一種列車運行速度規劃與控制的方法及系統的製作方法
2023-07-07 18:58:41 2
專利名稱：一種列車運行速度規劃與控制的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通自動運行技術領域，特別涉及一種列車運行速度規劃與控制的方法及系統。
背景技術：
國家「中長期鐵路規劃」使得城際鐵路進入了一個新的發展時期和新一輪的建設高潮，各大城市間都在進行軌道交通建設。隨著我國高速鐵路的發展，列車運行速度和運輸密度不斷提高，運行區間不斷加大，傳統的人工駕駛方式己難以滿足駕駛要求。在此背景下，開發高效的列車自動駕駛系統顯得尤為重要。列車自動駕駛系統利用先進的計算機技術對運行過程進行模擬計算和預測仿真，從而獲得合理、優化的操縱方案。列車自動駕駛系統根據地面設備提供的信號信息、線路參數、臨時限速信息及車輛特性等對目標曲線進行規劃，生成目標速度-距離曲線，控制器通過對目標曲線進行實時跟蹤控制列車運行，實現列車自動駕駛，提高舒適度、降低能耗、減少磨損。作為列車自動駕駛系統的核心組成部分，目標曲線規劃對於提高運輸效率，改善乘客舒適性，降低運行能耗等方面具有重要作用。目前，已研製了適用於高密度城市軌道交通的列車自動駕駛系統，並在城市軌道交通系統中廣泛應用，而城際間列車運行還主要依靠人工駕駛，未能實現列車自動駕駛。已有技術中的列車自動駕駛系統主要應用在CTCS-3級列控系統中，通過基於無線通信的無線閉塞中心將線路數據、臨時限速等信息實時傳送給列車，實現列車自動駕駛。 但目前我國鐵路系統主要還是以CTCS-2級列控系統為主，車-地通信主要依靠地面應答器、地面電子單元，未能實現實時無線通信，因此不能推廣應用到CTCS-2級列控系統中。
發明內容
本發明的目的在於提供一種列車運行速度規劃與控制的方法及系統，其適用於 CTCS-2級列控系統的列車自動駕駛系統；該方法及系統能夠根據有效速度限制速度曲線， 在滿足準時、舒適、節能的條件下，自動生成目標速度曲線，並且通過速度控制器實現目標速度的跟蹤；該方法及系統通過地面應答器接收到包括鐵路狀況、線路限制速度、行車許可等信息，同時考慮乘客乘坐的舒適性和列車運行的準時性、節能性，規劃出最優的基於距離-速度的目標速度運行曲線，速度控制器通過輸出適當的牽引/制動命令實現目標速度的實時跟蹤。本發明的技術方案如下一種列車運行速度規劃與控制系統，包括列車行駛接近的地面設備、安裝在列車上的車載設備；所述地面設備，用於向車載設備提供至少包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況的線路信息；所述車載設備，用於接收地面設備提供的線路信息，並對列車運行速度進行規劃和控制；所述車載設備，進一步包括速度計、人機界面、地面設備應答單元、列車自動防護單元、速度控制單元、牽引/制動單元，其中速度計，與列車自動防護單元連接，其用於檢測列車的實際運行速度，並通過列車自動防護單元傳送至速度控制單元；人機界面，與列車自動防護單元連接，其用於顯示列車運行狀況，並用於向所述規劃與控制系統發送人工控制命令；地面設備應答單元，分別與地面設備和列車自動防護單元連接；其用於接收地面設備提供的線路信息，並將線路信息傳輸給列車自動防護單元；列車自動防護單元，分別與速度計、人機界面、地面設備應答單元以及速度控制單元連接；其用於接收由速度計、人機界面、地面設備應答單元、傳送來的數據信息，且對該些數據信息進行處理後發送至速度控制單元；速度控制單元，分別與列車自動防護單元和牽引/制動單元連接；其用於接收由列車自動防護單元發送過來的數據信息，利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、 節能性的要求規劃出目標速度曲線，進而生成牽引/制動命令，並把該命令傳送至牽引/制動單元；牽引/制動模塊，與速度控制單元連接；其用於接收由速度控制單元發送的牽引/ 制動命令，控制列車實際運行速度。較佳地，所述速度控制單元，進一步包括數據輸入子單元、目標速度運行曲線規划子單元和基於專家控制的控制器、減法器，其中數據輸入子單元，用於接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；目標速度運行曲線規划子單元，用於接收從數據輸入子單元發送過來的信息；並利用該些信息，根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線；減法器，用於將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；基於專家控制的控制器，用於根據當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。較佳地，列車行駛接近的地面設備包括以下一種或兩種類型地面電子單元和地
