CN115214754A - 用于算法验证的仿真平台的列车位置矫正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于算法验证的仿真平台的列车位置矫正方法,包括在每个时刻执行如下步骤：S1、获取列车动力学模型发送的列车运行距离信息并将其转化为列车真实车头位置信息，以及获取当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息；S2、基于列车真实车头位置信息判断列车车头是否在当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器的辐射范围内，当列车车头在该应答器辐射范围内时，将该应答器信号、当前时刻列车真实车头位置信息、当前时间戳作为应答器信息通过仿真平台发送给列车；S3、基于应答器信息矫正列车车头位置并基于矫正后的列车车头位置更新仿真平台中的对应列车车头位置。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体来说，涉及轨道交通系统控制仿真领域，更具体地说，涉及一种用于算法验证的仿真平台的列车位置矫正方法。
背景技术
在轨道交通领域，为了保证轨道交通系统的安全运行，需要对其进行系统仿真。所谓系统仿真，是在系统分析的基础上，对系统的各个部分的性质包括它们之间的关系的性质进行分析，从而创建出能够对系统结构和系统的运行状态、过程进行描述并且拥有符合要求的数量和逻辑的关系的仿真模型，且同时基于仿真模型进行实验，并且需要根据实验的结果进行定性或者定量的研究，来对系统进行正确的判断。在一般情况下，仿真系统都是利用客观的系统模型，代替真实模型进行客观的、真实的实验，并在这实验的基础上，进行系统性能等方面的评价。因此，为了能更好的复现轨道交通系统中列车在物理环境下的运行状态，仿真平台的各个环节都应当采用趋于真实的模拟方法。但目前针对轨道交通系统仿真平台的研究，主要适用于场景验证及功能测试，专业单一，系统复杂，扩展性较差，列车运行状态不能很好的复现，没有对列车控制算法的仿真，针对列车控制算法(ATO算法)的研究，不能很好的实现列车运行状态的复现，不能准确的模拟列车通过应答器的定位问题。而列车控制算法是轨道交通系统中重要组成部分，好的控制算法对列车运行的安全保障具有重要意义，要实现列车运行状态的复现，就需要准确的模拟列车通过应答器定位列车运行位置，因此，如何在仿真平台中实现模拟通过应答器实现列车的精确定位对于控制算法的验证以及更好的匹配列车动力学模型、实现更高要求的仿真研究具有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供了一种能够实现仿真系统中列车与真实场景列车位置准确复现的用于算法验证的仿真平台的列车位置校正方法及系统。
根据本发明的第一方面，提供一种用于算法验证的仿真平台的列车位置矫正方法,用于在仿真平台中对列车进行定位，所述方法包括在每个时刻执行如下步骤：S1、获取列车动力学模型发送的列车运行距离信息并将其转化为列车真实车头位置信息，以及获取当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息；S2、基于列车真实车头位置信息判断列车车头是否在当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器的辐射范围内，当列车车头在该应答器辐射范围内时，将该应答器信号、当前时刻列车真实车头位置信息、当前时间戳作为应答器信息通过仿真平台发送给列车，其中，列车车头满足如下条件时列车车头在距离列车最近的应答器辐射范围内：-L<Pa-Pb<L，其中，L为应答器辐射范围，Pa为当前时刻列车真实车头位置信息，Pb为当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置；S3、基于应答器信息矫正列车车头位置并基于矫正后的列车车头位置更新仿真平台中的对应列车车头位置，矫正后的列车车头位置为列车车头真实位置在列车运行方向上运行应答器信息传输过程中列车运行距离后的位置。优选的，矫正后的列车位置为：
S2＝S1+△S
其中，S1为应答器信息中的当前时刻的列车真实车头位置信息，S2为矫正后的列车车头位置信息，△S为应答器信息传输过程中列车运行距离，且：
△S＝V*(T2-T1)
其中，T1为应答器信息中的时间戳，T2为车载仿真模块接收到应答器信息的时刻，V为列车在T2时刻时车载仿真模块计算出的列车行驶速度，且T1和T2满足：
