CN117390800A - 一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统及站点部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高速铁路延续进路安全防护技术领域，特别涉及一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统及站点部署方法。本发明的技术方案通过引入离散事件系统建模的方法，采用形式化验证对延续进路的防护进行Petri网建模，建立相应的延续进路防护资源分配约束模型，采用形式化验证的方法，进行列车运行安全性验证。本申请的技术方案可以对站内延续进路排列的安全性进行核查，通过被标记的故障库所的含义可以对不可行的延续进路排列报错，并并给出可行的替代方案，提升列车延续进路防护的安全性，确保列车在站内的安全运行。

Description

一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统及站点部署 方法

技术领域

本发明属于高速铁路延续进路安全防护技术领域，特别涉及一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统及站点部署方法。

背景技术

进路是铁路的列车或调车车列由某一指定起点走行至指定终点所经过的物理路径，路径上不同道岔需操作至指定位置。同时进路的始、终端由信号机、警冲标、车档标或站界标等限定。进路的始端，即列车或车列的进入端需由信号机防护，用来保证列车或调车车列的运行安全。列车运行的路径称列车进路。按性质又可细分为接车、发车、通过、转场等进路。它们分别由进站、出站和进路信号机防护。调车车列运行的路径称调车进路，由调车信号机防护。从联锁概念和进路之间的关系出发，又有平行进路、敌对进路、迂回进路、基本进路、顺向重叠进路、延续进路、推送进路和溜放进路等之分。

延续进路是进路的一种，在光带显示上延续进路紧接接车进路的末端，和接车进路组成一条连续的光带。根据《计算机联锁技术条件》(TB/T 3027—2015)规定：进站信号机外方制动距离内换算坡超过6‰下坡道的车站，须在接车进路末端设置延续进路；当接车进路末端设有安全线或隔开设备时，延续进路开向安全线或隔开设备。当接车进路末端无安全线或隔开设备时，延续进路开向正线。

我国列车在各种常用条件下均能制动停车，但当下行坡度越大，所需要的制动距离就越长，接车进路如果有更大的下行坡度，可能会使列车接车时不能停车侵入另一个咽喉区，此时相对方向恰巧有列车经过时可能会发生两车相撞事故。因此延续进路的设置直接关系到行车安全。

发明内容

本发明的目的在于，为了提高高速铁路列车运行的安全性，以Petri网为工具，建立相应的延续进路防护资源分配约束模型，形成一种基于Petri网的铁路车站不低于6‰下坡道延续进路防护系统，该系统通过采用形式化验证的方法，进行列车运行安全性验证。对站内延续进路排列的安全性进行核查，通过被标记的故障库所的含义可以对不可行的延续进路排列报错，提升列车延续进路防护的安全性，确保列车在站内的安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，所述铁路车站延续进路防护系统包括由千分之六下坡道防护模型和延续进路防护故障诊断模型组成的综合模型，Petri网模型中，变迁的延时对应列车出清区段的时间，库所对应铁路车站的轨道区段，托肯对应铁路列车；所述铁路车站延续进路防护系统根据目标铁路站点的上行运行方向和下行运行方向分别建立；并且能够对列车在目标铁路站点的接车进路事件进行动态模拟；所述千分之六下坡道防护模型用于仿真模拟列车在站内轨道区段的接车进路过程，所述延续进路防护故障诊断模型用于对列车计划不可行的接车进路事件进行报错，并给出可行的替代方案。

为解决延续进路安全性防护的问题，本发明引入离散事件系统的建模方法，采用形式化验证对延续进路的防护进行Petri网建模，建立相应的延续进路防护资源分配约束模型，采用形式化验证的方法，进行列车运行安全性验证。本申请的技术方案可以对站内延续进路排列的安全性进行核查，通过被标记的故障库所的含义可以对不可行的延续进路排列报错，提升列车延续进路防护的安全性，确保列车在站内的安全运行。

