列车控制系统、方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车控制系统、方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着城市群和都市圈的发展，市域郊和城际铁路建设逐渐增多，市域郊和城际铁路通常具备快速化、公交化、网络化和自动化四个典型特征，一种可行的方式是使用基于通信的列车控制(communication based train control，cbtc)系统建设市域郊和城际铁路的线路，便于为市域郊和城际，与城轨的互联互通奠定良好的基础。市域郊和城际线路通常规划线路速度在160kmph～200kmph之间，而现有cbtc系统应用业绩中最高速度是160kmph，现有cbtc系统无法支撑高速线路(例如最高速度在200kmph～350kmph之间的线路)运行。如何实现列车控制系统支撑高速线路运行是目前业界亟待解决的重要问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种列车控制系统、方法、电子设备及存储介质。
4.第一方面，本发明提供一种列车控制系统，包括：车载设备、地面设备和轨旁设备，所述车载设备包括车载自动防护atp子系统和车载自动驾驶ato子系统，所述轨旁设备包括计轴器和应答器；
5.所述计轴器所支持的最高车速大于或等于线路目标运行速度；处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离大于或等于预设间隔距离，所述预设间隔距离是基于所述线路目标运行速度确定的；所述列车控制系统的保护区段长度是基于所述线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量确定的；
6.atp子系统用于基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
7.ato子系统用于通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
8.所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的；所述线路目标运行速度为200kmph～350kmph之间的任意速度。
9.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，在所述保护区段长度为站台处的第一保护区段长度的情况下，所述第一保护区段长度是第一长度和第二长度中较大的一项；
10.所述第一长度是基于开口闯红灯距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第二长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。
11.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，在所述保护区段长度为待避线道
岔防护信号机处的第二保护区段长度的情况下，所述第二保护区段长度是第三长度和第四长度中较大的一项；
12.所述第三长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第四长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。
13.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，在所述保护区段长度为区间信号机处的第三保护区段长度的情况下，所述第三保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；
14.或，在所述保护区段长度为折返轨终端阻挡信号机处的第四保护区段长度的情况下，所述第四保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的。
15.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，所述多个速度测量设备包括轮轴传感器、多普雷雷达和北斗卫星信号接收机，所述atp子系统具体用于：
16.通过所述轮轴传感器获取第一速度序列，通过所述多普雷雷达获取第二速度序列，以及通过所述北斗卫星信号接收机获取第三速度序列；
17.通过卡尔曼滤波方式，滤除所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速度序列中的噪声；
18.基于所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速度序列，通过加权融合方式确定列车速度。
19.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，所述atp子系统还用于：
20.基于所述紧急制动触发限速防护曲线、第一运行区段的防护阈值以及第二运行区段的防护阈值，生成所述常用制动触发限速防护曲线；
21.所述第一运行区段的限速值小于限速阈值，所述第二运行区段的限速值大于或等于限速阈值且所述第二运行区段的限速值小于或等于所述线路目标运行速度，所述第一运行区段的防护阈值小于所述第二运行区段的防护阈值，所述第二运行区段的防护阈值与所述第二运行区段的限速值正相关。
