CN112581560A - 一种电子地图中的坡度信息自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，包括以下步骤：步骤A)获取土建图中原始坡度信息；步骤B)根据原始坡度信息结合公式计算弧线坡度区域的长度；步骤C)据弧线区域长度计算弧线区域的起始和结束位置；步骤D)计算列车控制区域分界点的坡度变化点信息；步骤E)根据计算的变坡点信息生成上下行直线和弧线相连贯的轨道坡度变化区域。与现有技术相比，本发明具有与实际轨道更切合、坡度信息计算更精确等优点。

Description

一种电子地图中的坡度信息自动生成方法

技术领域

本发明涉及轨道交通信号控制系统，尤其是涉及一种电子地图中的坡度信息自动生成方法。

背景技术

基于通信的列车自动控制系统CBTC，用通信网络来实现列车和地面设备的双向通信，用实时汇报的列车位置和计算移动授权的移动闭塞来代替固定的轨道区段闭塞实现列车运行控制。CBTC系统包括了ATP列车自动保护、ATO列车自动运行、ATS列车自动监控等子系统，在ATP及ATO子系统中，均涉及到线路车载电子地图的使用。车载电子地图包含了线路中涉及的各个设备和轨道信息，如：信号机、应答器、限速、隧道、坡度、停车点、折返区等信息。其中，坡度的信息对于列车的牵引力、制动距离的计算方式有一定的影响，而土建图描述的坡度信息是基于坡度变化点的折线描述，不能反映实际的钢轨平滑变化。从实际车辆运行的角度，描述的即为一段段的折线，而实际的轨道不可能是折线相连，因此如何来获得一个符合实际情况且准确的坡度信息，从而使VOBC获得更精确的控制效果成为当下需要解决的技术问题。

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电子地图中的坡度信息自动生成方法，能够保证计算出的坡度符合实际的连贯性，从而保证列车按照实际轨道的坡度加速度进行牵引、制动信息的计算，提供精确的列车运行和列车控制效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，包括以下步骤：

步骤A)获取土建图中原始坡度信息；

步骤B)根据原始坡度信息结合公式计算弧线坡度区域的长度；

步骤C)据弧线区域长度计算弧线区域的起始和结束位置；

步骤D)计算列车控制区域分界点的坡度变化点信息；

步骤E)根据计算的变坡点信息生成上下行直线和弧线相连贯的轨道坡度变化区域。

作为优选的技术方案，所述的步骤A)中的原始坡度信息包括各条轨道上的坡度变化点，坡度变化点的公里标位置、半径和变坡点坡度值，进而得到原始的坡度变化折线。

作为优选的技术方案，所述的步骤B)中的弧线坡度区域的长度为两个相邻的变坡点坡度的反正切值相减再乘以半径。

作为优选的技术方案，所述的步骤B)中的弧线坡度区域的长度计算如下：

Curve gradient zone length＝[atan(grade_value)-atan(previous_grade_value)]×Signed_radius；

其中Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度，grade_value为当前变坡点的坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，Signed_radius为当前变坡点的半径。

作为优选的技术方案，所述的步骤C)据弧线区域长度计算弧线区域的起始和结束位置，具体为：

将原始坡度变化点作为弧线中点，结合弧线长度，弧线起始点为原始变坡点位置减去二分之一弧长，弧线结束点位置为原始变坡点位置加上二分之一弧长。

作为优选的技术方案，所述的步骤C)中的计算公式如下：

Curve_begin_kp＝grade_kp–Curve gradient zone length/2；

Curve_end_kp＝grade_kp+Curve gradient zone length/2

其中Curve_begin_kp为弧线区域的起始位置，grade_kp为原始变坡点位置，Curve_end_kp为弧线区域的结束位置，Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度。

作为优选的技术方案，所述的步骤D)计算列车控制区域分界点的坡度变化点信息具体为：

D1)计算列车控制区域分界点的坡度值，包括轨道边界处、轨道内ZC边界处、道岔处；

D2)计算方向变化点COO处的坡度值；

D3)边界处坡度的计算过程为前一个坡度的反正切值加上边界处与弧线起始点距离和半径的比值，再取正切值。

作为优选的技术方案，所述的边界处坡度的计算公式如下：

gradient_at_border＝tan[atan(previous_grade_value)+L’/Signed_radius]

其中，gradient_at_border为边界处坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，L’是边界点和弧线起始点的距离长度，Signed_radius为当前变坡点的半径。

