CN117261974B - 一种基于二分法的计算模式限速值计算算法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于二分法的计算模式限速值计算算法及系统，所述算法包括，获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度以及减速区起点与目标位置之间的距离；设置中间变量：、和，其中，为速度搜索范围上限，为速度搜索范围下限，为当前速度搜索范围和的中间值；初始化中间变量：令、、；确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度为制动初始速度，中间变量为制动末速度；判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值；所述制动条件为：是否等于；或，与之间的差值是否小于或者等于1。上述算法降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种基于二分法的计算模式限速值计算算法及系统。
背景技术
LKJ（L取自列车拼音首字母，K取自控制拼音首字母，J取自监视拼音首字母，LKJ代表列车运行监控装置）是我国铁路研制的以保证列车运行安全为主要目的列车速度监控装置，其中，列车在减速区运行时，LKJ（列车运行监控装置）从减速区起点位置开始，以列车运行前方减速区终点（停车地点或限速地点）为控制目标点计算产生的速度曲线为控制模式曲线。进一步，控制模式曲线由减速区起点至前方减速区终点中各位置的计算模式限速值组成，其中，减速区是列车在减速地点或减速信号（含停车信号）前，LKJ通过计算制动距离产生的限速值，从恒速区开始下降直至控制目标点的监控列车运行的区域；计算模式限速值是为防止列车超过控制目标点限制速度，LKJ通过计算制动距离产生的限速值；制动距离除机车自身属性外，主要受到制动初速度和制动末速度的影响。进而在计算减速区中目标位置的计算模式限速值时，需要依次遍历减速区起点和终点之间的所有速度,找到制动距离刚好小于目标位置距离所对应的速度，作为该目标位置的计算模式限速值，但上述计算方式的计算效率低、复杂度高。
从而如何高效率的计算得出计算模式限速值越来越成为亟待解决的而技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于二分法的计算模式限速值计算算法及系统，采用上述算法降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
本发明的目的在于提供一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，
获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；
设置中间变量：、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；
基于获取的计算参数，初始化中间变量：令、/>、/>；
确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；
判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值；
所述制动条件为：
是否等于/>；或，
与/>之间的差值是否小于或者等于1。
进一步地，所述判断是否满足制动条件，还包括，若否，
更新中间变量的取值；
基于更新的中间变量的取值，返回，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，更新取值后的中间变量/>为制动末速度。
进一步地，更新中间变量的取值包括，
比较是否小于/>，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>；若否，则令中间变量/>，/>不变，/>。
进一步地，所述和/>的取值为非整数时均向下取整。
进一步地，判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值，其中，
所述计算模式限速值为中间变量的取值。
本发明的另一目的在于提供一种基于二分法的计算模式限速值计算系统，包括，
获取模块，用于获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；
设置模块，用于设置中间变量：、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；
初始化模块，用于基于获取的计算参数，初始化中间变量：令、/>、；
计算模块，用于确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；
判断模块，用于判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值；
所述制动条件为：
是否等于/>；或，
与/>之间的差值是否小于或者等于1。
进一步地，还包括更新模块，在判断模块判断不满足制动条件时，用于更新中间变量的取值，包括，
比较是否小于/>，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>；若否，则令中间变量/>，/>不变，/>。
进一步地，所述计算模块还用于在判断模块判断不满足制动条件时，基于更新的中间变量的取值，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，更新取值后的中间变量/>为制动末速度。
进一步地，所述判断模块用于判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值，其中，
所述计算模式限速值为中间变量的取值。
进一步地，所述和/>的取值为非整数时均向下取整。
本发明的基于二分法的计算模式限速值计算算法在计算减速区中任一目标位置的计算模式限速值时，基于获取的计算参数，对中间变量进行初始化取值，令中间变量，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度，求取制动距离，且采用两个制动条件判断是否满足计算停止要求，从而在计算减速区的计算模式限速值时，通过二分法在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间左右逼近最终值（所要求取的计算模式限速值），以获取中间变量/>的取值，有效地减少了计算/>与/>之间的速度的数量，无需遍历/>与/>之间所有的速度，降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
此外，在设置制动条件时，充分考虑了与/>之间的差值是否小于或者等于1，由于计算模式限速值最小单位为1Km/h，/>与/>的中间值小于或等于1时，/>与/>的中间值在向下取整时，/>的取值为/>，此时目标位置速度在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间选择了两者之中速度最小的/>，保障了列车在目标位置不会超过限制速度，使得基于二分法的计算模式限速值的计算算法更加可靠，也充分保障了列车运行的安全性。