22.可选地，根据本发明提供的一种列车控制系统，所述列车牵引制动特性数据包括：列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据和列车制动延时特性数据。
23.第二方面，本发明还提供一种列车控制方法，应用于上述任一列车控制系统，所述方法包括：
24.基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
25.通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
26.所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。
27.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述列车控制方法。
28.第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述列车控制方法。
29.本发明提供的列车控制系统、方法、电子设备及存储介质，通过为系统配置支持线路目标运行速度的计轴器，配置处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离适应线路目标运行速度，以及基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定保护区段长度，可以使得列车控制系统的线路设备布置方式能够适应高速线路运行；通过基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求；通过优化算法求解速度曲线优化模型，可以获取目标速度曲线，进而可以基于列车速度和目标速度曲线生成列车控制指令，以提升列车在高速运行过程中的稳定性与安全性，通过改进线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现列车控制系统支撑高速线路运行。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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。
31.图1是本发明提供的列车控制系统的结构示意图；
32.图2是本发明提供的轮径校正应答器布置示意图；
33.图3是本发明提供的基于曲线优化的自动驾驶控制策略的示意图；
34.图4是本发明提供的多个速度测量设备的测量数据融合的流程示意图；
35.图5是本发明提供的针对350kmph的安全防护策略的示意图；
36.图6是本发明提供的安全防护制动模型的示意图；
37.图7是本发明提供的列车牵引特性曲线的示意图；
38.图8是本发明提供的列车制动特性曲线的示意图；
39.图9是本发明提供的列车控制方法的流程示意图；
40.图10是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。
42.图1是本发明提供的列车控制系统的结构示意图，如图1所示，列车控制系统包括车载设备101、地面设备102和轨旁设备103，所述车载设备包括车载自动防护(automatic train protection，atp)子系统和车载自动驾驶(automatic train operation，ato)子系统，所述轨旁设备包括计轴器和应答器，其中：
43.所述计轴器所支持的最高车速大于或等于线路目标运行速度；处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离大于或等于预设间隔距离，所述预设间隔距离是基于
所述线路目标运行速度确定的；所述列车控制系统的保护区段长度是基于所述线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量确定的；
44.atp子系统用于基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
45.ato子系统用于通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
46.所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的；所述线路目标运行速度为200kmph～350kmph之间的任意速度。
47.具体地，为了实现列车控制系统支撑高速线路运行，可以从线路设备布置方式、列车速度测量方式和列车自动驾驶控制方式这三个方面对列车控制系统进行改造升级，其中：
48.在线路设备布置方式上，可以通过为系统配置支持线路目标运行速度的计轴器，配置处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离适应线路目标运行速度，以及基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定保护区段长度，可以使得列车控制系统的线路设备布置方式能够适应高速线路运行；
49.在列车速度测量方式上，可以通过基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求；
50.在列车自动驾驶控制方式上，可以通过优化算法(例如粒子群优化算法或灰狼优化算法)求解速度曲线优化模型，可以获取目标速度曲线，进而可以基于列车速度和目标速度曲线生成列车控制指令，以提升列车在高速运行过程中的稳定性与安全性。