面應答器。較佳地，所述；地面設備應答單元包括以下一種或兩種類型應答器接收模塊、環線模塊；所述應答器接收模塊與所述地面應答器無線連接；所述地面電子單元與所述環形模塊無線連接。一種上述系統進行列車運行速度規劃與控制的方法，包括下列步驟Sl 列車經過所述地面設備安裝的位置，地面設備向地面設備應答單元提供至少包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況的線路信息；S2 地面應答單元將接收到的線路信息傳輸給列車自動防護單元；速度計將檢測到的列車的實際運行速度傳輸給列車自動防護單元；人機界面顯示列車運行狀況，並將人工控制命令傳輸給列車自動防護單元；
S3:列車自動防護單元將從速度計、人機界面、地面設備應答單元接收到的數據信息進行處理，並將該些處理過的數據信息發送至速度控制單元；S4:速度控制單元接收由列車自動防護單元發送過來的數據信息，利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、節能性的要求規劃出目標速度曲線，進而生成輸出牽引 /制動命令，並把該命令傳送至牽引/制動單元；S5:牽引/制動模塊接收由速度控制單元發送的牽引/制動命令，並按照命令控制列車實際運行速度。較佳地，所述步驟S4進一步包括S41 數據輸入子單元接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；S42 目標速度運行曲線規划子單元接收從數據輸入子單元發送過來的信息；利用該些信息，並根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線；S43 減法器將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；S44 基於專家控制的控制器根據減法器輸入的當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。較佳地，步驟S41中，數據輸入子單元接收的列車自動防護單元發送過來的數據信息，至少包括列車行駛位置、列車運營時間、當前行駛速度、列車固有屬性、線路數據、速度限制信息以及行車許可。較佳地，所述步驟S42進一步包括S421 列車自動防護單元接收到最新的速度限制信息以及行車許可，並綜合相關信息獲得有效速度限制速度曲線；該曲線被輸送給數據輸入子單元；S422 目標速度規划子單元接收到有效速度限制速度曲線，在保證安全餘量的基礎上，規劃出最短用時的運行曲線，並計算出最短耗時為Tmin ；S423 設定運營時間Tset，經列車自動防護單元發送至速度控制單元的數據輸入子單元；S424 根據Tset和Tmin關係，目標速度規划子單元輸出目標速度運行曲線。較佳地，所述步驟S4M進一步包括如果Tset ^ Tmin，則目標速度運行曲線規划子單元將根據準時性、節能性、舒適性的要求自動規劃運行曲線；如果Tset < Tmin，則系統報警提示無法準點到達，並給出最短運營時間TMIN。較佳地，所述步驟S4M還包括當Tset ^ Tmin時，目標速度運行曲線需要降低運營速度，即遠離有效速度限制速度曲線，並得到新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim，具體做法為每次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，即每次都使目標速度運行曲線的最大運行速度值減去一個定值；如果新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim仍小於計劃運營時間，則再次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，直到ITran-TsrtI彡ls，則輸出目標速度曲線。