CN115180002B - 一种多列车运行态势推演方法及装置 - Google Patents

一种多列车运行态势推演方法及装置 Download PDF

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CN115180002B CN202211107489.3A CN202211107489A CN115180002B CN 115180002 B CN115180002 B CN 115180002B CN 202211107489 A CN202211107489 A CN 202211107489A CN 115180002 B CN115180002 B CN 115180002B
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Abstract

本发明涉及铁路运输与管理领域，具体公开了一种多列车运行态势推演方法及装置。获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息；分析列车牵引计算与区域临时限速下时空范围之间的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；将多列车运行态势发送至行车调度台。在传统调度指挥和列车运行控制系统的架构下，分析多列车追踪与区域临时限速下时空范围的耦合作用机理，推演计算不同闭塞制式下的多列车运行态势，降低了调度调整过程中对人为经验的依赖，提高了运行调整的科学性。

Description

一种多列车运行态势推演方法及装置
技术领域
本发明涉及铁路运输与管理领域，具体涉及一种多列车运行态势推演方法及装置。
背景技术
目前，中国已全面建成“四纵四横”高铁网。网络化运营条件下，当外部突发事件影响列车运行时，调度员需要根据线路静态环境和列车运行状态等在途信息，预估列车运行态势，及时调整阶段计划，列车司机根据该阶段计划制定驾驶策略。其中，列车运行态势是指列车在未来运行过程中的加速度、速度、通过时刻、区间运行时间、到站晚点时间等动态信息，是调度员调整阶段计划和列车制定驾驶策略的重要依据之一。然而，当面对多源强时变的在途动态信息时，调度员凭人工经验，难以精确解耦多列车追踪、区域临时限速下时空范围与突发事件之间的关联关系，无法及时科学合理地调整阶段计划，列车运行秩序短时间内难以恢复，严重影响铁路的安全高效运营；耦合计算突发事件下存在区域临时限速下时空范围的多列车追踪计算量较大，阶段计划生成时间较长，导致列车运行秩序短时间内难以恢复，严重影响铁路的安全高效运营。亟需提高一种科学、高效的多列车运行态势实时推演方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多列车运行态势推演方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供一种多列车运行态势推演方法，包括如下步骤：
步骤S1：获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息；
步骤S2：确定列车牵引计算与区域临时限速下时空范围的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；其中，步骤S2具体包括计算多列车运行态势信息，获得列车在区间运行的加速度、速度和通过时刻信息；
步骤S3：根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；
其中，所述步骤S3具体包括：
不同闭塞制式下的多车运行追踪模型包括:
准移动闭塞下
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（7）
移动闭塞-绝对制动下
Figure 438381DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 824363DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（8）
移动闭塞-相对制动下
Figure 807363DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 671414DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（9）
虚拟编组下
Figure 689048DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 980352DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（10）
其中
Figure 919489DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 587231DEST_PATH_IMAGE002
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g+1的EOA及EOA位 置处的速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g 的EOA 及EOA 位置 处的速度，xg,τ表示列车g在时刻τ的位置，xg,τ-1表示列车g在时刻τ-1的位置，Lsafe为安全防 护距离,Lblock为前行列车g距离其最近闭塞分区的距离，Ltrain为列车长度；
