CN116661429B - 一种列车控制过程动态调试的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种列车控制过程动态调试的方法和系统，涉及列控调试监测领域,其中方法包括在列车轨道上均匀布置标记件，对列控系统的单车功能进行验证，对列车运行前方探测范围进行探测，在间隔周期时间后再次对列车运行前方探测范围进行探测，比较处理结果和再处理结果，获得偏差程度后确认测量的准确性后发送调试等步骤，该方法针对列控过程中的控制参数提供参考，进行动态的调试，完成动态的参数校正，从而最终提高调试效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及列控调试监测领域，具体涉及一种列车控制过程动态调试的方法和系统。
背景技术
列控系统的调试是系统级的动态试验，通常借助列控车载设备，重点对列控系统基本功能和部分性能进行测试。现有的CBTC（Communication Based Train ControlSystem，基于通信的列车控制系统）具有列车自动监控系统ATS（Automatic TrainSupervision）、数据通信系统(DCS)、区域控制中心ZC（Zone Control）、车载控制器(OBCU)和司机显示(DMI)）等子系统以及轨旁的应答器、道岔等，独立于轨道电路，采用高精度的列车定位和连续、高速、双向的数据通信，通过车载和地面安全实现对列车的控制。车地间的通讯控制可以有效的对列车进行监控。对于车车通讯而言，TACS是“基于车车通信的列车自主运行系统“的简称，是指列车基于运行计划和实时位置实现自主资源管理并进行主动间隔防护的信号系统，该系统以车地联锁和车车协同的方式达成更安全、更高效、更经济的目标。
激光雷达（英文：Laser Radar），是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。激光雷达以其优势，已经在列控系统中开始采用，例如公开号为CN113569915A的发明专利公开了一种基于激光雷达的多策略轨道交通障碍物识别方法，其在列控过程中利用了激光雷达作为障碍物监测的传感设备，实现列车前方障碍物实时检测，整个实验均在真实场景进行高精度检测，且易于调试。公开号为CN108490447A的发明专利公开了一种站台门与列车的防夹系统和方法，其在列控过程中利用激光雷达，用于当站台门与列车门均处于关闭状态的情况下利用发射的激光扫描面在站台的一端实时对站台门与列车之间的区域进行障碍物三维扫描检测。
然而，现有技术中并没有将激光雷达应用于列控系统的调试，并且基于调试特点设计适合列车的调控方式，现有的列控系统的调试也大都基于轨旁轨道检查设备，其对于不连续的项目不适用，并且调试受到外界因素影响，从而导致调试效率较低且精度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供列车控制过程动态调试的方法和系统，利用激光雷达技术，针对列控过程中的控制参数提供参考，进行动态的调试，完成动态的参数校正，从而最终提高调试效率和精度。
本发明提供了一种列车控制过程动态调试的方法，包括按照顺序依次进行的如下步骤：
1)、在列车轨道上以相同间隔距离均匀布置标记件，标记件在左侧或右侧设置标记点；
2)、对列控系统的单车功能进行验证，保证列控系统具有正常的运行功能；
3)、在列车运行控制过程中，利用激光雷达对列车运行前方探测范围进行探测，获取探测数据后进行处理；
4）、在间隔周期时间后，在列车继续运行控制过程中，再次利用激光雷达对列车运行前方探测范围进行探测，再次获取探测数据并进行再处理；
5）、比较步骤3）得到的处理结果和步骤4）得到的再处理结果，获得处理结果和再处理结果的偏差程度，如果偏差程度在安全阈值范围内，则认为测量准确，发送测量数据至列控系统进行系统调试；否则，则暂停发送，经再次探测确认后再选择是否发送进行系统调试。
其中，所述步骤1)中标记件布置在两侧铁轨的中心处，并且多个标记件之间具有相同的大小和形状，具有左侧标记点的标记件和具有右侧标记点的标记件依次均匀布置。
其中，轨道为列车车辆厂测试线轨道、车辆段试车线轨道或车辆运行直线轨道中的至少一种。
其中，所述步骤1)中每100米内标记件的设置数量不低于2个。
其中，所述步骤3)具体包括如下步骤：
3.1）、对前方探测范围内的标记件进行探测，获取探测范围内所有标记件的探测数据，同时获取标记点的探测数据；
3.2）、对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行重构，并且从重构的标记件的形状中标示标记点；
3.3）、选择前方探测范围内最远的标记件的重构形状和随机选择另一与最远的标记件相比具有对侧标记点的标记件的重构形状构成基准数据；计算获取分别对应标示的标记点之间的长度距离作为基准距离；