优选的，用于建立Petri网模型的列车车站为标准四股道车站，所述四股道车站包括双线双向正线；分别为股道1G和股道IIG，令股道1G为下行方向，股道IIG为上行方向，上行方向设置有大于千分之六的下坡道，股道的两端分别设置有两个区段，其中，股道1G根据下行方向依次为区段IAG、区段IDG、股道1G、区段4DG、区段IBG；股道IIG根据上行方向依次为区段IIBG、区段2DG、股道IIG、区段3DG、区段IIAG；四股道车站还包括股道3G和股道4G，股道3G和股道4G与正线并列设置，股道3G的两个端部分别通过区段IDG、区段4DG汇入正线，股道4G的两个端部分别通过区段2DG、区段3DG汇入正线。

优选的，所述Petri网的定义为：

设时延Petri网为：PN＝{P,T,Pre,Post}；Petri网的库所集为P＝{p₁,p₂,p₃,p₄}，其变迁集为T＝{t₁,t₂,.t₃,t₄,t₅}。

优选的，所述变迁的发射过程即为托肯发射的过程，其中，初始标识为下式：

M₀＝[M₀(p₁) M₀(p₂) M₀(p₃) M₀(p₄)]^T＝[1 0 0 0]^T (1-1)

变迁的发射条件：只有当全部输入库所的标识大于或者等于所述库所到相应变迁的弧的权重时，变迁才具备发生权，此时认为变迁是能够使能的；且一个使能的变迁是否会发射是由事件实际发生与否决定的。

变迁使能的详细规则如下所述：

定义1：一个变迁t∈T当且仅当：M(_p)当满足M≥Pre(·,t)时，称t在标识M下是使能的。

定义2：若在标识M下使能这个条件下，一个的变迁t是可以发射。变迁t发射后，从输入库所p∈P中移去Pre(p,t)个托肯，并向输出个库所p∈P中放入Post(p,t)个托肯。若在M条件下t发射后的新标识变为M'，则

其中，式(1-2)为库所p的状态方程，是n维发射向量。

上述整个过程可以用M[t＞M'来表示，解释为在M处触发t_j之后，结果标识为M'。这些符号可以是扩展到一系列变迁。其中，当且仅当p∈·t时Pre(p,t)不等于零，当且仅当p∈·t时Post(p,t)≠0。即发射t后会从所有参与的输入库所p中移除Pre(p,t)个托肯，再向所有参与的输出库所p中放入Post(p,t)个托肯。定义1给出的条件保证了标识的非负性。

如果变迁t₂发射，网将达到新标识，因为t₂的发射移除了p₁中的一个托肯，并向p₂中添加了两个托肯，此时的可达标识为：

M₁＝[M₁(p₁) M₁(p₂) M₁(p₃) M₁(p₄)]^T＝[0 2 0 0]^T (1-3)

优选的，所述铁路车站延续进路防护系统中，涉及的库所及变迁含义如下表所示：

所述千分之六下坡道防护模型包括上行方向接车进路模型和下行方向接车进路模型：以列车A在股道IG上行方向接车进路为例，其中股道IG从区段IBG开始，进过区段4DG，到达股道IG，延续进路考虑区段1DG、区段IAG；股道IG上行方向接车进路前要保证区段IBG、区段4DG和股道IG为空闲状态，且保证区段1DG和区段IAG空闲；

当区段IBG，区段4DG、区段1DG、区段IAG和股道IG的库所都被托肯标记，此时变迁t_sI使能并带走它们的托肯，同时发送一个托肯给库所s_I-begin，此时表示列车A在股道IG上行方向接车进路开始，列车A在区段IBG上运行，此时其他列车进路想要声明并使用区段IBG，区段4DG、区段1DG、区段IAG和股道IG的资源是不被允许的，只有当列车A接车进路完成后，将这些资源的占有权释放，才可以允许其他列车使用这些资源的进路；