步骤S4：根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
步骤S5：将多列车运行态势发送至行车调度台。
优选的，步骤S2-1：计算列车牵引状态下运行加速度；
步骤S2-2：首车驾驶策略生成；
首车驾驶策略包括从始发站的发车进路信号机开始，至下一停站车站的接车进路信号机，计算首车节时驾驶策略，获得首车运行态势信息，首车运行态势信息包括首车的加速度、速度和通过时刻、在车站的运行时间和到达车站的晚点时间。
优选的，所述步骤S2-1具体包括：
列车牵引状态下运行加速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（1）
式中：Fmax和Bmax分别表示列车最大牵引力和最大制动力；n1、n2为状态参数，n1、n2组合决定列车运行工况，运行工况包括牵引、巡航、惰行和制动；R(v)表示列车运行基本阻力，与列车运行速度v有关；W表示列车运行附加阻力，包括坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道附加阻力，m为列车质量。
优选的，所述步骤S2-2具体包括：
列车g在当前位置j的运行加速度a g,j、速度vg,j和通过时刻tg,j的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（2）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，a表示列车牵引状态下运行加速度，a max表示最大加速度，δmax表示最大加速度变化率，tg,j-1表示列车g通过j-1位置的通过时刻，a g,j-1表示列车g在j-1位置的运行加速度；Vk表示列车在当前所在限速区段的限速值，vg,j表示列车g在当前位置j的速度，vg,j-1表示列车g在位置j-1的速度，△j表示更新列车g位置时的距离步长；△tgj-1j表示列车g在第j-1个位置至第j个位置的运行时间；
列车g到达车站i+1的晚点时间wj, i+1预测值为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（6）
其中：△tg,i, i +1表示列车g在第i个车站至i+1个车站的运行时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为 列车g在区间（i, i+1）的图定区间运行时间。
优选的，所述步骤S4具体包括：
若临时限速不影响追踪列车运行，则在闭塞制式EOA的约束下，追踪列车驾驶策略可直接读取无临时限速条件下的首车节时驾驶策略；
若追踪列车受临时限速影响，则执行启发式规则，计算追踪列车的驾驶策略。
优选的，判定临时限速是否影响后行追踪列车，
若当前时刻τ在限速区段的时间范围
Figure DEST_PATH_IMAGE015
内，根据多车运行追踪模型计 算追踪列车g+1在当前时刻τ的EOA位置
Figure 472754DEST_PATH_IMAGE007
；若
Figure 200539DEST_PATH_IMAGE007
在空间范围
Figure DEST_PATH_IMAGE016
内， 则追踪列车将受到临时限速影响；若不在空间范围内，则不受临时限速影响，其中，k表示第 k个限速区段，
Figure 892551DEST_PATH_IMAGE015
表示第k个限速区段的时间范围，
Figure 363984DEST_PATH_IMAGE016
表示第k个限 速区段的空间范围。
优选的，所述执行启发式规则，计算追踪列车的驾驶策略具体包括：
步骤S4-1-1：从xg+1,τ至
Figure 90631DEST_PATH_IMAGE001
，应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算追 踪列车g+1不受临时限速影响下的最大牵引-巡航驾驶策略，其中，xg+1,τ为列车g+1在当前时 刻τ的位置，
Figure 989317DEST_PATH_IMAGE001
表示当前时刻τ下后行追踪列车g+1的EOA；
步骤S4-1-2：从
Figure 699784DEST_PATH_IMAGE001
至xg+1,τ应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算追 踪列车g+1受临时限速影响下的最大制动-巡航驾驶策略；
步骤S4-1-3：追踪列车g+1在
Figure DEST_PATH_IMAGE017
各位置处的实际速度等于 步骤4-1-1和4-1-2驾驶策略下速度的最小值，更新追踪列车g+1按照实际速度运行时，在
Figure DEST_PATH_IMAGE018
各位置处的通过时刻。
优选的，步骤S1包括，调度员下达调度命令至无线闭塞中心，同时行车调度台将调度信息发送至无线闭塞中心；调度命令包含临时限速信息、线路信息和列车状态信息，调度信息至少包括接发车时刻、发车次序，线路信息至少包括车站公里标、坡道坡度、曲率、空气阻力、临时限速和电分相。