51.可以理解的是，通过改进线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现列车控制系统支撑高速线路运行。
52.可选地，列车控制系统可以是cbtc系统，cbtc系统可以包括车载设备、地面设备和轨旁设备，车载设备可以包括车载自动防护atp子系统和车载自动驾驶ato子系统，轨旁设备可以包括计轴器和应答器，通过改进cbtc系统的线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现cbtc系统支撑高速线路运行。
53.可选地，如表1所示，可以根据计轴检测与车轮轮径、轴距以及车速对应关系，为系统配置计轴器。满足列车相应的车轮直径及轴距，计轴器适应速度的设计性能最高可以为450km，而国内地铁列车车轮直径大部分都是800-900mm之间，轴距在2m以上。相关计轴器选型应满足表1所示速度范围。相应的布置方案应配合其他设备进行相应的变动，若无变动应遵循相关技术中cbtc系统线路设备布置方案。
54.表1计轴检测与车轮轮径、轴距以及车速对应关系表
55.轮直径≥330mm≥600mm≥800mm≥900mm速度0-160km/h0-250km/h0-400km/h0-450km/h轴中心距0.7m1.4m2.2m2.5m
56.可选地，为系统配置的应答器的解码时间应小于或等于2.5ms。下面分析应答器的解码时间能否满足高速线路运行要求，假设列车以最高速度350kmph行驶，应答器传输模块(btm)正常解码时间为t2＝2.5ms，应答器出线尾缆方向垂直钢轨，天线与应答器水平作用
距离为s＝600mm，列车经过应答器时间为t1，btm以最高车速正常过应答器解码次数为
57.根据：
58.所以即列车即使以最高速度350kmph通过应答器时，解码也能保证2次，满足系统正常使用。
59.可选地，对于应答器的布置间隔限制，在站台区域，以最高限速80km/h计算，任意两个应答器之间的距离不得小于5m；非站台直向通过区域，以最高限速350km/h计算，任意两个应答器之间的距离不得小于22m。非站台侧向通过区域，根据侧向线路限速计算，任意两个应答器之间的距离不得小于：(侧向限速(km/h)/0.036
×
0.2(s)/100)m。
60.可选地，图2是本发明提供的轮径校正应答器布置示意图，如图2所示，轮径校正应答器用于实现列车的轮径校正，为保证轮径校正结果的正确性，保证列车在经过两个轮径校正应答器的时候能够保持匀速不打滑惰行前进，因此轮径校正应答器需要布置在直道，无坡度的地方，若由于线路问题无法完全保证，则首先考虑无弯道的地方(若线路情况不好，允许存在不大于千分之五的坡道)。同时布置间隔(l)应大于22m。其他区域应答器布置原则，遵循相关技术的cbtc线路布置方案。
61.可选地，cbtc系统的轨旁设备还包括道岔设备，道岔设备可以按相关技术中的cbtc规范设计，可以采用直向容许通过速度为30km/h的道岔类型。
62.可选地，cbtc系统中的其他设备如区域控制器(zone controller，zc)、数据库存储单元(database storage unit，dsu)、计算机联锁(computer interlocking，ci)和行车综合自动化系统(trafficcontrol integrated automation system，tias)等设备布置，可遵循相关技术中的cbtc规范。
63.可选地，在线路设计中，由于高速下的移动授权(movementauthority，ma)极限距离与ma安全裕量变化，因而需要相对应的更新接近区段、触发区段、保护区段以及逻辑区段等。其中接近区段、触发区段以及保护区段与列车紧急制动距离有关。具体长度可在线路参数及车辆性能确定后进行核算。
64.可选地，可以基于线路目标运行速度，确定移动授权安全裕量。在确定移动授权安全裕量的过程中，应遵循以下3条原则：(1)取全线最差坡度(包括正反向)，全线统一取值；(2)后溜和主动退行两种情况都计算，取较大值；(3)退行方式2m-2m-1m和一次退行5m，两种方式同时计算，取计算后的较大值，其中最大退行距离5m，速度不超过5km/h。
65.可选地，通过优化算法求解速度曲线优化模型的过程可以包括：根据区间限速情况确定牵引-惰行工况转换点以及牵引-惰行工况转换点的启发设置位置，进而可以根据牵引-惰行工况转换点及启发设置位置构造初始解空间，进而可以计算列车的最快速度曲线和最慢速度曲线，进而可以将最快速度曲线作为初始解空间的上边界，将最慢速度曲线作为初始解空间的下边界，形成最终解空间，进而可以通过优化算法在最终解空间内确定目标速度曲线。
66.可选地，对于限速及线路特征较为简单的区间，其目标速度曲线可以通过“一次牵
引-惰行工况转换”实现。
67.可选地，图3是本发明提供的基于曲线优化的自动驾驶控制策略的示意图，如图3所示，对于限速复杂或线路特征明显的区间，其目标速度曲线可以通过“多次牵引-惰行工况转换”实现。
68.可选地，可在发车前离线或站台停车时在线完成速度曲线优化模型求解，获取目标速度曲线，并生成相应的列车控制指令，具有全局或区间范围内的预测作用，可减少列车在高速运行过程中的驾驶阶段切换以及危险点的提前预知，从而提升列车在高速运行过程中的稳定性与安全性。
