CN113247051A - 一种基于虚拟编组的列车控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于虚拟编组的列车控制方法及系统，方法包括：后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；后车根据所述动态安全追踪间隔运行。本发明提出的基于虚拟编组的列车控制方法及系统，后车根据前车的实时状态信息计算并调整前后车的追踪距离，后车的行车许可越过前车，大大缩短了前后车的追踪间隔。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种基于虚拟编组的列车控制方法及系统。
背景技术
现有的铁路闭塞技术的前后车追踪运行场景中，假定前车静止，后车的行车许可最多延伸到前车尾部,前后车追踪间隔至少包含一个紧急制动距离和一个保护距离。但是随着列车速度越来越高,紧急制动距离越来越长,追踪间隔越来越大,影响了运输效率的进一步提高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于虚拟编组的列车控制方法，包括：
后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；
后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；
后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
进一步地，所述动态安全追踪间隔根据停车状态下前车和后车的静态安全防护距离、前车的紧急制动距离和后车的紧急制动距离确定。
进一步地，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离；
设置动态安全追踪间隔的最小值，如果根据公式（2）计算得到的Ldynamic小于动态安全追踪间隔的最小值，则动态安全追踪间隔设置为动态安全追踪间隔的最小值。
进一步地，所述静态安全防护距离根据前车和后车的定位误差确定。
进一步地，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离，v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。
进一步地，前车的紧急制动距离由前车根据前车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到，后车的紧急制动距离由后车根据后车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到。
进一步地，根据后车与前车的动态安全追踪间隔和稳定态距离波动值确定动态安全追踪间隔区间，所述动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；所述动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和；
后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。
进一步地，后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态；
在稳定追踪状态下，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令。
进一步地，当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值时，后车计算加速度，加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间范围内；
当前后车的距离小于动态安全追踪间隔区间的最小值时，后车计算减速度，减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；
后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内，并将其速度调整到追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；
所述追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。
进一步地，后车调整与前车的距离在动态安全追踪间隔区间内而进入所述稳定追踪状态；
在所述稳定追踪状态下，当前车没有施加牵引或制动时，后车采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动。
进一步地，所述虚拟编组列车根据地面控制中心下发的建立编组命令形成虚拟编组；
所述地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令。
进一步地，所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送退出虚拟编组命令。
进一步地，地面控制中心实时监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。
进一步地，当前车需要进站停车时，前车的任务类型转为车站停车，后车的任务类型为不停车通过车站，则：地面控制中心向后车发送退出虚拟编组命令，则后车退出虚拟编组的稳定追踪状态；
后车在车站越过前车后，任务类型转为区间运行，地面控制中心向后车发送建立虚拟编组命令，后车将与前方新的前车建立车车通信，进行虚拟编组。
进一步地，所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车的列车完整性；
当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送紧急制动命令和退出虚拟编组命令。
进一步地，在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，且收到允许自动驾驶的命令后，后车进入虚拟编组的自动驾驶状态；