與現有技術相比，本發明的有益效果如下(1)提供適用性更強的列車自動駕駛系統，實現互通運營已有技術中的列車自動駕駛系統主要應用在CTCS-3級列控系統中，通過基於無線通信的無線閉塞中心將線路數據、臨時限速等信息實時傳送給列車，實現列車自動駕駛。 但目前我國鐵路系統主要還是以CTCS-2級列控系統為主，車-地通信主要依靠地面應答器、地面電子單元，未能實現實時無線通信，因此不能推廣應用到CTCS-2級列控系統中。本發明的系統採用車載存儲與點式設備(如應答器)相結合的方式獲取列車線路參數信息，以及周期性與觸發性(如通過點式設備接收到新的線路信息)刷新目標速度運行曲線的方法，實現列車自動駕駛的目的，適用於CTCS-2級列控系統中。顯然該方法也適用於CTCS-3級列控系統，此時獲取列車線路參數信息的方式變換成為無線通信系統，通過觸發性(如通過GSM-R實時接收到新的線路信息)刷新目標速度運行曲線，實現列車自動駕駛。由於CTCS-3實現了地面-列車間連續的信息傳輸，所以該發明在CTCS-3級列控系統中將會獲得更好的控制效果。本發明將提供一種適用於CTCS-2、CTCS-3級列控系統的列車運行速度規劃與控制的方法及系統，可實現互通運營。(2)提供符合實際的列車模型目前的列車自動駕駛系統使用的列車模型一般都是根據《牽規》中的計算公式，不能精確模擬出實際列車運行情況。本發明通過數據輸入子系統採集列車性能參數，結合《牽規》的計算公式，建立了一個更符合實際的列車模型，用於目標速度規划子系統規劃目標速度運行曲線。由於使用更符合實際的列車模型，規劃出得目標速度運行曲線也更接近列車實際運行情況，從而更好地發揮了列車固有的牽引/制動特性，實現舒適、準時、節能駕駛。(3)使列車運行更加準時、節能如上所述，本發明採用了更符合實際的列車模型，規劃得到的目標速度運行曲線也更接近列車實際運行情況，從而更好地發揮列車自身性能；其次，本發明採用周期性與觸發性(如通過點式設備接收到新的線路信息)刷新目標速度運行曲線，從而不斷減小目標運行曲線與列車實際運行情況之間的誤差，實現列車運行的準時性；如上所述，本發明採用了一種新的目標速度運行曲線規劃方法，通過削減目標速度運行曲線尖峰的方法得到最終的目標曲線，避免了列車頻繁加速減速過程，從而實現節能駕駛。
圖1是列車自動駕駛系統整體構造視圖；圖2是本發明採用的速度控制單元結構示意圖；圖3是有效速度限制速度曲線示意圖；圖4是本發明提供的目標速度運行曲線規劃方法的流程；圖5是根據本發明提出的方法得到的目標速度運行曲線；
圖6a和6b表示規劃目標速度運行曲線時每一限速段存在的運行模式一；圖7a和7b表示規劃目標速度運行曲線時每一限速段存在的運行模式二 ；圖8表示規劃目標速度運行曲線時每一限速段存在的運行模式三；圖9a和9b表示規劃目標速度運行曲線時每一限速段存在的運行模式四；圖10是規劃目標速度運行曲線時尋找合適的安全餘量的流程圖；圖Ila和圖lib是規劃最短用時運行曲線的示意圖；圖12是本發明控制列車實際運行的曲線示意圖。
具體實施例方式下方結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。實施例如圖1，一種列車運行速度規劃與控制系統，包括列車行駛接近的地面設備110、 安裝在列車上的車載設備120。所述地面設備120，用於向車載設備110提供至少包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況的線路信息；所述車載設備120，用於接收地面設備提供的線路信息，並對列車運行速度進行規劃和控制。車載設備120進一步包括速度計121、人機界面122、地面設備應答單元、列車自動防護單元(ATP) 125、速度控制單元126、牽引/制動單元127，其中速度計121，用於檢測列車的實際運行速度，並通過列車自動防護單元125傳送至速度控制單元126。人機界面122，用於顯示列車運行狀況，並用於向所述規劃與控制系統發送人工控制命令。地面設備應答單元，用於接收地面設備110提供的線路信息，並將線路信息傳輸給列車自動防護單元125。