CN113448256A - 一种城市轨道交通运营仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市轨道交通运营仿真系统，应用于仿真测试技术领域，该系统包括人机交互单元、数据管理单元，以及运行调度单元，人机交互单元获取预设系统静态参数以及仿真控制参数，并将预设系统静态参数以及仿真控制参数发送至数据管理单元，数据管理单元将预设系统静态参数转换为预设格式的目标静态参数，并发送目标静态参数以及仿真控制参数至运行调度单元，运行调度单元根据目标静态参数构建目标仿真场景，并根据仿真控制参数执行目标仿真场景下的预设仿真测试，得到仿真测试结果。通过本发明提供的城市轨道交通运行仿真系统，可以对城市轨道交通运营情况进行仿真测试，从而满足实际应用中的需求。
Description
技术领域
本发明属于仿真测试技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通运营仿真系统。
背景技术
随着城市轨道交通的高速发展，轨道交通快捷、安全、方便的优势得到充分发挥，因此，越来越多的消费者选择采用城市轨道交通出行，城市轨道交通在消费者的日常生活、工作中的作用越来越大。
考虑到城市轨道交通的重要性，如何保证城市轨道交通的安全运行，成为铁路运营部门必须重视的问题之一。而在城市轨道交通投入运行前，或者在城市轨道交通的日常运行中，对城市轨道交通的运行情况进行仿真测试，对城市轨道交通运营的安全性、及时性，以及运行于轨道网络中的轨道列车的运行性能进行预先检验，是解决这一重要问题的有效手段之一。
鉴于城市轨道交通运营仿真在确保轨道交通正常、安全运行等方面的重要性，如何提供一种城市轨道交通运营仿真系统，对城市轨道交通运营情况进行仿真测试，成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种城市轨道交通运营仿真系统，对城市轨道交通运营情况进行仿真测试，以满足实际应用需求，具体方案如下：
本发明提供一种城市轨道交通运营仿真系统，包括：人机交互单元、数据管理单元，以及运行调度单元，其中，
所述人机交互单元获取预设系统静态参数以及仿真控制参数，并将所述预设系统静态参数以及所述仿真控制参数发送至所述数据管理单元；
所述数据管理单元将所述预设系统静态参数转换为预设格式的目标静态参数，并发送所述目标静态参数以及所述仿真控制参数至所述运行调度单元；
所述运行调度单元根据所述目标静态参数构建目标仿真场景，并根据所述仿真控制参数执行所述目标仿真场景下的预设仿真测试，得到仿真测试结果。
可选的，所述运行调度单元包括：时间管理单元、列车管理单元、线路管理单元、列车控制单元，以及列车运行单元，其中，
所述列车管理单元根据所述目标静态参数以及所述仿真控制参数模拟自动列车监控系统功能，与所述列车控制单元和所述线路管理单元通信；
所述线路管理单元根据所述目标静态参数模拟铁路信号系统中各信号设备对应功能，接收所述列车运行单元的列车信息，并向所述列车控制单元反馈区段占用情况；
所述列车控制单元根据所述目标静态参数模拟区域控制器、车载列车自动防护系统，以及车载列车自动操控系统的对应功能，与所述列车运行单元通信；
所述列车运行单元根据所述目标静态参数模拟所述目标仿真场景中的运行的列车，根据所述列车控制单元发送的列车操纵指令模拟列车运行，并反馈预设信息至所述列车控制单元和所述线路管理单元；
所述时间管理单元用于根据所述仿真控制参数控制仿真测试执行过程。
可选的，所述人机交互单元还用于对所述运行调度单元进行异常注入。
可选的，所述数据管理单元还用于反馈所述目标静态参数至所述人机交互单元；
所述人机交互单元按预设格式展示所述目标静态参数。
可选的，所述数据管理单元接收所述仿真测试结果，以及仿真过程中的仿真过程数据，并将所述仿真测试结果以及所述仿真过程数据按预设文件格式导出。
可选的，所述仿真过程数据，包括：线路区段占用与闭锁信息、联锁设备工作状态信息、列车运行信息、ATP防护曲线，以及ATO运行曲线。
可选的，所述列车管理单元还包括列车调度策略输入接口，所述列车调度策略输入接口接收外部输入的列车调度策略。
可选的，所述列车控制单元还包括列车控制策略输入接口，所述列车控制策略输入接口接收外部输入的列车控制策略。
可选的，所述预设系统静态参数至少包括：线路信息、列车计划运行时刻表、列车计划行进路径、进路联锁表，以及列车信息。
可选的，所述仿真控制参数包括：开始时间、仿真步长，以及仿真运行时长。
