CN112644561B - 一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，包括如下步骤：基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离；根据所述相对速度追踪模型，计算相对速度追踪能力，解决在相对速度追踪模型下，现有并无针对列车实际运行的各种追踪场景相对追踪能力的确定方式，因此无法与现有相对位置追踪模型的相对追踪能力进行比较，也无法为后续列车系统优化提供技术支撑的问题。

Description

一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法

技术领域

本发明属于轨道交通运行控制技术领域，具体涉及一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法。

背景技术

轨道交通列车控制系统是通过列车、地面(含有线传输网络)以及车-地之间的无线网络整体构成一个双向通信的闭环控制系统，即通过地面设备能实时(一定周期内，单位ms级，下同)向列车发送控制信息，同时列车能实时将自身位置信息、速度信息及其他地面设备所需的信息实时发送给地面设备，车-地无线通信网络为列车和地面设备之间的无线通信透明传输通道，实现车-地双向信息的实时传送。

地面和列车上装备自动实现列车运行安全间隔、超速防护及防护列车运行安全的设备统称为ATP设备；在ATP设备的安全防护下，列车上装备自动实现列车加速、调速、开关门等控制列车自动运行的设备统称为ATO。

现有轨道交通最先进的列车控制方式是基于通信的移动闭塞模型，包括相对位置追踪模型(如图1所示)和相对速度追踪模型(如图2所示)两种模型。

相对位置追踪模型即后车在某一时刻紧急制动时认为前行列车处于静止状态，以此静止状态为条件给后行列车计算移动授权，确保前后车之间的空间防护距离。在现有轨道交通高密度运行的需求下，现有基于相对位置追踪模型的列车控制方式存在以下不足：

1、无法满足小间隔列车运行需求。相对位置追踪的方式未考虑前行列车的紧急制动走行距离，该制动走行距离随着列车运行速度的增加基本呈现线性增加的关系，即运行速度越高列车紧急制动走行距离越长。因此在行车间隔加密时现有基于相对位置的追踪方式技术缺点明显，尤其在城市轨道交通小间隔运行场景下，列车在区间及折返站运行能力已无法满足现有运营间隔要求。

2、控制方法与列车实际运行未充分结合。从动力学角度，前行运动的列车在惯性力作用下不可能立即停车，即使列车在最大制动力下也需一定的制动距离。现有相对位置追踪的方式不符合实际列车运行，因此后行列车安全距离防护计算时应充分利用前车紧急制动走行距离，使列车控制方法与实际列车运行相结合。

3、无法充分利用现有的线路资源。现有轨道交通线路的建设成本较高，在既定的线路条件下，列车控制系统应最大限度地发挥技术优势，在确保列车间隔安全防护的前提下，充分利用线路资源。

相对速度追踪模型在相对位置追踪模型的基础上，考虑前行列车的紧急制动距离，在相同列车控制参数、前后车安全距离及系统延时情况下，因相对速度追踪模型后行列车追踪考虑前行列车紧急制动走向距离。相对速度追踪模型下后行列车追踪时离前行列车更近，即前后两车距离一样时，相对速度追踪模型下后行列车的ATO运营速度可以更高，运营效率更高。

但是在相对速度追踪模型下，现有并无针对列车实际运行的各种追踪场景相对追踪能力的确定方式，因此无法与现有相对位置追踪模型的相对追踪能力进行比较，也无法为后续列车系统优化提供技术支撑，因此，需要提供一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，以及解决在相对速度追踪模型下，针对列车实际运行的各种追踪场景确定相对追踪能力的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，包括如下步骤：

基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离；

根据所述相对速度追踪模型，计算相对速度追踪能力。

进一步的，针对CBTC模式的移动闭塞系统，所述基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离，具体包括：

前行列车向地面区域控制器周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息、列车完整性信息以及紧急制动走形距离；

地面区域控制器接收所述前行列车状态信息，根据当前接收的所述前行列车状态信息计算后行列车的当前移动授权距离信息，并发送给后行列车；

后行列车接收所述当前移动授权距离信息，根据线路参数以及地面设备发送的进路信息以及当前自身位置生成列车监控曲线，所述列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线以及预计紧急制动减速曲线。

