一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法与流程

1.本发明涉及虚拟编组列车领域，具体涉及一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法。


背景技术：

2.随着国内铁路事业的不断发展，增大列车运行密度，缩小列车追踪间隔成为提高铁路运输效率的重要手段之一。传统的铁路信号系统采用固定闭塞、移动闭塞等方式保证了列车的行车安全，但是列车间的追踪间隔仍包含了至少一个最大制动距离以及安全余量。随着列车运行速度的不断提高，列车的最大制动距离也越来越大，列车间的追踪间隔也随之增大，传统的闭塞方式已无法满足铁路的运营要求。之后人们提出虚拟编组，利用车车无线通信技术，后车根据前车报告的运行状态制定相应的牵引制动策略，实时调整追踪状态，大大减小了列车追踪间隔。但是现有的虚拟编组技术，极大的依赖于列车精准定位以及车车通信技术，当无线通信延时严重或列车位置有误时，追踪间隔距离也会受到影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服目前无线通信延时严重或列车位置有误从而影响虚拟编组技术的追踪间隔距离的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出了一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，包括以下步骤：
5.s1、编组车载设备获取编组线路内的所有线路数据，并计算虚拟编组计划中的列车前方的限制曲线；
6.s2、前车和后车开始编组；
7.s3、在编组成功后，基于车车通信延迟，确定后车的允许速度v
后
。
8.优选的，所述步骤s1进一步的包括以下步骤：
9.s11、在制定虚拟编组计划后，ats将该虚拟编组计划发送至rbc；
10.s12、各个编组车载设备与rbc建立无线通信，获取行车线路的前方行车许可以及道岔信息，同时将编组车载设备完整性状态上报至rbc；
11.s13、编组车载设备根据当前列车位置、所述行车线路的前方行车许可以及道岔信息计算限制曲线；
12.优选的，所述编组车载设备完整性状态指的是本列车有没有脱节以及长度是否完整，该状态包括完整性已知、完整性未知和完整性丢失。
13.优选的，所述步骤s2进一步的包括以下步骤：
14.s21、rbc发送编组命令至编组内列车，各个编组车载设备收到编组命令后回复rbc进入编组状态；
15.s22、前车按照所述限制曲线继续行驶，后车断开与rbc的通信连接，与前车建立通信会话。
16.优选的，若rbc收到的编组车载设备完整性状态为完整性已知，则执行步骤s21进行编组，若编组车载设备完整性状态为为完整性未知或完整性丢失，则不进行编组。
17.优选的，后车进入编组状态时，ats对后车进行无线超时监控，若后车在规定时间内与前车成功建立通信会话，则向rbc报告编组成功；若后车未在规定时间内与前车成功建立通信会话，则ats触发制动，将后车的行车许可缩短至后车的车头位置，并向rbc报告编组失败，重复步骤s2，直至编组成功。
18.优选的，所述步骤s3进一步的包括以下步骤：
19.s31、前车以t
前
为周期，周期性的将前车的当前最短制动距离l
前制动
、当前列车位置d
前n
、车长l
前车长
以及当前列车速度v
前n
发送给后车；
20.s32、后车根据前车的最短制动距离l
前制动
、前车与后车之间的距离以及安全余量l
安
，计算后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
以及后车的行车许可终点的基准值d
后0
；
21.s33、根据前、后车无线通信延迟，基于后车的行车许可终点的基准值d
后0
对后车行车许可终点进行校准；
22.s34、后车根据校准后的后车行车许可终点d
后
计算限制曲线，确定当前后车的允许速度v
后
。
23.优选的，所述步骤s32中，安全余量l
安
根据需要进行规定；前车的最短制动距离l
前制动
根据前车自身的制动参数及行驶速度计算得出的；后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
＝l
前制动-l
前车长-l
安
；后车的行车许可终点的基准值d
后0
＝d
前n
+l
相对制动
。
24.优选的，所述步骤s33进一步的包括以下步骤：
25.s331、根据前车周期性发来的前车列车位置以及列车速度，后车预测下一周期时的前车位置；