69.可选地，所述基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令，具体可以包括：在列车运行阶段，基于列车位置查询目标速度曲线获取目标推荐速度(对目标速度曲线进行单目标追踪)；基于目标推荐速度，生成列车控制指令。其中，列车控制指令可以是牵引指令、惰行指令或制动指令等。
70.本发明提供的列车控制系统，通过为系统配置支持线路目标运行速度的计轴器，配置处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离适应线路目标运行速度，以及基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定保护区段长度，可以使得列车控制系统的线路设备布置方式能够适应高速线路运行；通过基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求；通过优化算法求解速度曲线优化模型，可以获取目标速度曲线，进而可以基于列车速度和目标速度曲线生成列车控制指令，以提升列车在高速运行过程中的稳定性与安全性，通过改进线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现列车控制系统支撑高速线路运行。
71.可选地，本发明提供一种列车控制系统，在所述保护区段长度为站台处的第一保护区段长度的情况下，所述第一保护区段长度是第一长度和第二长度中较大的一项；
72.所述第一长度是基于开口闯红灯距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第二长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。
73.具体地，为了实现站台处的保护区段长度能够适应高速线路运行，可以基于开口闯红灯距离、应答器丢失走行距离和移动授权安全裕量，确定第一长度，还可以基于列车停车距离和移动授权安全裕量，确定第二长度，可以比较第一长度和第二长度，确定第一长度和第二长度之中较大的一项作为站台处的第一保护区段长度。
74.可选地，列车停车距离可以是列车执行精确停车所需的距离。
75.可选地，可以通过以下公式，确定第一保护区段长度：
76.l
station_safe
＝max[(l1+l2+l
ma
),(l
park
+l
ma
)]；
[0077]
其中，l
station_safe
表示第一保护区段长度，l
ma
表示移动授权安全裕量，l1表示开口闯红灯距离，l2表示应答器丢失走行距离，l
park
表示列车停车距离。
[0078]
因此，通过基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定站台处的第一保护区段长度，实现站台处的保护区段长度能够适应高速线路运行。
[0079]
可选地，本发明提供一种列车控制系统，在所述保护区段长度为待避线道岔防护信号机处的第二保护区段长度的情况下，所述第二保护区段长度是第三长度和第四长度中较大的一项；
[0080]
所述第三长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第四长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。
[0081]
具体地，为了实现待避线道岔防护信号机处的保护区段长度能够适应高速线路运行，可以基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和移动授权安全裕量，确定第三长度，还可以基于列车停车距离和移动授权安全裕量，确定第四长度，可以比较第三长度和第四长度，确定第三长度和第四长度中较大的一项作为待避线道岔防护信号机处的第二保护区段长度。
[0082]
可选地，可以通过以下公式，确定第二保护区段长度：
[0083]
l
point_signal_safe
＝max[(l
eb_red
+l2+l
ma
),(l
park
+l
ma
)]；
[0084]
其中，l
point_signal_safe
表示第二保护区段长度，l
eb_red
表示开口闯红灯紧急制动距离，l
ma
表示移动授权安全裕量，l2表示应答器丢失走行距离，l
park
表示列车停车距离。
[0085]
因此，通过基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定待避线道岔防护信号机处的第二保护区段长度，实现待避线道岔防护信号机处的保护区段长度能够适应高速线路运行。
[0086]
可选地，本发明提供一种列车控制系统，在所述保护区段长度为区间信号机处的第三保护区段长度的情况下，所述第三保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；
[0087]
或，在所述保护区段长度为折返轨终端阻挡信号机处的第四保护区段长度的情况下，所述第四保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的。
[0088]
具体地，为了实现区间信号机处的保护区段长度能够适应高速线路运行，可以基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和移动授权安全裕量，确定区间信号机处的第三保护区段长度。
[0089]
具体地，为了实现折返轨终端阻挡信号机处的保护区段长度能够适应高速线路运行，可以基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和移动授权安全裕量，确定折返轨终端阻挡信号机处的第四保护区段长度。