股道IG下行方向的接车进路过程为：只有当区段1DG、区段IAG和股道IG空闲时，才能声明IG下行方向的接车进路。

优选的，延续进路防护故障诊断模型中库所、变迁的物理含义如下表所示：

以列车A在股道IG上行方向接车进路，同时股道3G下行方向想要接车进路的情况说明：股道IG上行方向接车进路开始于库所s_I被标记，此时库所IBG，4DG、1DG、IAG和IG均被标记，变迁t_sI使能并带走库所它们的托肯，同时发射一个托肯给库所S_I-begin，表示列车A在股道IG上行方向接车进路开始，此时若库所x₃被标记，则表示其他列车想要在股道3G下行方向接车进路，由于1DG和IAG不被标记，使得变迁t_x3的使能条件不满足，此时变迁t_e5使能，带走库所x₃的托肯的同时发射一个托肯给故障库所p_e5，故障报警，并根据故障库所p_e5被标记的含义定位出问题所在，同时针对其问题进行更正可行的方案。

进一步具体的，变迁t_e5和t_x3延时均为0，定义变迁t_e5为低的发射优先级，即两者同时使能时变迁t_x3发射。

一种根据上述基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统的站点部署方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定目标铁路站以及所述目标铁路站的列车运行信息，根据所述目标铁路站的股道、区段结构，以及列车运行信息建立基于Petri网的铁路车站延续进路仿真综合模型；

步骤2、对模型进行实际运行计划的仿真验证；根据仿真验证结果调试目标站综合模型，若所述综合模型中预设故障所在与仿真验证过程中预设的问题一致；表示目标站综合模型合格；

步骤3、将目标站综合模型应用于对应目标站的接车进路的动态过程中进行铁路车站联锁进路防护系统的防护。

进一步的，步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1、数据准备，将目标站的站内调度计划分别命名，并在上行方向、下行方向的模型中分别预设故障部分；

步骤2.2、可行性验证，利用模型仿真验证得到的站内调度计划，查看其中是否含有被标记的故障库所；

步骤2.3、计算模型的可达标识图，只观察其中的故障库所，选出其中不为0的可达标识；通过观察可达标识的计算结果，观察在各个可达标识下故障库所不为0；

步骤2.4、结果分析，通过可达标识计算结果可以定位出被标识的故障库所，根据该故障库所被标记的含义能够定位出问题的原因，并对相应的运行计划进行调整。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本申请的技术方案中，通过将Petri网应用于大于6‰下坡道的延续进路防护，Petri网建模及仿真验证相结合，进一步的提高延续进路防护的安全性。本申请的技术方案中，通过采用常用的四股道车站，相应的建立起该站延续进路对应的Petri网防护模型，该模型考虑了延续进路下的资源分配问题，不仅可以对示例站内所有的列车运行计划进行可行性验证，同时还能够为其他的车站提供参考。通过对车站模型进行仿真验证可以计算出站内调度计划的可行性，如果不可行也会对出现问题的部分进行定位并解决。极大地提升了列车在站内运行控制的安全性。

附图说明

图1是Petri网的示例模型；

图2中(a)是Petri网的初始状态示意图，图2中(b)是Petri网的变迁发射后状态示意图；

图3是示例站平面结构示意图；

图4是基于图3的示例站建立的Petri网模型。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

为解决延续进路安全性防护的问题，本发明引入离散事件系统的建模方法，采用形式化验证对延续进路的防护进行Petri网建模，建立相应的延续进路防护资源分配约束模型，通过形式化验证的方法，进行列车运行安全性验证。本实施例提供一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，该系统包括由千分之六下坡道防护模型和延续进路防护故障诊断模型组成的综合模型；

Petri网模型中，变迁的延时对应列车出清区段的时间，库所对应铁路车站的轨道区段，托肯对应铁路列车；所述铁路车站延续进路防护系统根据目标铁路站点的上行运行方向和下行运行方向分别建立；并且能够对列车在目标铁路站点的接车进路事件进行动态模拟；所述千分之六下坡道防护模型用于仿真模拟列车在站内轨道区段的接车进路过程，所述延续进路防护故障诊断模型用于对列车计划不可行的接车进路事件进行报错，并给出可行的替代方案。

本方案的防护系统可以对站内延续进路排列的安全性进行核查，通过被标记的故障库所的含义可以对不可行的延续进路排列报错，提升列车延续进路防护的安全性，确保列车在站内的安全运行。

