一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法及装置与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法及装置。


背景技术：

2.城市轨道交通信号领域中，新型的车车通信列车控制系统tacs包含车载列车控制器cc和轨旁列车控制器wtc两种控车子系统，具有安全的冗余架构。当主控的车载控制单元cc发生故障时，系统会将控车权移交至轨旁控制单元wtc进而执行线路运行任务。在系统设计阶段中，为了使备用子系统wtc在异常场景下能同时接管线路上所有列车，需要独立设计出一种全局的列车运行控制器管理模块，用于周期性分时管理线路上所有列车的控制器。然而，基于此模块设计，当线路上的列车数目较大，行车调度员操作停车场列车移库场景时，轨旁列车控制器wtc作为主控系统的概率会相应提升，当大量列车由wtc主控时，对于控制器管理单元而言，传统的分时执行控制器的模式，会由于其他车主控为车载控制器cc且其资源占用的时间较长，导致带有任务的轨旁列车控制器wtc被执行到的等待周期较长，影响调度任务执行和线路运营效率。因此，当多个备用系统轨旁控制器激活时，如何通过列车控制器管理模块精细化地缩短任务车被执行的等待周期成为需要解决的技术问题。
3.经过检索中国专利公开号cn111776013a公开了一种基于车车通信的列车自主控制系统及方法，包括列车自动监控系统ats、目标控制器oc、车载子系统cc、标签阅读器子系统、查询应答器、以及数据通信系统dcs，所述的列车自动监控系统ats与车载子系统cc连接，相邻列车的所述车载子系统cc相互通信连接，所述的控制系统还包括轨旁资源管理器wrc，所述的轨旁资源管理器wrc分别与列车自动监控系统ats、车载子系统cc、目标控制器oc、标签阅读器子系统、查询应答器连接。其公开的内容主要侧重在单个列车控制器进行线路资源申请和授权保护区域的管理方面，尚未考虑多列车多控制器情况下如何高效率有序执行的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种执行效率高、实用性强、适配性好的基于优先级队列执行的列车控制器管理方法及装置，从而来解决tacs系统在多车多列车控制器情况下的执行顺序问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.根据本发明的第一方面，提供了一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，该方法包括以下步骤：
7.步骤s101，生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；
8.步骤s102，建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；
9.步骤s103，基于升级规则，分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；
10.步骤s104，记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级
车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。
11.作为优选的技术方案，所述的列车控制器包括车载列车控制器cc和轨旁列车控制器wtc。
12.作为优选的技术方案，当满足升级条件时，所述的车载列车控制器cc和轨旁列车控制器wtc中的非优先级列车将转换为优先级列车，并插入到优先级车队列中，等待执行。
13.作为优选的技术方案，所述步骤s101中的优先级车期望被执行的最大循环周期s表示过估的执行周期量，去除可被执行的最大优先级车数目的槽道，剩余的周期槽道会预留给非优先级车执行。
14.作为优选的技术方案，所述步骤s101中生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目具体过程如下：
15.步骤s1011，计算本系统最大可用的执行周期总数m；
16.步骤s1012，使用本系统最大可用的执行周期总数m和外部输入的最大优先级车的配置参数n，计算优先级车期望被执行的最大循环周期s；
17.步骤s1013，由步骤s1012得到的优先级车期望被执行的最大循环周期s计算非优先级车期望被执行的最大循环周期r。
18.作为优选的技术方案，所述最大可用的执行周期总数m计算如下：
19.m＝l/c；
20.其中l为本系统与外部系统通信的最大时延，c为本系统的执行周期时长。
21.作为优选的技术方案，所述优先级车期望被执行的最大循环周期s计算如下：
22.s＝ceil(m/floor((m-(x-n))/n))
23.其中x为线路所有车的数目，ceil(
·
)表示数值向上取整运算，floor(
·
)表示数值向下取整运算。
24.作为优选的技术方案，所述非优先级车期望被执行的最大循环周期r计算如下：
25.r＝s*ceil((x-n)/(s-n))
26.其中x为线路所有车的数目，ceil(
·
)表示数值向上取整运算。
27.作为优选的技术方案，所述步骤s102中：由不同功能任务建立非优先级车升级到优先级车的规则条件。
28.作为优选的技术方案，所述步骤s102中建立非优先级车升级到优先级车的规则条件具体为：
29.(1)执行行车任务；
30.(2)执行调度安全命令；
31.(3)发生控制器切换；
32.其中满足以上三个条件之一即可实现非优先级车升级到优先级车。
33.作为优选的技术方案，所述步骤s104中以“持续优先级车高于首次成为优先级车、首次成为优先级车高于非优先级车”的顺序进行检验。
34.作为优选的技术方案，所述步骤s104中的优先级车队列实际被执行具体过程为：
35.对于优先级车队列中的所有车，遍历计算当前周期与各优先级车上周期执行周期的差值与s进行比较，当周期差值大于s时，表示该优先级车可获得执行资格，否则表示该优先级车仍需等待。