作为优选的技术方案，所述的步骤E)根据计算的变坡点信息生成上下行直线和弧线相连贯的轨道坡度变化区域，具体为：

E1)获取轨道列表；

E2)根据轨道列表，获得弧线区域的起始点和结束点；

E3)根据轨道列表，获得边界点的坡度点信息；

E4)根据所有弧线的坡度点信息，两两相连，形成直线与弧线相连贯的、符合实际列车运行轨迹的坡度区域。

作为优选的技术方案，所述的边界点的位置需要根据轨道情况判断：

1)判断列车控制区域分界点，其中轨道边界位置为轨道的起始点或者结束点，在线路边界位置处；ZC边界点的位置，根据不同的ZC标识号找到相邻两个ZC的边界；判断道岔位置，根据轨道线路图找到道岔位置；

2)判断方向变化点位置，根据线路上的运营方向，当运营方向发生变化时的边界处即为方向变化点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明将折线换算成直线区域与弧线区域相连的情况，是符合实际列车的运行轨迹的，坡度的角度是渐进的，而不是从一个坡度直接跨越到另一个坡度；

2)本发明的坡度信息更为准确，进而对控车的精确度更高，本发明中不仅将折线换算成直线和弧线相连的连贯区域，同时对于特殊边界点，如轨道边界、ZC边界、道岔、方向变化点等位置重新计算了其实际坡度值，列车在经过这些特殊边界时，会根据其计算后的实际坡度加速度来进行牵引和制动信息的计算，从而得到了更精确的控车效果。

附图说明

图1为计算以后轨道上坡度信息效果图；

图2为某条轨道上计算的坡度直线与弧线相连场景的示意图；

图3为根据公里标、半径和坡度计算弧线长度公式的原理图；

图4为计算ZC边界点处坡度值的原理图；

图5为计算COO边界处坡度值的原理图；

图6为计算边界处坡度值公式的原理图；

图7为本发明的具体流程图。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明一种电子地图中坡度的计算方法，包括以下步骤：

步骤A：获取土建图中原始的坡度变化点；

步骤B：根据原始坡度的公里标、半径和坡度值计算坡度区域的弧线长度；

步骤C：根据计算的弧线长度确定弧线的起始位置和结束位置；

步骤D：根据列车控制区域分界点、方向变化点COO边界等计算边界点的坡度信息；

步骤E：根据所有折线和弧线点的位置生成上行和下行的直线区域和弧线区域坡度的起始位置、长度、半径和坡度加速度。

与现有技术相比，本发明具有与实际轨道更切合、坡度信息计算更精确等优点。

所述的步骤A：获取土建图中原始的坡度变化点：

根据原始土建获取的坡度信息，每一个坡度变化点的信息包括在轨道中的公里标位置、坡度半径和坡度角度。根据线路图，将线路上所有的坡度信息记录在若干个列表中，每个列表记录了一个轨道对应的所有坡度变化信息。

所述的步骤B：根据原始坡度的公里标、半径和坡度值计算坡度区域的弧线长度：

获取每一个列表中的坡度信息，将两个坡度变化点作为计算对象，根据图2的场景分析和图3的原理图可推导出弧长的计算公式：

Curve gradient zone length＝[atan(grade_value)-atan(previous_grade_value)]×Signed_radius；

其中Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度，grade_value为当前变坡点的坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，Signed_radius为当前变坡点的半径，两个相邻的变坡点坡度的反正切值相减再乘以半径，即为计算出的弧线区域的长度。

所述的步骤C：根据计算的弧线长度确定弧线的起始位置和结束位置，具体为：

根据原始的变坡点和步骤B中计算出了弧线的长度，计算出轨道上弧线的起始和结束点，如下：

Curve_begin_kp＝grade_kp–Curve gradient zone length/2；

Curve_end_kp＝grade_kp+Curve gradient zone length/2

其中Curve_begin_kp为弧线区域的起始位置，grade_kp为原始变坡点位置，Curve_end_kp为弧线区域的结束位置，Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度。

以上公式计算出的是弧线的起始点和结束点在轨道中的公里标信息，这样就确定了弧线在轨道上的位置。

所述的步骤D：根据列车控制区域分界点、COO边界等计算边界点的坡度信息，包括：

VOBC使用的电子地图以轨道区段为逻辑单元进行描述，轨道区段一般根据布置在线路上的计轴边界、站台、道岔岔尖等实际设备进行划分，以及考虑其他因素的虚拟边界进行划分，并以区域控制边界进行组织。但是，这些轨道区段的分界点，并不一定是坡度的变化点，因此，需要将坡度，转换到以轨道区段为逻辑单位的电子地图中进行描述，对于线路边界，道岔插件，区域控制器边界，链接方向变化点等特殊位置，需要特殊计算其坡度值。根据图4和图5两种场景分析，以及图6的原理图可以推导出边界点的坡度计算公式，如下：

gradient_at_border＝tan[atan(previous_grade_value)+L’/Signed_radius]