首先，给出Petri网的基本结构：如图1所示为示例模型。

对于图1中Petri网PN＝{P,T,Pre,Post}，Petri网的库所集为P＝{p₁,p₂,p₃,p₄}，其变迁集为T＝{t₁,t₂,.t₃,t₄,t₅}。

Petri网的运行规则为：变迁的发射过程就是托肯发射的过程，也就是利用变迁改变库所中的托肯数目。

具体的，图2中，(a)和(b)分别是Petri网系统的初始状态和变迁t₂发射后的状态。图2(a)中，初始标识为

M₀＝[M₀(p₁) M₀(p₂) M₀(p₃) M₀(p₄)]^T＝[1 0 0 0]^T (1-1)

变迁的发射条件：只有当全部输入库所的标识大于或者等于该库所到相应变迁的弧的权重时，该变迁才具备发生权，这时认为该变迁是可以使能的。一个使能的变迁是否会发射是由事件实际发生与否决定的。

变迁使能的详细规则如下：

定义1：一个变迁t∈T当且仅当：M(_p)当满足M≥Pre(·,t)时，称t在标识M下是使能的。

定义2：若在标识M下使能这个条件下，一个的变迁t是可以发射。变迁t发射后，从输入库所p∈P中移去Pre(p,t)个托肯，并向输出个库所p∈P中放入Post(p,t)个托肯。若在M条件下t发射后的新标识变为M'，则

(1-2)是库所p的状态方程，是n维发射向量。

整个过程可以用M[t＞M'来表示，解释为在M处触发t_j之后，结果标识为M'。这些符号可以是扩展到一系列变迁。其中，当且仅当p∈·t时Pre(p,t)不等于零，当且仅当p∈·t时Post(p,t)≠0。通俗的理解就是发射t后会从所有参与的输入库所p中移除Pre(p,t)个托肯，再向所有参与的输出库所p中放入Post(p,t)个托肯。定义1给出的条件保证了标识的非负性。

结合图2(a)中的的网结构，如果变迁t₂发射，网将达到如图2(b)所示的新标识，因为t₂的发射移除了p₁中的一个托肯，并向p₂中添加了两个托肯，此时的可达标识为：

M₁＝[M₁(p₁) M₁(p₂) M₁(p₃) M₁(p₄)]^T＝[0 2 0 0]^T (1-3)

接下来以本实施例的四股道车站为例进行说明：如图3所示，是一个高速铁路线路上的一个双线双向自动闭塞车站的简化版，只保留了轨道区段和道岔的部分，图中粗线表示正线，实线线条为下行方向，虚线线条为上行方向。

用于建立Petri网模型的列车车站为四股道车站，如图3所示，所述四股道车站包括双线双向正线；分别为股道1G和股道IIG，令股道1G为下行方向，股道IIG为上行方向，上行方向设置有大于千分之六的下坡道，股道的两端分别设置有两个区段，其中，股道1G根据下行方向依次为区段IAG、区段IDG、股道1G、区段4DG、区段IBG；股道IIG根据上行方向依次为区段IIBG、区段2DG、股道IIG、区段3DG、区段IIAG；四股道车站还包括股道3G和股道4G，股道3G和股道4G与正线并列设置，股道3G的两个端部分别通过区段IDG、区段4DG汇入正线，股道4G的两个端部分别通过区段2DG、区段3DG汇入正线。

图3中的示例站中，IG和IIG分别为双线区段下行和上行方向的正线股道。其中DG表示道岔区段，AG表示下行咽喉无岔区段，BG表示上行咽喉无岔区段。道岔有定位和反位两种不同的状态。不同进路的排列决定不同道岔的状态。比如对下行方向3G的接车进路来说，其进路要求道岔区段1DG中的1#道岔处于反位才能进行接车作业。

《铁路技术管理规程》第286条规定：进站信号机外制动距离内，进站方向为超过6‰的下坡道，而接车线末端无隔开设备时，禁止办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车(仅运行动车组列车的区段除外)。本申请的方案中，而图3中上行咽喉进站信号机外方制动距离内超过6‰下坡道，因此需在上行方向接车进路末端设计延续进路，防止列车溜逸造成危险。