列車自動防護單元125，用於接收由速度計121、人機界面、地面設備應答單元傳送來的列車當前運行速度、列車運營時間、前方線路限速信息、前方線路佔用情況、前方線路坡度等線路數據以及列車固有屬性等數據信息，這些數據經過處理由列車自動防護單元 125將列車行駛位置、列車運營時間、當前行駛速度、列車固有屬性、線路數據、速度限制信息以及行車許可發送至速度控制單元126。速度控制單元126，用於接收由列車自動防護單元125發送過來的數據信息，利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、節能性的要求規劃出目標速度曲線，進而生成輸出牽引/制動命令給牽引/制動單元127。牽引/制動模塊127，用於接收由速度控制單元1 發送的牽引/制動命令，控制列車實際運行速度。如圖2，其中，速度控制單元126又進一步包括數據輸入子單元201、目標速度運行曲線規划子單元202和基於專家控制的控制器203、減法器204，其中數據輸入子單元201，用於接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；該些數據信息包括列車當前速度、線路數據、列車固有屬性、列車行駛位置、列車運營時間、速度限制信息以及行車許可等信息。
其中，列車當前速度從速度計121獲得。線路數據從地面設備應答單元獲得。列車固有屬性由司機輸入，系統保持。運行時間從地面設備應答單元以及站內車地通信接口獲得。速度限制信息從列車自動防護單元125 (ATP)獲取。行車許可；從列車自動防護單元125 (ATP)獲取。目標速度運行曲線規划子單元202，用於接收從數據輸入子單元201發送過來的信息；並利用該些信息，根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線；減法器204，用於將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；基於專家控制的控制器203，用於根據當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。本實施例中，列車行駛接近的地面設備101包括地面電子單元111和地面應答器 112，這裡僅為舉例，具體實施時，地面設備也可以僅包括其中一種或是其它能夠提供線路信息的設備。相應地，本實施例中，地面設備應答單元包括應答器接收模塊(BTM) 124、環線模塊 (TffC) 123 ；應答器接收模塊IM與地面應答器112無線連接；地面電子單元111與環形模塊 123無線連接。如上所述，本發明實施例採用周期性與觸發性(如通過地面設備接收到新的線路信息)刷新目標速度運行曲線，從而提高控制精度。刷新周期可根據列車實際情況進行設置，周期越短控制精度越高，但會增加系統的運算量；周期越長，則控制精度越低。觸發性刷新的觸發條件有如下幾種(1).如上所述，當列車運行至地面設備110時，將會接收到最新的數據，此時會觸發速度控制單元刷新目標速度運行曲線；(2).如上所述，通過減法器204將得到當前位置目標速度與列車實際運行速度的差值，當該數值的絕對值大於臨界數值時(本實例取5km/h)，將觸發速度控制單元刷新目標速度運行曲線。圖3所示的是有效速度限制速度曲線的示意圖。有效速度限制速度曲線通過綜合 MRSP和行車許可信息得到。例如MRSP覆蓋線路的長度為O-lOkm，行車許可覆蓋線路的長度為0-6km，則得到的有效速度限制速度曲線覆蓋的長度為0-6km ；反之亦然。參照圖3對有效速度限制速度曲線進行解釋，在Okm到Ikm之間的線路列車被允許以小於等於60km/h 的速度運行，當列車運行速度大於該數值則系統將報警提示；在Ikm到2km之間的線路列車被允許以小於等於90km/h的速度運行，當列車運行速度大於該數值則系統將報警提示；同理可對2km到6km進行解釋。其中，當列車行駛至有效速度限制速度曲線的終點(此實例為6km處)時，如沒接收到最新的有效速度限制速度曲線信息，則列車將停止。當列車速度控制單元1 從列車自動防護單元125(ATP)處接收到最新的速度限制信息以及行車許可時，將自動生成有效速度限制速度曲線，如圖3所示；目標速度運行曲線規划子單元202接收到有效速度限制速度曲線，並根據列車運行時間、線路信息、列車固有屬性以及行車的準時性、舒適性、節能性自動規劃目標速度運行曲線；減法器204將最新生成的目標速度運行曲線得到推薦目標速度減去列車當前運行速度，得到二者的速度差； 輸入至基於專家控制的控制器203，最後輸出牽引/制動命令，控制列車速度。