3.4）、利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的探测数据，其中探测数据为直接获取的激光雷达与标记点之间的距离数据；选择前方探测范围内最远的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第一距离。
其中，所述步骤4)具体包括如下步骤：
4.1）、在间隔周期时间后再次进行探测，在同样的重构比例下，以相同的重构方式对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行再重构，并且从再重构的标记件的形状中标示标记点；
4.2）、选择与先前分别相同的两个标记件的再重构形状构成再探测数据，同时计算获取分别对应标记点之间的长度距离，作为再探测距离；
4.3）、将探测距离和再探测距离进行比较，如果比较结果在预设的误差范围内，则认为前后的两次探测和重构有效，否则则认为无效，重新进行探测；
4.4）、在探测和重构有效的基础上，将前后两次的重构形状和再重构形状进行完全比对，计算再重构形状相对于重构形状的减少比例，通过间隔周期时间内的形状减少比例推算列车运行速度；
4.5）、利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的再探测数据，选择与先前相同的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第二距离；
4.6）、利用第一距离和第二距离计算获取列车的测量速度。
其中，所述步骤5)具体包括：计算推算速度相对于测量速度的偏差程度，如果偏差程度在安全阈值范围内，则认为测量速度准确，将测量速度发送至列控系统进行系统调试；否则，则暂停发送，经再次探测确认后再选择是否发送进行系统调试。
其中，利用传输模块将满足要求的测量速度发送至列控系统作为调试参数进行系统调试。
本发明还提供了一种列车控制过程动态调试的系统，包括：
标记件，在列车轨道上以相同间隔距离均匀布置；
激光雷达，设置于列车上；
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于加载并执行上述列车控制过程动态调试的方法。
本发明的列车控制过程动态调试的方法和系统，可以实现：
（1）在列控调试监测领域中，列控系统调试过程中采用特定标记物和标记点的设置方式，利用激光雷达实现精准的测量，并通过特设的处理方式进行处理，比传统激光雷达监测测距和点云成像方式更有针对性，更适用列控调试监测领域，并且实现动态高精度的调控。
（2）速度数据进行确认采用计算和直接测量多种组合方式，并且对探测和重构有效性进行确认，在此基础上进一步的针对速度数据的有效性和精准度进行确认，利用比例和测量结合的方式实现。本发明采用多种手段的处理手段的结合，前后处理方式有机结合，缺一不可，使得整个动态调式过程更加高效和精准。
附图说明
图1为列车控制过程动态调试的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种列车控制过程动态调试的方法和系统，其应用于列车测试和运行过程中的控制和调节，其具体实现方式如附图1所示，其中图1为列车控制过程动态调试的方法流程示意图，下面对列车控制过程动态调试的方法和系统进行具体的介绍。需要注意的是，图1所示出的场景仅为可以用于本发明的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本发明的技术内容，但并不意味着本发明不可以用于其他方法、设备、系统、环境或场景。需要说明的是，本发明提供的列车控制过程动态调试的方法和系统可用于列控调试监测领域的相关方面，也可用其他适应性的领域，本发明提供的列车控制过程动态调试的方法和系统的应用领域不做限定。
本发明提供了一种列车控制过程动态调试的方法，包括按照顺序依次进行的如下步骤：
首先，在列车轨道上以相同间隔距离均匀布置标记件，其中标记件布置在两侧铁轨的中心处，并且多个标记件之间具有相同的大小和形状，需要说明是标记件在左侧或右侧设置标记点，在列车轨道上以相同间隔距离均匀布置标记件时，具有左侧标记点的标记件和具有右侧标记点的标记件依次设置。其中，标记件形状的选择可以根据实际进行设计，其具有一定的识别性，在激光雷达探测的过程中形成的点云状则具有特异性，可被快速的被识别。标记件的材料和工艺此处不做限制，因此对于标记件其本身用到的功能为大小形状和其特定的标记，因此对其材料本身并没有过高的要求，轨道上设置多个标记件并不会带来高的成本。轨道的可以为车辆厂测试线轨道或车辆段试车线轨道，也可以是实际列车的运行轨道。
目前，激光雷达的测距范围可以满足几百米的范围，大都满足上百米的范围，因此优选的方式中，百米内标记件的设置数量不低于2个。并且，优选的方式中，激光雷达为高精度激光雷达。
然后，则需要对列控系统的单车功能进行验证，以保证列控系统具有正常的运行功能。具体的，单车功能的验证包括：列车定位功能，列车的临时限速功能，停站时间功能，自动列车驾驶停站精度，雨雪防护功能，列车开关门功能，列车驾驶模式运行功能，列车超速防护功能，移动监督功能，车门状态监控功能等。这些功能的验证可以采用现有的验证方式进行。