T2-T1≥△T
其中，△T为应答器信息传输时间。
优选的，列车经过每一个应答器辐射范围内时，针对每个应答器只发送一次应答器信息。
根据本发明的第二方面，提供一种用于实现如本发明第一方面所述方法的列车位置校正系统，所述系统包括：轨旁仿真模块，其配置于轨旁，用于获取列车动力学模型发送的列车运行距离信息并将其转化为列车真实车头位置信息，以及获取当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息，并基于列车真实车头位置信息判断列车车头是否在当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器的辐射范围内，当列车车头在该应答器辐射范围内时，将该应答器信号、当前时刻列车真实车头位置信息、当前时间戳作为应答器信息发送给列车，其中，列车车头满足如下条件时列车车头在距离列车最近的应答器辐射范围内：-L<Pa-Pb<L，其中，L为应答器辐射范围，Pa为当前时刻列车真实车头位置信息，Pb为当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置；车载仿真模块，其配置于列车上，用于接收应答器信息以及基于应答器信息矫正列车车头位置并基于矫正后的列车车头位置更新仿真平台中对应的列车车头位置，矫正后的列车车头位置为列车车头真实位置在列车运行方向上运行应答器信息传输过程中列车运行距离后的位置。优选的，矫正后的列车位置为：
S2＝S1+△S
其中，S1为应答器信息中的当前时刻的列车真实车头位置信息，S2为矫正后的列车车头位置信息，△S为应答器信息传输过程中列车运行距离，且：
△S＝V*(T2-T1)
其中，T1为应答器信息中的时间戳，T2为车载仿真模块接收到应答器信息的时刻，V为列车在T2时刻时车载仿真模块计算出的列车行驶速度，且T1和T2满足：
T2-T1≥△T
其中，△T为应答器信息传输时间。
根据本发明的第三方面，提供一种用于算法验证的仿真平台，所述平台采用如本发明第一方面所述的方法进行列车位置校正后进行仿真。
与现有技术相比，本发明区别于传统的轨道交通信号系统仿真平台侧重于场景测试及功能验证，采用本发明通过算法验证仿真平台进行列车控制算法研究时，能趋于真实的模拟列车接收无源应答器信息实现位置校正，同时更好的匹配优秀的列车动力学模型，解决传统的仿真平台不能准确的模拟列车通过应答器的定位问题，更有利于列车控制算法的研究。本发明通过在对比真实场景和仿真场景的区别后，基于仿真平台列车离散位置的情况实现了位置和时间的统一，最终完成仿真平台中的精确位置校正，并能通过仿真平台有效的模拟真实场景下的列车位置校正，从而达到提升仿真平台的准确性/真实性的目的，对新的列车控制算法的开发具有重要意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明实施例的列车位置校正示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如背景技术所述的，传统的轨道交通信号系统仿真平台侧重于场景测试及功能验证，没有对控制算法的验证，而在轨道交通系统领域，控制算法是控制系统中必不可少的，控制算法的优劣直接影响列车运行的安全性，控制算法越好，系统运行安全度越高，因此，对控制算法的验证仿真对于轨道交通系统具有重要的意义。
控制算法的仿真验证，最重要的是列车运行状态的复现，要达到列车运行状态的复现，需要获取列车准确的位置信息，为了到底该目的，本发明提出一种用于算法验证仿真平台的列车位置校正方法，实现在通过算法验证仿真平台进行列车控制算法研究是，能趋于真实的模拟列车接收无源应答器信息及功能验证，同时更好的匹配优秀的列车动力学模型，解决传统的仿真平台不能准确的模拟列车通过应答器的定位问题，更有利于列车控制算法的研究。
本发明的方案中，主要涉及轨旁仿真模块和车载仿真模块，其中，轨旁仿真模块配置于轨旁资源处，车载仿真模块配置于列车上。在仿真环境中，轨旁仿真模块只能获取离散的列车真实位置信息，其与列车真实的连续位置信息是有差异的，如果直接基于离散的列车位置信息进行仿真，就不能准确的复现列车状态，因为没有考虑轨旁资源与列车之间的信息交互，因此，本发明在获取离散的列车位置信息后，在满足应答器信息发送条件时，通过仿真平台向车载仿真模块发送应答器信息，应答器信息包括相关应答器信号、列车真实位置信息、时间戳。车载仿真模块基于接收到的应答器信息，在充分考虑应答器信息传输时延的情况下进行列车位置校正，使得仿真系统能趋于真实的模拟列车运行状态，更好地实现仿真环境下列车精确定位，满足更高要求的仿真研究。