优选的，所述步骤S5具体包括：
步骤S5-1：RBC决策器输出多列车运行态势，多列车运行态势至少包括列车在未来时间段内的加速度、速度、通过时刻、区间运行时间、到站晚点时间，经由RBC发送至行车调度台；
步骤S5-2：行车调度台可将多列车运行态势下的运行图调整方案下界作为最终的阶段调整计划，或根据该下界微小调整阶段计划；
步骤S5-3：RBC从列车接收运行数据和行车许可请求等信息，从地面应答器获取线路参数；
步骤S5-4：RBC向其管辖范围内的各列车发送线路静态数据、行车许可和多列车运行态势，各列车可按照多列车运行态势下的目标速度曲线控车运行，或根据该曲线微小调整驾驶策略。
本发明还提供一种多列车运行态势推演装置，其特征在于，所述多列车运行态势推演装置包括调度指挥模块和列车运行控制系统；
调度指挥模块包括：
获取模块，用于获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息；
推演计算模块，用于确定列车牵引计算与区域临时限速下时空范围的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；计算多列车运行态势信息，获得列车在区间运行的加速度、速度和通过时刻信息；根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
其中，不同闭塞制式下的多车运行追踪模型包括:
准移动闭塞下
Figure 647012DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 21974DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 825982DEST_PATH_IMAGE003
（7）
移动闭塞-绝对制动下
Figure 289324DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 836980DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 69378DEST_PATH_IMAGE004
（8）
移动闭塞-相对制动下
Figure 575446DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 994926DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 611852DEST_PATH_IMAGE005
（9）
虚拟编组下
Figure 698757DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 110147DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 282502DEST_PATH_IMAGE006
（10）
其中
Figure 437540DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 644530DEST_PATH_IMAGE002
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g+1的EOA及EOA位 置处的速度，
Figure 226821DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 886473DEST_PATH_IMAGE008
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g 的EOA 及EOA 位置 处的速度，xg,τ表示列车g在时刻τ的位置，xg,τ-1表示列车g在时刻τ-1的位置，Lsafe为安全防 护距离,Lblock为前行列车g距离其最近闭塞分区的距离，Ltrain为列车长度；
发送模块，用于将多列车运行态势发送至行车调度台；
列车运行控制系统用于根据多列车运行态势控制列车行驶。
本发明提供了一种多列车运行态势推演方法及装置，在传统调度指挥和列车运行控制系统的架构下，构建信息交互流程，分析多列车追踪与区域临时限速下时空范围的耦合作用机理，提出不同闭塞制式下的多列车运行态势推演方法，为调度员调整阶段计划和列车司机制定驾驶策略提供依据，降低了调度调整过程中对人为经验的依赖，提高了运行调整的科学性。
附图说明
图1多列车运行态势推演方法流程示意图；
图2多列车运行态势推演方法的信息交互流程示意图；
图3首车节时驾驶策略计算的流程示意图；
图4不同闭塞制式下后行追踪列车EOA计算的示意图；
图5临时限速影响追踪列车的示意图；
图6多列车运行态势推演结果。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
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。
以下结合附图对本发明的技术方案进一步阐述。
现有技术中的铁路信号系统主要依赖调度人员的经验估计列车运行态势，调整列车驾驶策略，列车控制效率低，本发明提供一种多列车运行态势推演方法，如图1所示，信息交互流程的示意图如图2所示。多列车运行态势推演方法包括如下步骤：
