CN112722017B - 一种ato控车相关参数自动采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种ATO控车相关参数自动采集方法及装置，方法包括：在ATO设备中设置两套控车模式，包括缺省模式以及参数采集模式；所述缺省模式和所述参数采集模式各自独立运行，但只有一种模式能够获得控车权限；参数采集模式用于在列车运行过程中执行测试序列，获取控车相关参数；缺省模式用于常规控车，控制ATO控车模式切换，以及监督列车在参数采集模式下的运行状态。本发明的方法及其装置能够用于对所有装备ATO设备的大铁和城轨系统进行参数自动采集，解决了在大铁线路进行调试时处理特殊场景的复杂性，具有通用性和普适性。

Description

一种ATO控车相关参数自动采集方法及装置

技术领域

本发明属于列车技术领域，特别涉及一种列车自动运行系统控车参数的采集方法及装置。

背景技术

列车自动运行（ATO, Automatic Train Operation）系统利用地面信息实现对列车的牵引、制动控制以及列车的自动折返。ATO系统还可实现列车的自动驾驶，在列车自动防护（ATP，Automatic Train Protection）系统的防护下完成列车自动驾驶控制，实现对车辆的牵引、制动、巡航等控制。

ATO系统为了达到精确控车的目的，需要了解车辆控制相关的参数，如制动响应延时、车辆不同速度下执行牵引和制动时的牵引和制动力等。目前，大部分参数由车辆生产商方面直接提供，然而由于车辆生产商方面提供的参数一定程度上不够准确，与列车实际的运行情况有所差别，因此往往需要在列车实际运行的基础上获取其更加准确的参数。且随着列车运营，列车性能也会逐渐发生改变，导致ATO使用既有的控车参数控车后出现偏差。因此需要能够在短时间内，方便且高效地获取车辆的运行参数，供ATO控车使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种ATO控车相关参数自动采集方法及装置，能够驱动列车按照期望的测试序列自动运行，并采集列车运行过程中的速度、级位、响应时延等数据，最终基于列车实际的运行数据分析得出ATO系统控车所需相关参数，包括列车自身实际牵引动力特性、列车响应特性等。

本发明提供一种ATO控车相关参数自动采集方法，

在ATO设备中设置两套控车模式，包括缺省模式以及参数采集模式；

所述缺省模式和所述参数采集模式各自独立运行，但只有一种模式能够获得控车权限；

参数采集模式用于在列车运行过程中执行测试序列，获取控车相关参数；

缺省模式用于常规控车，控制ATO控车模式切换，以及监督列车在参数采集模式下的运行状态。

进一步地，所述方法包括以下步骤：（1）ATO设备启动后通过缺省模式控车；（2）ATO设备从与之连接的上位机下载测试序列；（3）在缺省模式下，判定ATO设备进入自动驾驶模式；（4）获取测试执行的开始指令，且缺省模式判定是否满足参数采集条件，若满足则将列车控制权让予参数采集模式；（5）参数采集模式按照内部算法，以测试序列文本为依据进行控车，完成相关参数的采集。

进一步地，所述参数采集模式主要包括三种状态的跳转逻辑：有效状态、运行状态及退出状态，当ATO设备启动后默认所述参数采集模式处于退出状态，当满足所有有效条件后，参数采集模式进入有效状态，当满足运行条件后，处于有效状态的参数采集模式进入运行状态。

进一步地，在步骤（3）时，所述参数采集模式由退出状态转入有效状态；在步骤（4），参数采集模式由有效状态进入运行状态，并向列车输出控制指令。

进一步地，在参数采集模式下，列车在四元组要求的目标级位下，保持行驶速度在四元组要求的最低目标速度和最高目标速度之间时，持续行驶时间大于四元组中要求的目标运行时间。

进一步地，该方法还包括：在参数采集模式进行参数采集过程中，缺省模式会实施对列车运行场景以及参数采集模式的状态进行监督，当参数采集模式处于有效状态或退出状态或缺省模式认为当前运营场景不适合进行参数采集时，缺省模式重新要求接管列车控制。

进一步地，不适合进行参数采集的运营场景为：存在道路临时限速、列车过分相、进站停车。

进一步地，所述有效条件包括：ATO设备存在与上位机之间的物理连接且双方互认通过、ATO设备检查到内存中存在有效的测试序列文本、缺省模式判定当前ATO设备已进入自动驾驶模式；所述运行条件为：上位机给出采集开始指令。