进一步的，针对车-车通信模式的移动闭塞系统，所述基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离，具体包括：

前行列车直接向后行列车周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息以及列车完整性信息；

后行列车接收当前所述前行列车状态信息，根据线路参数及地面设备发送的进路信息，计算当前的前行列车的紧急制动走形距离；

后行列车根据当前的所述前行列车的紧急制动走形距离，生成列车监控曲线，所述列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线以及预计紧急制动减速曲线。

进一步的，根据所述相对速度追踪模型，计算相对速度追踪能力，具体包括：

根据所述相对速度追踪模型，计算后行列车相对前行列车的安全防护距离；

基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力。

进一步的，通过下式计算所述后行列车相对前行列车的安全防护距离：

S_安＝S_D+S'_D+S₁+S₂+S₃-S_ATO

其中，所述S_安表示后行列车相对前行列车的安全防护距离，S_D表示后行列车紧急制动实施起点至前行列车尾部距离，S_D’表示前行列车的紧急制动距离，S₁表示后行列车的车载设备检测到超速至切除牵引力反应时间的走行距离，S₂表示后行列车的紧急制动触发阶段的走行距离，S₃表示后行列车紧急制动建立阶段的走行距离，S_ATO表示后行列车的ATO设备控制列车至运营停车的距离。

进一步的，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间追踪场景的情况，以前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₁ ^追表示前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

进一步的，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间车站追踪场景，以前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₂ ^追表示前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，t₁表示前行列车的车站停车时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

进一步的，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为折返车站追踪场景中的站后折返场景，以前行列车和后行列车的站后折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₃ ^追表示前行列车和后行列车站后折返间隔时间，t^a _折返表示前行列车尾部进入折返段与后行列车之间的追踪间隔时间，t^b _折返表示前行列车由折返段折返列尾进入站内与后行列车之间的追踪间隔时间。

进一步的，所述t^a _折返根据下式计算得出：

其中，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_岔表示站后折返道岔区长度，t₂表示办理后行列车进站停车的直向保护进路时间，t₃表示后行列车的车站停车时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

进一步的，所述t^b _折返根据下式计算得出：

其中，L_站段表示车站中心至折返段中心的距离，L_出段表示折返中心至折返段进段信号机的距离，L_列表示前行列车的列车长度，v² _平均表示后行列车从车站运行到折返段的平均速度，v³ _平均表示前行列车从折返段运行越过进段信号机的平均速度，t₄表示办理由车站进入折返段的列车进路和办理由折返段进入车站的折返进路的作业时间之和。

进一步的，针对前行列车和后行列车的追踪场景为折返车站追踪场景中的站前折返场景，以前行列车和后行列车的站前折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₄ ^追表示前行列车和后行列车的站前折返间隔时间，L_岔制表示前行列车由道岔侧向限速制动到0km/h的制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_进表示进站信号机至车站停车中心线的距离，L_出表示列车发车中心至最外方道岔处计轴的距离，L¹ _列表示前行列车的列车长度，L² _列表示后行列车的列车长度，V⁴ _平均表示前行列车办理接车进路起至列车经道岔侧向进入股道停车的平均运行速度，V⁵ _平均表示后行列车从列车发车中心至列车经道岔侧向列尾越过出站最外方道岔处计轴设备的列车平均出站运行速度，t₅表示前行列车的到达作业时间，t₆表示后行列车的发车作业时间。

进一步的，还包括：

第一检测模块采集前行列车的运行线路信息，根据运行线路信息确定前行列车是否产生列车中心位移偏量，

若是，则将列车中心位移偏量发送给前行列车以及后行列车，

前行列车接收所述列车中心位移偏量后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述列车中心位移偏量后，控制后行列车停车。

进一步的，还包括：

第一检测模块根据所述运行线路信息分析运行线路上是否存在异物侵入，若是，则将存在异物侵入的信息发送给前行列车以及后行列车，

前行列车接收所述异物侵入的信息后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述异物侵入的信息后，控制后行列车停车。