26.s333、分别比较相邻三个周期中前车实际位置d
前n
、d
前n+1
、d
前n+2
与前车预测位置d＇
前n
、d＇
前n+1
、d＇
前n+2
的关系，并对后车行车许可终点进行校正；
27.其中，若相邻三个周期中前车实际位置均大于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0
+(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若相邻三个周期中前车实际位置均小于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0-(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若上述两种情况均不符合，则d
后
＝d
后0
。
28.优选的，所述步骤s331具体为：首先根据卡尔曼增益模型，预测车车通信延迟时间t
延
(k+1)；后车根据该车车通信延迟时间，预测在下一周期时的前车位置：d＇
前n+1
＝v
前n
×
t
延
(n+1)+d
前n+1
。
29.优选的，在需要解编时，执行步骤s4：在ats的命令下，前车与后车断开车车通信，后车重新与rbc通信。
30.优选的，所述步骤s4进一步包括以下步骤：
31.s41、ats下发解编计划并发送给rbc，rbc将该解编计划发送给前车，前车将解编计划发送至后车；
32.s42、后车收到解编计划后回复前车确认解编计划，并将后车的当前列车速度降低至当前允许速度v
后
的一半，当后车与前车之间的距离大于后车的最大制动距离时，后车发送确认执行解编消息至前车；
33.s43、前车收到后车确认执行解编消息后报告给rbc，rbc将断开车车通信的命令发
送给前车，前车收到该断开车车通信命令后，发送结束通信命令给后车；
34.s44、后车收到结束通信命令后断开与前车的无线连接，与rbc建立通信，获取来自rbc的行车许可；
35.s45、rbc通过后车报告的位置确认后车驶出编组区域后，发送解编完成消息至ats，完成解编。
36.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37.1、本方案与传统闭塞模式相比，后车行车许可由原来至前车尾部扩展到了至前车紧急制动停车点，列车停车间距呈动态变化，大大减小了前车与后车之前的追踪间隔，提高了铁路运输效率；
38.2、本方案克服了由于车车通信中断时造成的后车紧急制动停车，通信中断后后车仍可按照之前的行车许可继续运行；
39.3、本方案根据前车的位置和速度，实时预测前车的位置，比较前车实际位置与预测前车位置的关系，补偿由于无线延时等因素造成的位置延迟，制定后车牵引制动策略，进一步缩短了前后车的追踪间隔。
附图说明
40.图1为本发明的流程示意图；
41.图2为本发明实施例中ats、rbc和列车之间在不同情况下的通信关系示意图；
42.图3为后车动态追踪前车计算相对制动距离的示意图；
43.图4为预测车车通信延迟时间及预测前车位置的流程图。
具体实施方式
44.以下将结合本发明实施例中的图1～图4，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
45.需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
46.需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
47.为补偿无线通信延时对虚拟编组列车追踪系统的影响，本实施例提供了一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，如图1所示，包括以下步骤：
48.s1、编组车载设备获取编组线路内的所有线路数据，并计算虚拟编组计划中的列车前方的限制曲线；
49.所述编组车载设备包括前车上的车载设备以及与该前车相邻的后车上的车载设
备，所述前车、后车为列车行驶方向上的靠前的列车和靠后的列车，所述步骤s1进一步的包括以下步骤：
50.s11、在制定虚拟编组计划后，ats(列车自动监控系统)将该虚拟编组计划发送至rbc(无线闭塞中心)；
51.s12、各个编组车载设备与rbc建立无线通信，获取行车线路的前方行车许可以及道岔信息，同时将编组车载设备完整性状态上报至rbc；