进一步地，在步骤（5）中，参数采集模式拥有列车控制权，参数采集模式计算得到的输出发送至列车。

进一步地，该方法还包括：当满足退出条件时，参数采集模式无论出于何种状态，均进入退出状态，所述退出条件包括：上位机给出采集停止指令、所有测试序列执行完毕或软件检测到进入有效状态的任意条件不再满足。

进一步地，该方法还包括：在步骤（2）中，上位机与ATO设备建立物理通信链路后，需要先进行身份互认，按照特定的算法完成互认交互流程，认证成功后，才能进行后续其他操作。

进一步地，该方法还包括：在上位机上对测试序列文本进行编辑，测试序列文本通过串口按照既定通信协议发送至ATO设备。

进一步地，该方法还包括：在进行参数采集前，对测试序列文本进行验证，具体为：所述上位机预先计算测试序列文本的CRC，并在发送测试序列文本时同时发送此CRC，ATO设备接收到测试序列文本和CRC后，按照同样的算法计算CRC，进行验证，若验证通过，标记测试序列文本有效，否则标记测试序列文本无效，同时ATO设备将有效的测试序列文本保存在内存中，断电即丢失。

进一步地，若测试序列文本无效或测试序列文本丢失，ATO设备的参数采集模式立即转入退出状态，并转由缺省模式控车。

进一步地，当在参数采集模式处于运行状态，且参数采集模式获得列车控制权进行参数采集过程中，若经过分相区，缺省模式监测到测试条件不满足，缺省模式接管列车控制，执行过分相区控制，经过分相区后，测试条件满足，缺省模式再次将列车控制权交给参数采集模式，测试序列继续执行。

进一步地，还包括：当所有测试场景均执行完毕后，参数采集模式进入“退出状态”，缺省模式取得列车控制权，控制列车正常行驶，采集流程结束。

进一步地，参数采集流程也可由测试人员手动结束，具体为通过上位机向ATO设备发送采集停止指令，参数采集模式进入退出状态，缺省模式取得列车控制权，控制列车正常行驶，采集流程结束。

进一步地，一个测试场景由列车最低目标速度、列车最高目标速度、目标运行时间、目标级位组成的四元组描述。

本发明还提供一种ATO控制参数自动测试的装置，包括ATO设备、上位机，所述ATO设备与上位机通过串口进行数据通信，所述ATO设备用于执行上位机的指令，以执行如权利要求上述ATO控车相关参数自动采集方法。

本发明的方法及其装置能够用于对所有装备ATO设备的大铁和城轨系统进行参数自动采集，解决了在大铁线路进行调试时处理特殊场景（过分相、停车等）的复杂性，具有通用性和普适性。系统输入能够根据测试人员的要求任意组合搭配，完成多种自定义采集。在采集过程中，无需考虑线路数据信息，而是将采集过程中的实时数据全部反馈给上位机，采集过程中只需执行既定的测试序列，测试序列执行后，再进行后期处理，减小了由于前期预处理时可能出现的失误给采集带来的不确定性。本发明提供了两套共存的控车模式：缺省模式和参数采集模式，通过模式间的协同实现特殊运营场景处理并保证测试过程的连续；“参数采集模式”及其相关功能可通过预配置的方式从软件中剥离，剥离后的软件直接作为车辆实际运营软件，无需做其他修改。

基于本发明描述采集场景的方法（四元组）可知，本发明所述的采集方法局限性小，可操作性强，四元组组合描述的测试序列，颗粒度小，所有列车运行参数均可由依据不同的四元组组合进行的采集得出，灵活度高。

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指出的结构来实现和获得。

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示出了根据本发明的系统结构示意图；

图2示出了根据本发明的参数测量模式内部状态转移图；

图3示出了根据本发明测试序列文本格式；

图4示出了根据本发明的参数自动采集操作流程；

图5示出了根据本发明的控车模式逻辑流程。

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、完整地说明，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做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。

本发明提供了一种ATO控车相关参数自动采集方法及装置。方法包括：在ATO设备中设置两套控车模式，包括缺省模式以及参数采集模式；所述缺省模式和所述参数采集模式各自独立运行，但只有一种模式能够获得控车权限；参数采集模式用于在列车运行过程中执行测试序列，获取控车相关参数；缺省模式用于常规控车，控制ATO控车模式切换，以及监督列车在参数采集模式下的运行状态。常规控车为使用ATO内置的控车逻辑控车，即业内通用的ATO控车功能。