进一步的，还包括：

第二采集模块采集前行列车运行线路的钢轨状态信息，并发送给前行列车以及后行列车；

前行列车接收所述钢轨状态信息后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述钢轨状态信息后，控制后行列车停车。

和最接近的现有技术比，本发明的技术方案具备如下有益效果：

本发明提供一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，实现在相对速度追踪模型下，提供列车实际运行的各种追踪场景的相对追踪能力的确定方式，弥补了现有技术的数据空白，为轨道交通行业列车控制能力计算提供理论依据，为后续列车系统优化提供技术支撑。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的相对位置追踪模型的整体示意图；

图2为现有的相对速度追踪模型的整体示意图；

图3为本实施例的基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型的示意图；

图4为本实施例的前后列车区间追踪场景的示意图；

图5为本实施例的前后列车区间车站追踪场景的示意图；

图6为本实施例的前后列车站后折返场景中前行列车尾部进入折返段与后行列车之间追踪示意图；

图7为本实施例的前后列车站后折返场景中前行列车由折返段折返列尾进入站内与后行列车之间追踪示意图；

图8为本实施例的前后列车站前折返场景的示意图；

图9为在列车脱轨、异物侵入或断轨检查状态下的防护方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

需要说明的是，本实施例下述出现的前行列车和后行列车是相对的，即本车相较前行列车属于后行列车，本车相较后行列车属于前行列车。

本实施例提供一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，具体如下：

S1基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离，如图3所示；

本实施例的相对速度追踪模型，即认为前行列车在紧急制动时是在运动的，前行列车向后行列车报告状态信息，后行列车以此为条件生成列车监控曲线，列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线、预计紧急制动减速曲线。

具体的，本实施例的前行列车向后行列车报告状态信息，具体可以通过优化后的CBTC模式的移动闭塞系统的周转方式或者基于车-车通信模式的移动闭塞系统的周转方式。

针对优化后的CBTC模式的移动闭塞系统的周转方式，前行列车以及后行列车向地面报告状态信息，地面向前行列车以及发送移动授权，后行列车以此为条件生成列车监控曲线，具体包括：

前行列车向地面区域控制器周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息、列车完整性信息以及紧急制动走形距离；

地面区域控制器接收所述前行列车状态信息，根据当前接收的所述前行列车状态信息计算后行列车的当前移动授权距离信息，并发送给后行列车；

后行列车接收所述当前移动授权距离信息，根据线路参数以及地面设备发送的进路信息，以及当前自身位置生成列车监控曲线，所述列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线、预计紧急制动减速曲线。

针对车-车通信的VBTC模式的移动闭塞系统的周转方式，前行列车向后行列车报告状态信息，后行列车以此为条件生成列车监控曲线，具体包括：

前行列车直接向后行列车周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息以及列车完整性信息；

后行列车接收当前所述前行列车状态信息，根据线路参数及地面设备发送的进路信息，计算当前的前行列车的紧急制动走形距离；

后行列车根据当前的所述前行列车的紧急制动走形距离，生成列车监控曲线。

S2根据所述相对速度追踪模型，计算相对速度追踪能力，具体包括：

S2-1根据所述相对速度追踪模型，计算后行列车相对前行列车的安全防护距离；

通过下式计算后行列车相对前行列车的安全防护距离：

S_安＝S_D+S'_D+S₁+S₂+S₃-S_ATO

其中，所述S_安表示后行列车相对前行列车的安全防护距离，m，S_D表示后行列车紧急制动实施起点至前行列车尾部距离，m，S_D’表示前行列车的紧急制动距离，m，S₁表示后行列车的车载设备检测到超速至切除牵引力反应时间的走行距离，m，S₂表示后行列车的紧急制动触发阶段的走行距离，m，S₃表示后行列车紧急制动建立阶段的走行距离，m，S_ATO表示后行列车的ATO设备控制列车至运营停车的距离，m。