步骤S1：获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息。
受突发事件影响，调度员下达调度命令至无线闭塞中心，同时行车调度台将调度信息发送至无线闭塞中心；其中，调度命令包含临时限速信息、线路信息和列车状态信息，调度信息至少包括接发车时刻、发车次序，线路信息至少包括车站公里标、坡道坡度、曲率、空气阻力、临时限速和电分相。
具体来说，当自然因素、列车故障或客流异动等不同类型的突发事件发生时，调度员根据技术规定、调度规定和非正常行车应急处置预案等规章制度，针对性地下达调度命令；调度命令经由临时限速服务器（Temporary Speed Limit Server，TSRS）发送至无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC），RBC转发上述信息至RBC决策器。
本发明在获取信息时，实现了不同类型突发事件下列车动态信息和线路静态数据的感知和融合，解决了传统铁路信号系统信息利用率差的问题。
步骤S2：分析列车牵引计算与区域临时限速下时空范围之间的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略。步骤S2包括计算多列车运行态势信息，为调度员调整阶段计划提供列车在区间运行的加速度、速度和通过时刻等信息。
步骤S2-1：计算列车牵引状态下运行加速度。
列车牵引状态下运行加速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（1）
式中：Fmax和Bmax分别表示列车最大牵引力和最大制动力，可根据动车组已有的牵引和制动特性曲线计算得到；n1、n2为状态参数，n1、n2组合决定列车运行工况，运行工况包括牵引（n1=1，n2=0）、巡航（n1∈（0,1），n2=0）、惰行（n1=0，n2=0）、和制动（n1=0，n2=1）；R(v) 表示列车运行基本阻力，与列车运行速度v有关；W表示列车运行附加阻力，包括坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道附加阻力，分别根据坡道坡度、曲线半径和隧道长度计算得到。m为列车质量。
步骤S2-2：首车驾驶策略生成。
g∈｛1,2,…,G｝示第g辆列车，车站表示为i∈｛1,…,I｝，列车位置点表示为j∈｛1,…,J｝，限速区段表示为k∈｛1,…,K｝其中，G、I、J和K分别表示列车、车站、位置点和限速区段的总数。
由于铁路运营以列车晚点时间尽可能最小为目标，故选择节时驾驶策略作为首车驾驶策略。首车作为所考虑时域范围内的第一列列车，前方无运行列车，其追踪的行车许可终点（End of Authority，EOA）始终是前方停站车站的接车进路信号机所在位置，首车驾驶策略包括从始发站的发车进路信号机开始，至下一停站车站的接车进路信号机计算首车节获得首车运行态势信息，首车运行态势信息包括首车在第j（j=1,2…,J-1,J）个位置处的加速度、速度和通过时刻、在第i个车站至i +1个车站的运行时间和到达车站i+1的晚点时间。令列车在当前所在限速区段和下一限速区段的限速值分别为Vk和Vk+1，列车g在当前位置j的速度为vg,j，其中，列车为当前时域范围内的首车，计算过程如图3所示。
图3中，当计算列车g在位置j处的运行速度vg,j大于Vk时，则列车执行巡航工况，使vg,j=Vk。
列车g在当前位置的运行加速度a g,j、速度vg,j和通过时刻tg,j，的计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（4）
其中，a表示列车牵引状态下运行加速度，a max表示最大加速度，δmax表示最大加速度变化率，tg,j-1表示列车g通过j-1位置的通过时刻，a g,j-1表示列车g在j-1位置的运行加速度；列车g在当前位置j的运行加速度a g,j在列车牵引状态下运行加速度a的基础上，还受最大加速度a max和最大加速度变化率δmax的约束。
vg,j表示列车g在当前位置j的速度，其受列车在当前限速区段限速值Vk的约束。vg,j-1表示列车g在位置j-1的速度，△j表示更新列车位置时的距离步长；为一预设值，作为一种可选的实施例，距离步长根据实时性和求解精度的具体需求进行选取。
△tg，j-1，j表示列车g在第j-1个位置至第j个位置的运行时间；列车g在第i个车站至i+1个车站的运行时间等于该列车在该区间各距离步长内运行时间之和，即
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（5）
则列车g到达车站i+1的晚点时间wg,i+1预测值为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
（6）
式中：
Figure 720568DEST_PATH_IMAGE014
为列车g在区间（i, i+1）的图定区间运行时间。
步骤S3：根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；
EOA表示追踪的行车许可终点，即允许后行追踪列车行驶的最远位置。追踪列车按 照闭塞制式，根据前行列车在当前时刻下的运行位置和速度，追踪前车运行。