52.所述编组车载设备完整性状态指的是本列车有没有脱节以及长度是否完整，该状态包括完整性已知、完整性未知和完整性丢失；该状态通常采用高低风压测试确定，该测试方法为常规方法且并非本方案重点，故在此不再详述。
53.s13、编组车载设备(包括前车和后车的车载设备)根据当前列车位置、s12中所述行车线路的前方行车许可以及道岔信息计算限制曲线；
54.s2、前车和后车开始编组；
55.s21、若rbc收到的编组车载设备完整性状态为完整性已知，则rbc发送编组命令至前车和后车，前车和后车的编组车载设备收到编组命令后回复rbc进入编组状态，如图2所示；若rbc收到的编组车载设备完整性状态为完整性未知或完整性丢失，则不进行编组；
56.s22、前车进入编组状态后，按照s13中计算得到的所述限制曲线继续行驶；后车进入编组状态后，断开与rbc的通信连接，与前车建立通信会话，如图2所示；
57.具体的，在后车进入编组状态时，ats对后车进行无线超时监控，若后车在规定时间内与前车成功建立通信会话，则向rbc报告编组成功；若后车未在规定时间内与前车成功建立通信会话，则ats触发制动，将后车的行车许可缩短至后车的车头位置，并向rbc报告编组失败，再重复步骤s2，直至编组成功。
58.其中，所述规定时间一般为20s-30s。
59.s3、在编组成功后，基于车车通信延迟，确定后车的允许速度v
后
；
60.s31、前车以t
前
为车车通信周期，周期性的将前车的当前最短制动距离l
前制动
、当前列车位置d
前n
、车长l
前车长
以及当前列车速度v
前n
发送给后车；
61.s32、如图3所示，后车根据前车的最短制动距离l
前制动
、前车与后车之间的距离以及安全余量l
安
，计算后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
以及后车的行车许可终点的基准值d
后0
；
62.其中，安全余量l
安
根据需要进行规定；前车的最短制动距离l
前制动
是前车根据自身的制动参数及行驶速度计算得出的；后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
＝l
前制动-l
前车长-l
安
；后车的行车许可终点的基准值d
后0
＝d
前n
+l
相对制动
。
63.s33、考虑到前、后车无线通信延迟，基于后车的行车许可终点的基准值d
后0
对后车行车许可终点进行校准；
64.由于前车与后车之间的通信有延迟，后车在收到前车位置时前车已经向前运动了一端距离，因此需要补偿由于通信延时前车行走的距离，具体的，包括以下步骤：
65.s331、根据前车周期性发来的前车列车位置以及列车速度，后车预测下一周期时的前车位置；
66.以后车收到前车当前周期发来的前车列车位置d
前n
以及前车列车速度v
前n
，对下一周期时的前车位置d＇
前n+1
进行预测为例：
67.首先根据卡尔曼增益模型，预测车车通信延迟时间t
延
(k+1)，具体如图4所示，其中卡尔曼增益模型如下：
68.k
k+1
＝e
est
(k)/[e
est
(k)+e
mea
]；
[0069]
t
延
(k+1)＝t
延
(k)+k
k+1
×
[z(k)-t
延
(k)]；
[0070]eest
(k+1)＝(1-k
k+1
)
×eest
(k)
[0071]
其中，k
k+1
为卡尔曼增益，e
est
(k)为估计误差，e
mea
为系统时间测量误差，z(k)为后车第k次收到前车位置信息时的通信延时，即假设后车第k次收到前车信息时的时间为tk，则z(k)＝t
k-t
k-1-t
前
；
[0072]
根据车车通信延迟时间，后车预测在下一周期时的前车位置：
[0073]
d＇
前n+1
＝v
前n
×
t
延
(n+1)+d
前n+1
[0074]
s332、分别比较相邻三个车车通信周期中前车实际位置(d
前n
、d
前n+1
、d
前n+2
)与前车预测位置(d＇
前n
、d＇
前n+1
、d＇
前n+2
)的关系，并对后车行车许可终点进行校正；
[0075]
具体的，后车根据前车在上一周期发来的前车列车位置d
前n-1
以及列车速度v
前n-1
，预测前车这一周期发送给后车的前车列车位置d＇
前n
，并比较d＇
前n
与d
前n
的关系；在下一通信周期，后车收到前车的列车位置d
前n+1
以及v
前n+1
，根据前车上一周期的列车位置d
前n
以及v
前n
，预测本周期的前车列车位置d＇
前n+1
，并比较d
前n+1
与d＇
前n+1
的关系；依次类推，预测前车列车位置d＇
前n+2
，并比较d
前n+2
与d＇
前n+2
的关系；