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，后车自动调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。
进一步地，当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，列车自动退出所述虚拟编组的自动驾驶状态并给出提示。
进一步地，在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，列车根据接收到的不允许自动驾驶命令退出虚拟编组的自动驾驶状态。
本发明还提供一种基于虚拟编组的列车控制系统，包括：
信息获取单元，用于后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；
追踪间隔确定单元，用于后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；
运行控制单元，用于后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
进一步地，所述动态安全追踪间隔根据停车状态下前车和后车的静态安全防护距离、前车的紧急制动距离和后车的紧急制动距离确定。
进一步地，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离。
进一步地，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离，v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。
进一步地，系统包括紧急制动距离确定单元，
前车的紧急制动距离由前车的紧急制动距离确定单元根据前车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到；
后车的紧急制动距离由后车的紧急制动距离确定单元根据后车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到。
进一步地，系统还包括：追踪间隔区间确定单元，用于：
根据后车与前车的动态安全追踪间隔和稳定态距离波动值确定动态安全追踪间隔区间，所述动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；所述动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和；
所述运行控制单元还用于，控制后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。
进一步地，所述运行控制单元还用于：
控制后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态；
在稳定追踪状态下，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令。
进一步地，所述运行控制单元用于：
当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值时，计算加速度，控制后车加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间范围内；
当前后车的距离小于动态安全追踪间隔区间的最小值时，计算减速度，控制后车减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；
控制后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内，并将其速度调整到追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；
所述追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。
进一步地，所述运行控制单元还用于：
控制后车调整与前车的距离在动态安全追踪间隔区间内而进入所述稳定追踪状态；
在所述稳定追踪状态下，当前车没有施加牵引或制动时，后车采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动。
进一步地，系统还包括命令处理单元，
用于控制所述虚拟编组列车根据地面控制中心下发的建立编组命令形成虚拟编组；
所述地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令。
进一步地，命令处理单元用于处理退出虚拟编组命令，其中，
所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送所述退出虚拟编组命令。
进一步地，命令处理单元用于接收退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令，其中，
地面控制中心实时监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送的所述退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。
进一步地，命令处理单元还用于接收紧急制动命令和退出虚拟编组命令，其中，
当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送所述紧急制动命令和退出虚拟编组命令；所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车的列车完整性。
进一步地，系统还包括自动驾驶控制单元，用于：
在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，且收到允许自动驾驶的命令后，后车进入虚拟编组的自动驾驶状态；
