法如下：
由v(i)＝v(i-1)+a(i-1)·Δt≤0计算出满足条件的i的最小值，则
tbre1＝i·Δt-(tcd1+tpd1+tcoa+tbd1)
第六阶段：当t≥tcd1+tpd1+tcoa+tbd1+tbre1，即
i≥(tcd1+tpd1+tcoa+tbd1+tbre1)/Δt时：
v1(i)＝0且a1(i)＝0
根据以上每个阶段内的列车相关状态参数，可以由位置状态迭代模型根据初始条件迭代求取任意时刻的后车车头位置状态方程s1(i)。
本发明实施例通过根据实际需求细化或者简化列车追踪时的防护状态场景，相比于传统的采用最大坡度值估算出的安全防护模型更加精确，能缩短两车协同编队运行状态下的最小追踪距离，在保证安全的基础上提升整个系统的运营效率。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S3具体包括：
令所述前车车尾位置状态方程与所述后车车头位置状态方程的差值大于等于预设安全余量，求解得到所述任一时刻的后车初始速度。
其中，还包括：
求解在所述差值取最小时的时间点，将所述时间点作为两车最可能发生碰撞的危险时刻。
具体地，由于协同编队两车之间的最小距离不一定出现在初始时刻或停车时刻(仅有撞硬墙模型是在停车时刻)。因此从初始状态开始，前后两车通过协同编队进行相对追踪时，两车不相撞的条件为初始时刻后的任意时间点t，后车车头所在位置加上安全容限不超过前车车尾位置。则两车进行相对追踪时的安全防护模型为：
sr(i)＝s2(i)-s1(i)≥st
其中，0≤i≤n；st为安全余量，可能包括退行距离余量、测距误差等。
以上安全防护模型表示根据初始状态和可能的运行轨迹，分别计算两车后续任意时刻的状态，均满足安全约束条件，根据安全条件计算出的后车初始速度即为该时刻的安全防护速度。
可以理解的是，若假设sr(i)min＝sr(k)＝s2(k)-s1(k)＝st，则两车相对距离取最小值的时间点为t＝k·Δt，为最可能碰撞的危险时刻，后续的追踪防护可以根据该结果进行优化。
本发明实施例保证列车在协同编组状态下进行安全追踪同时，使两车追踪距离最小，进一步提升列车协同编队运行时的高效性。
下面对本发明实施例提供的基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统进行描述，下文描述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统与上文描述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法可相互对应参照。
图2是本发明实施例提供的一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统的结构示意图，如图2所示，包括：获取模块21、建立模块22和求解模块23；其中：
获取模块21用于对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；建立模块22用于获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；求解模块23用于获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
本发明实施例通过确定协同编队列车的一系列参数，基于迭代控制的方法获取前后两车运行轨迹，通过调用两车相对追踪时的安全防护模型，保证协同状态下的任意时刻后车与前车不相撞。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communicationinterface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口(bus)320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，该方法包括：对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，该方法包括：对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，该方法包括：对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，包括：
对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；
获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；
获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
2.根据权利要求1所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述前一时刻列车状态信息包括前一时刻位置、前一时刻速度、前一时刻加速度、前一时刻坡度速度和前一时刻坡度加速度；
所述当前时刻列车状态信息包括当前时刻位置和当前时刻速度；
所述前车参数集合包括前车初始位置、前车初始速度、前车性能参数和前车线路参数；
所述后车参数集合包括后车初始位置、后车性能参数和后车线路参数。
3.根据权利要求2所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述前车初始位置包括前车车尾初始位置；
所述前车初始速度包括前车当前时刻速度和初始坡度加速度；
所述前车性能参数包括前车制动建立时间、最大制动减速度和前车制动运行时间；
所述前车线路参数包括前车制动建立阶段、前车制动进行阶段和前车制动停车阶段；
所述后车初始位置包括后车车头初始位置；
所述后车性能参数包括通信延迟时间、牵引加速度、牵引切除时间、后车制动建立时间、最小制动加速度和后车制动运行时间；
所述后车线路参数包括后车通信处理延时阶段、后车牵引切除阶段、后车惰行阶段、后车制动建立阶段、后车制动进行阶段、后车制动停车阶段。
4.根据权利要求3所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程，具体包括：
设置最小计算周期，所述最小计算周期小于通信延时；
由所述前一时刻位置、所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻位置建立当前时刻位置方程；由所述前一时刻速度、所述前一时刻加速度、所述最小计算周期计算和所述当前时刻速度建立当前时刻速度方程；
由所述前一时刻坡度速度、所述前一时刻坡度加速度和所述前一时刻加速度建立前一时刻加速度方程；
基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程。
5.根据权利要求4所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述基于所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程，以及所述前车参数集合和所述后车参数集合，分别得到前车车尾位置状态方程和后车车头位置状态方程，具体包括：
基于所述前车车尾初始位置，根据所述前车制动建立阶段、所述前车制动进行阶段和所述前车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述前车制动建立时间、所述最大制动减速度和所述前车制动运行时间组成的若干前车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述前车车尾位置状态方程；
基于所述后车车头初始位置，根据所述后车通信处理延时阶段、所述后车牵引切除阶段、所述后车惰行阶段、所述后车制动建立阶段、所述后车制动进行阶段和所述后车制动停车阶段分别对所述当前时刻位置方程、所述当前时刻速度方程和所述前一时刻加速度方程进行时间分解，使初始时刻后的任一时间点分别落入由所述通信延迟时间、所述牵引加速度、所述牵引切除时间、所述后车制动建立时间、所述最小制动加速度和所述后车制动运行时间组成的若干后车运行时间区间，并进行迭代计算，得到所述后车车头位置状态方程。
6.根据权利要求5所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度，具体包括：
令所述前车车尾位置状态方程与所述后车车头位置状态方程的差值大于等于预设安全余量，求解得到所述任一时刻的后车初始速度。
7.根据权利要求6所述的基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法，其特征在于，所述获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度，还包括：
求解在所述差值取最小时的时间点，将所述时间点作为两车最可能发生碰撞的危险时刻。
8.一种基于迭代计算的协同编队列车安全防护系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于对于列车协同编队中通过虚拟连挂控制技术的任意两编组列车，获取初始时刻的前车参数集合和后车参数集合；
建立模块，用于获取前一时刻列车状态信息和当前时刻列车状态信息，基于所述前一时刻列车状态信息、所述当前时刻列车状态信息、所述前车参数集合和所述后车参数集合，采用迭代控制算法，建立列车状态方程；
求解模块，用于获取两车相对追踪的安全防护模型，求解所述列车状态方程，计算得出任一时刻的后车初始速度，将所述后车初始速度作为所述任一时刻的后车安全防护速度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于迭代计算的协同编队列车安全防护方法的步骤。
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