上述本发明提供的城市轨道交通运营仿真系统，包括人机交互单元、数据管理单元，以及运行调度单元，人机交互单元获取预设系统静态参数以及仿真控制参数，并将预设系统静态参数以及仿真控制参数发送至数据管理单元，数据管理单元将预设系统静态参数转换为预设格式的目标静态参数，并发送目标静态参数以及仿真控制参数至运行调度单元，运行调度单元根据目标静态参数构建目标仿真场景，并根据仿真控制参数执行目标仿真场景下的预设仿真测试，得到仿真测试结果。通过本发明提供的城市轨道交通运行仿真系统，可以对城市轨道交通运营情况进行仿真测试，从而满足实际应用中的需求。
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是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统中一种运行调度单元的结构框图；
图3是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统中另一种运行调度单元的结构框图。
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、完整地描述，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。
可选的，参见图1，图1是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统的结构框图，如图所示，本发明实施例提供的运营仿真系统，包括：人机交互单元10、数据管理单元20，以及运行调度单元30，其中，
人机交互单元10获取预设系统静态参数以及仿真控制参数。其中，预设系统静态参数至少包括：线路信息、列车计划运行时刻表、列车计划行进路径、进路联锁表，以及列车信息。具体的，线路信息包括钢轨、轨旁设备、停车点布置，线路坡度、曲率、基本阻力系数，以及限速信息等；列车计划运行时刻表具体包括所有计划列车车次以及车站到发时刻信息等；列车计划行进路径具体包括列车行进经过的区段以及停车点信息等；进路联锁表主要包括列车经行各区段的冲突关系等信息；列车基本信息具体包括各列车的包含车长、车重、牵引/制动特性等信息。需要说明的是，现有技术中与轨道列车运行相关的其他未述及信息，同样也可以作为本发明实施例所提供方法所涉及的预设系统静态参数，在未超出本发明核心思想范围的前提下，同样都属于本发明保护的范围内。
仿真控制参数至少包括仿真的开始时间、仿真步长，以及仿真过程的运行时长。与预设系统静态参数类似，现有技术中其他可以用于表征轨道交通运营控制的参数同样可以作为本发明实施例所述及的仿真控制参数，在不超出本发明核心思想范围的前提下，同样属于本发明保护的范围内。
在具体应用时，可在人机交互界面设置相应的参数录入接口，仿真人员可以通过该参数录入接口实现前述预设系统静态参数以及仿真控制参数的录入。当然，还可以设置文件录入接口，将预设系统静态参数和仿真控制参数以文件的形式录入本发明提供的运营仿真系统之中。
人机交互单元10在得到预设系统静态参数以及仿真控制参数后，进一步将预设系统静态参数以及仿真控制参数发送至数据管理单元20。
数据管理单元20首先对预设系统静态参数按照预设格式进行转换，得到转换后的目标静态参数，并发送目标静态参数值运行调度单元30，同时，还会将目标静态参数返回至人机交互单元10，使得人机交互单元10可以按照预设格式展示目标静态参数，确保相关人员可以更加直观的看到当前仿真系统的设置情况。
进一步的，数据管理单元20还会将仿真控制参数发送至运行调度单元30。
在上述基本功能的基础上，数据管理单元20还能够实现其他诸多功能。可选的，数据管理单元20还可以接收运行调度单元30进行运营仿真过程中产生的仿真数据，以及在仿真完成后的仿真结果。可选的，仿真过程数据至少包括：线路区段占用与闭锁信息、联锁设备工作状态信息、列车运行信息、ATP防护曲线，以及ATO运行曲线。
数据管理单元20将所得仿真过程数据，以及仿真结果反馈至人机交互单元10，以使人机交互单元10按照预设格式对所得仿真过程数据以及仿真结果进行展示，一方面可以使得仿真人员可以直观的看到仿真的进程，以及仿真的最终结果，另一方面，通过对仿真过程数据的展示，在仿真出现错漏的情况下，还便于仿真人员查找导致错误的原因，加快仿真过程的顺利开展。
可选的，数据管理单元20还设置有数据导出接口，可以通过该数据导出接口将前述仿真过程数据以及仿真结果导出。
运行调度单元30根据数据管理单元20提供的目标静态参数构建目标仿真场景，并根据所得仿真控制参数执行该目标仿真场景下的预设仿真测试，最终得到仿真测试结果。需要说明的是，运行调度单元30在具体进行仿真测试时，会根据目标静态参数实现诸多实际控制系统相对应的控制功能的模拟，进而搭建目标仿真场景，后续内容将对运行调度单元30的具体构成进行详细展开，此处暂不详述。