ATO控车相关参数自动采集装置能够驱动列车按照期望的测试序列自动运行（一个测试序列由若干个采集场景组成，一个采集场景由“列车最低目标速度”、“列车最高目标速度”、“目标运行时间”、“目标级位”组成的四元组描述），并采集列车运行过程中的速度、级位、响应时延等数据，最终基于列车实际的运行数据分析得出ATO系统控车所需相关参数，包括列车自身实际牵引动力特性、列车相应特性等。

本装置由“上位机”及“ATO设备”组成，所述上位机包括安装在其中的上位机软件，上位机与ATO设备间使用串口进行数据通信。

图1为本装置的结构示意图。上位机软件负责向ATO设备发送测试序列文本及控制指令，其中测试序列文本是测试序列的文本体现形式，控制指令包括采集开始、采集停止指令。上位机软件也负责读取ATO设备反馈的数据，包括ATO设备的测试执行状态、ATO设备反馈的速度、级位等信息，并通过界面向测试人员显示。ATO设备负责接收上位机软件的指令及测试序列文本，向上位机软件反馈数据，在缺省模式的监督下，由参数采集模式执行测试序列，按照ATO设备内置逻辑驱动列车运行，完成采集。

本发明所描述的ATO设备内部设有两套控车模式：“缺省模式”以及“参数采集模式”。设备上电后两套模式同时独立运行，但同一时刻只有一种模式能够获得控车权限，若某种模式获得控车权限，则其能够将其控制命令输出给车辆。缺省模式控车时，ATO设备能够按照业内统一的控车方式控制列车自动运行、自动停车、自动过分相、响应线路限速等。参数采集模式控车时，ATO设备以内部存储的有效测试序列文本为依据，控制列车运行。两种模式的具体描述如下：

缺省模式——通过综合各种运行状态，管理列车控制权：当参数采集模式当前已处于“运行状态”（参数采集模式包含“有效状态”、“运行状态”、“退出状态”三种状态），且缺省模式认为当前运营场景适合进行参数采集（非过分相、停车或限速等）时，将列车控制权让予参数采集模式；当参数采集模式处于其他状态，或缺省模式认为当前运营场景不适合进行采集时，缺省模式要求接管列车控制。缺省模式会实时对列车运营场景进行监督，判断当前场景是否适合进行采集。若当前存在道路临时限速、列车过分相、进站停车场景等（不局限于上述场景），缺省模式认为不适合进行参数采集。其他场景，如列车巡航时，认为可以进行参数采集。

参数采集模式——主要包含三种状态的跳转逻辑：“有效状态”、“运行状态”及“退出状态”。图2为参数采集模式下的状态转移图，设备启动后默认处于“退出状态”，当满足所有有效条件后，参数采集模式进入“有效状态”，有效条件包括：ATO设备存在与上位机之间的物理连接且双方互认通过、ATO设备检查到内存中存在有效的测试序列文本、缺省模式判定当前ATO设备已进入自动驾驶模式（AM模式，Automatic Mode）；当满足运行条件后，处于“有效状态”的参数采集模式进入“运行状态”，进入条件为：上位机给出采集开始指令。参数采集模式处于“运行状态”时，会向列车输出控制指令，若此时参数采集模式拥有列车控制权，则此模式计算得到的输出将会被实际发送给列车；当满足退出条件时，参数采集模式无论处于何种状态，均进入“退出状态”，退出条件包括：上位机给出采集停止指令、所有测试序列执行完毕、或软件检测到进入有效状态的任一条件不再满足。

上位机与ATO设备间建立物理通信链路后，需要先进行身份互认，按照特定的算法完成互认交互流程，认证成功后，才能进行后续的参数采集。

进行参数采集前，需确定测试序列文本，作为测试依据。测试序列文本格式如图3所示。由测试人员在上位机软件生成测试序列文本，并通过串口按照既定通信协议发送给ATO设备。其次，为保证数据的正确性，由上位机软件预先计算文本的CRC，并在发送测试序列文本时同时发送此CRC。ATO设备接收到测试序列文本和CRC后，按照同样的算法计算CRC，进行验证，若验证通过，则标记测试序列文本有效，否则标记测试序列文本无效，同时有效的测试序列文本保存在内存中，断电即丢失，其目的是作为安全防护手段，一旦设备发生过断电或重启，内存中的测试序列文本丢失，由于ATO设备周期性检查测试序列文本的有效性，若发现无效，则退出测试。因此测试序列文本丢失后，ATO设备的参数采集模式立即转入“退出状态”，并转由缺省模式控车，保障运行安全。