一種基於上述系統進行列車運行速度規劃與控制的方法，包括下列步驟Sl 當列車運行至地面設備110安裝的位置時，地面設備110(地面電子單元111 和地面應答器11 向地面設備應答單元(環線模塊123、應答器接收模塊124)發送包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況等最新線路信息；S2 地面應答單元(環線模塊123、應答器接收模塊124)將接收到的線路信息傳輸給列車自動防護單元125 ；速度計121將檢測到的列車的實際運行速度傳輸給列車自動防護單元125 ；人機界面122顯示列車運行狀況，並將人工控制命令傳輸給列車自動防護單元 125οS3:列車自動防護單元從速度計、人機界面、地面設備應答單元接收到的列車當前運行速度、列車運營時間、前方線路限速信息、前方線路佔用情況、前方線路坡度等線路數據以及列車固有屬性等數據；將該些信息進行處理後將列車行駛位置、列車運營時間、當前行駛速度、列車固有屬性、線路數據、速度限制信息以及行車許可發送至速度控制單元；S4:速度控制單元接收由列車自動防護單元發送過來的數據信息，並利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、節能性的要求規劃出最新的目標速度曲線，進而生成輸出牽引/制動命令給牽引/制動單元；S5:牽引/制動模塊接收由速度控制單元發送的牽引/制動命令，並按照命令控制列車實際運行速度。其中，所述步驟S4進一步包括S41 數據輸入子單元接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；數據輸入子單元接收的列車自動防護單元發送過來的數據信息，至少包括列車行駛位置、列車運營時間、當前行駛速度、列車固有屬性、線路數據、速度限制信息以及行車許可。S42 目標速度運行曲線規划子單元接收從數據輸入子單元發送過來的信息；並利用該些信息，根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線；S43:減法器將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；S44 基於專家控制的控制器根據減法器輸入的當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。其中，所述步驟S42進一步包括S421 列車自動防護單元接收到最新的速度限制信息以及行車許可，並綜合相關信息獲得有效速度限制速度曲線；該曲線被輸送給數據輸入子單元。S422 目標速度規划子單元202接收到有效速度限制速度曲線，在保證安全餘量的基礎上，即與有效速度限制速度曲線保持5km/h的速度差，規劃出最短用時的運行曲線，並計算出最短耗時為Tmin ；如圖5虛線所示，其中501至506的值都是5km/h。根據有效速度限制速度曲線計算。按照有效速度限制速度曲線最快的速度運行需要的時間即為最短耗
時 TminoS423 設定運營時間Tset，經列車自動防護單元125發送至速度控制單元126的數據輸入子單元201 ；其中Tset實際為剩下路段列車計劃運營時間，即計劃運營時間減去已經運行時間的差。其中設定運營時間Tset有很多方式，本實施例採用人工界面輸入。具體實施時，其還可以通過別的方式實現，如通過地面應答器或者環形模塊設定，本發明不對其作出限定。S424 根據Tset和Tmin關係，目標速度規划子單元輸出目標速度運行曲線如圖4，如果剩下路段列車計劃運營時間充沛，即Tset彡Tmin，則目標速度運行曲線規划子單元202將根據準時性、節能性、舒適性的要求自動規劃運行曲線，如上所述，採用的策略是目標速度運行曲線需要降低運營速度，即遠離有效速度限制速度曲線，並得到新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim，具體做法為每次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，即每次都使目標速度運行曲線的最大運行速度值減去一個定值；如果新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim仍小於計劃運營時間，則再次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，直到ITran-TsrtI彡ls，則輸出目標速度曲線。