CN112373525B - 一种磁浮交通辅助停车区布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁浮交通辅助停车区布置方法，包括以下步骤：获取终点站、需求区段、需求限制区段和牵引分区；在距牵引分区最近且不小于一个防护距离的非需求限制区段上布置正式辅助停车区；终点站作为基准辅助停车区；根据基准辅助停车区、安全悬浮曲线、最小速度曲线、目标速度曲线、最大速度曲线和安全制动曲线得到临时辅助停车区；根据临时辅助停车区、需求区段、需求限制区段和结束条件完成磁浮交通辅助停车区布置。与现有技术相比，在优化辅助停车区数量的同时，使得列车追踪间隔时间最小，实现了复杂工况下的磁浮交通辅助停车区布置。

Description

一种磁浮交通辅助停车区布置方法

技术领域

本发明涉及磁浮交通领域，尤其是涉及一种磁浮交通辅助停车区布置方法。

背景技术

随着人们对时间效率的追求，磁浮交通迎来新的发展机遇。磁浮列车的运行安全和效率与线路的精细化设计息息相关。辅助停车区是设置在磁浮线路上，配备有供电轨和疏散通道的轨道区段。以辅助停车区为基础，借助于二维防护速度曲线和停车点步进运行模式，磁浮列车能够最大限度地保持在应急情形下在辅助停车区停车。即，列车能够在允许的运行速度范围，始终能够通过安全制动或惰行停车至目标辅助停车区。

当前，磁浮线路建设过程中，对辅助停车区的布置多参考上海磁浮示范线的名义值，难以应对复杂工况，且速度参考范围有限，不具备通用性。虞翊等2019年发表在《同济大学学报(自然科学版)》的文献“基于防护速度的高速磁浮辅助停车区设置”提出了基于防护速度曲线的辅助停车区布置方法。该方法是一种以终点站为第一个基准辅助停车区，进而根据防护速度曲线依次向起点站逼近的布置策略。公开号为CN109050585A的中国专利“一种高速磁浮列车线路轨道运行辅助停车区确定方法”提出了一种以起点站为第一个基准辅助停车区，进而模拟列车运行，确定下一个辅助停车区，并向终点站逐步逼近的布置策略。以上两种方法具有一定的通用性，但均未考虑复杂工况，即线路上存在着需要布置辅助停车区的区段(需求区段)以及不适合布置辅助停车区的区段(需求限制区段)。同时，辅助停车区的布置对列车的追踪有影响。如何在优化辅助停车区数量的同时，使得列车追踪间隔时间最小值得商榷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁浮交通辅助停车区布置方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁浮交通辅助停车区布置方法，该方法包括以下步骤：

S1：获取终点站、需求区段、需求限制区段和牵引分区；

S2：在距牵引分区最近且不小于一个防护距离的非需求限制区段上布置正式辅助停车区；

S3：终点站作为基准辅助停车区；

S4：根据基准辅助停车区、安全悬浮曲线、最小速度曲线、目标速度曲线、最大速度曲线和安全制动曲线得到临时辅助停车区；

S5：判断临时辅助停车区与基准辅助停车区之间是否存在未布置辅助停车区的需求区段，若存在，在需求区段布置辅助停车区，并将辅助停车区作为正式辅助停车区，执行S6，若否，执行S6；

S6：判断临时辅助停车区与基准辅助停车区之间是否存在正式辅助停车区，若是，将距离临时辅助停车区最近的正式辅助停车区作为基准辅助停车区，取消该临时辅助停车区，执行S4，若否，执行S7；

S7：判断临时辅助停车区是否位于需求限制区段，若是，将临时辅助停车区向基准辅助停车区方向移出需求限制区段，将临时辅助停车区作为正式辅助停车区，同时将该临时辅助停车区作为基准停车区，执行S4，若否，执行S8；