常规的参数采集流程描述如下：ATO设备启动后，“缺省模式”及“参数采集模式”均各自运行，且缺省模式拥有列车控制权，测试人员将上位机与ATO设备连接并下载测试序列，司机按压发车按钮，缺省模式判定ATO设备进入自动驾驶模式（AM模式），参数采集模式由“退出状态”转入“有效状态”。在列车运行过程中，测试人员向ATO发送采集开始指令，参数采集模式由“有效状态”进入“运行状态”。缺省模式认为测试条件满足，且当前参数采集模式处于“运行状态”，便将列车控制权交给参数采集模式，参数采集模式按照内部算法，以测试序列文本为依据，控制列车按特定顺序遍历执行所有四元组描述的测试场景（执行单个测试场景的要求是：列车在四元组要求的目标级位下，保持行驶速度在四元组要求的最低目标速度和最高目标速度之间时，持续行驶时间大于四元组中要求的目标运行时间）。其间经过分相区，缺省模式检测到测试条件不满足，接管列车控制，执行过分相区控制。经过分相区后，测试条件满足，缺省模式再次将列车控制权交给参数采集模式，测试序列继续执行。当所有测试场景均执行完毕后，参数采集模式进入“退出状态”，缺省模式取得列车控制权，控制列车正常行驶，参数采集流程结束。

参数采集过程中，测试人员通过上位机软件向ATO设备发送采集停止指令，参数采集模式进入“退出状态”，缺省模式获得列车控制权，采集流程结束。整体采集流程无需人工监督，由上述状态转移基质处理采集流程及采集中的特殊运营场景（过分相、停车、限速等）。图4描述了基于本发明进行控车参数自动采集的操作流程，列车及ATO设备上电后，建立上位机软件和ATO设备的连接，测试人员在上位机上编辑测试序列文本并下发至ATO设备。发车按钮被按压后，ATO进入AM模式，列车在缺省模式下自动运行，上位机发送采集开始指令到ATO。ATO根据指令，从上位机获取测试序列文本，进入参数采集模式，通过执行测试序列进行参数采集。ATO在运行过程中按照控车模式逻辑流程，执行模式切换和参数采集模式下的测试过程，直到测试完成或被迫结束，采集流程结束。ATO将采集参数上传到上位机，上位机软件分析数据，得出参数。

图5描述了两种控车模式的逻辑流程。ATO接收测试指令后，判断从上位机接收的测试序列是否完成或者是否接收到测试人员要求退出测试的指令，如果是，则退出参数采集模式，以缺省模式控车，结束本次测试采集逻辑过程；如果否，判断测试参数模式是否为运行状态，如果否，则以缺省模式控车，并继续判断是否有未完成的测试序列，以便在接收到测试序列后继续执行。如果判断到当前参数采集模式为运行状态，则继续判断列车是否运行在特殊场景下，如果是，则采用缺省模式控车，列车在缺省模式下继续监测是否有测试序列需要执行；如果参数采集模式为运行状态，且列车并非运行在特殊场景下，则以参数采集模式控车，执行测试序列，并实施上传采集数据到上位机，之后，继续检查是序列是否执行完或是否要求退出采集。

参数采集模式下，ATO会按照固定周期将列车状态，如速度、运行级位等及实时线路信息，如坡度数据等，发送给上位机软件，上位机软件将数据记录到本地存储设备，并通过界面实时显示给测试人员。

参数采集流程结束后，上位机软件自动读取测试过程中存储在本地的数据进行分析，分析完成后，按照既定格式输出控车所需相关参数。

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 (19)

1.一种ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：

在ATO设备中设置两套控车模式，包括缺省模式以及参数采集模式；

所述缺省模式和所述参数采集模式各自独立运行，但只有一种模式能够获得控车权限；

参数采集模式用于在列车运行过程中执行测试序列，获取控车相关参数；

缺省模式用于常规控车，控制ATO控车模式切换，以及监督列车在参数采集模式下的运行状态；

当ATO设备启动后默认所述参数采集模式处于退出状态，当满足所有有效条件后，参数采集模式进入有效状态，当满足运行条件后，处于有效状态的参数采集模式进入运行状态。

2.根据权利要求1所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)ATO设备启动后通过缺省模式控车；(2)ATO设备从与之连接的上位机下载测试序列；(3)在缺省模式下，判定ATO设备进入自动驾驶模式；(4)获取测试执行的开始指令，且缺省模式判定是否满足参数采集条件，若满足则将列车控制权让与参数采集模式；(5)参数采集模式按照内部算法，以测试序列文本为依据进行控车，完成相关参数的采集。