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，所述运行控制单元控制后车自动调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。
进一步地，当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，所述自动驾驶控制单元控制列车自动退出所述虚拟编组的自动驾驶状态并给出提示。
进一步地，在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，所述自动驾驶控制单元控制列车根据接收到的不允许自动驾驶命令退出虚拟编组的自动驾驶状态。
本发明还提供一种基于虚拟编组的列车控制系统，所述系统包括至少一个处理器以及至少一个存储器；
所述存储器存储执行上述基于虚拟编组的列车控制方法的计算机程序，所述处理器调用存储器中的所述计算机程序以执行上述基于虚拟编组的列车控制方法。
本发明提出的基于虚拟编组的列车控制方法及系统，前后车之间建立车车通信，后车根据前车的实时状态信息计算并调整前后车的追踪距离，后车的行车许可越过前车，大大缩短了前后车的追踪间隔。进一步地，虚拟编组在地面控制中心的多方面监测控制下运行，在保证行车安全的前提下，极大提高了铁路运输效率。并且，虚拟编组列车能够响应驾驶控制命令，提高驾驶控制的灵活性和安全性，方便司机根据当前驾驶环境自动调整驾驶方式。
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示出了根据本发明实施例的一种基于虚拟编组的列车控制方法流程图；
图2示出了根据本发明实施例的基于虚拟编组的列车控制系统的动态安全追踪距离示意图；
图3示出了根据本发明实施例的前后车的距离和追踪场景示意图；
图4示出了根据本发明实施例的一种基于虚拟编组的列车控制系统的结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例的另一种基于虚拟编组的列车控制系统的结构示意图。
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。
本发明实施例提供一种基于虚拟编组的列车控制方法，根据前后车的位置、速度等实时信息计算动态安全追踪间隔的方法，并保证行车安全。如图1所示，方法包括：后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
其中，虚拟编组列车是指通过车车通信建立虚拟连接关系的列车编组。虚拟编组最少包含两列列车，也可能包含多列列车，虚拟编组内最前面的第一列列车为自主运行列车，后面的其他列车为跟随列车，跟随列车跟随其前车，即按照列车运行方向的紧邻的前方列车，以虚拟编组方式运行。
本发明实施例的基于虚拟编组的列车控制方法可以通过虚拟编组列车控制系统实现。
本发明实施例的虚拟编组是列车在地面控制中心的控制下形成的。地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令，并通知每一列列车在虚拟编组内的顺序号，以及每一列列车的前车和后车。虚拟编组内的列车只与真实的前车（本车与前车之间没有任何列车）和真实的后车（本车与后车之间没有任何列车）建立车车通信，进行追踪运行。相比于任由列车之间车车通信，自动组网的控制方式，采用地面控制中心控制列车编组的方式避免了虚拟编组在线路上追踪运行时，那些没有车车通信单元或者车车通信单元故障的列车（这些列车无法与其他列车建立通信，其他列车无法发现这些列车的存在）有被夹在列车群组之中而带来严重的安全风险。
在基于虚拟编组的列车控制系统中，前车和后车建立车车通信，前车实时向后车发送前车的速度、位置、定位误差、前车当前速度下的紧急制动距离、列车完整性、牵引制动状态、列车标识等实时状态信息。其中，后车根据列车标识辨别列车信息的来源，并根据前车发送的实时状态信息控制列车运行。
后车根据前车和后车的实时状态信息计算动态安全追踪间隔，根据动态安全追踪间隔控制自身运行。其中，动态安全追踪间隔确定方法如下。
假设后车追踪前车运行，在最不利情况下，前车触发紧急制动，通过车车通信，前车状态信息传递给后车，后车也随之触发紧急制动，最终前车和后车依次停车，停车后保留一定的安全防护距离。
图2为基于虚拟编组的列车控制系统的动态安全追踪距离示意图。其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Ltrain为列车长度， Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离（前车先制动，制动状态传递给后车，后车收到前车状态信息后开始制动，在这段时间内的后车走行距离）。
由图2可得到等式（1）：
对等式（1）进行等效变换，可以得到追踪状态下的前后车动态安全追踪间隔为：
在公式（1）、（2）中，Ldelay根据前后车的通信时延确定，通信时延为固定值，可以通过实验测量并取保守值。Lbrake2由后车车载设备实时计算得到，后车根据自身的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到紧急制动距离。Lbrake1可以由前车实时计算并传给后车，前车根据自身的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到后传给后车。进一步地，静态安全距离的确定考虑前车定位误差、后车定位误差和停车状态下前后车的固定安全防护距离，本发明实施例中，前车将自己的实时确定的定位误差发送给后车。
设置动态安全追踪间隔的最小值（常量），如果根据公式（2）计算得到的Ldynamic小于动态安全追踪间隔的最小值，则动态安全追踪间隔应取动态安全追踪间隔的最小值，以保证车辆之间的距离不至于太近而造成危险。
因此公式（2）可以具体化为公式（3），其中v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。前后车的运行速度和运行位置实时获取。线路条件包括线路的坡度、静态限度等信息，不同位置的线路条件可能不同，例如，不同位置的坡度可能不相同。