S8：判断是否满足结束条件，若满足，完成磁浮交通辅助停车区布置，若否，将临时辅助停车区作为正式辅助停车区，同时将该临时辅助停车区作为基准停车区，执行S4。

所述S4包括：

S41：基于基准辅助停车区的可达点绘制安全悬浮曲线和最小速度曲线，得到最小速度曲线与多条目标速度曲线的第一类交点；

S42：根据第一类交点和步进冗余时间，沿列车运行方向得到多条目标速度曲线上的第二类交点；

S43：根据第二类交点绘制最大速度曲线和安全制动曲线，得到安全制动曲线与里程坐标轴的第三类交点；

S44：第三类交点中距离基准辅助停车区最近的交点作为临时辅助停车区的危险点，得到临时辅助停车区。

所述S5中，若存在，在需求区段距离临时辅助停车区最近的位置布置辅助停车区。

所述S8中结束条件为临时辅助停车区位于起始站。

所述安全制动曲线的表达式为：

其中，

为安全制动曲线的速度分量；

为安全制动曲线的里程分量；

为安全制动曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度，Δt为采样间隔。

所述最大速度曲线的表达式为：

其中，

为最大速度曲线第t时刻的速度分量，

为最大速度曲线第t时刻的里程分量，

为最大速度曲线对应的最大加速度，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动完成过程中的系统延时，Δv为测速误差，Δs为定位误差。

所述安全悬浮曲线的表达式为：

其中，

为安全悬浮曲线t时刻的速度分量，

为安全悬浮曲线t时刻的里程分量，

为安全悬浮曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度。

所述最小速度曲线的表达式为：

其中，

为最小速度曲线第t时刻的速度分量，

为距离分量，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动启用过程中的系统延时，

为最小速度曲线对应的最大加速度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)在距牵引分区一个防护距离的非需求限制区段布置正式辅助停车区，在优化辅助停车区数量的同时，使得列车追踪间隔时间最小。

(2)判断临时辅助停车区与基准辅助停车区之间是否存在未布置辅助停车区的需求区段，判断临时辅助停车区是否位于需求限制区段，通过需求区段和需求限制区段的约束，实现复杂工况下的磁浮交通辅助停车区布置。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为“停车点步进”运行模式与步进时间示意图；

图3为本发明的列车追踪间隔示意图；

图4为本发明实施例辅助停车区布置结果图；

图5为现有技术辅助停车区布置结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种磁浮交通辅助停车区布置方法，如图1所示，包括以下步骤：

假设起始车站与终点车站之间有n条目标速度曲线，则布置辅助停车区的具体步骤如下：

步骤1：根据线路真实特性划分需求区段与需求限制区段，剩下的区段为普通区段；

步骤2：根据线路的牵引分区划分情况与需求限制区段的分布，在每个牵引分区边界附近，布置考虑了防护距离的，且未位于需求限制区段的，能够使得追踪间隔尽可能小的正式辅助停车区。即以牵引分区边界为参考，防护距离为长度，确定此类正式辅助停车区的危险点。此时，若某个辅助停车区与需求限制区段有交叉，则将该辅助停车区向起始车站方向偏移出需求限制区段；

步骤3：将终点站作为第一个基准辅助停车区；

步骤4：根据基准辅助停车区可达点绘制安全悬浮曲线，并绘制最小速度曲线。最小速度曲线与n条速度曲线分别交于n个点，即n个第一类交点；

步骤5：根据当前n个第一类交点与步进冗余时间，沿列车运行方向找到恰好满足步进冗余需求的n个点，即第二类交点，并将它们作为最大速度曲线的起点；

步骤6：以n个第二类交点为最大速度曲线的起点，绘制最大速度曲线与安全制动曲线。并将安全制动曲线与里程轴的n个交点作为第三类交点；

步骤7：将第三类交点中距离基准辅助停车区最近的交点作为临时辅助停车区的危险点；

步骤8：判断临时辅助停车区与其基准辅助停车区之间是否存在未布置辅助停车区的需求区段。如果存在，则在需求区段中距离临时辅助停车区最近的位置布置辅助停车区，并将需求区段中的辅助停车区作为正式辅助停车区，进入步骤9。如果不存在需求区段，则直接进入步骤9；