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示出了本发明实施例中的一种基于二分法的计算模式限速值计算算法流程图；
图2示出了本发明实施例中的另一种基于二分法的计算模式限速值计算算法流程图；
图3示出了本发明实施例中的另一种基于二分法的计算模式限速值计算系统结构图。
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。
如图1所示，本发明实施例中介绍了一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，所述算法包括，首先，获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；然后，设置中间变量：/>、/>和/>，其中，为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；然后，基于获取的计算参数，初始化中间变量：令/>、/>、/>；其次，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离/>，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；最后，判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值；其中，所述制动条件为：/>是否等于/>；或，/>与/>之间的差值是否小于或者等于1。对中间变量进行初始化取值，令中间变量/>（也可写为/>，初始化参数时/>），以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度，求取制动距离，且采用两个制动条件判断是否满足计算停止要求，从而在计算减速区的计算模式限速值时，通过二分法在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间左右逼近获取中间变量/>的取值，有效地减少了计算/>与/>之间的速度的数量，无需遍历/>到/>之间所有的速度，降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
具体的，如图2所示，在计算减速区中任一目标位置的计算模式限速值时，通过二分法在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间左右逼近获取中间变量的取值，计算得到该速度下的制动距离，结合目标位置的距离/>，获取该目标位置的计算模式限速值，具体包括以下步骤，
S1、获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>，并设置中间变量：/>、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；由于/>取值是在速度搜索范围里以其为中间采取左右逼近的方式进行取值，故必在/>和/>之间。
S2、基于获取的计算参数，初始化中间变量：、/>、/>，其中，所述/>的取值为非整数时向下取整；通过初始化参数，使得减速区起点至目标位置的速度的范围缩小，提高了计算模式限速值的计算效率和精确度。
S3、以列车在减速区起点的速度为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度，计算得出制动距离/>；进一步，制动距离/>的计算采用的公式如下所示：
式中，为制动距离，单位m（米），/>为空走距离，单位m，/>为有效制动距离，单位m，/>为制动初速度，单位km/h（千米/小时），/>为制动末速度，单位km/h，/>为空走时间，单位s（秒），/>为闸瓦(闸片)换算摩擦系数，/>为列车换算制动率，/>为常用制动系数，/>为列车单位基本阻力，N/kN（牛顿/千牛顿），/>为制动地段加算坡度千分数。
S4、判断制动距离是否等于/>，或者中间变量/>与/>之间的差值是否小于或者等于1，其中，当制动距离/>等于距离/>，或/>与/>之间的差值小于或者等于1，则执行步骤S5，否则，执行步骤S6；具体的，两个判断条件，只要满足其中一个即结束计算。对于第二个条件，在LKJ中，计算模式限速值最小单位为1Km/h（千米/小时），在二分法运算中，如果在计算过程中当/>与/>的差值为1，或/>与/>的差值为1或者小于1，在计算所述/>或的取值为非整数时向下取整，向下取整时/>的取值为/>，此时目标位置速度在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间选择了两者之中速度最小的/>，若继续进行运算，则二分法计算会陷入到死循环，故在/>时，得到计算模式限速值，保障了列车在目标位置的模式限速值不会使得列车在减速区的终点位置超过限制速度，从而基于二分法的计算模式限速值的计算算法更加可靠，也充分保障了列车运行的安全性。
S5、中间变量的取值为计算模式限速值。示例性的，若第一次计算就得到目标位置出的计算模式限速值，即目标位置（即与减速区起点的距离为/>处）的计算模式限速值为。
S6、判断是否小于/>，若/>小于/>，则执行步骤S7，否则执行步骤S8；
S7、令，且执行S9步骤；
S8、令，且执行S9步骤；
S9、令，且/>为非整数时，向下取整，返回步骤S3。本发明实施例中，更新中间变量的取值时，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>；若大于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>。在/>与/>之间的差值大于1时，更新中间变量，其中，若/>小于/>，则说明/>的取值所能达到的制动距离在/>所对应位置和目标位置/>之间，即/>的取值目前在/>与所要求取的最终值之间，/>的取值比所要求取的最终/>值大，从而令/>=/>，从左侧逼近（相当于以所要求取的最终/>值为参考点）缩小/>的速度取值范围，若/>大于/>，则说明/>的取值所能达到的制动距离在目标位置/>和/>所对应位置之间，即/>的取值目前在所要求取的最终值和/>之间，/>的取值比所要求取的最终值小，从而令/>=/>，从右侧逼近缩小/>的速度取值范围，并基于缩小范围后的速度搜索范围上限和下限，重新获取中间变量/>的取值（即仍为速度搜索范围上限和下限的中间值）。进而本发明在计算制动距离时，通过二分法有效地减少了计算/>与/>之间的速度的数量，在计算任一目标位置的计算模式限速值时，无需遍历/>到/>之间的所有速度，降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
本实施例中，所述或/>的取值为非整数时向下取整。