针对示例站所建立的延续进路的联锁表见表1所示，可以看出有4条延续进路，且均在下行咽喉延续。

表1示例站延续进路联锁表

当接车线末端未设置隔开设备，又同时办理了相对方向的同时接车时，可能会造成列车相撞事故。联锁表是传统设计中对延续进路的防护方法。本文针对示例站延续进路进行Petri网建模，实现延续进路的防护和列车站内运行安全性的提升。为车站联锁延续进路安全性验证提供了新的思路和方法。

本申请使用的时延Petri网模型，将延时赋予变迁，每个变迁的延时对应于列车出清区段的时间。Petri网的库所、变迁延时和托肯在本申请中，分别对应于轨道区段、列车出清对应轨道区段的时间和列车。通过这三要素把列车在站内按计划调度运行的过程进行动态仿真，形式化验证。为车站联锁进路提供新的防护方法。

具体的，千分之六下坡道防护模型的变迁规则如下：

结合图3进行说明：

该模型以粗实线为分界，左侧是上行方向的接车进路，右侧是下行方向的接车进路。模型中关键库所和变迁的含义见表2所示。进路的排列是一个资源分配的过程，以IG上行方向的接车进路为例，该进路经过的资源始于区段IBG，4DG，到达股道IG后进路结束，但是由于千分之六下坡道的存在，在排列进路时需要将延续进路考虑在内。即IG上行方向接车进路声明前，不仅要确保区段IBG，4DG和股道IG处于空闲状态，还需要确保1DG和IAG空闲。在确认区段都空闲后，完成IG上行方向接车进路声明，体现在模型中为变迁t_sI使能并带走表示区段IBG，4DG、1DG、IAG和股道IG的库所中的托肯，同时发送一个托肯给库所s_I-begin。此时表示开始了IG上行方向接车进路，列车在区段IBG上运行。此时如果别的进路想要声明并使用IBG，4DG、1DG、IAG和股道IG这些资源是不被允许的，因为他们库所中的托肯不被标记，即没有“权”。只有当一条接车进路完成后将这些资源的占有权释放，才可以其它使用这些资源的进路。否则会导致列车冲突。因此，进路需要次序的建立和解锁，只有当建立进路所需要的资源都处于解锁状态时，进路才会被允许建立，否则会导致不安全的进路排列。

如图4所示即为基于图3的示例站所建立的模型。图4中，竖实线右侧是下行方向的接车进路，两侧是同一个模型，共用轨道区段和股道等资源，但是下行方向的接车进路没有涉及到千分之六下坡道，就不存在延续进路的问题，同样以IG下行方向的接车进路为例，按照铁路规范要求，只有当1DG、IAG和股道IG空闲时，才能声明IG下行方向的接车进路，此时如果1DG和IAG因为延续进路被声明使用，虽然1DG和IAG处于空闲状态，但它们仍然不能被其它进路所使用，体现在模型中为它们库所中的托肯被带走，就不能进行IG下行方向的接车进路。

表2为模型中关键库所/变迁含义

进一步的，关于延续进路防护故障诊断模型的逻辑如下所述：

故障报警系统是对系统可能发生的故障和风险进行警报，对一条进路来说，它按照计划运行时不需要故障报警系统。一旦进路执行过程中出现突发情况，不能按照既定的计划进行甚至产生冲突，故障诊断系统就十分必要。本申请的技术方案中，故障诊断模型可以在进路计划实施之前对可能的危险进行防护，通过故障库所被标记情况输出危险侧信息，极大的提升列车在车站运行的安全性，尤其是涉及到千分之六下坡道防护这一可能经常忽略性的问题。以IG下行方向接车进路为例，当列车想要进行接车进路时，首先要检查相关的轨道区段是否空闲，如果IBG、4DG和IG同时处于解锁状态。且IAG和IDG空闲，发车进路声明后这些轨道区段占有权被剥夺，最后顺序占用出清解锁相关轨道区段直到接车进路完成后依次返还占有权。但是，如果列车按照计划需要同时建立3G的下行方向接车进路，此时IAG和IDG的占用权被拿走，不论是故障原因还是调度计划排列不当的原因，我们3G的下行方向接车进路都不能按照原计划进行，本申请的模型需要对其进行故障报错。