接着，在列车运行控制过程中，利用激光雷达对列车运行前方探测范围内的标记件进行探测，获取标记物探测数据。其中，标记物探测数据包括标记物的点云数据，点距离数据和标记点的位置信息等。由于激光雷达本身具有不受表面障碍物影响的优势，其可以在探测范围内探测到标记件和对应标记点的完整信息，并且对信息进行处理后获取位置，形状，距离，高度和方位等多种目标数据。
需要说明的是，本发明所提供的列车控制过程动态调试的方法和系统在实现过程中的数据也可以在远程服务器中进行存储和处理。相应地，本发明所提供的列车控制过程动态调试的方法和系统中的数据处理一般也可以设置于远程服务器或监控中心中。其中，远程服务器可以为独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络（Content Delivery Net work，CDN）、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
具体来说，对前方探测范围内的标记件进行探测，获取探测范围内所有标记件的探测数据，同时获取标记点的探测数据。
在获取了探测数据后，先对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行重构，并且从重构的标记件的形状中标示标记点。选择前方探测范围内最远的标记件的重构形状和随机选择另一与最远的标记件相比具有对侧标记点的标记件的重构形状构成基准数据，同时计算获取分别对应标示的标记点之间的长度距离作为基准距离。
同时，利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的探测数据，此处探测数据为直接获取的激光雷达与标记点之间的距离数据。在此，选择前方探测范围内最远的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第一距离。
下一步，在间隔周期时间后，在列车继续运行控制过程中，再次利用激光雷达对列车运行前方探测范围内的标记件进行探测，并再次获取标记物探测数据。
具体的，在间隔周期时间后再次进行探测，在同样的重构比例下，以相同的重构方式对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行再重构，并且从再重构的标记件的形状中标示标记点。同样的，选择与先前分别相同的两个标记件的再重构形状构成再探测数据，同样在同时计算获取分别对应标记点之间的长度距离，作为再探测距离。需要说明的是，在同样的重构比例下是指重构实在同样的比例展示中进行，即由于前后两次重构比例相同，则由于前后两次重构的是相同的标记件，则对应的重构形状会在后一次相对变小。
需要说明的是，计算得到的长度距离为绝对距离，即前后两次探测后计算得到的距离是相同的，因此可以将探测距离和再探测距离进行比较，如果比较结果在预设的误差范围内，则认为前后的两次探测和重构有效，否则则认为无效，重新进行探测。
在探测和重构有效的基础上，进一步将前后两次的重构形状和再重构形状进行完全比对，计算再重构形状相对于重构形状的减少比例，通过间隔周期时间内的形状减少比例推算列车运行速度，从而获取列车的推算速度。此处需要说明的是，间隔周期时间和形状减少比例的对应关系可以通过时间-比率-速度对应表获取，时间-比率-速度对应表可以预先校准计算得到，例如在预设的重构比例下，测量距离和比率的变化关系，再利用距离和时间的变化关系进行转化，最终可得到时间-比率-速度对应表。
同时，依然利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的再探测数据，此处再探测数据为直接获取的激光雷达与标记点之间的距离数据。在此，依然选择与先前相同的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第二距离。接着，利用第一距离和第二距离计算获取列车的测量速度。
接着，利用推算速度验证测量速度的准确度，从而避免测量速度出现偏差，导致传输至列控系统进行调试的速度出现错误，导致调试出错。
具体的，计算推算速度相对于测量速度的偏差程度，如果偏差程度在安全阈值范围内，则认为测量速度准确，可以发送至列控系统进行系统调试；否则，则暂停发送，经再次探测确认后再选择是否发送进行系统调试。这样，动态的不断进行探测和速度发送，实时动态的完成系统的调试。
最后，利用传输模块将满足要求的测量速度发送至列控系统作为调试参数进行系统调试。其中，传输模块用于传输数据，在具体的实施过程中，其可以为无线传输模块或有线传输模块。
本发明还提供了一种列车控制过程动态调试的系统，其利用列车控制过程动态调试的方法实现。