前车计算当前速度的紧急制动距离Lbrake1并传递给后车，后车计算得到的动态安全追踪间隔具有广泛的适用性，所以前车与后车可以是不同类型的列车类型，可以具有不同的制动性能，前车与后车也可以处于不同行驶速度下，前车与后车可以处于上坡、下坡或平坡等不同线路上。前车和后车在各自计算自身的紧急制动距离时已经考虑了这些因素。
后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态。具体地，后车通过加速、减速或匀速运行等过程，将前后车的距离调整为动态安全追踪间隔或动态安全追踪间隔区间内，同时将后车的速度调整为与前车速度相同或相近，前车和后车进入虚拟编组的稳定追踪状态，但是前车和后车没有物理连接，而是维持一个可以保证安全的紧密的追踪间隔：“动态安全追踪间隔+稳定态距离波动值”内。在虚拟编组列车控制系统中，在稳定追踪状态下，后车随前车运行且加减速状态保持一致，模拟后车与前车通过物理连接编组成一个长编组的列车。
本发明实施例中，在追踪运行时，在动态安全追踪间隔增加一个稳定态距离波动值。动态安全追踪间隔是一个具体值并且随着前车和后车的运行状态实时变化，为避免后车在稍微偏离该值就进行频繁的牵引和制动，本发明实施例中的列车控制方法采用动态安全追踪间隔区间进行动态追踪。在动态安全追踪间隔增加一个稳定态距离波动值，构成动态安全追踪间隔区间，动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；所述动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和，即动态安全追踪间隔区间为[动态安全追踪间隔,动态安全追踪间隔+稳定态距离波动值]。
后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。当前后车的追踪间隔在这个范围内,当前车不施加牵引或制动时，后车车载设备也不施加牵引和制动，采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动，避免后车车载设备频繁对列车施加牵引和制动，而造成的乘车舒适度降低、能量消耗增加、车辆磨损加快等问题。当前后车的追踪间隔不在这个范围内，后车的车载设备才重新计算控车策略，加速或减速，将前后车的追踪间隔调整在[动态安全追踪间隔,动态安全追踪间隔+稳定态距离波动值]范围内。
示例性地，如图3所示，当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值（动态安全追踪间隔+稳定态距离波动值）时（场景1），后车计算加速度，加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；当后车与前车的前后车的距离小于动态安全追踪间隔时（场景3），后车计算减速度，减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内（场景2），并将其速度调整到追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；其中，追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。通过稳定态速度波动值的设置，避免进入稳定追踪状态后车需要频繁调整速度，以保持与前车速度一致，节约行驶成本，提高舒适度。
前后车进入虚拟编组的稳定追踪状态，且前后车的距离在动态安全追踪间隔区间，即[动态安全追踪间隔,动态安全追踪间隔+稳定态距离波动值]范围内时，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令，后车随前车加速而加速运行，随前车减速而减速运行，随前车匀速而匀速运行，并使用相同的命令等级，始终保持前后车处于稳定追踪状态。
为了保证行车安全，所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，包括监测虚拟编组列车的列车完整性。当前车因为脱钩等原因导致列车完整性丢失时，后车应施加紧急制动停车，避免与脱钩的列车车厢发送碰撞。一方面，前车可以将自身计算的列车完整性的实时状态信息发送到后车，当前车的列车完整性丢失，即不满足列车完整性要求时，后车进行紧急制动。另一方面，地面控制中心通过轨道电路（不限于轨道电路）等地面设备检测列车完整性，当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送紧急制动命令和退出虚拟编组命令，命令后方所有列车退出虚拟编组，且施加紧急制动，以避免与前面失去列车完整性的列车发生碰撞。而该列车前方的所有列车继续以虚拟编组方式继续运行。本发明实施例中，既通过列车自身判断完整性，也通过地面控制中心实时判断所有列车的列车完整性，保证行车安全。特别是针对本发明实施例中基于动态安全追踪间隔区间紧密追踪的列车控制方法，进行多方面安全要素监测、全面整体控制和快速响应，对于保障运行安全具有重要的意义。
地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行还包括监测虚拟编组列车之间是否出现不支持虚拟编组的列车。当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送退出虚拟编组命令。其中，不支持虚拟编组列车包括没有被纳入虚拟编组列车，如从其他线路插入到虚拟编组列车之间的未知列车，还包括车车通信单元故障而不再支持车车通信的列车。