步骤9：判断临时辅助停车区与其基准辅助停车区之间是否存在正式辅助停车区。如果存在正式辅助停车区，将已有的距离该临时辅助停车区最近的正式辅助停车区作为基准辅助停车，并取消该临时辅助停车区，返回步骤4。如果不存在正式辅助停车区，则进入步骤10；

步骤10：临时辅助停车区是否位于需求限制区段。如果位于需求限制区段，则将该临时辅助停车区向基准辅助停车区方向偏移出需求限制区段，并将该临时辅助停车区作为正式辅助停车区，同时作为新的基准停车区，返回步骤4。如果未位于需求限制区段，则进入步骤11；

步骤11：该临时辅助停车区是否位于起始站(含加速区)。如果位于起始站，则布置完成，结束，否则，将该临时辅助停车区作为正式辅助停车区，并作为新的基准停车区，返回步骤4。

以下为上述步骤的概念解释：

如图2所示，V(速度)-S(里程)坐标系为以里程为横轴、速度为纵轴；目标速度曲线为列车在车站之间正常追踪运行的V-S曲线；安全制动曲线为列车在遭遇了不利情况(即顺风、车辆满载、轨道面摩擦系数降低、安全制动功能受损等情况)时，切断了牵引与启动了安全制动后的V-S曲线；最大速度曲线为防护列车速度触及安全制动曲线的V-S曲线；安全悬浮曲线为列车在遭遇了不利情况(即逆风、车辆空载、轨道面摩擦系数增大等情况)时，切断了牵引后的V-S曲线；最小速度曲线则为防护列车速度触及安全悬浮曲线的V-S曲线。

基准停车区为布置辅助停车区时，作为参考的正式辅助停车区；危险点为与列车运行方向对应的辅助停车区的末端。根据危险点与辅助停车区长度，即可确定辅助停车区的首端位置，即可达点，反之亦然；考虑列车长度时，可以将可达点和危险点内侧半个车长的位置分别作为真正可达点和真正危险点；最小速度曲线与目标速度曲线的交点为第一类交点；最大速度曲线与目标速度曲线的交点为第二类交点；安全制动曲线与里程轴的交点为第三类交点。步进时间为当前辅助停车区的最大速度曲线与目标速度曲线的交点与下一个辅助停车区的最小速度曲线与目标速度曲线的交点之间的时间间隔(图2)。步进冗余时间为考虑了裕量的步进时间。

牵引分区为磁浮线路上只能引导一辆列车运行的轨道区段；防护距离为防止列车进入未供电或已有列车的牵引分区而设置的防护区段的长度；需求区段为轨道上需要布置辅助停车区的区段；需求限制区段为轨道上考虑了防护需要的，不宜布置辅助停车区的区段。普通区段为轨道上除了需求区段和需求限制区段外，可用于布置辅助停车区的区段。

安全制动曲线的表达式为：

其中，

为安全制动曲线的速度分量；

为安全制动曲线的里程分量；

为安全制动曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度，Δt为采样间隔。

最大速度曲线的表达式为：

其中，

为最大速度曲线第t时刻的速度分量，

为最大速度曲线第t时刻的里程分量，

为最大速度曲线对应的最大加速度，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动完成过程中的系统延时，Δv为测速误差，Δs为定位误差。