具体的，

其中，V_D表示后行列车在紧急制动实施阶段的初速度，m/s；a₄表示后行列车的紧急制动减速度，m/s²；a_i表示后行列车的坡度加算的加速度，m/s²；S_不确表示前行列车位置不确定性距离，即前行列车累计位置误差。

具体的，

其中，V_err表示测速误差，测速误差＜2％，m/s，V_前车表示前行列车的运行速度。

具体的，S_不确＝f(d₁,d₂,d₃,d₄)，其中，d₁表示设备安装误差，m，d₂表示前行列车退行的最大距离，m；d₃表示列车第一轮对至车钩的距离，m；d₄表示其它因素预留长度，m，S_不确具体可以通过d₁、d₂、d₃以及d₄的加和得到。

具体的，

其中，V_B表示后行列车在紧急制动触发阶段的初速度，m/s；V_A表示后行列车的车载设备检测到超速时的速度，m/s；a₁表示后行列车在切除牵引之前的最大加速度，m/s²。

具体的，

其中，V_C表示后行列车在紧急制动建立阶段的初速度，m/s。

具体的，

其中，a₃表示后行列车在紧急制动建立阶段的平均减速度，m/s²。

具体的，

其中，V₀表示后行列车的ATO运营速度，m/s；a₀表示后行列车的ATO制动减速度，m/s²。

S2-2基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，轨道交通列车追踪的场景主要为区间追踪场景、区间车站追踪场景、折返站追踪场景三大主要场景，下面分别针对不同的追踪场景，计算相对速度追踪能力，并且以追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力。

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间追踪场景的情况(如图4所示)，图中A车表示前行列车，B车表示后行列车，以前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₁ ^追表示前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间，s，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，m，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，m，L_列表示前行列车的列车长度，m，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，m，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，s，v_平均表示后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间车站追踪场景(如图5所示)，图中A车表示前行列车，B车表示后行列车，车站为图中示意的乙站，以前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₂ ^追表示前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间，s，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，m，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，m，L_列表示前行列车的列车长度，m，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，m，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，s，t₁表示前行列车的车站停车时间，s，v_平均表示后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

城市轨道交通折返站的折返方式一般分为站后折返和站前折返，因此，针对折法站追踪场景包括站后折返场景以及站前折返场景。

针对前行列车和后行列车的追踪场景为站后折返场景(如图6和7所示)，图中A车表示前行列车，B车表示后行列车，车站为图中示意的乙站，以前行列车和后行列车的站后折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₃ ^追表示前行列车和后行列车站后折返间隔时间，s，t^a _折返表示前行列车尾部进入折返段与后行列车之间的追踪间隔时间，s，t^b _折返表示前行列车由折返段折返列尾进入站内与后行列车之间的追踪间隔时间，s。

上述t^a _折返根据下式计算得出：

其中，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，m，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，m，L_列表示前行列车的列车长度，m，L_岔表示站后折返道岔区长度，m，t₂表示办理后行列车进站停车的直向保护进路时间，s，t₃表示后行列车的车站停车时间，s，v_平均表示后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

上述t^b _折返根据下式计算得出：

其中，L_站段表示车站中心至折返段中心的距离，m，L_出段表示折返中心至折返段进段信号机的距离，m，L_列表示前行列车的列车长度，m，v² _平均表示后行列车从车站运行到折返段的平均速度，km/h，v³ _平均表示前行列车从折返段运行越过进段信号机的平均速度，km/h，t₄表示办理由车站进入折返段的列车进路和办理由折返段进入车站的折返进路的作业时间之和，s。

针对前行列车和后行列车的追踪场景为站前折返场景(如图8所示)，图中A车表示后行列车，即出站方向列车，B车表示前行列车，即进站方向列车，车站为图中示意的乙站，以前行列车和后行列车的站前折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₄ ^追表示前行列车和后行列车的站前折返间隔时间，L_岔制表示前行列车由道岔侧向限速制动到0km/h的制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_进表示进站信号机至车站停车中心线的距离，L_出表示列车发车中心至最外方道岔处计轴的距离，L¹ _列表示前行列车的列车长度，L² _列表示后行列车的列车长度，V⁴ _平均表示前行列车办理接车进路起至列车经道岔侧向进入股道停车的平均运行速度，V⁵ _平均表示后行列车从列车发车中心至列车经道岔侧向列尾越过出站最外方道岔处计轴设备的列车平均出站运行速度，t₅表示前行列车的到达作业时间，t₆表示后行列车的发车作业时间。