如图3所示，本发明实施例中还介绍了一种能够执行上述方法的系统，该系统是基于二分法的计算模式限速值计算系统，包括获取模块、设置模块、初始化模块、计算模块以及判断模块，其中，所述获取模块用于获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；所述设置模块用于设置中间变量：/>、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；所述初始化模块用于基于获取的计算参数，初始化中间变量：令/>、/>、/>；所述计算模块用于确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离/>，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；所述判断模块，用于判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值；所述制动条件为：/>是否等于/>；或，/>与/>之间的差值是否小于或者等于1。
所述系统还包括更新模块，所述更新模块用于在判断模块判断不满足制动条件时，用于更新中间变量的取值，包括，
比较是否小于/>，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>，且的取值为向下取整；若否，则令中间变量/>，/>不变，/>，且/>的取值为向下取整。通过更新中间变量，在计算制动距离时，有效地减少了计算/>与/>之间的速度的数量，无需遍历/>到/>之间的所有速度，提高了获取计算模式限速值的效率。
所述计算模块还用于在判断模块判断不满足制动条件时，基于更新的中间变量的取值，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，更新取值后的中间变量/>为制动末速度。然后回到判断模块进行判断，在此不再赘述。
所述判断模块用于判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值，其中，所述计算模式限速值为中间变量的取值。
本实施例中，所述或/>的取值为非整数时向下取整。
本实施例中，基于二分法的计算模式限速值计算算法在计算减速区中任一目标位置的计算模式限速值时，基于获取的计算参数，对中间变量进行初始化取值，令中间变量，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度，求取制动距离，且采用两个制动条件判断是否满足计算停止要求，从而在计算减速区的计算模式限速值时，通过二分法在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间左右逼近获取中间变量/>的取值，有效地减少了计算/>与/>之间的速度的数量，无需遍历/>到/>之间所有的速度，降低了计算模式限速值的算法复杂度，提高了计算模式限速值的效率和精确性。
此外，在设置制动条件时，充分考虑了与/>之间的差值是否小于或者等于1，由于计算模式限速值最小单位为1Km/h，当/>与/>的差值为1时，或/>与/>的中间值小于或等于1时，/>或/>向下取整时/>的取值为/>，此时目标位置速度在速度搜索范围上限和速度搜索范围下限之间选择了两者之中速度最小的/>，保障了列车在目标位置获取的计算模式限速值使得列车在减速区终点不会超过限制速度，从而基于二分法的计算模式限速值的计算算法更加可靠，也充分保障了列车运行的安全性。
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 (8)
1.一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，其特征在于，
获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度/>以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；
设置中间变量：、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；
基于获取的计算参数，初始化中间变量：令、/>、/>，其中，的取值为非整数时向下取整；
确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；
判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值，所述计算模式限速值为中间变量的取值；
所述制动条件为：
是否等于/>；或，
与/>之间的差值是否小于或者等于1。
2.根据权利要求1所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，其特征在于，所述判断是否满足制动条件，还包括，若否，
更新中间变量的取值；
基于更新的中间变量的取值，返回，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，更新取值后的中间变量为制动末速度。
3.根据权利要求2所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，其特征在于，更新中间变量的取值包括，
比较是否小于/>，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变， />；若否，则令中间变量/>，/>不变，/>。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算算法，其特征在于，所述的取值为非整数时向下取整。
5.一种基于二分法的计算模式限速值计算系统，其特征在于，包括，
获取模块，用于获取计算参数：列车在减速区起点的速度、列车在减速区终点的速度以及减速区起点与目标位置之间的距离/>；
设置模块，用于设置中间变量：、/>和/>，其中，/>为速度搜索范围上限，/>为速度搜索范围下限，/>为当前速度搜索范围/>和/>的中间值；
初始化模块，用于基于获取的计算参数，初始化中间变量：令、/>、，其中，/>的取值为非整数时向下取整；
计算模块，用于确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，中间变量/>为制动末速度；
判断模块，用于判断是否满足制动条件，若是，得到计算模式限速值，所述计算模式限速值为中间变量的取值；
所述制动条件为：
是否等于/>；或，
与/>之间的差值是否小于或者等于1。
6.根据权利要求5所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算系统，其特征在于，还包括更新模块，在判断模块判断不满足制动条件时，用于更新中间变量的取值，包括，
比较是否小于/>，若/>小于/>，则令中间变量/>，/>不变，/>；若否，则令中间变量/>，/>不变，/>。
7.根据权利要求6所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算系统，其特征在于，所述计算模块还用于在判断模块判断不满足制动条件时，基于更新的中间变量的取值，确定列车的制动初始速度和制动末速度，计算得出制动距离，其中，以列车在减速区起点的速度/>为制动初始速度，更新取值后的中间变量/>为制动末速度。
8.根据权利要求7所述的一种基于二分法的计算模式限速值计算系统，其特征在于，所述的取值为非整数时向下取整。
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| WO2024017421A2 (zh) | 2024-01-25 |
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