本實例將該值取lkm/h，即每次使501至506中一個或多個加lkm/h，如果目標速度曲線用時仍小於計劃運營時間，則再次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，直到目標速度曲線用時於計劃運營時間的差值小於Is。如果剩下路段列車計劃運營時間不足，即Tset < Tmin，則系統報警提示無法準點到達，並給出最短運營時間TMIN。最後輸出目標速度運行曲線，如圖5實線所示。由上文可見，本發明提供的目標速度運行曲線規劃方法的核心是規劃出最短用時的運行曲線。以此為基礎，再考慮準時性、節能性的要求，規劃出目標速度運行曲線。通過分析有效速度限制速度曲線，以每一段有效限制速度單位，本發明總結出4類速度運行曲線模式，如圖6a至圖6d所示。模式一如圖6a和6b所示，當有效速度限制速度曲線的當前段限速大於前一段限速，同時大於下一段限速，即vl < v2且v3 S時，轉入步驟705，使安全餘量604加上lkm/h， 根據列車的牽引/制動特性計算此時加減速距離S_ac和S_de的值，再次轉入步驟703與限速段長度S作比較，直到輸出合適的安全餘量602。模式二如圖7a和7b所示，當有效速度限制速度曲線的當前段限速大於前一段限速，同時小於下一段限速，即vl < v2 < v3時，列車運行速度曲線模式有兩種可能。在當前安全餘量603的值(本實例中取5km/h)不變的前提下，根據列車的牽引特性，其加速距離小於當前限速段長度時，列車運行速度曲線模式如圖7a所示，由列車實際的牽引特性計算得到AB 段運行曲線，剩下BC段位恆速牽引部分；在當前安全餘量604的值(本實例中取5km/h)不變的前提下，根據列車的牽引特性，其加速距離大於等於當前限速段長度時，列車運行速度曲線模式如圖7b所示，此時需要尋找合適的安全餘量602數值，尋找過程與模式一相同。模式三如圖8所示，當有效速度限制速度曲線的當前段限速小於前一段限速，同時小於下一段限速，即v2 < vl且v2 < v3時，列車運行速度曲線模式只有一種可能，即恆速運行。模式四如圖9a和9b所示，當有效速度限制速度曲線的當前段限速小於前一段限速，同時大於下一段限速，即v3 < v2 < vl時，列車運行速度曲線模式有兩種可能。在當前安全餘量605的值(本實例中取5km/h)不變的前提下，根據列車的制動特性，其減速距離小於當前限速段長度時，列車運行速度曲線模式如圖9a所示，由列車實際的制動特性計算得到BC 段運行曲線，剩下AB段為恆速牽引部分；在當前安全餘量606的值(本實例中取5km/h)不變的前提下，根據列車的制動特性，其減速距離大於等於當前限速段長度時，列車運行速度曲線模式如圖9b所示，此時需要尋找合適的安全餘量606的數值，尋找過程與模式一相同。圖Ila和lib介紹了根據上述方法規劃最短用時運行曲線。在Okm-Ikm限速段， 根據前後限速段信息可知套用模式二對曲線進行規劃，並根據列車的牽引/制動特性計算列車在該限速段運行所需時間；在lkm-2km限速段，根據前後限速段信息可知套用模式一對曲線進行規劃，並根據列車的牽引/制動特性計算列車在該限速段運行所需時間。依次類推即可得到圖Ila所示的最短用時運行曲線以及最短運行時間TMIN。下面在圖Ila的基礎上討論一種特殊情況，其它特殊情況可參照本情況進行解釋，如圖lib所示，2km-3km限速段的限速至由50km/h下調至40km/h。在Okm-Ikm限速段，根據前後限速段信息可知套用模式二對目標曲線進行規劃，並根據列車的牽引/制動特性計算列車在該限速段運行所需時間；在lkm-2km限速段，根據前後限速段信息可知套用模式二對目標曲線進行規劃，由於下一限速段限速值下調至40km/h，列車減速距離隨之增加，導致在當前安全餘量802為 5km/h的條件下，加、減速距離大於本限速段長度，故需要增加本限速段的安全餘量802，尋找合適的安全餘量值，進而根據列車的牽引/制動特性對曲線進行規劃，並計算列車在該限速段運行所需時間；同理得到3km-4km限速段運行曲線。依次類推即可得到圖lib所示的最短用時運行曲線(實線)以及最短運行時間TMIN。在得到最短用時目標速度曲線的基礎上，參照圖4所示流程即可得到滿足準時性、節能性的目標速度運行曲線，由於上文已經對該過程進行描述，此處不再複述。