下面将相对追踪模型与相对位置追踪模型下的追踪能力进行对比：

1、针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间追踪场景

后行列车以最高运行速度76.87km/h运行时，因前行列车运行速度不同，追踪间隔时间节省值不同，追踪间隔时间节省约0.86s-11.24s，详见下表1(-10‰坡道)。

表1

2、针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间车站追踪场景

相对位置追踪模型和相对速度追踪模型在车站追踪间隔时间的限制点为出站信号机保护区段锁闭的时点，相对速度方式追踪间隔时间可以节省0.55s。

3、针对前行列车和后行列车的追踪场景为折返站追踪场景

相对位置追踪模型和相对速度追踪模型在折返站的折返间隔时间受道岔区段锁闭/解锁的限制，相对速度追踪模型在折返站折返间隔时间可以节省0.55s-1.1s。

综上所述，相对速度追踪模型相较相对位置追踪模型的追踪间隔时间较有优化，能够提高列车运行能力，车站部分受道岔和保护区段的限制优化较小(0.55s-1.1s)；正线区间追踪场景的追踪间隔时间优化明显，可以节省追踪间隔时间0.86s-11.24s。

作为优选实施例，本实施例的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，还包括：

第一检测模块采集前行列车的运行线路信息，根据运行线路信息确定前行列车是否产生列车中心位移偏量，第一检测模块可以是激光雷达、摄像头以及传感器等组成，安装在前行列车上，

若是，则第一检测模块将列车中心位移偏量发送给前行列车以及后行列车，发给后行列车的方式可以是第一监测模块直接将列车中心位移偏量发送给后行列车，也可以是通过地面设备(比如地面控制器)发送给后行列车。

前行列车接收所述列车中心位移偏量后，对前行列车采取制动措施，根据本车距前行列车的距离及当前列车速度，列车采取常用或紧急制动措施停车；

后行列车接收所述列车中心位移偏量后，控制后行列车停车。

第一检测模块还可以根据所述运行线路信息分析运行线路上是否存在异物侵入，若是，则将存在异物侵入的信息发送给前行列车以及后行列车，发送给后行列车的方式同上述内容。

前行列车接收所述异物侵入的信息后，对前行列车采取制动措施，根据本车距前行列车的距离及当前列车速度，列车采取常用或紧急制动措施停车；

后行列车接收所述异物侵入的信息后，控制后行列车停车。

通过上述构思，在相对速度追踪模型下，避免前车脱轨时，后车因安全授权距离延伸至前车紧急制动距离内发生脱轨的安全事故，或者避免前行列车与后行列车之间或前行列车紧急制动走形距离内出现异物侵入情况，后车因安全授权距离进入的缺陷，进一步提高列车行车安全。

作为优选实施例，本实施例的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，还包括：

第二采集模块采集前行列车运行线路的钢轨状态信息，并发送给前行列车以及后行列车；具体第二采集模块采集前行列车运行线路的钢轨状态信息的实现方式可以是在钢轨上加注检测电磁波或安装传感器实时检测钢轨状态。