地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行还包括：监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。当前车与后车的行车任务发生变化时，例如在接近车站时，前车需要进站停车，前车的任务类型转为车站停车，后车的任务类型为不停车通过车站，地面控制中心向后车发送退出虚拟编组命令，则后车退出虚拟编组的稳定追踪状态，由司机驾驶后车运行。后车在车站越过前车后，任务类型转为区间运行，地面控制中心向后车发送建立虚拟编组命令，后车将与前方新的前车建立车车通信，进行虚拟编组，并调整速度和追踪距离，重新进入虚拟编组的稳定追踪状态。示例性地，行车任务的类型包括：车站停车、不停车通过车站、区间运行和线路切换等。列车在执行线路运行的任务时，与前车进行虚拟编组。任务类型可以由司机通过操作传递给列车，或者由地面控制中心发送给列车，或者采用两种方式结合的方式。列车执行各种任务类型的运行任务，最终地面控制中心根据列车当前正在执行或要执行的任务类型控制虚拟编组列车运行，如发送建立虚拟编组命令或退出虚拟编组命令。当列车任务类型转为切换线路时，地面控制中心向该列车及其后方列车发送退出虚拟编组命令。在该列车转出当前区间后，向后方列车重新发送建立虚拟编组命令，该列车的后车与该列车的前车建立虚拟连接。
在前后车能否进行虚拟编组，可以由地面控制中心向相邻的列车发送建立虚拟编组命令，列车的车载设备根据命令进入虚拟编组的稳定运行状态。地面控制中心对以虚拟编组方式运行的列车进行监控。如果从地面控制中心收到退出虚拟编组命令，则列车车载设备不能控制列车进入虚拟编组的稳定运行状态，即使其他条件均满足。列车接收到建立虚拟编组命令后则从前车接收实时状态信息，并将自身的实时状态信息发送到后车。若本车为首车，则仅向后车发送实时状态信息。
后车根据驾驶控制命令确定是否通过自动驾驶进入虚拟编组的稳定追踪状态。驾驶控制命令包括：允许自动驾驶命令和不允许自动驾驶命令。驾驶控制命令可以由虚拟编组按钮、牵引手柄或制动手柄等操作信息综合计算得到。在列车驾驶台上设置虚拟编组按钮，用于向车载设备发送驾驶控制命令。当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的位置、速度等实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，牵引手柄和制动手柄都处于零位（即司机没有人工施加牵引或制动），车载设备提示司机按压虚拟编组按钮，司机按压虚拟编组按钮后，车载设备接收到自动驾驶命令后进入虚拟编组的自动驾驶状态，车载设备根据计算的动态安全追踪间隔（进一步地，根据动态安全追踪间隔区间）调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。
当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，例如，收到地面控制中心的退出编组命令或者检测到与前车失去通信连接等，后车的车载设备通过人机界面提示司机已退出虚拟编组的自动驾驶状态，指示需要司机开始人工驾驶列车。或者当后车处于虚拟编组的自动驾驶状态时，后车司机可以操作牵引手柄或制动手柄，人工退出虚拟编组的自动驾驶状态，由司机人工驾驶后车。车载设备将识别到牵引手柄或制动手柄动作作为不允许自动驾驶命令，根据该命令退出自动驾驶状态。
本发明实施例采用地面控制中心控制虚拟编组，并响应驾驶控制命令，提高驾驶控制的灵活性和安全性，方便司机根据当前驾驶环境自动调整驾驶方式。虚拟编组内的列车发送实时状态到后车，但是否以虚拟编组方式追踪运行由驾驶控制命令确定，后车只有满足一定条件时才允许自动追踪，从而整个列车编组既能够安全的进行自动追踪，也可以临时的退出或继续加入自动追踪而不影响其他列车。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种基于虚拟编组的列车控制系统（以下简称控制系统），如图4所示，系统包括：信息获取单元、追踪间隔确定单元、运行控制单元。其中，信息获取单元，用于后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；追踪间隔确定单元，用于后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；运行控制单元，用于后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
本发明实施例的控制系统可以集成在车载设备上，使用时分别设置在参与虚拟编组的列车中，各个列车（前车、后车等）可以通过自身的控制系统实现基于虚拟编组的列车控制。
动态安全追踪间隔根据停车状态下前车和后车的静态安全防护距离、前车的紧急制动距离和后车的紧急制动距离确定。具体地，通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离。进一步地，静态安全距离的确定考虑前车定位误差、后车定位误差和停车状态下前后车的固定安全防护距离，本发明实施例中，前车将自己的实时确定的定位误差发送给后车。
从而，动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离，v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。
进一步地，系统还包括紧急制动距离确定单元。
前车的紧急制动距离由前车的紧急制动距离确定单元根据前车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到；后车的紧急制动距离由后车的紧急制动距离确定单元根据后车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到。
控制系统还包括：追踪间隔区间确定单元用于动态安全追踪间隔区间。具体地，根据后车与前车的动态安全追踪间隔和稳定态距离波动值确定动态安全追踪间隔区间，动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和；所述运行控制单元还用于控制后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。