故障诊断模型对应于图4模型的虚线部分，需要与千分之六下坡道防护模型配套使用，结合库所的物理意义进行故障诊断。对于前面所述的股道IG上行方向接车进路进行过程中，股道3G下行方向接车进路想要进行的情况，股道IG上行方向接车进路开始于库所s_I被标记，此时如果库所IBG，4DG、1DG、IAG和IG均被标记，变迁t_sI使能并带走库所它们的托肯，同时发射一个托肯给库所s_I-begin，表示股道IG上行方向接车进路开始。此时库所x₃被标记，表示想要股道3G下行方向接车进路，但由于1DG和IAG不被标记，使得变迁t_x3的使能条件不满足，此时变迁t_e5使能，带走库所x₃的托肯的同时发射一个托肯给故障库所p_e5。此时故障报警，并根据故障库所p_e5被标记的含义定位出问题所在，同时针对其问题进行修改。需要补充的是变迁t_e5和t_x3虽然延时均为0，但变迁t_e5具有较低的发射优先级，即两者同时使能时变迁t_x3发射。相关故障库所被标记的含义见下表3所示。

表3故障诊断模型中的库所/变迁含义

实施例2

本实施例提供一种根据上述基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统的站点部署方法，具体的包括如下步骤：

步骤1、确定目标铁路站以及所述目标铁路站的列车运行信息，根据所述目标铁路站的股道、区段结构，以及列车运行信息建立基于Petri网的铁路车站延续进路仿真综合模型；

步骤2、对模型进行实际运行计划的仿真验证；根据仿真验证结果调试目标站综合模型，若所述综合模型中预设故障所在与仿真验证过程中预设的问题一致；表示目标站综合模型合格；

步骤3、将目标站综合模型应用于对应目标站的接车进路的动态过程中进行铁路车站联锁进路防护系统的防护。

进一步具体的，步骤2的仿真验证方法如下所述：

本申请的技术方案中，采用预设验证法，给定一个预设会出现故障的列车站内运行计划见表4所示，将其延时对应于模型中的变迁，采用Petri网的仿真验证工具TINA对其进行仿真验证，如果输出的故障与预设问题一致说明模型可行，具有应用价值。

表4站内列车运行计划

具体的操作过程如下：首先规定本申请中，轨道区段的出清时间均为30秒，即列车在所有区段的运行时间均为30秒。表4中给定的站内列车调度计划一共涉及6辆列车，并依次命名为(列车01、列车02、列车03、列车04、列车05、列车06)。其中下行方向2列，分别为列车01、列车02。上行方向4列，分别为列车03、列车04、列车05和列车06车。它们在站内停靠的股道、停站时间和离站时间见表4所示。

停站时间与股道出清时间累加，比如IG和IIG列车不能停靠，到发时间之差为列车出清股道的时间，列车01其3G到发时间之差为2分30秒，除去列车出清股道时间的停站时间为2分钟。本申请在上行和下行方向都预设了故障部分，利用模型仿真验证给定的站内调度计划，是否有对应部分的故障库所被标记。

在将列车运行计划转换为模型中各个变迁的延时，本申请采用30秒钟为一个单位时间，则列车出清股道的变迁延时为30/30＝1个单位时间，出清1DG的时间为1个单位时间，同理可以计算出其他的轨道出清时间所对应的变迁延时也为一个单位时间。

将01车、02车、03车和05车的进站时间作为时间基线，其余列车进站时间与时间基准线的差值先按照单位时间计算方法得出数值，并添加到代表列车进站库所连接的变迁延时中，使得出发时间的差值得以体现在模型中。