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示当前时刻，其中，所考虑的时域范围为［ 0，Γ］。基于步骤S2列车牵引计算与区域临时限速下时空范围之间的耦合关系分析，分别建 立不同闭塞制式下的多车运行追踪模型，不同闭塞制式包括准移动闭塞、移动闭塞-绝对制 动、移动闭塞-相对制动和虚拟编组的4种闭塞制式，如图4所示。
① 准移动闭塞下
Figure 250906DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 1169DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
（7）
②移动闭塞-绝对制动下
Figure 616958DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 379378DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
（8）
③移动闭塞-相对制动下
Figure 29802DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 688316DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
（9）
④虚拟编组下
Figure 56981DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 91933DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
（10）
其中，
Figure 862443DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 957438DEST_PATH_IMAGE002
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g+1的EOA及EOA位 置处的速度，
Figure 813398DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 917620DEST_PATH_IMAGE008
分别表示当前时刻τ下后行追踪列车g的EOA及EOA位置处的 速度，xg,τ表示列车g在时刻τ的位置，xg,τ-1表示列车g在时刻τ-1的位置，Lsafe为安全防护距 离，Lblock为前行列车g距离其最近闭塞分区的距离，Ltrain为列车长度。
本发明提供了不同闭塞制式下的追踪模型，能够适用于任何铁路闭塞制式，且分 别建立了移动闭塞下的绝对制动和相对制动模型，相较于绝对制动模型，相对制动模型下 多列车追踪效率更高。绝对制动是后行列车工g+1追踪前行列车g在前一时刻τ-1时的位置， 相对制动是考虑前车运动，后行列车g+1追踪前行列车g在当前时刻τ的位置。虚拟编组则以 减小多列车追踪间隔为目的，后行列车追踪前行列车EOA的同时，也追踪前行列车的运行速 度
Figure 542637DEST_PATH_IMAGE008
。不同闭塞制适应于不同的场景，提高了模型的适用性，进而提高了运行态势推 演方法的适用性。
建立模型后，还包括根据临时限速信息调整多车运行追踪模型。
具体来说，判定临时限速是否影响后行追踪列车g+1，如图5所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
（11）
其中，k表示第k个限速区段，
Figure 542954DEST_PATH_IMAGE015
表示第k个限速区段的时间范围，
Figure 886211DEST_PATH_IMAGE016
表示第k个限速区段的空间范围。若当前时刻τ在限速区段的时间范围
Figure 794124DEST_PATH_IMAGE015
内，根据多车运行追踪模型计算追踪列车g+1在当前时刻τ的EOA位置
Figure 273647DEST_PATH_IMAGE001
；若
Figure 976023DEST_PATH_IMAGE001
在空间范围
Figure 806576DEST_PATH_IMAGE016
内，则追踪列车将受到临时限速影响，后 行追踪列车的驾驶策略不能直接读取历史运行数据，需应用步骤S4的启发式规则进行计 算。
EOA计算完成后，还包括RBC根据EOA计算结果，结合联锁系统发送的前方进路信息和轨道电路区段状态，为后行追踪列车分配空闲进路。
本发明提供了适用于所有闭塞制式的多车追踪模型，根据不同突发事件下临时限速是否影响追踪列车，精确解耦多列车追踪、区域临时限速下时空范围与突发事件之间的关联关系。
步骤S4：根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
若临时限速不影响追踪列车运行，则在闭塞制式EOA的约束下，追踪列车驾驶策略可直接读取无临时限速条件下的首车节时驾驶策略，无需重新计算。若追踪列车受临时限速影响，则执行启发式规则，计算追踪列车的驾驶策略。令xg+1,τ为列车g+1在当前时刻τ的位置，计算追踪列车驾驶策略的启发式规则如下：
步骤S4-1-1：从xg+1,τ至
Figure 252601DEST_PATH_IMAGE001