[0090]
可选地，可以通过以下公式，确定第三保护区段长度或第四保护区段长度：
[0091]
l
interval_signal_safe
＝l
eb_red
+l2+l
ma
；
[0092]
其中，l
interval_signal_safe
表示第三保护区段长度或第四保护区段长度，l
eb_red
表示开口闯红灯紧急制动距离，l
ma
表示移动授权安全裕量，l2表示应答器丢失走行距离。
[0093]
因此，通过基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定区间信号机处的第三保护区段长度或折返轨终端阻挡信号机处的第四保护区段长度，实现区间信号机处的保护区段长度和折返轨终端阻挡信号机处的保护区段长度能够适应高速线路运行。
[0094]
可选地，本发明提供一种列车控制系统，所述多个速度测量设备包括轮轴传感器、多普雷雷达和北斗卫星信号接收机，所述atp子系统具体用于：
[0095]
通过所述轮轴传感器获取第一速度序列，通过所述多普雷雷达获取第二速度序列，以及通过所述北斗卫星信号接收机获取第三速度序列；
[0096]
通过卡尔曼滤波方式，滤除所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速
度序列中的噪声；
[0097]
基于所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速度序列，通过加权融合方式确定列车速度。
[0098]
具体地，为了满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求，可以通过轮轴传感器获取第一速度序列，通过多普雷雷达获取第二速度序列，以及通过北斗卫星信号接收机获取第三速度序列，进而可以通过卡尔曼滤波方式，滤除第一速度序列、第二速度序列和第三速度序列中的测量噪声，进而可以对滤除噪声后的第一速度序列、第二速度序列和第三速度序列进行加权融合，以确定列车速度。
[0099]
可选地，图4是本发明提供的多个速度测量设备的测量数据融合的流程示意图，如图4所示，可以理解的是，为了提高列车在高速情况下的测速精度和可靠性，通过多传感器信息融合的方式，结合不同传感器的优点，弥补各自短板，通过冗余互补的方式能够提供更加精确的测速信息。如图4所示，通过卡尔曼滤波法将轮轴传感器、多普勒雷达、北斗卫星信号接收机等其他传感器设备所测列车速度信息进行融合，对各个信息进行融合计算以及误差修正，消除噪声干扰，以获取精确的列车运行速度测量结果。具有设计灵活，计算量小、容错性能好的特点，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求。
[0100]
可选地，轮轴传感器可以是脉冲速度传感器，脉冲速度传感器所能测得的最大速度为trainspeed表示速度最大测量值，d表示车轮直径，δn表示单位时间内脉冲测速传感器输出的脉冲数，n表示转速传感器随车轮每旋转一圈发出的脉冲数，为系统配置的脉冲速度传感器，应保证trainspeed》350kmph，以满足高速cbtc的测速需求。
[0101]
可选地，通过北斗卫星信号接收机可以接收北斗卫星的北斗定位信息，北斗定位信息中可以包括当前列车的实时绝对位置坐标，进而基于北斗定位信息中的当前列车的实时绝对位置坐标和预先存储的运行线路拓扑图，可以确定当前列车在运行线路中的相对位置；其中，运行线路拓扑图可以是基于预先在列车运行线路电子轨道图上布设的北斗节点和实测北斗节点绝对位置坐标构建的，运行线路拓扑图上可以包括运行线路上的里程信息与绝对位置坐标的对应关系。由于构建的运行线路拓扑图(即电子地图)准确率更高，而且北斗导航卫星给出的实时绝对位置坐标的准确性也更有保障，因此，基于运行线路拓扑图和列车的实时绝对位置坐标确定的列车在运行线路中的里程信息也更准确。
[0102]
可选地，在获取列车速度信息和列车定位信息之后，可以结合设备处置通信延迟进行安全位置计算。
[0103]
因此，通过基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求。
[0104]
可选地，本发明提供一种列车控制系统，所述atp子系统还用于：
[0105]
基于所述紧急制动触发限速防护曲线、第一运行区段的防护阈值以及第二运行区段的防护阈值，生成所述常用制动触发限速防护曲线；
[0106]
所述第一运行区段的限速值小于限速阈值，所述第二运行区段的限速值大于或等于限速阈值且所述第二运行区段的限速值小于或等于所述线路目标运行速度，所述第一运行区段的防护阈值小于所述第二运行区段的防护阈值，所述第二运行区段的防护阈值与所
述第二运行区段的限速值正相关。
[0107]
具体地，为了保障高速下列车能够安全平稳运行，可以依据限速将运行区段分为常规区段(也即上述第一运行区段)和高速区段(也即上述第二运行区段)，在确定紧急制动触发限速防护曲线之后，可以基于紧急制动触发限速防护曲线、第一运行区段的防护阈值以及第二运行区段的防护阈值，生成常用制动触发限速防护曲线，在常规区段采用较小的防护阈值，保证列车的运行效率，在高速区段，采用基于速度自适应调整的防护阈值(也即第二运行区段的防护阈值与第二运行区段的限速值正相关)，能够降低高速下采取紧急制动措施的概率，保障高速下列车安全平稳运行。
[0108]