[0076]
若相邻三个周期中前车实际位置均大于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0
+(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若相邻三个周期中前车实际位置均小于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0-(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若上述两种情况均不符合，则不进行校正，d
后
＝d
后0
。
[0077]
s34、后车根据s33中校准后的后车行车许可终点d
后
计算限制曲线，从而确定当前后车的允许速度v
后
。
[0078]
采用上述步骤s3，每个周期对d
后
进行更新并更新后车的允许速度v
后
。
[0079]
s4、当需要解编时，在ats的命令下，前车与后车断开车车通信，后车重新与rbc通信，具体包括以下步骤：
[0080]
s41、ats下发解编计划并发送给rbc，rbc将该解编计划发送给前车，前车将解编计划发送至后车；其中，由于编组成功后rbc只与前车通信，因此解编计划只能通过前车转发给后车；
[0081]
s42、后车收到解编计划后回复前车确认解编计划，并将后车的当前列车速度降低至当前允许速度v
后
的一半，当后车与前车之间的距离大于后车的最大制动距离时，后车发送确认执行解编消息至前车；
[0082]
其中，前车的位置会周期性将自身位置d
前n
发送给后车，后车根据d
前n
与自身实时位置d
后实时
计算后车与前车的距离，所述后车的最大制动距离是后车根据自身的行驶数据及制动参数计算得到。
[0083]
s43、前车收到后车确认执行解编消息后报告给rbc，rbc将断开车车通信的命令发送给前车，前车收到该断开车车通信命令后，发送结束通信命令给后车；
[0084]
s44、后车收到结束通信命令后断开与前车的无线连接，与rbc建立通信，获取来自rbc的行车许可，如图2所示；
[0085]
s45、rbc通过后车报告的位置确认后车驶出编组区域后，发送解编完成消息至ats，完成解编。
[0086]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、编组车载设备获取编组线路内的所有线路数据，并计算虚拟编组计划中的列车前方的限制曲线；s2、前车和后车开始编组；s3、在编组成功后，基于车车通信延迟，确定后车的允许速度v
后
。2.如权利要求1所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s1进一步的包括以下步骤：s11、在制定虚拟编组计划后，ats将该虚拟编组计划发送至rbc；s12、各个编组车载设备与rbc建立无线通信，获取行车线路的前方行车许可以及道岔信息，同时将编组车载设备完整性状态上报至rbc；s13、编组车载设备根据当前列车位置、所述行车线路的前方行车许可以及道岔信息计算限制曲线。3.如权利要求2所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述编组车载设备完整性状态指的是本列车有没有脱节以及长度是否完整，该状态包括完整性已知、完整性未知和完整性丢失。4.如权利要求3所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s2进一步的包括以下步骤：s21、rbc发送编组命令至编组内列车，各个编组车载设备收到编组命令后回复rbc进入编组状态；s22、前车按照所述限制曲线继续行驶，后车断开与rbc的通信连接，与前车建立通信会话。5.如权利要求4所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，若rbc收到的编组车载设备完整性状态为完整性已知，则执行步骤s21进行编组，若编组车载设备完整性状态为为完整性未知或完整性丢失，则不进行编组。6.如权利要求4所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，后车进入编组状态时，ats对后车进行无线超时监控，若后车在规定时间内与前车成功建立通信会话，则向rbc报告编组成功；若后车未在规定时间内与前车成功建立通信会话，则ats触发制动，将后车的行车许可缩短至后车的车头位置，并向rbc报告编组失败，重复步骤s2，直至编组成功。7.如权利要求1所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s3进一步的包括以下步骤：s31、前车以t