安全悬浮速曲线的表达式为：

其中，

为安全悬浮曲线t时刻的速度分量，

为安全悬浮曲线t时刻的里程分量，

为安全悬浮曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度。

最小速度曲线的表达式为：

其中，

为最小速度曲线第t时刻的速度分量，

为距离分量，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动启用过程中的系统延时，

为最小速度曲线对应的最大加速度。

以下为一具体例子：

针对同样的线路工况与列车运行条件(其中，站间区间中牵引分区边界位置分别为14.5、36.1、62.43、83.42km，防护距离为0.5km)，图4为本实施例方法得到的辅助停车区布置方案，图5为虞翊等在文献“基于防护速度的高速磁浮辅助停车区设置”中提出的现有技术得到的辅助停车区的布置方案。对比图4和图5可知，本实施例方法在考虑了列车运行效率的同时，能够更好地适应复杂工况，科学性相对更好。

Claims (8)

1.一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：获取终点站、需求区段、需求限制区段和牵引分区；

S2：在距牵引分区最近且不小于一个防护距离的非需求限制区段上布置正式辅助停车区；

S3：终点站作为基准辅助停车区；

S4：根据基准辅助停车区、安全悬浮曲线、最小速度曲线、目标速度曲线、最大速度曲线和安全制动曲线得到临时辅助停车区；

S5：判断临时辅助停车区与基准辅助停车区之间是否存在未布置辅助停车区的需求区段，若存在，在需求区段布置辅助停车区，并将辅助停车区作为正式辅助停车区，执行S6，若否，执行S6；

S6：判断临时辅助停车区与基准辅助停车区之间是否存在正式辅助停车区，若是，将距离临时辅助停车区最近的正式辅助停车区作为基准辅助停车区，取消该临时辅助停车区，执行S4，若否，执行S7；

S7：判断临时辅助停车区是否位于需求限制区段，若是，将临时辅助停车区向基准辅助停车区方向移出需求限制区段，将临时辅助停车区作为正式辅助停车区，同时将该临时辅助停车区作为基准辅助停车区，执行S4，若否，执行S8；

S8：判断是否满足结束条件，若满足，完成磁浮交通辅助停车区布置，若否，将临时辅助停车区作为正式辅助停车区，同时将该临时辅助停车区作为基准辅助停车区，执行S4。

2.根据权利要求1所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述S4包括：

S41：基于基准辅助停车区的可达点绘制安全悬浮曲线和最小速度曲线，得到最小速度曲线与多条目标速度曲线的第一类交点；

S42：根据第一类交点和步进冗余时间，沿列车运行方向得到多条目标速度曲线上的第二类交点；

S43：根据第二类交点绘制最大速度曲线和安全制动曲线，得到安全制动曲线与里程坐标轴的第三类交点；

S44：第三类交点中距离基准辅助停车区最近的交点作为临时辅助停车区的危险点，得到临时辅助停车区。

3.根据权利要求1所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述S5中，若存在，在需求区段距离临时辅助停车区最近的位置布置辅助停车区。

4.根据权利要求1所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述S8中结束条件为临时辅助停车区位于起始站。

5.根据权利要求1所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述安全制动曲线的表达式为：

其中，

为安全制动曲线的速度分量；

为安全制动曲线的里程分量；

为安全制动曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度，Δt为采样间隔。

6.根据权利要求5所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述最大速度曲线的表达式为：

其中，

为最大速度曲线第t时刻的速度分量，

为最大速度曲线第t时刻的里程分量，

为最大速度曲线对应的最大加速度，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动完成过程中的系统延时，Δv为测速误差，Δs为定位误差。

7.根据权利要求6所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述安全悬浮曲线的表达式为：

其中，

为安全悬浮曲线t时刻的速度分量，

为安全悬浮曲线t时刻的里程分量，

为安全悬浮曲线对应的不利条件下t时刻列车的加速度。

8.根据权利要求7所述的一种磁浮交通辅助停车区布置方法，其特征在于，所述最小速度曲线的表达式为：

其中，

为最小速度曲线第t时刻的速度分量，

为距离分量，Δtt为牵引切断命令发出至涡流制动启用过程中的系统延时，

为最小速度曲线对应的最大加速度。

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