综上所述，本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统，可以对城市轨道交通运营情况进行仿真测试，从而满足实际应用中的需求。
可选的，参见图2，图2是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统中一种运行调度单元的结构框图，本发明实施例提供的运行仿真单元具体包括：列车管理单元310、线路管理单元320、列车控制单元330、列车运行单元340，以及时间管理单元(图中未示出)，其中，
列车管理单元310主要模拟ATS(Automatic Train Supervision，自动列车监控系统)的主要功能。根据仿真控制参数以及目标静态参数中的运行时刻表产生与注销列车服务车次；根据列车位置及运行状态(运行、停止)计算列车运行偏差情况；向线路管理单元320提出进路申请，并根据线路管理单元320反馈的进路排列情况给出发车指令及列车运行等级，即列车最高速度限制或区间运行时间限制，至列车控制单元330。
线路管理单元320主要根据目标静态参数中包含的线路信息，模拟轨道、道岔、信号灯等设备的运行特性以及CI(Computer Interlock，联锁系统)连锁逻辑；并根据列车所在的位置及列车管理单元310提出的进路申请信息对线路区段进行锁闭及解锁，并反馈进路排列状态至列车管理单元310；进一步的，线路管理单元320还用于模拟轨旁联锁设备的动作，以及模拟区段占用异常以及联锁设备异常等。
列车控制单元330主要模拟ZC(Zone Controller，区域控制器)以及车载ATP(Automatic Train Protection，列车自动防护系统)、车载ATO(Automatic TrainOperation，列车自动操控系统)的运行特性。根据列车本车与前车的位置、进路排列情况、前方停站、线路区段占用状态等信息计算列车移动授权；根据列车移动授权终点、列车速度及位置、线路限速信息计算ATP防护曲线；根据ATP防护曲线产生列车操纵指令控制列车运行。
列车运行单元340主要根据前述目标静态参数中的列车信息以及其他相关参数，模拟列车的动力特性以及运动特性。根据列车的操纵指令以及列车牵引/制动的运行特性，产生牵引/制动力；根据列车速度、位置及线路信息计算列车运行阻力；根据列车动力故障指令，产生剩余的牵引/制动力；结合牵引/制动力及线路的阻力计算列车加速度、速度、位置；根据列车受力及速度计算列车功率、损耗等。
时间管理单元主要根据仿真控制参数中的仿真开始时间、仿真步长(每一步仿真代表的真实世界时间)以及仿真运行时长对仿真过程进行控制，进行仿真计时，触发各单元基于目标静态参数以及各单元对应的仿真功能，搭建目标仿真场景，并控制该仿真场景下仿真过程的运行，以及在仿真时长计时完毕时停止各单元运行，使各单元输出对应的仿真结果。
结合上述内容，以及图2所示的运行调度单元中各构成单元之间的信息传递过程可知，本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统，通过将轨道交通中实际的铁路信号系统主要功能抽象成通用化功能模型，使得运营调度仿真摆脱信号实物设备功能差异的限制，进一步的，通过各单元之间的配合，可以呈现不同线路上多列车同时运行的条件下，列车与列车之间的追踪与冲突关系，列车与轨道之间的相互制约关系，能够全面而准确的对轨道交通的运营情况进行仿真。
可选的，本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统中，人机交互单元还还可接收仿真人员录入的异常注入信息，并将该异常注入信息发送至运行调度单元，从而获取在发生相应异常的情况下，整个城市轨道交通系统的反应结果，即模拟异常扰动对轨道交通系统的影响，同时还可以对运营仿真系统本身进行一种验证。具体的，能够实现的异常注入主要包括列车动力异常、线路占用异常，以及轨旁设备运行异常等。
在实际应用中，列车运营仿真主要分成运营调度与列车操纵两个层面。其中，运营调度仿真主要根据计划运行时刻表及实际的列车运行状态进行运营组织，完成进路排列、计算移动授权、发车等模拟；列车操纵仿真主要根据移动授权及发车指令，计算ATP防护曲线，并控制列车自动运行。当列车运行受到干扰后，将不能完全按照计划出发、到达，需要根据实际的列车状态修正调度策略，并相应地规划列车操纵曲线，达到减少运行偏差、实现运行节能的目的。
基于上述内容，为了满足列车调度及列车操纵两个层面的验证，本发明实施例所提供的运营仿真系统中的列车管理单元310和列车控制单元330还分别设置有外部策略的输入口，通过相应的输入口，本发明实施例提供的运营仿真系统可以接受外部的列车调度策略和列车控制策略。