具体地，后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态；在稳定追踪状态下，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令。当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值时，后车计算加速度，控制后车加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间范围内；当前后车的距离小于动态安全追踪间隔区间的最小值时，后车计算减速度，减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内，并将其速度调整追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；所述追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。
运行控制单元还用于控制后车调整与前车的距离在动态安全追踪间隔区间内而进入稳定追踪状态，即使用时，设置在后车的控制系统的运行控制单元控制后车进入稳定追踪状态。在稳定追踪状态下，当前车没有施加牵引或制动时，后车采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动。
进一步地，控制系统还包括命令处理单元，用于控制所述虚拟编组列车根据地面控制中心下发的建立编组命令形成虚拟编组。地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令。
命令处理单元用于处理退出虚拟编组命令。地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送所述退出虚拟编组命令。
命令处理单元用于接收退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。地面控制中心实时监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。
命令处理单元用于接收紧急制动命令和退出虚拟编组命令。接收当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送紧急制动命令和退出虚拟编组命令。地面控制中心实时监测虚拟编组列车的列车完整性。
进一步地，系统还包括自动驾驶控制单元，用于：在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，且收到允许自动驾驶的命令后，后车进入虚拟编组的自动驾驶状态；在虚拟编组的自动驾驶状态下，运行控制单元控制后车自动调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，自动驾驶控制单元控制列车自动退出所述虚拟编组的自动驾驶状态并给出提示。在虚拟编组的自动驾驶状态下，所述自动驾驶控制单元控制列车根据接收到的不允许自动驾驶命令退出虚拟编组的自动驾驶状态。
本发明实施例的控制系统的具体实现方式还可以根据本发明的基于虚拟编组的列车控制方法的任意实施例获得。控制系统各个单元根据执行逻辑的需要，能够基于彼此之间的数据连接获取相应的数据。其中，各个单元的数据连接关系至少包括：信息获取单元与追踪间隔确定单元相连接；追踪间隔确定单元还分别与追踪间隔区间确定单元、运行控制单元和紧急制动距离确定单元相连接；运行控制单元还与自动驾驶控制单元、追踪间隔确定单元、命令处理单元相连接。
在本发明的方法可以是由计算机或嵌入式程序控制的系统来实现。因此，与之相对应地，本发明的实施例中还提供了另一种基于虚拟编组的列车控制系统，如图5所示，一种基于虚拟编组的列车控制系统包括至少一个处理器以及至少一个存储器；存储器存储执行以上本发明任意实施例方法的计算机程序，处理器调用存储器中计算机程序以执行本发明任意实施例方法。
进一步地，存储器可与一个或多个处理器通信连接，存储器中存储有可被一个或多个处理器执行的指令，指令被一个或多个处理器执行，以使一个或多个处理器能够实现本发明的方法。
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 (35)
1.一种基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，包括：
后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；
后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；
后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
所述动态安全追踪间隔根据停车状态下前车和后车的静态安全防护距离、前车的紧急制动距离和后车的紧急制动距离确定。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离；
设置动态安全追踪间隔的最小值，如果根据公式（2）计算得到的Ldynamic小于动态安全追踪间隔的最小值，则动态安全追踪间隔设置为动态安全追踪间隔的最小值。
4.根据权利要求2所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
所述静态安全防护距离根据前车和后车的定位误差确定。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离，v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。
6.根据权利要求2所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
前车的紧急制动距离由前车根据前车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到，后车的紧急制动距离由后车根据后车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