，应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算追 踪列车g+1不受临时限速影响下的最大牵引-巡航驾驶策略，其中，xg+1,τ为列车g+1在当前时 刻τ的位置；
步骤S4-1-2：从
Figure 586630DEST_PATH_IMAGE001
至xg+1, τ应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算追 踪列车g+1受临时限速影响下的最大制动-巡航驾驶策略；
步骤S4-1-3：追踪列车g+1在
Figure 456979DEST_PATH_IMAGE017
各位置处的实际速度等于 步骤4-1-1和4-1-2驾驶策略下速度的最小值。更新追踪列车g+1按照实际速度运行时，在
Figure 774828DEST_PATH_IMAGE017
各位置处的通过时刻。
利用启发式规则计算出后续追踪列车在时域范围［0，Γ］的驾驶策略，并更新所有列车在运行区间各位置处的实际速度和通过时刻，以及区间运行时间和到站晚点时间，最终推演生成多车运行态势。
以中国某条高速铁路线路某日下行6点至7点的时刻表为实施例，限速区段的时间范围为6点20分至6点40分，空间范围为该线路40千米至60千米，采用准移动闭塞制式，计算得到本发明方法下的多列车运行线和目标速度曲线，如图6所示。其中，多列车运行线（图6中虚线）是满足多列车安全距离追踪下运行图调整方案的下界，表明调度员给出的阶段计划调整结果不能在该下界右侧。同样地，多列车目标速度曲线（图6中实线）可作为多列车运行速度防护曲线，列车实际运行速度不能超过该曲线。
步骤S5：将多列车运行态势发送至行车调度台。
将多列车运行态势发送至行车调度台，辅助调度员调整阶段计划；同时，该态势信息发送至线路上各列车，辅助列车优化驾驶策略。
步骤S5具体包括：
步骤S5-1：RBC决策器输出多列车运行态势，多列车运行态势至少包括列车在未来时间段内的加速度、速度、通过时刻、区间运行时间、到站晚点时间，经由RBC发送至行车调度台；
步骤S5-2：行车调度台可将多列车运行态势下的运行图调整方案下界作为最终的阶段调整计划，或根据该下界微小调整阶段计划；
步骤S5-3：RBC从列车接收运行数据和行车许可（Movement Authority，MA）请求等信息，从地面应答器获取线路参数；
步骤S5-4：RBC向其管辖范围内的各列车发送线路静态数据、MA和多列车运行态势，各列车可按照多列车运行态势下的目标速度曲线控车运行，或根据该曲线微小调整驾驶策略。
综上，本发明提供的多列车运行态势推演方法，使得调度员可按照多列车运行态势下的多列车运行线调整阶段计划，由此减小调度员的工作强度，提升铁路运营的应急处置效率。列车司机可根据多列车运行态势下的多列车目标速度曲线，控制列车安全准点运行。
本发明还提供一种多列车运行态势推演装置，包括调度指挥模块和列车运行控制系统，
调度指挥模块包括：
获取模块，用于获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息。
推演计算模块，用于分析列车牵引计算与区域临时限速下时空范围之间的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
发送模块，用于将多列车运行态势发送至行车调度台；
列车运行控制系统用于根据多列车运行态势控制列车行驶。
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。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种多列车运行态势推演方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息；
步骤S2：确定列车牵引计算与区域临时限速下时空范围的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；其中，步骤S2具体包括计算多列车运行态势信息，获得列车在区间运行的加速度、速度和通过时刻信息；
步骤S3：根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；
所述步骤S3具体包括：
不同闭塞制式下的多车运行追踪模型包括:
准移动闭塞下
Figure 436657DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 822639DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 461431DEST_PATH_IMAGE003
（7）
移动闭塞-绝对制动下
Figure 325482DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 874275DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 306524DEST_PATH_IMAGE004
（8）
移动闭塞-相对制动下
Figure 42399DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 834774DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 238074DEST_PATH_IMAGE005