可选地，图5是本发明提供的针对350kmph的安全防护策略的示意图，如图5所示，依据静态限速可以将运行区段分为：常规区段(静态限速≤160kmph，限速阈值可以是160kmph)，高速区段(160kmph≤静态限速≤350kmph)。根据静态限速，结合适用于高速运行下的安全防护制动模型以及列车制动特性数据，可以生成紧急制动触发限速防护曲线(ebi)，然后可以根据不同的运行区段以及ebi，生成基于运行速度自适应阈值的常用制动触发限速防护曲线(sbi)。其中，在常规区段采用较小的防护阈值，保证列车的运行效率，在高速区段，采用基于速度自适应调整的防护阈值，能够降低高速下采取紧急制动措施的概率，保障高速下列车安全平稳运行。
[0109]
可选地，列车在运行区间内的速度限制，可以根据以下限制条件中的最严格的一项来确定：(1)列车运行区域的永久速度限制；(2)列车运行区域内的所有的临时限速；(3)根据不同列车类型、型号或配置而采用的车辆速度限制。
[0110]
可选地，图6是本发明提供的安全防护制动模型的示意图，如图6所示，在安全防护制动模型中，列车紧急制动的过程被分为三个阶段：(1)第一阶段，列车继续加速，紧急制动前系统有车载反应和牵引切断的时间延迟；(2)第二阶段，牵引切断，列车在紧急制动建立等效时间内继续滑行，只有坡度加速度；(3)第三阶段，实施紧急制动，平坦轨道上遵循速度-距离抛物线。
[0111]
可以理解的是，根据上述安全防护制动模型，提速后会加大列车的紧急制动距离及常用制动距离，列车牵引加速度、制动减速度及响应延时均需要根据工程实际情况进行调整。
[0112]
可选地，列车制动特性数据可以包括350kmph以内列车最不利紧急制动减速度，可以通过实验测试获取列车最不利紧急制动减速度。例如，在列车速度为0-250kmph的情况下，列车最不利紧急制动减速度为0.98m/s2；在列车速度为250-300kmph的情况下，列车最不利紧急制动减速度为0.75m/s2；在列车速度为300-350kmph的情况下，列车最不利紧急制动减速度为0.40m/s2。
[0113]
因此，通过在常规区段采用较小的防护阈值，以及在高速区段采用基于速度自适应调整的防护阈值，能够降低高速下采取紧急制动措施的概率，保障高速下列车安全平稳运行。
[0114]
可选地，本发明提供一种列车控制系统，所述列车牵引制动特性数据包括：列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据和列车制动延时特性数据。
[0115]
具体地，为了构建速度曲线优化模型，可以基于列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据、列车制动延时特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用
制动触发限速防护曲线确定约束条件，将求解能耗最小的列车运行速度曲线作为目标以确定目标函数，基于目标函数和约束条件，可以构建速度曲线优化模型。
[0116]
可以理解的是，列车牵引制动特性数据可以是通过实测方式获取的，在0至线路目标运行速度的速度区间内对列车进行测试，获取列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据和列车制动延时特性数据。
[0117]
可选地，图7是本发明提供的列车牵引特性曲线的示意图，图8是本发明提供的列车制动特性曲线的示意图，可以在0至350kmph的速度区间内对列车进行测试，获取列车牵引特性数据(如图7所示)、列车制动特性数据(如图8所示)、列车牵引延时特性数据和列车制动延时特性数据。
[0118]
可选地，列车牵引延时特性数据可以包括牵引建立延时数据和牵引切除延时。牵引建立延时数据可以包括达到目标加速度的10％的延时数据(例如系统首次启动3.5s，非首次2s)和达到目标加速度的90％的延时(例如系统首次启动约5s，非首次启动约3.5s)。牵引切除延时可以包括从牵引切除指令发出(无牵引使能)，到列车加速度降到原加速度的90％的延时(例如，非精确评估值可以是400ms)。
[0119]
可选地，列车制动延时特性数据可以包括常用制动建立延时数据和紧急制动建立延时数据。常用制动建立延时可以包括达到目标制动率的10％的延时数据(例如系统首次启动3.5s，非首次2s)和达到目标制动率的90％的延时数据(例如系统首次启动约5s，非首次启动约3.5s)。紧急制动建立延时数据可以包括达到目标制动率的10％的延时数据(例如非精确评估值可以是500ms)和达到目标制动率的90％的延时数据(例如非精确评估值可以是1900ms)。
[0120]
可选地，在调整各项列车控制性能参数的过程中，首先可以根据线路列车，更新系统列车参数，如列车长度，列车最大速度，列车质量，车轮转向架参数，应答器，速度传感器安装参数等；其次可以对牵引\制动特性数据进行采样获取列车车载牵引\制动特性曲线数据，以及干、湿轨情况下的制动阀减速度(例如干轨情况下制动阀减速度可以是0.9m/s2，湿轨情况下制动阀减速度可以是：0.75m/s2。最后可以更新安全防护参数，如精确安全防护模型中，列车最大允许速度(350km/h)，牵引/制动时延参数等。
[0121]
可以理解的是，调整各项列车控制性能参数之后，可以通过车辆牵引系统和制动系统根据车辆载重自动调整牵引/制动力，保证施加的牵引或制动命令在不同载重下，列车加速度/减速度值在期望值的
±
10％内，延时特性也在提供值的