其中，gradient_at_border为边界处坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，L’是边界点和弧线起始点的距离长度，Signed_radius为当前变坡点的半径。

边界处坡度的取值为前一个坡度的反正切值加上边界处与弧线起始点距离和半径的比值，再取正切值。

据此公式，可以计算出边界点的坡度值，进而将步骤B中的弧长分为边界点的前后两半部分，列车经过实际轨道边界和特殊边界点都会获取到实际的坡度加速度信息。

所述的步骤E：根据所有折线和弧线点的位置生成上行和下行的直线区域和弧线区域坡度的起始位置、长度、半径和坡度加速度，包括：

经过步骤C和D，轨道上所有的变坡点信息已经计算出来了，即包括了直线坡度的位置和坡度值以及弧线区域的位置和坡度值。那么将这些直线和弧线两两相连，同时结合列车的运行方向，即可以计算出上行和下行两个方向的坡度区域信息。

具体实施例

如图7所示，一种线路地图中的坡度计算方法，包括以下步骤：

步骤A：获取土建图中原始的坡度变化点；

步骤B：根据原始坡度的公里标、半径和坡度值计算坡度区域的弧线长度；

步骤C：根据计算的弧线长度确定弧线的起始位置和结束位置；

步骤D：根据列车控制区域分界点、COO边界等计算边界点的坡度信息；

步骤E：根据所有折线和弧线点的位置生成上行和下行的直线区域和弧线区域坡度的起始位置、长度、半径和坡度加速度。

1.获取土建图中原始的坡度变化点

区域1：起始位置：公里标kp₁

Grade1：公里标kp₁，坡度g₁，半径r₁

Grade2：公里标kp₂，坡度g₂，半径r₂

区域2：起始位置，公里标kp₅

Grade3：公里标kp₃，坡度g₃，半径r₃

Grade4：公里标kp₄，坡度g₄，半径r₄

……

2.根据原始坡度的公里标、半径和坡度值计算坡度区域的弧线长度

以Grade2和Grade3为例，根据公式

Curve gradient zone length

＝[atan(grade_value)-atan(previous_grade_value)]*Signed_radius。

＝[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃

3.根据计算的弧线长度确定弧线的起始位置和结束位置

弧度区域起始公里标：

Curve_begin_kp＝grade_kp–Curve gradient zone length/2

＝kp₃–[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃/2，令为kp₃₁

弧度区域结束公里标：

Curve_begin_kp＝grade_kp+Curve gradient zone length/2

＝kp₃+[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃/2，令为kp₃₂

4.根据列车控制区域分界点、COO边界等计算边界点的坡度信息

L’＝kp₅–{kp₃–[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃/2}，即ZC边界点距离弧线起始点距离为L’

ZC边界点处的坡度值为：

gradient_at_border＝tan[atan(previous_grade_value)+L’/Signed_radius]

＝tan[atan(g₂)+(kp₅–{kp₃–[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃/2})/r₃]

令此值为g_z,即g_z＝tan[atan(g₂)+(kp₅–{kp₃–[atan(g₃)-atan(g₂)]*r₃/2})/r₃]

5.根据所有折线和弧线点的位置生成上行和下行的直线区域和弧线区域坡度的起始位置、长度、半径和坡度加速度

类似的可以计算出

Grade1和Grade2的弧长为[atan(g₂)-atan(g₁)]*r₂，弧线区域的起始和结束公里标为kp₂₁＝kp₂-{[atan(g₂)-atan(g₁)]*r₂}/2和kp₂₂＝kp₂+{[atan(g₂)-atan(g₁)]*r₂}/2。

Grade3和Grade4的弧长为[atan(g₄)-atan(g₃)]*r₄，弧线区域的起始和结束公里标为kp₄₁＝kp₄-{[atan(g₄)-atan(g₃)]*r₄}/2和kp₄₂＝kp₄+{[atan(g₄)-atan(g₃)]*r₄}/2