由圖2所示，速度控制單元將從目標速度曲線得到列車運行的目標速度與列車此時實際運行速度做差的結果作為控制器的輸入，依據專家知識輸出牽引/制動命令，從而控制列車實際運行。本實例給出了一種基於專家知識的模糊控制命令集，如下表所示。相關領域的技術人員可以根據不同列車的實際特性進行知識庫的開發工作。下面表1為模糊控制命令集。表1模糊控制命令集
權利要求
1.一種列車運行速度規劃與控制系統，其特徵在於，包括列車行駛接近的地面設備、安裝在列車上的車載設備；所述地面設備，用於向車載設備提供至少包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況的線路信息；所述車載設備，用於接收地面設備提供的線路信息，並對列車運行速度進行規劃和控制；所述車載設備，進一步包括速度計、人機界面、地面設備應答單元、列車自動防護單元、速度控制單元、牽引/制動單元，其中速度計，與列車自動防護單元連接，其用於檢測列車的實際運行速度，並通過列車自動防護單元傳送至速度控制單元；人機界面，與列車自動防護單元連接，其用於顯示列車運行狀況，並用於向所述規劃與控制系統發送人工控制命令；地面設備應答單元，分別與地面設備和列車自動防護單元連接；其用於接收地面設備提供的線路信息，並將線路信息傳輸給列車自動防護單元；列車自動防護單元，分別與速度計、人機界面、地面設備應答單元以及速度控制單元連接；其用於接收由速度計、人機界面、地面設備應答單元、傳送來的數據信息，且對該些數據信息進行處理後發送至速度控制單元；速度控制單元，分別與列車自動防護單元和牽引/制動單元連接；其用於接收由列車自動防護單元發送過來的數據信息，利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、節能性的要求規劃出目標速度曲線，進而生成牽引/制動命令，並把該命令傳送至牽引/制動單元；牽引/制動模塊，與速度控制單元連接；其用於接收由速度控制單元發送的牽引/制動命令，控制列車實際運行速度。
2.根據權利要求1所述的一種列車運行速度規劃與控制系統，其特徵在於，所述速度控制單元，進一步包括數據輸入子單元、目標速度運行曲線規划子單元和基於專家控制的控制器、減法器，其中數據輸入子單元，用於接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；目標速度運行曲線規划子單元，用於接收從數據輸入子單元發送過來的信息；並利用該些信息，根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線.一入 ，減法器，用於將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；基於專家控制的控制器，用於根據當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。
3.根據權利要求1所述的一種列車運行速度規劃與控制系統，其特徵在於，列車行駛接近的地面設備包括以下一種或兩種類型地面電子單元和地面應答器。
4.根據權利要求3所述的一種列車運行速度規劃與控制系統，其特徵在於，所述地面設備應答單元包括以下一種或兩種類型應答器接收模塊、環線模塊；所述應答器接收模塊與所述地面應答器無線連接；所述地面電子單元與所述環形模塊無線連接。