3.根据权利要求1所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：所述参数采集模式主要包括三种状态的跳转逻辑：有效状态、运行状态及退出状态。

4.根据权利要求2所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：在步骤(3)时，所述参数采集模式由退出状态转入有效状态；在步骤(4)，参数采集模式由有效状态进入运行状态，并向列车输出控制指令。

5.根据权利要求1所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：在参数采集模式下，列车在四元组要求的目标级位下，保持行驶速度在四元组要求的最低目标速度和最高目标速度之间时，持续行驶时间大于四元组中要求的目标运行时间。

6.根据权利要求4所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：该方法还包括：在参数采集模式进行参数采集过程中，缺省模式会实施对列车运行场景以及参数采集模式的状态进行监督，当参数采集模式处于有效状态或退出状态或缺省模式认为当前运营场景不适合进行参数采集时，缺省模式重新要求接管列车控制。

7.根据权利要求6所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：不适合进行参数采集的运营场景为：存在道路临时限速、列车过分相、进站停车。

8.根据权利要求4所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：所述有效条件包括：ATO设备存在与上位机之间的物理连接且双方互认通过、ATO设备检查到内存中存在有效的测试序列文本、缺省模式判定当前ATO设备已进入自动驾驶模式；所述运行条件为：上位机给出采集开始指令。

9.根据权利要求8所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：在步骤(5)中，参数采集模式拥有列车控制权，参数采集模式计算得到的输出发送至列车。

10.根据权利要求8所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：该方法还包括：当满足退出条件时，参数采集模式无论出于何种状态，均进入退出状态，所述退出条件包括：上位机给出采集停止指令、所有测试序列执行完毕或软件检测到进入有效状态的任意条件不再满足。

11.根据权利要求2所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：该方法还包括：在步骤(2)中，上位机与ATO设备建立物理通信链路后，需要先进行身份互认，按照特定的算法完成互认交互流程，认证成功后，才能进行后续其他操作。

12.根据权利要求11所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：该方法还包括：在上位机上对测试序列文本进行编辑，测试序列文本通过串口按照既定通信协议发送至ATO设备。

13.根据权利要求11所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：该方法还包括：在进行参数采集前，对测试序列文本进行验证，具体为：所述上位机预先计算测试序列文本的CRC，并在发送测试序列文本时同时发送此CRC，ATO设备接收到测试序列文本和CRC后，按照同样的算法计算CRC，进行验证，若验证通过，标记测试序列文本有效，否则标记测试序列文本无效，同时ATO设备将有效的测试序列文本保存在内存中，断电即丢失。

14.根据权利要求13所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：若测试序列文本无效或测试序列文本丢失，ATO设备的参数采集模式立即转入退出状态，并转由缺省模式控车。

15.根据权利要求13所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：当在参数采集模式处于运行状态，且参数采集模式获得列车控制权进行参数采集过程中，若经过分相区，缺省模式监测到测试条件不满足，缺省模式接管列车控制，执行过分相区控制，经过分相区后，测试条件满足，缺省模式再次将列车控制权交给参数采集模式，测试序列继续执行。

16.根据权利要求3所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：还包括：当所有测试场景均执行完毕后，参数采集模式进入“退出状态”，缺省模式取得列车控制权，控制列车正常行驶，采集流程结束。

17.根据权利要求3所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：参数采集流程也可由测试人员手动结束，具体为通过上位机向ATO设备发送采集停止指令，参数采集模式进入退出状态，缺省模式取得列车控制权，控制列车正常行驶，采集流程结束。

18.根据权利要求2所述的ATO控车相关参数自动采集方法，其特征在于：一个测试场景由列车最低目标速度、列车最高目标速度、目标运行时间、目标级位组成的四元组描述。

19.一种ATO控制参数自动测试的装置，包括ATO设备、上位机，所述ATO设备与上位机通过串口进行数据通信，所述ATO设备用于执行上位机的指令，以执行如权利要求1-18任一项所述的方法。

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