则可以连接出以下坡度区域：

上行方向：

kp₁～kp₂₁，直线区域，坡度值为g₁

kp₂₁～kp₂₂，弧线区域，坡度值为g₁

kp₂₂～kp₃₁，直线区域，坡度值为g₂

kp₃₁～kp₅，弧线区域，坡度值为g₂

kp₅～kp₃₂，弧线区域，坡度值为g_z

kp₃₂～kp₄₁，直线区域，坡度值为g₃

kp₄₁～kp₄₂，弧线区域，坡度值为g₃

…

下行方向：

kp₁～kp₂₁，直线区域，坡度值为-g₁

kp₂₁～kp₂₂，弧线区域，坡度值为-g₂

kp₂₂～kp₃₁，直线区域，坡度值为-g₂

kp₃₁～kp₅，弧线区域，坡度值为-g_z

kp₅～kp₃₂，弧线区域，坡度值为-g₃

kp₃₂～kp₄₁，直线区域，坡度值为-g₃

kp₄₁～kp₄₂，弧线区域，坡度值为-g₄

…

据此，线路的轨道上直线与弧线相连贯的坡度区域即生成了，列车可根据此坡度信息进行上下坡牵引力及制动等相关信息的计算。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A)获取土建图中原始坡度信息；

步骤B)根据原始坡度信息结合公式计算弧线坡度区域的长度；

步骤C)据弧线区域长度计算弧线区域的起始和结束位置；

步骤D)计算列车控制区域分界点的坡度变化点信息；

步骤E)根据计算的变坡点信息生成上下行直线和弧线相连贯的轨道坡度变化区域。

2.根据权利要求1所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤A)中的原始坡度信息包括各条轨道上的坡度变化点，坡度变化点的公里标位置、半径和变坡点坡度值，进而得到原始的坡度变化折线。

3.根据权利要求1所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤B)中的弧线坡度区域的长度为两个相邻的变坡点坡度的反正切值相减再乘以半径。

4.根据权利要求1或3所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤B)中的弧线坡度区域的长度计算如下：

Curve gradient zone length＝[atan(grade_value)-atan(previous_grade_value)]×Signed_radius；

其中Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度，grade_value为当前变坡点的坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，Signed_radius为当前变坡点的半径。

5.根据权利要求1所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤C)据弧线区域长度计算弧线区域的起始和结束位置，具体为：

将原始坡度变化点作为弧线中点，结合弧线长度，弧线起始点为原始变坡点位置减去二分之一弧长，弧线结束点位置为原始变坡点位置加上二分之一弧长。

6.根据权利要求1或5所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤C)中的计算公式如下：

Curve_begin_kp＝grade_kp–Curve gradient zone length/2；

Curve_end_kp＝grade_kp+Curve gradient zone length/2

其中Curve_begin_kp为弧线区域的起始位置，grade_kp为原始变坡点位置，Curve_end_kp为弧线区域的结束位置，Curve gradient zone length为弧线坡度区域的长度。

7.根据权利要求1所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤D)计算列车控制区域分界点的坡度变化点信息具体为：

D1)计算列车控制区域分界点的坡度值，包括轨道边界处、轨道内ZC边界处、道岔处；

D2)计算方向变化点COO处的坡度值；

D3)边界处坡度的计算过程为前一个坡度的反正切值加上边界处与弧线起始点距离和半径的比值，再取正切值。

8.根据权利要求7所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的边界处坡度的计算公式如下：

gradient_at_border＝tan[atan(previous_grade_value)+L’/Signed_radius]

其中，gradient_at_border为边界处坡度，previous_grade_value为前一个变坡点的坡度，L’是边界点和弧线起始点的距离长度，Signed_radius为当前变坡点的半径。

9.根据权利要求1所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的步骤E)根据计算的变坡点信息生成上下行直线和弧线相连贯的轨道坡度变化区域，具体为：

E1)获取轨道列表；

E2)根据轨道列表，获得弧线区域的起始点和结束点；

E3)根据轨道列表，获得边界点的坡度点信息；

E4)根据所有弧线的坡度点信息，两两相连，形成直线与弧线相连贯的、符合实际列车运行轨迹的坡度区域。

10.根据权利要求7所述的一种电子地图中的坡度信息自动生成方法，其特征在于，所述的边界点的位置需要根据轨道情况判断：

1)判断列车控制区域分界点，其中轨道边界位置为轨道的起始点或者结束点，在线路边界位置处；ZC边界点的位置，根据不同的ZC标识号找到相邻两个ZC的边界；判断道岔位置，根据轨道线路图找到道岔位置；

2)判断方向变化点位置，根据线路上的运营方向，当运营方向发生变化时的边界处即为方向变化点。

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