±
10％以内，保证列车在高速下的精准稳定控制。
[0122]
因此，通过基于列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据、列车制动延时特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定约束条件，约束条件能够表征列车牵引制动特性，使得构建的速度曲线优化模型能够匹配列车实际运行情况。
[0123]
本发明提供的列车控制系统，通过为系统配置支持线路目标运行速度的计轴器，配置处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离适应线路目标运行速度，以及基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量，确定保护区段长度，可以使得列车控制系统的线路设备布置方式能够适应高速线路运行；通过基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度，能够满足高速运行下对测速的精度和可靠性需求；通过优化算法求解速度
曲线优化模型，可以获取目标速度曲线，进而可以基于列车速度和目标速度曲线生成列车控制指令，以提升列车在高速运行过程中的稳定性与安全性，通过改进线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现列车控制系统支撑高速线路运行。
[0124]
图9是本发明提供的列车控制方法的流程示意图，如图9所示，列车控制方法可以应用于上述任一列车控制系统，所述方法包括：
[0125]
步骤901，基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
[0126]
步骤902，通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
[0127]
所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。
[0128]
图10是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图10所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1010、通信接口(communications interface)1020、存储器(memory)1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行列车控制方法，例如该方法包括：
[0129]
基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
[0130]
通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
[0131]
所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。
[0132]
此外，上述的存储器1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0133]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的列车控制方法，例如该方法包括：
[0134]
基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
[0135]
通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
[0136]
所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发
限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。
[0137]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的列车控制方法，例如该方法包括：
[0138]
基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；
[0139]
通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；
[0140]
所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。
[0141]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0142]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0143]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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。

技术特征：