（9）
虚拟编组下
Figure 965859DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 64396DEST_PATH_IMAGE002
的计算公式为：
Figure 535828DEST_PATH_IMAGE006
（10）
其中
Figure 793634DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 957899DEST_PATH_IMAGE002
分别表示当前时刻τ下列车g+1的EOA及EOA位置处的速度，
Figure 58580DEST_PATH_IMAGE007
表示当前时刻τ下列车g 的EOA 位置处的速度，xg,τ表示列车g在时刻τ的位置，xg,τ-1 表示列车g在时刻τ-1的位置，Lsafe为安全防护距离,Lblock为列车g距离其最近闭塞分区的距 离，Ltrain为列车长度；
步骤S4：根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
步骤S5：将多列车运行态势发送至行车调度台。
2.如权利要求1所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S2-1：计算列车牵引状态下运行加速度；
步骤S2-2：首车驾驶策略生成；
首车驾驶策略包括从始发站的发车进路信号机开始，至下一停站车站的接车进路信号机，计算首车节时驾驶策略，获得首车运行态势信息，首车运行态势信息包括首车的加速度、速度和通过时刻、在车站的运行时间和到达车站的晚点时间。
3.如权利要求2所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述步骤S2-1具体包括：
列车牵引状态下运行加速度为：
Figure 68124DEST_PATH_IMAGE008
（1）
式中：Fmax和Bmax分别表示列车最大牵引力和最大制动力；n1、n2为状态参数，n1、n2组合决定列车运行工况，运行工况包括牵引、巡航、惰行和制动；R(v)表示列车运行基本阻力，与列车运行速度v有关；W表示列车运行附加阻力，包括坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道附加阻力，m为列车质量。
4.如权利要求2所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述步骤S2-2具体包括：
列车g在当前位置j的运行加速度a g,j、速度vg,j和通过时刻tg,j的计算公式为
Figure 446016DEST_PATH_IMAGE009
（2）
Figure 515603DEST_PATH_IMAGE010
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（4）
其中，a表示列车牵引状态下运行加速度，a max表示最大加速度，δmax表示最大加速度变化率，tg,j-1表示列车g通过j-1位置的通过时刻，a g,j-1表示列车g在j-1位置的运行加速度；Vk表示列车在当前所在限速区段的限速值，vg,j表示列车g在当前位置j的速度，v g,j-1表示列车g在位置j-1的速度，△j表示更新列车位置时的距离步长；△tg,j-1,j表示列车g在第j-1个位置至第j个位置的运行时间；
列车g到达车站i+1的晚点时间wg,i+1预测值为
Figure 343661DEST_PATH_IMAGE012
（6）
其中：△tg,i,i+1表示列车g在第i个车站至i + 1个车站的运行时间，
Figure 156896DEST_PATH_IMAGE013
为列 车g在区间（i, i+1）的图定区间运行时间。
5.如权利要求4所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
若临时限速不影响追踪列车运行，则在闭塞制式EOA的约束下，追踪列车驾驶策略直接读取无临时限速条件下的首车节时驾驶策略；
若追踪列车受临时限速影响，则执行启发式规则，计算追踪列车的驾驶策略。
6.如权利要求5所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，判定临时限速是否影响 后行追踪列车，若当前时刻τ在限速区段的时间范围
Figure 513928DEST_PATH_IMAGE014
内，根据多车运行追踪模 型计算列车g+1在当前时刻τ的EOA位置
Figure 19996DEST_PATH_IMAGE015
，若
Figure 705055DEST_PATH_IMAGE015
在空间范围
Figure 321981DEST_PATH_IMAGE016
内，则追踪列车将受到临时限速影响；若不在空间范围内，则不受临时限速影响，其中，k表 示第k个限速区段，
Figure 284252DEST_PATH_IMAGE014
表示第k个限速区段的时间范围，
Figure 961221DEST_PATH_IMAGE016
表示第k 个限速区段的空间范围。