下面结合附图从轨旁仿真模块和车载仿真模块两个角度详细说明本发明的方案。(本实施例中的应答器主要指适用于列车定位的无源应答器)
一、轨旁仿真模块
轨旁仿真模块接收列车动力学发送的列车运行距离信息，并将其转化为列车真实车头位置信息(用Pa表示)，然后检索本地存储的列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息(用Pb表示)。
在真实场景下，列车的位置几乎时连续变化的，而当列车靠近定位器一定范围内时，通过车载的BTM天线就能获取到无源应答器信息。但是在仿真平台中，列车的位置基于列车动力学模型进行计算的，因此列车位置是离散的，取值间隔由动力学模型计算列车位置的周期决定，那么将无法完全实现真实场景中列车BTM天线刚刚达到应答器辐射范围内就能获取应答器信息的情况，这时候获取的列车位置信息与真实场景是有差异的，因此，为了实现位置和时间的统一以及趋于真实的模拟列车运行状态，需要对仿真场景中的列车位置进行校正，在轨旁仿真模块通过对应答器信息采用不同的方式进行更新以发送给车载仿真模块对列车位置校正所需的信息。
根据本发明的一个实施例，轨旁仿真模块在满足以下条件时，通过仿真平台向车载仿真模块发送应答器信息:
-L<Pa-Pb<L
其中，L为应答器辐射范围，Pa为当前时刻列车真实车头位置信息，Pb为当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置。
而发送的应答器信息包括：该应答器信号(如应答器编号或者应答器报文)、此时的列车真车头实位置Pa、时间戳。
此外，在真实环境中，当列车BTM天线受到一定强度的信号干扰时，可能会造成无法接收到应答器信息。因此，在仿真平台为了模拟真实环境，也可以假设列车接收到应答器的概率为δ(该值可以自定义，范围为(0,1]，不考虑无法接收到应答器信息时则设置为1)，只有满足以下条件时才发送应答器信息：
rand(0,1]≤δ
特别的，因为真实场景下同一应答器在同一时间只向列车发送一次信息，因此应保证每辆列车经过应答器范围时，都只通过仿真平台给车载仿真模块发送一次应答器信息。根据本发明的一个实施例，本发明通过给应答器设置<已发送>属性来实现应答器信息发送控制，当轨旁仿真模块向车载仿真ATP第一次发送应答器信息后，将该属性置为True，直到该列车真实车头位置不再应答器辐射范围后(即Pa-Pb>L)，再将该属性置为False，由此实现每辆列车经过应答器范围时，都保证只给车载仿真模块发送依次应答器信息。
二、车载仿真模块
车载仿真模块主要通过应答器信息来校正列车位置。而对于车载ATP仿真模块来说，如图1所示，假设T1时刻列车在S1S1位置接收到轨旁仿真模块发送的应答器信息，则可以通过应答器信息中的列车真实车头位置和时间戳得到T1和S1S1的具体取值。考虑到车载仿真模块计算时的周期性，假设在仿真平台中设置的应答器信息传输时间为△TΔT，列车的车载仿真模块将在T2时刻才对接收到的应答器信息进行处理以及位置校正。
其中，T1、T2应当满足：T2-T1≥△T
列车在T2时刻相对于T1时刻的运行的距离为：
△S＝V*(T2-T1)
其中，V为列车在T2时刻时车载仿真模块计算出的行驶速度。
那么，最终车载仿真模块计算得到的列车校正位置为：
S2＝S1+△S
然后，车载仿真模块将基于列车校正位置初始化列车定位误差，并基于校正后的列车位置进行算法验证仿真。
与现有技术相比，本发明区别于传统的轨道交通信号系统仿真平台侧重于场景测试及功能验证，采用本发明通过算法验证仿真平台进行列车控制算法研究时，能趋于真实的模拟列车接收无源应答器信息实现位置校正，同时更好的匹配优秀的列车动力学模型，解决传统的仿真平台不能准确的模拟列车通过应答器的定位问题，更有利于列车控制算法的研究。本发明通过在对比真实场景和仿真场景的区别后，基于仿真平台列车离散位置的情况实现了位置和时间的统一，最终完成仿真平台中的精确位置校正，并能通过仿真平台有效的模拟真实场景下的列车位置校正，从而达到提升仿真平台的准确性/真实性的目的，对新的列车控制算法的开发具有重要意义。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于算法验证的仿真平台的列车位置矫正方法,用于在仿真平台中对列车进行定位，其特征在于，所述方法包括在每个时刻执行如下步骤：