前
为周期，周期性的将前车的当前最短制动距离l
前制动
、当前列车位置d
前n
、车长l
前车长
以及当前列车速度v
前n
发送给后车；s32、后车根据前车的最短制动距离l
前制动
、前车与后车之间的距离以及安全余量l
安
，计算后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
以及后车的行车许可终点的基准值d
后0
；s33、根据前、后车无线通信延迟，基于后车的行车许可终点的基准值d
后0
对后车行车许可终点进行校准；s34、后车根据校准后的后车行车许可终点d
后
计算限制曲线，确定当前后车的允许速度v
后
。
8.如权利要求7所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s32中，安全余量l
安
根据需要进行规定；前车的最短制动距离l
前制动
根据前车自身的制动参数及行驶速度计算得出的；后车基于前车的相对制动距离l
相对制动
＝l
前制动-l
前车长-l
安
；后车的行车许可终点的基准值d
后0
＝d
前n
+l
相对制动
。9.如权利要求7所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s33进一步的包括以下步骤：s331、根据前车周期性发来的前车列车位置以及列车速度，后车预测下一周期时的前车位置；s333、分别比较相邻三个周期中前车实际位置d
前n
、d
前n+1
、d
前n+2
与前车预测位置d＇
前n
、d＇
前n+1
、d＇
前n+2
的关系，并对后车行车许可终点进行校正；其中，若相邻三个周期中前车实际位置均大于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0
+(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若相邻三个周期中前车实际位置均小于前车预测位置，则将后车的行车许可终点定为d
后
＝d
后0-(d
前n
+d
前n+1
+d
前n+2-d＇
前n-d＇
前n+1-d＇
前n+2
)/3；若上述两种情况均不符合，则d
后
＝d
后0
。10.如权利要求9所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s331具体为：首先根据卡尔曼增益模型，预测车车通信延迟时间t
延
(k+1)；后车根据该车车通信延迟时间，预测在下一周期时的前车位置：d＇
前n+1
＝v
前n
×
t
延
(n+1)+d
前n+1
。11.如权利要求7所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，在需要解编时，执行步骤s4：在ats的命令下，前车与后车断开车车通信，后车重新与rbc通信。12.如权利要求11所述的一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，其特征在于，所述步骤s4进一步包括以下步骤：s41、ats下发解编计划并发送给rbc，rbc将该解编计划发送给前车，前车将解编计划发送至后车；s42、后车收到解编计划后回复前车确认解编计划，并将后车的当前列车速度降低至当前允许速度v
后
的一半，当后车与前车之间的距离大于后车的最大制动距离时，后车发送确认执行解编消息至前车；s43、前车收到后车确认执行解编消息后报告给rbc，rbc将断开车车通信的命令发送给前车，前车收到该断开车车通信命令后，发送结束通信命令给后车；s44、后车收到结束通信命令后断开与前车的无线连接，与rbc建立通信，获取来自rbc的行车许可；s45、rbc通过后车报告的位置确认后车驶出编组区域后，发送解编完成消息至ats，完成解编。

技术总结
本发明公开了一种虚拟编组列车追踪系统的相对制动距离校准方法，包括以下步骤：S1、编组车载设备获取编组线路内的所有线路数据，并计算虚拟编组计划中的列车前方的限制曲线；S2、前车和后车开始编组；S3、在编组成功后，基于车车通信延迟，确定后车的允许速度V


技术研发人员：张旭 曹德宁 张军涛 王宁 孙建东 孙志涵 饶阳
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/4/18