根据后车与前车的动态安全追踪间隔和稳定态距离波动值确定动态安全追踪间隔区间，所述动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；所述动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和；
后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态；
在稳定追踪状态下，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令。
9.根据权利要求7所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值时，后车计算加速度，加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；
当前后车的距离小于动态安全追踪间隔区间的最小值时，后车计算减速度，减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；
后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内，并将其速度调整到追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；
所述追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。
10.根据权利要求8所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
后车调整与前车的距离在动态安全追踪间隔区间内而进入所述稳定追踪状态；
在所述稳定追踪状态下，当前车没有施加牵引或制动时，后车采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
所述虚拟编组列车根据地面控制中心下发的建立编组命令形成虚拟编组；
所述地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令。
12.根据权利要求11所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送退出虚拟编组命令。
13.根据权利要求11所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，地面控制中心实时监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。
14.根据权利要求13所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
当前车需要进站停车时，前车的任务类型转为车站停车，后车的任务类型为不停车通过车站，则：地面控制中心向后车发送退出虚拟编组命令，则后车退出虚拟编组的稳定追踪状态；
后车在车站越过前车后，任务类型转为区间运行，地面控制中心向后车发送建立虚拟编组命令，后车将与前方新的前车建立车车通信，进行虚拟编组。
15.根据权利要求11所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车的列车完整性；
当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送紧急制动命令和退出虚拟编组命令。
16.根据权利要求1-6中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，且收到允许自动驾驶的命令后，后车进入虚拟编组的自动驾驶状态；
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，后车自动调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。
17.根据权利要求16所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，列车自动退出所述虚拟编组的自动驾驶状态并给出提示。
18.根据权利要求16所述的基于虚拟编组的列车控制方法，其特征在于，
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，列车根据接收到的不允许自动驾驶命令退出虚拟编组的自动驾驶状态。
19.一种基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，包括：
信息获取单元，用于后车实时获取前车的实时状态信息，所述实时状态信息包括紧急制动距离；
追踪间隔确定单元，用于后车根据前车的紧急制动距离和自身运行状态确定与前车之间的动态安全追踪间隔；
运行控制单元，用于后车根据所述动态安全追踪间隔运行。
20.根据权利要求19所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，
所述动态安全追踪间隔根据停车状态下前车和后车的静态安全防护距离、前车的紧急制动距离和后车的紧急制动距离确定。
21.根据权利要求20所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离。
22.根据权利要求21所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述动态安全追踪间隔通过以下公式确定：
其中，Ldynamic为后车与前车追踪运行时的动态安全追踪间隔，Lstatic为停车状态下前车和后车的静态安全防护距离，Lbrake1为前车的紧急制动距离，Lbrake2为后车的紧急制动距离，Ldelay为通信时延内的后车走行距离，v1为前车的运行速度，S1为前车的运行位置，v2为后车的运行速度，S2为后车的运行位置，d1为基于位置校正点的前车走行偏移距离，d2为基于位置校正点的后车走行偏移距离。