本发明提供的列车控制过程动态调试的方法，可以在计算机设备中进行处理，处理装置可以为计算机设备，执行上述方法，所述计算机设备可以包括一个或多个处理器，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)，每个处理单元可以实现一个或多个硬件线程。计算机设备还可以包括任何存储器，其用于存储诸如代码、设置、数据等之类的任何种类的信息。非限制性的，比如，存储器可以包括以下任一项或多种组合：任何类型的RAM，任何类型的ROM，闪存设备，硬盘，光盘等。更一般地，任何存储器都可以使用任何技术来存储信息。进一步地，任何存储器可以提供信息的易失性或非易失性保留。进一步地，任何存储器可以表示计算机设备的固定或可移除部件。在一种情况下，当处理器执行被存储在任何存储器或存储器的组合中的相关联的指令时，计算机设备可以执行相关联指令的任一操作。计算机设备还包括用于与任何存储器交互的一个或多个驱动机构，诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
计算机设备还可以包括输入/输出模块（I/O），其用于接收各种输入(经由输入设备)和用于提供各种输出(经由输出设备))。一个具体输出机构可以包括呈现设备和相关联的图形用户接口(GUI)。在其他实施例中，还可以不包括输入/输出模块（I/O）、输入设备以及输出设备，仅作为网络中的一台计算机设备。计算机设备还可以包括一个或多个网络接口，其用于经由一个或多个通信链路与其他设备交换数据。一个或多个通信总线将上文所描述的部件耦合在一起。
通信链路可以以任何方式实现，例如，通过局域网、广域网(例如，因特网)、点对点连接等、或其任何组合。通信链路可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。
Claims (3)
1.一种列车控制过程动态调试的方法，其特征在于，包括按照顺序依次进行的如下步骤：
1)、在列车轨道上以相同间隔距离均匀布置标记件，标记件在左侧或右侧设置标记点；
2)、对列控系统的单车功能进行验证，保证列控系统具有正常的运行功能；
3)、在列车运行控制过程中，利用激光雷达对列车运行前方探测范围进行探测，获取探测数据后进行处理；
4）、在间隔周期时间后，在列车继续运行控制过程中，再次利用激光雷达对列车运行前方探测范围进行探测，再次获取探测数据并进行再处理；
5）、比较步骤3）得到的处理结果和步骤4）得到的再处理结果，获得处理结果和再处理结果的偏差程度，如果偏差程度在安全阈值范围内，则认为测量准确，发送测量数据至列控系统进行系统调试；否则，则暂停发送，经再次探测确认后再选择是否发送进行系统调试；
其中，所述步骤3)具体包括如下步骤：
3.1）、对前方探测范围内的标记件进行探测，获取探测范围内所有标记件的探测数据，同时获取标记点的探测数据；
3.2）、对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行重构，并且从重构的标记件的形状中标示标记点；
3.3）、选择前方探测范围内最远的标记件的重构形状和随机选择另一与最远的标记件相比具有对侧标记点的标记件的重构形状构成基准数据；计算获取分别对应标示的标记点之间的长度距离作为基准距离；
3.4）、利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的探测数据，其中探测数据为直接获取的激光雷达与标记点之间的距离数据；选择前方探测范围内最远的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第一距离；
所述步骤4)具体包括如下步骤：
4.1）、在间隔周期时间后再次进行探测，在同样的重构比例下，以相同的重构方式对标记件的探测数据进行处理，获取标记件的点云数据后对标记件的形状进行再重构，并且从再重构的标记件的形状中标示标记点；
4.2）、选择与先前分别相同的两个标记件的再重构形状构成再探测数据，同时计算获取分别对应标记点之间的长度距离，作为再探测距离；
4.3）、将探测距离和再探测距离进行比较，如果比较结果在预设的误差范围内，则认为前后的两次探测和重构有效，否则则认为无效，重新进行探测；
4.4）、在探测和重构有效的基础上，将前后两次的重构形状和再重构形状进行完全比对，计算再重构形状相对于重构形状的减少比例，通过间隔周期时间内的形状减少比例推算列车运行速度；
4.5）、利用激光雷达对标记点进行探测，获取标记点的再探测数据，选择与先前相同的标记点，直接测量激光雷达与此标记点之间的距离作为第二距离；
4.6）、利用第一距离和第二距离计算获取列车的测量速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中标记件布置在两侧铁轨的中心处，并且多个标记件之间具有相同的大小和形状，具有左侧标记点的标记件和具有右侧标记点的标记件依次均匀布置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：轨道为列车车辆厂测试线轨道、车辆段试车线轨道或车辆运行直线轨道中的至少一种。
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