具体的，参见图3，图3是本发明实施例提供的城市轨道交通运营仿真系统中另一种运行调度单元的结构框图，在列车管理单元310中配置外接的列车调度策略输入接口(图中未示出)。外接调度策略通过获取计划时刻表以及列车的实际运行状态列车运行状态(位置，运行或停站)，针对拟调整的列车车次实时产生动态时刻表，列车管理单元310通过对比动态时刻表与目标静态参数中的列车时刻表，对涉及的车次优先执行动态时刻表。
进一步的，在列车控制单元330中配置外接的列车控制策略输入接口(图中未示出)。外接的列车控制策略通过获取系统中列车当前的载荷、速度、位置、牵引/制动特性、运行等级等信息，实时计算列车参考操纵曲线，列车控制单元330则根据列车参考操纵曲线控制列车运行。
在本发明实施例所提供的城市轨道交通运营仿真系统中，支持列车调度策略、列车操纵策略的外部输入，从而可以描述线路全局调度与单列车运动控制两个层面之间的耦合特性，为调度优化、操纵优化提供验证工具。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，包括：人机交互单元、数据管理单元，以及运行调度单元，其中，
所述人机交互单元获取预设系统静态参数以及仿真控制参数，并将所述预设系统静态参数以及所述仿真控制参数发送至所述数据管理单元；
所述数据管理单元将所述预设系统静态参数转换为预设格式的目标静态参数，并发送所述目标静态参数以及所述仿真控制参数至所述运行调度单元；
所述运行调度单元根据所述目标静态参数构建目标仿真场景，并根据所述仿真控制参数执行所述目标仿真场景下的预设仿真测试，得到仿真测试结果。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述运行调度单元包括：时间管理单元、列车管理单元、线路管理单元、列车控制单元，以及列车运行单元，其中，
所述列车管理单元根据所述目标静态参数以及所述仿真控制参数模拟自动列车监控系统功能，与所述列车控制单元和所述线路管理单元通信；
所述线路管理单元根据所述目标静态参数模拟铁路信号系统中各信号设备对应功能，接收所述列车运行单元的列车信息，并向所述列车控制单元反馈区段占用情况；
所述列车控制单元根据所述目标静态参数模拟区域控制器、车载列车自动防护系统，以及车载列车自动操控系统的对应功能，与所述列车运行单元通信；
所述列车运行单元根据所述目标静态参数模拟所述目标仿真场景中的运行的列车，根据所述列车控制单元发送的列车操纵指令模拟列车运行，并反馈预设信息至所述列车控制单元和所述线路管理单元；
所述时间管理单元用于根据所述仿真控制参数控制仿真测试执行过程。
3.根据权利要求1所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述人机交互单元还用于对所述运行调度单元进行异常注入。
4.根据权利要求1所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述数据管理单元还用于反馈所述目标静态参数至所述人机交互单元；
所述人机交互单元按预设格式展示所述目标静态参数。
5.根据权利要求1所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述数据管理单元接收所述仿真测试结果，以及仿真过程中的仿真过程数据，并将所述仿真测试结果以及所述仿真过程数据按预设文件格式导出。
6.根据权利要求5所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述仿真过程数据，包括：线路区段占用与闭锁信息、联锁设备工作状态信息、列车运行信息、ATP防护曲线，以及ATO运行曲线。
7.根据权利要求2所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述列车管理单元还包括列车调度策略输入接口，所述列车调度策略输入接口接收外部输入的列车调度策略。
8.根据权利要求2所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述列车控制单元还包括列车控制策略输入接口，所述列车控制策略输入接口接收外部输入的列车控制策略。
9.根据权利要求1-8任一项所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述预设系统静态参数至少包括：线路信息、列车计划运行时刻表、列车计划行进路径、进路联锁表，以及列车信息。
10.根据权利要求1-8任一项所述的城市轨道交通运营仿真系统，其特征在于，所述仿真控制参数包括：开始时间、仿真步长，以及仿真运行时长。
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