前行列车接收所述钢轨状态信息后，对前行列车采取控制措施，根据本车距前行列车的距离及当前列车速度，列车采取常用或紧急制动措施停车；

后行列车接收所述钢轨状态信息后，控制后行列车停车。

需要说明的是，由于钢轨断轨的现场事故出现频率较小，也可以采用人工方式针对第二检测模块的采集信息进行判断，从而确定前行列车的控制措施。

而且，上述的前车脱轨检测、异物侵入检测以及断轨检测等仅是在相对速度追踪模型下为提高列车行车安全的优化功能，而非相对速度追踪模式下列车安全防护的必要功能。

上述列车脱轨、异物侵入及断轨检查信息与相对速度追踪模型下的列车传输关系为：

将前行列车脱轨、异物侵入或断轨等在运行线路中的检测定位与前行列车的电子地图相应位置对应，在发生前行列车脱轨、异物侵入或断轨情况，后行列车计算后行列车监控曲线时，将检测定位作为上述前行列车位置不确定性距离的起点，将列车位置不确定性距离的起点作为静止点，构建防护模型，如图9所示，此时：

S_安检测＝S_D+S₁+S₂+S₃-S_ATO-S_不确

这样做可以在检测到前行列车脱轨、异物侵入或断轨时，后行列车的移动授权距离能够充分考虑检测定位的绝对安全防护，收缩至不确定性位置之前。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离；

根据所述相对速度追踪模型，计算后行列车相对前行列车的安全防护距离；基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力；

通过下式计算所述后行列车相对前行列车的安全防护距离：

S_安＝S_D+S'_D+S₁+S₂+S₃-S_ATO

其中，所述S_安表示后行列车相对前行列车的安全防护距离，m，S_D表示后行列车紧急制动实施起点至前行列车尾部距离，m，S_D’表示前行列车的紧急制动距离，S₁表示后行列车的车载设备检测到超速至切除牵引力反应时间的走行距离，m，S₂表示后行列车的紧急制动触发阶段的走行距离，m，S₃表示后行列车紧急制动建立阶段的走行距离，m，S_ATO表示后行列车的ATO设备控制列车至运营停车的距离，m；

其中，V_D表示后行列车在紧急制动实施阶段的初速度，m/s；a₄表示后行列车的紧急制动减速度，m/s²；a_i表示后行列车的坡度加算的加速度，m/s²；S_不确表示前行列车位置不确定性距离，即前行列车累计位置误差；

其中，V_err表示测速误差，测速误差＜2％，m/s，V_前车表示前行列车的运行速度；

S_不确＝f(d₁,d₂,d₃,d₄)，其中，d₁表示设备安装误差，m，d₂表示前行列车退行的最大距离，m；d₃表示列车第一轮对至车钩的距离，m；d₄表示其它因素预留长度，m，S_不确具体可以通过d₁、d₂、d₃以及d₄的加和得到；

其中，V_B表示后行列车在紧急制动触发阶段的初速度，m/s；V_A表示后行列车的车载设备检测到超速时的速度，m/s；a₁表示后行列车在切除牵引之前的最大加速度，m/s²；

其中，V_C表示后行列车在紧急制动建立阶段的初速度，m/s；

其中，a₃表示后行列车在紧急制动建立阶段的平均减速度，m/s²；

其中，V₀表示后行列车的ATO运营速度，m/s；a₀表示后行列车的ATO制动减速度，m/s²。

2.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，针对CBTC模式的移动闭塞系统，所述基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离，具体包括：

前行列车向地面区域控制器周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息、列车完整性信息以及紧急制动走形距离；

地面区域控制器接收所述前行列车状态信息，根据当前接收的所述前行列车状态信息计算后行列车的当前移动授权距离信息，并发送给后行列车；

后行列车接收所述当前移动授权距离信息，根据线路参数以及地面设备发送的进路信息以及当前自身位置生成列车监控曲线，所述列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线以及预计紧急制动减速曲线。

3.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，针对车-车通信模式的移动闭塞系统，所述基于前行列车和后行列车构建相对速度追踪模型，所述相对速度追踪模型考虑后行列车追踪前行列车过程中前行列车的紧急制动距离，具体包括：

前行列车直接向后行列车周期性报告前行列车状态信息，所述前行列车状态信息包括位置信息、速度信息、通信连接反馈信息以及列车完整性信息；

后行列车接收当前所述前行列车状态信息，根据线路参数及地面设备发送的进路信息，计算当前的前行列车的紧急制动走形距离；

后行列车根据当前的所述前行列车的紧急制动走形距离，生成列车监控曲线，所述列车监控曲线包括ATO控车曲线、紧急制动干预曲线以及预计紧急制动减速曲线。

4.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间追踪场景的情况，以前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₁ ^追表示前行列车和后行列车在区间追踪运行间隔时间，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