5.一種基於權利要求1或2所述系統進行列車運行速度規劃與控制的方法，其特徵在於，包括下列步驟51列車經過所述地面設備安裝的位置，地面設備向地面設備應答單元提供至少包括線路坡度、前方線路限速信息、前方線路列車佔用情況的線路信息；52地面應答單元將接收到的線路信息傳輸給列車自動防護單元；速度計將檢測到的列車的實際運行速度傳輸給列車自動防護單元；人機界面顯示列車運行狀況，並將人工控制命令傳輸給列車自動防護單元；53列車自動防護單元將從速度計、人機界面、地面設備應答單元接收到的數據信息進行處理，並將該些處理過的數據信息發送至速度控制單元；S4:速度控制單元接收由列車自動防護單元發送過來的數據信息，利用該些數據信息並結合行車的舒適性、準時性、節能性的要求規劃出目標速度曲線，進而生成輸出牽引/制動命令，並把該命令傳送至牽引/制動單元；S5 牽引/制動模塊接收由速度控制單元發送的牽引/制動命令，並按照命令控制列車實際運行速度。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟S4進一步包括541數據輸入子單元接收列車自動防護單元發送過來的數據信息，並對該些數據信息進行預處理；542目標速度運行曲線規划子單元接收從數據輸入子單元發送過來的信息；利用該些信息，並根據準時性、舒適性、節能性的要求規劃出以距離為橫坐標的目標速度運行曲線.一入 ，543減法器將當前位置目標速度減去列車實際運行速度，並作為基於專家控制的控制器的輸入信息；544基於專家控制的控制器根據減法器輸入的當前位置列車實際運行速度與目標速度的差值，對照專家知識庫輸出合適的牽引/制動命令。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，步驟S41中，數據輸入子單元接收的列車自動防護單元發送過來的數據信息，至少包括列車行駛位置、列車運營時間、當前行駛速度、列車固有屬性、線路數據、速度限制信息以及行車許可。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟S42進一步包括5421列車自動防護單元接收到最新的速度限制信息以及行車許可，並綜合相關信息獲得有效速度限制速度曲線；該曲線被輸送給數據輸入子單元；5422目標速度規划子單元接收到有效速度限制速度曲線，在保證安全餘量的基礎上， 規劃出最短用時的運行曲線，並計算出最短耗時為Tmin ；5423設定運營時間Tset，經列車自動防護單元發送至速度控制單元的數據輸入子單元；5424根據Tset和Tmin關係，目標速度規划子單元輸出目標速度運行曲線。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟S4M進一步包括如果Tset > Tmin，則目標速度運行曲線規划子單元將根據準時性、節能性、舒適性的要求自動規劃運行曲線；如果Tset < Tmin，則系統報警提示無法準點到達，並給出最短運營時間TMIN。 10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於， 所述步驟S4M還包括當Tset ^ Tmin時，目標速度運行曲線需要降低運營速度，即遠離有效速度限制速度曲線，並得到新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim，具體做法為每次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，即每次都使目標速度運行曲線的最大運行速度值減去一個定值；如果新的目標速度曲線對應的最短耗時Trim仍小於計劃運營時間， 則再次削減一定量目標速度運行曲線的尖峰，直到ITran-TsrtI彡ls，則輸出目標速度曲線。
全文摘要
一種列車運行速度規劃與控制系統，包括列車行駛接近的地面設備、安裝在列車上的車載設備。所述車載設備包括速度計、人機界面、地面設備應答單元、列車自動防護單元、速度控制單元、牽引/制動單元。其中，列車自動防護單元，分別與速度計、人機界面、地面設備應答單元以及速度控制單元連接；地面設備應答單元，分別與地面設備和列車自動防護單元連接；速度控制單元，分別與列車自動防護單元和牽引/制動單元連接。本發明通過地面應答器接收到包括鐵路狀況、線路限制速度、行車許可等信息，同時考慮乘客乘坐的舒適性和列車運行的準時性、節能性，規劃出最優的基於距離-速度的目標速度運行曲線，並通過輸出適當的牽引/制動命令實現目標速度的實時跟蹤。
文檔編號B61L3/00GK102514602SQ201110450190
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者林佳, 譚平, 趙鴻鳴, 陳志華 申請人:浙江網新中控創新技術研究開發有限公司