将各轨道区段的出清时间与相应的变迁延时一一对应，赋予到图2的模型中，网结构的故障库所初始标识M₀＝[p_e1,p_e2,p_e3,p_e4,p_e5,p_e6,p_e7,p_e8]，由于初始状态下所有的故障库所都没有被标记，所以M₀＝0。至此模型就可以进行仿真验证。使用时延Petri网的仿真软件TINA，计算模型中可达标识图，只观察其中的故障库所，选出其中不为0的可达标识。

通过观察可达标识的计算结果，观察在各个可达标识下故障库所不为0，标识如下表5所示：

表5计算的可达标识结果

通过观察表5所示的可达标识计算结果可知，故障库所p_e2和p_e3被标记。可知给定的站内调度计划不可行，然后根据表3中各故障库所被标记的含义即可定位问题的所在为IG、IIG上行方向的接车进路不能按计划进行。需要对相应的运行计划进行调整，调整后的列车运行计划见表6所示，主要调整了03车和05车接车进路的时间，并将修改后的延时一一赋予模型中进行验证，确定是可行的运行计划。

表6修改后可行的站内列车调度计划

本申请的技术方案中，通过将Petri网应用于大于6‰下坡道的延续进路防护，Petri网建模及仿真验证相结合，进一步的提高延续进路防护的安全性。本申请的技术方案中，通过采用常用的四股道车站，相应的建立起该站延续进路对应的Petri网防护模型，该模型考虑了延续进路下的资源分配问题，不仅可以对示例站内所有的列车运行计划进行可行性验证，同时还能够为其他的车站提供参考。通过对车站模型进行仿真验证可以计算出站内调度计划的可行性，如果不可行也会对出现问题的部分进行定位并解决。极大地提升了列车在站内运行控制的安全性。

Claims (10)

1.一种基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，所述铁路车站延续进路防护系统包括由千分之六下坡道防护模型和延续进路防护故障诊断模型组成的综合模型，Petri网模型中，变迁的延时对应列车出清区段的时间，库所对应铁路车站的轨道区段，托肯对应铁路列车；

所述铁路车站延续进路防护系统根据目标铁路站点的上行运行方向和下行运行方向分别建立；并且能够对列车在目标铁路站点的接车进路事件进行动态模拟；

所述千分之六下坡道防护模型用于仿真模拟列车在站内轨道区段的接车进路过程，所述延续进路防护故障诊断模型用于对列车计划不可行的接车进路事件进行报错，并给出可行的替代方案。

2.根据权利要求1所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，用于建立Petri网模型的列车车站为四股道车站，所述四股道车站包括双线双向正线；分别为股道1G和股道IIG，令股道1G为下行方向，股道IIG为上行方向，上行方向设置有大于千分之六的下坡道，每个股道的两端分别设置有两个区段，其中，股道1G根据下行方向依次为区段IAG、区段IDG、股道1G、区段4DG、区段IBG；股道IIG根据上行方向依次为区段IIBG、区段2DG、股道IIG、区段3DG、区段IIAG；四股道车站还包括股道3G和股道4G，股道3G和股道4G与正线并列设置，股道3G的两个端部分别通过区段IDG、区段4DG汇入正线，股道4G的两个端部分别通过区段2DG、区段3DG汇入正线。

3.根据权利要求2所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，所述Petri网的定义为：设时延Petri网为：PN＝{P,T,Pre,Post}；Petri网的库所集为P＝{p₁,p₂,p₃,p₄}，其变迁集为T＝{t₁,t₂,.t₃,t₄,t₅}。

4.根据权利要求3所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，Petri网模型中，变迁的发射过程即为托肯发射的过程，其中，初始标识为下式：

M₀＝[M₀(p₁) M₀(p₂) M₀(p₃) M₀(p₄)]^T＝[1 0 0 0]^T (式1-1)

变迁的发射条件为：只有当全部输入库所的标识大于或者等于所述库所到相应变迁的弧的权重时，变迁才具备发生权，此时认为变迁是能够使能的；且一个使能的变迁是否会发射是由事件实际发生与否决定的。