5.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为区间车站追踪场景，以前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₂ ^追表示前行列车和后行列车在追踪过程中存在车站停站的追踪运行间隔时间，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_制’表示前行列车当前速度的紧急制动距离，t_附表示后行列车定位前行列车位置和速度变化的反应时间，t₁表示前行列车的车站停车时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

6.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，所述基于所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，计算相对速度追踪能力，具体包括：

针对前行列车和后行列车的追踪场景为折返车站追踪场景中的站后折返场景，以前行列车和后行列车的站后折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₃ ^追表示前行列车和后行列车站后折返间隔时间，t^a _折返表示前行列车尾部进入折返段与后行列车之间的追踪间隔时间，t^b _折返表示前行列车由折返段折返列尾进入站内与后行列车之间的追踪间隔时间。

7.根据权利要求6所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，所述t^a _折返根据下式计算得出：

其中，L_制表示后行列车ATO控制列车后后行列车的常用制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_列表示前行列车的列车长度，L_岔表示站后折返道岔区长度，t₂表示办理后行列车进站停车的直向保护进路时间，t₃表示后行列车的车站停车时间，v_平均表示在后行列车监控曲线距离内，通过积分算法求得单位时间内的后行列车的平均积分速度值。

8.根据权利要求6所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，所述t^b _折返根据下式计算得出：

其中，L_站段表示车站中心至折返段中心的距离，L_出段表示折返中心至折返段进段信号机的距离，L_列表示前行列车的列车长度，v² _平均表示后行列车从车站运行到折返段的平均速度，v³ _平均表示前行列车从折返段运行越过进段信号机的平均速度，t₄表示办理由车站进入折返段的列车进路和办理由折返段进入车站的折返进路的作业时间之和。

9.根据权利要求6所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，针对前行列车和后行列车的追踪场景为折返车站追踪场景中的站前折返场景，以前行列车和后行列车的站前折返间隔时间表征相对速度追踪能力，并通过下式计算相对速度追踪能力：

其中，I₄ ^追表示前行列车和后行列车的站前折返间隔时间，L_岔制表示前行列车由道岔侧向限速制动到0km/h的制动距离，L_防表示所述后行列车相对前行列车的安全防护距离，L_进表示进站信号机至车站停车中心线的距离，L_出表示列车发车中心至最外方道岔处计轴的距离，L¹ _列表示前行列车的列车长度，L² _列表示后行列车的列车长度，V⁴ _平均表示前行列车办理接车进路起至列车经道岔侧向进入股道停车的平均运行速度，V⁵ _平均表示后行列车从列车发车中心至列车经道岔侧向列尾越过出站最外方道岔处计轴设备的列车平均出站运行速度，t₅表示前行列车的到达作业时间，t₆表示后行列车的发车作业时间。

10.根据权利要求1所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，还包括：

第一检测模块采集前行列车的运行线路信息，根据运行线路信息确定前行列车是否产生列车中心位移偏量，

若是，则将列车中心位移偏量发送给前行列车以及后行列车，

前行列车接收所述列车中心位移偏量后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述列车中心位移偏量后，控制后行列车停车。

11.根据权利要求10所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，还包括：

第一检测模块根据所述运行线路信息分析运行线路上是否存在异物侵入，若是，则将存在异物侵入的信息发送给前行列车以及后行列车，

前行列车接收所述异物侵入的信息后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述异物侵入的信息后，控制后行列车停车。

12.根据权利要求10所述的基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法，其特征在于，还包括：

第二采集模块采集前行列车运行线路的钢轨状态信息，并发送给前行列车以及后行列车；

前行列车接收所述钢轨状态信息后，对前行列车采取控制措施；

后行列车接收所述钢轨状态信息后，控制后行列车停车。

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