7.如权利要求6所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述执行启发式规则，计算追踪列车的驾驶策略具体包括：
步骤S4-1-1：从xg+1,τ至
Figure 133576DEST_PATH_IMAGE015
，应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算列车g+1 不受临时限速影响下的最大牵引-巡航驾驶策略，其中，xg+1,τ为列车g+1在当前时刻τ的位 置，
Figure 288614DEST_PATH_IMAGE015
表示当前时刻τ下列车g+1的EOA；
步骤S4-1-2：从xg+1,τ至
Figure 620238DEST_PATH_IMAGE015
，应用步骤S2-2的节时驾驶策略求解方法计算列车g+1 受临时限速影响下的最大制动-巡航驾驶策略；
步骤S4-1-3：列车g+1在
Figure 468109DEST_PATH_IMAGE017
各位置处的实际速度等于步骤4-1-1 和4-1-2驾驶策略下速度的最小值，更新列车g+1按照实际速度运行时，在
Figure 862181DEST_PATH_IMAGE017
各位置处的通过时刻。
8.如权利要求1所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，
步骤S1包括，调度员下达调度命令至无线闭塞中心，同时行车调度台将调度信息发送至无线闭塞中心；调度命令包含临时限速信息、线路信息和列车状态信息，调度信息至少包括接发车时刻、发车次序，线路信息至少包括车站公里标、坡道坡度、曲率、空气阻力、临时限速和电分相。
9.如权利要求1所述的多列车运行态势推演方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
步骤S5-1：RBC决策器输出多列车运行态势，多列车运行态势至少包括列车在未来时间段内的加速度、速度、通过时刻、区间运行时间、到站晚点时间，经由RBC发送至行车调度台；
步骤S5-2：行车调度台将多列车运行态势下的运行图调整方案下界作为最终的阶段调整计划，或根据该下界微小调整阶段计划；
步骤S5-3：RBC从列车接收运行数据和行车许可请求信息，从地面应答器获取线路参数；
步骤S5-4：RBC向其管辖范围内的各列车发送线路静态数据、行车许可和多列车运行态势，各列车按照多列车运行态势下的目标速度曲线控车运行，或根据该曲线微小调整驾驶策略。
10.一种多列车运行态势推演装置，其特征在于，所述多列车运行态势推演装置包括调度指挥模块和列车运行控制系统；
调度指挥模块包括：
获取模块，用于获取临时限速信息、调度信息、线路信息和列车状态信息；
推演计算模块，用于确定列车牵引计算与区域临时限速下时空范围的耦合关系，计算时域范围内首车节时驾驶策略；计算多列车运行态势信息，获得列车在区间运行的加速度、速度和通过时刻信息；根据前车运行位置和速度，建立不同闭塞制式下多车运行追踪模型；根据临时限速信息，推演后行追踪列车驾驶策略，计算多列车运行态势信息；
其中，不同闭塞制式下的多车运行追踪模型包括:
准移动闭塞下
Figure 696276DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 492193DEST_PATH_IMAGE018
的计算公式为：
Figure 510965DEST_PATH_IMAGE019
（7）
移动闭塞-绝对制动下
Figure 657913DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 544966DEST_PATH_IMAGE018
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
（8）
移动闭塞-相对制动下
Figure 195390DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 119484DEST_PATH_IMAGE018
的计算公式为：
Figure 629094DEST_PATH_IMAGE021
（9）
虚拟编组下
Figure 929625DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 965714DEST_PATH_IMAGE018
的计算公式为：
Figure 60709DEST_PATH_IMAGE022
（10）
其中
Figure 306883DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 145526DEST_PATH_IMAGE018
分别表示当前时刻τ下列车g+1的EOA及EOA位置处的速度，
Figure 770542DEST_PATH_IMAGE007
表示当前时刻τ下列车g 的EOA 位置处的速度，xg,τ表示列车g在时刻τ的位置，xg,τ-1 表示列车g在时刻τ-1的位置，Lsafe为安全防护距离,Lblock为列车g距离其最近闭塞分区的距 离，Ltrain为列车长度；
发送模块，用于将多列车运行态势发送至行车调度台；
列车运行控制系统用于根据多列车运行态势控制列车行驶。
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