1.一种列车控制系统，包括车载设备、地面设备和轨旁设备，所述车载设备包括车载自动防护atp子系统和车载自动驾驶ato子系统，所述轨旁设备包括计轴器和应答器，其特征在于：所述计轴器所支持的最高车速大于或等于线路目标运行速度；处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离大于或等于预设间隔距离，所述预设间隔距离是基于所述线路目标运行速度确定的；所述列车控制系统的保护区段长度是基于所述线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量确定的；atp子系统用于基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；ato子系统用于通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的；所述线路目标运行速度为200kmph～350kmph之间的任意速度。2.根据权利要求1所述列车控制系统，其特征在于，在所述保护区段长度为站台处的第一保护区段长度的情况下，所述第一保护区段长度是第一长度和第二长度中较大的一项；所述第一长度是基于开口闯红灯距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第二长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。3.根据权利要求1所述列车控制系统，其特征在于，在所述保护区段长度为待避线道岔防护信号机处的第二保护区段长度的情况下，所述第二保护区段长度是第三长度和第四长度中较大的一项；所述第三长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；所述第四长度是基于列车停车距离和所述移动授权安全裕量确定的。4.根据权利要求1所述列车控制系统，其特征在于，在所述保护区段长度为区间信号机处的第三保护区段长度的情况下，所述第三保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的；或，在所述保护区段长度为折返轨终端阻挡信号机处的第四保护区段长度的情况下，所述第四保护区段长度是基于开口闯红灯紧急制动距离、应答器丢失走行距离和所述移动授权安全裕量确定的。5.根据权利要求1所述列车控制系统，其特征在于，所述多个速度测量设备包括轮轴传感器、多普雷雷达和北斗卫星信号接收机，所述atp子系统具体用于：通过所述轮轴传感器获取第一速度序列，通过所述多普雷雷达获取第二速度序列，以及通过所述北斗卫星信号接收机获取第三速度序列；通过卡尔曼滤波方式，滤除所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速度序列中的噪声；基于所述第一速度序列、所述第二速度序列和所述第三速度序列，通过加权融合方式确定列车速度。6.根据权利要求1所述列车控制系统，其特征在于，所述atp子系统还用于：基于所述紧急制动触发限速防护曲线、第一运行区段的防护阈值以及第二运行区段的
防护阈值，生成所述常用制动触发限速防护曲线；所述第一运行区段的限速值小于限速阈值，所述第二运行区段的限速值大于或等于限速阈值且所述第二运行区段的限速值小于或等于所述线路目标运行速度，所述第一运行区段的防护阈值小于所述第二运行区段的防护阈值，所述第二运行区段的防护阈值与所述第二运行区段的限速值正相关。7.根据权利要求1-6任一项所述列车控制系统，其特征在于，所述列车牵引制动特性数据包括：列车牵引特性数据、列车制动特性数据、列车牵引延时特性数据和列车制动延时特性数据。8.一种列车控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一项所述的列车控制系统，所述方法包括：基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；通过优化算法求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线，以及基于所述列车速度和所述目标速度曲线生成列车控制指令；所述速度曲线优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数的目标为求解能耗最小的列车运行速度曲线，所述约束条件是基于列车牵引制动特性数据、紧急制动触发限速防护曲线和常用制动触发限速防护曲线确定的。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述列车控制方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述列车控制方法。

技术总结
本发明提供一种列车控制系统、方法、电子设备及存储介质，所述系统包括：计轴器所支持的最高车速大于或等于线路目标运行速度；处于非站台直向通过区域的任意两个应答器之间的距离大于或等于预设间隔距离，预设间隔距离是基于线路目标运行速度确定的；保护区段长度是基于线路目标运行速度对应的移动授权安全裕量确定的；ATP子系统用于基于多个速度测量设备的测量数据确定列车速度；ATO子系统用于通过求解速度曲线优化模型，获取目标速度曲线并生成列车控制指令，线路目标运行速度为200～350kmph之间的任意速度。通过改进线路设备布置方式、列车速度测量方式以及列车自动驾驶控制方式，能够实现列车控制系统支撑高速线路运行。行。行。


技术研发人员：刘合叶 张蕾 刘杨帆
受保护的技术使用者：交控科技股份有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/4/5