5.根据权利要求4所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，变迁使能的详细规则如下所述：

定义1：一个变迁t∈T当且仅当：M(p)当满足M≥Pre(·,t)时，称t在标识M下是使能的。

定义2：若在标识M下使能这个条件下，一个的变迁t是可以发射。变迁t发射后，从输入库所p∈P中移去Pre(p,t)个托肯，并向输出个库所p∈P中放入Post(p,t)个托肯。若在M条件下t发射后的新标识变为M'，则

其中，式(1-2)为库所p的状态方程，是n维发射向量。

6.根据权利要求5所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，所述铁路车站延续进路防护系统中，涉及的库所及变迁的物理含义如下表所示：

所述千分之六下坡道防护模型包括上行方向接车进路模型和下行方向接车进路模型：以列车A在股道IG上行方向接车进路为例，其中股道IG从区段IBG开始，进过区段4DG，到达股道IG，延续进路考虑区段1DG、区段IAG；股道IG上行方向接车进路前要保证区段IBG、区段4DG和股道IG为空闲状态，且保证区段1DG和区段IAG空闲；

当区段IBG，区段4DG、区段1DG、区段IAG和股道IG的库所都被托肯标记，此时变迁t_sI使能并带走它们的托肯，同时发送一个托肯给库所s_I-begin，此时表示列车A在股道IG上行方向接车进路开始，列车A在区段IBG上运行，此时其他列车进路想要声明并使用区段IBG，区段4DG、区段1DG、区段IAG和股道IG的资源是不被允许的，只有当列车A接车进路完成后，将这些资源的占有权释放，才可以允许其他列车使用这些资源的进路；

股道IG下行方向的接车进路过程为：只有当区段1DG、区段IAG和股道IG空闲时，才能声明IG下行方向的接车进路。

7.根据权利要求6所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，延续进路防护故障诊断模型中库所、变迁的物理含义如下表所示：

以列车A在股道IG上行方向接车进路，同时股道3G下行方向想要接车进路的情况说明：股道IG上行方向接车进路开始于库所s_I被标记，此时库所IBG，4DG、1DG、IAG和IG均被标记，变迁t_sI使能并带走库所它们的托肯，同时发射一个托肯给库所S_I-begin，表示列车A在股道IG上行方向接车进路开始，此时若库所x₃被标记，则表示其他列车想要在股道3G下行方向接车进路，由于1DG和IAG不被标记，使得变迁t_x3的使能条件不满足，此时变迁t_e5使能，带走库所x₃的托肯的同时发射一个托肯给故障库所pe5，故障报警，并根据故障库所pe5被标记的含义定位出问题所在，同时针对其问题进行更正可行的方案。

8.根据权利要求7所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统，其特征在于，变迁t_e5和t_x3延时均为0，定义变迁t_e5为低的发射优先级，即两者同时使能时变迁t_x3发射。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统的站点部署方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、确定目标铁路站以及所述目标铁路站的列车运行信息，根据所述目标铁路站的股道、区段结构，以及列车运行信息建立基于Petri网的铁路车站延续进路仿真综合模型；

步骤2、对模型进行实际运行计划的仿真验证；根据仿真验证结果调试目标站综合模型，若所述综合模型中预设故障所在与仿真验证过程中预设的问题一致；表示目标站综合模型合格；

步骤3、将目标站综合模型应用于对应目标站的接车进路的动态过程中进行铁路车站联锁进路防护系统的防护。

10.根据权利要求9所述的基于Petri网的铁路车站延续进路防护系统的站点部署方法，其特征在于，步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1、数据准备，将目标站的站内调度计划分别命名，并在上行方向、下行方向的模型中分别预设故障部分；

步骤2.2、可行性验证，利用模型仿真验证得到的站内调度计划，查看其中是否含有被标记的故障库所；

步骤2.3、计算模型的可达标识图，只观察其中的故障库所，选出其中不为0的可达标识；通过观察可达标识的计算结果，观察在各个可达标识下故障库所不为0；

步骤2.4、结果分析，通过可达标识计算结果可以定位出被标识的故障库所，根据该故障库所被标记的含义能够定位出问题的原因，并对相应的运行计划进行调整。