S1、获取列车动力学模型发送的列车运行距离信息并将其转化为列车真实车头位置信息，以及获取当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息；
S2、基于列车真实车头位置信息判断列车车头是否在当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器的辐射范围内，当列车车头在该应答器辐射范围内时，将该应答器信号、当前时刻列车真实车头位置信息、当前时间戳作为应答器信息通过仿真平台发送给列车；
S3、基于应答器信息矫正列车车头位置并基于矫正后的列车车头位置更新仿真平台中的对应列车车头位置，矫正后的列车车头位置为列车车头真实位置在列车运行方向上运行应答器信息传输过程中列车运行距离后的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，列车车头满足如下条件时列车车头在距离列车最近的应答器辐射范围内：
-L<Pa-Pb<L
其中，L为应答器辐射范围，Pa为当前时刻列车真实车头位置信息，Pb为当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，矫正后的列车位置为：
S2＝S1+△S
其中，S1为应答器信息中的当前时刻的列车真实车头位置信息，S2为矫正后的列车车头位置信息，△S为应答器信息传输过程中列车运行距离，且：
△S＝V*(T2-T1)
其中，T1为应答器信息中的时间戳，T2为车载仿真模块接收到应答器信息的时刻，V为列车在T2时刻时车载仿真模块计算出的列车行驶速度，且T1和T2满足：
T2-T1≥△T
其中，△T为应答器信息传输时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，列车经过每一个应答器辐射范围内时，针对每个应答器只发送一次应答器信息。
5.一种用于实现如权利要求1-4任一所述方法的列车位置校正系统，其特征在于，所述系统包括：
轨旁仿真模块，其配置于轨旁，用于获取列车动力学模型发送的列车运行距离信息并将其转化为列车真实车头位置信息，以及获取当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置信息，并基于列车真实车头位置信息判断列车车头是否在当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器的辐射范围内，当列车车头在该应答器辐射范围内时，将该应答器信号、当前时刻列车真实车头位置信息、当前时间戳作为应答器信息发送给列车；
车载仿真模块，其配置于列车上，用于接收应答器信息以及基于应答器信息矫正列车车头位置并基于矫正后的列车车头位置更新仿真平台中对应的列车车头位置，矫正后的列车车头位置为列车车头真实位置在列车运行方向上运行应答器信息传输过程中列车运行距离后的位置。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，列车车头满足如下条件时列车车头在距离列车最近的应答器辐射范围内：
-L<Pa-Pb<L
其中，L为应答器辐射范围，Pa为当前时刻列车真实车头位置信息，Pb为当前时刻列车运行方向上距离列车最近的应答器位置。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，矫正后的列车位置为：
S2＝S1+△S
其中，S1为应答器信息中的当前时刻的列车真实车头位置信息，S2为矫正后的列车车头位置信息，△S为应答器信息传输过程中列车运行距离，且：
△S＝V*(T2-T1)
其中，T1为应答器信息中的时间戳，T2为车载仿真模块接收到应答器信息的时刻，V为列车在T2时刻时车载仿真模块计算出的列车行驶速度，且T1和T2满足：
T2-T1≥△T
其中，△T为应答器信息传输时间。
8.一种用于算法验证的仿真平台，其特征在于，所述平台如权利要求1-4任一所述的方法进行列车位置校正后进行仿真。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至4任一所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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