23.根据权利要求19所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，包括紧急制动距离确定单元，
前车的紧急制动距离由前车的紧急制动距离确定单元根据前车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到；
后车的紧急制动距离由后车的紧急制动距离确定单元根据后车的运行速度、线路条件和制动性能实时计算得到。
24.根据权利要求19-23中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，还包括：追踪间隔区间确定单元，用于：
根据后车与前车的动态安全追踪间隔和稳定态距离波动值确定动态安全追踪间隔区间，所述动态安全追踪间隔区间的最小值为动态安全追踪间隔；所述动态安全追踪间隔区间的最大值为动态安全追踪间隔与稳定态距离波动值之和；
所述运行控制单元还用于，控制后车根据所述动态安全追踪间隔区间追踪前车。
25.根据权利要求19-23中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述运行控制单元还用于：
控制后车根据动态安全追踪间隔调整与前车的距离在指定距离范围内，并将其速度调整为由前车速度确定的指定速度范围内，进入稳定追踪状态；
在稳定追踪状态下，后车根据前车的牵引和制动状态，使用与前车相同的牵引制动命令。
26.根据权利要求25所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述运行控制单元用于：
当前后车的距离大于所述动态安全追踪间隔区间的最大值时，计算加速度，控制后车加速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间范围内；
当前后车的距离小于动态安全追踪间隔区间的最小值时，计算减速度，控制后车减速运行，将前后车的距离调整到所述动态安全追踪间隔区间内；
控制后车调整与前车的距离在所述动态安全追踪间隔区间内，并将其速度调整到追踪速度区间内，进入稳定追踪状态；
所述追踪速度区间的最小值为前车速度减去稳定态速度波动值，所述追踪速度区间的最大值为前车速度加上稳定态速度波动值。
27.根据权利要求26所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述运行控制单元还用于：
控制后车调整与前车的距离在动态安全追踪间隔区间内而进入所述稳定追踪状态；
在所述稳定追踪状态下，当前车没有施加牵引或制动时，后车采用惰行方式，当前车牵引时，后车施加同样等级的牵引，前车制动时，后车施加同样等级的制动。
28.根据权利要求19-23中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，还包括命令处理单元，
用于控制所述虚拟编组列车根据地面控制中心下发的建立编组命令形成虚拟编组；
所述地面控制中心检测一定范围内所有在线路上运行的列车，只有当一串相邻的列车都具备车车通信功能且车车通信功能正常时，地面控制中心才可以向这些列车发送建立虚拟编组命令。
29.根据权利要求28所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，命令处理单元用于处理退出虚拟编组命令，其中，
所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车运行，当虚拟编组列车之间出现不支持虚拟编组的列车时，向不支持虚拟编组的列车后方的虚拟编组列车发送所述退出虚拟编组命令。
30.根据权利要求28所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，
命令处理单元用于接收退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令，其中，
地面控制中心实时监测虚拟编组列车的任务变化，根据虚拟编组列车的任务类型发送所述退出虚拟编组命令或建立虚拟编组命令。
31.根据权利要求28所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，命令处理单元还用于接收紧急制动命令和退出虚拟编组命令，其中，
当地面控制中心发现虚拟编组内一辆列车完整性丢失，将向虚拟编组内的该列车后方的所有列车发送所述紧急制动命令和退出虚拟编组命令；所述地面控制中心实时监测虚拟编组列车的列车完整性。
32.根据权利要求19-23中任一项所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，还包括自动驾驶控制单元，用于：
在接收到地面控制中心发送的建立虚拟编组命令的前提下，当后车与前车建立车车通信，且可以根据接收到前车的实时状态信息计算出动态安全追踪间隔时，且收到允许自动驾驶的命令后，后车进入虚拟编组的自动驾驶状态；
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，所述运行控制单元控制后车自动调整列车速度和追踪间隔，进入虚拟编组的稳定追踪状态。
33.根据权利要求32所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，
当不再满足虚拟编组的自动驾驶状态时，所述自动驾驶控制单元控制列车自动退出所述虚拟编组的自动驾驶状态并给出提示。
34.根据权利要求32所述的基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，
在所述虚拟编组的自动驾驶状态下，所述自动驾驶控制单元控制列车根据接收到的不允许自动驾驶命令退出虚拟编组的自动驾驶状态。
35.一种基于虚拟编组的列车控制系统，其特征在于，所述系统包括至少一个处理器以及至少一个存储器；
所述存储器存储执行权利要求1－18任一所述方法的计算机程序，所述处理器调用存储器中的所述计算机程序以执行权利要求1－18任一所述的方法。
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