36.作为优选的技术方案，所述步骤s104中的非优先级车队列实际被执行具体过程为：
37.当遍历完优先级车队列中的所有车之后，没有优先级车满足周期时间差条件，即缺乏执行资格仍需等待执行时，则开始遍历非优先级车队列，依次计算当前周期与各非优先级车上周期执行周期的差值与r进行比较，当周期差值大于r时，表示该非优先级车可获得执行资格，否则表示该非优先级车仍需等待。
38.根据本发明的第二方面，提供了一种基于优先级队列执行的列车控制器管理装置，该装置包括：
39.周期数目生成模块，用于生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；
40.升级规则构建模块，用于建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；
41.队列创建模块，用于基于升级规则分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；
42.最符合执行预期列车的计算模块，用于记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。
43.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
44.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
45.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
46.1)本发明设计了允许外部输入最大优先级车数目参数和系统间通信终端时延，极大提高了系统满足客户需求和工程实施的适配性；
47.2)本发明设计了非优先级列车升级到优先级列车的规则，可根据不同执行功能进行扩展开发该规则集，因此增强了系统的可扩展性；
48.3)本发明设计了基于优先级队列执行处理机制，能灵活准确地计算出最期望被执行列车，且有效缩短了优先级车被执行到的等待时间，因此极大提升了系统的可用性和时效性。
附图说明
49.图1为本发明方法应用的信号系统示意图；
50.图2为本发明优先级车期望被执行的最大循环周期s和非优先级车期望被执行的最大循环执行周期r的示意图；
51.图3为生成图2中两个类别的周期数目的流程图；
52.图4为本发明优先级车队列实际被执行的时序图；
53.图5为本发明非优先级车队列实际被执行的时序图；
54.图6为本发明方法的工作流程图；
55.图7为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
56.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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
57.如图6所示，本发明基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，该方法包括以下步骤：
58.步骤s101，生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；
59.步骤s102，由不同功能任务建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；
60.步骤s103，基于升级规则，分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；
61.步骤s104，记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，以持续优先级车》首次成为优先级车》非优先级车的顺序检验，计算出最符合执行预期的列车。
62.如图1所示为本发明涉及模块的整体结构图，包含车载列车控制器cc集合和轨旁列车控制器wtc集合两类。当满足升级条件时，车载控制器和轨旁控制器两类集合中的非优先级列车将转换为优先级列车，并插入到优先级车队列中，等待执行。
63.如图2所示为优先级车期望被执行的最大循环周期s和非优先级车期望被执行的最大循环执行周期r的示意图，前者表示过估的执行周期量，去除可被执行的最大优先级车数目的槽道，剩余的周期槽道会预留给非优先级车执行。
64.如图3所示是用于生成图2中两个类别的周期数目的算法流程图，包括以下步骤：
65.(1)首先根据本系统与外部系统通信的最大时延l和本系统的执行周期时长c，计算本系统最大可用的执行周期总数m＝l/c；
66.(2)其次使用本系统最大可用的执行周期总数m和外部输入的最大优先级车的配置参数n，计算优先级车期望被执行的最大循环周期s。设定线路所有车的数目为x，则计算公式如下：
67.s＝ceil(m/floor((m-(x-n))/n))
68.(3)最后由步骤2得到的优先级车期望被执行的最大循环周期s计算非优先级车期望被执行的最大循环周期r，设定线路所有车的数目为x，则计算公式如下：
69.r＝s*ceil((x-n)/(s-n))
70.如图4所示为优先级车队列实际被执行的时序图，分析过程如下：
71.前提条件：
72.(1)线路上所有车的数目x＝6；
73.(2)最大优先级车配置数目n＝4；
74.(3)本系统执行周期时长c＝500ms；
75.(4)本系统与外部系统ats通信时长l＝130s；
76.输出结果：
77.(1)优先级车期望被执行的最大循环周期s＝5；
78.(2)非优先级车期望被执行的最大循环周期r＝10。
79.执行过程：结合图4的时序图分析优先级车的执行顺序，列车t1,t2,t3,t4为优先
级车，t5,t6为非优先级车，对于优先级车队列中的所有车，遍历计算当前周期与各优先级车上周期执行周期的差值与s进行比较，当周期差值大于s时，表示该优先级车可以获得执行资格，否则表示该优先级车仍需等待。从图4可以看出t1车的周期差值t1大于0，因此，当前周期执行t1优先级列车。
80.如图5所示为非优先级车队列实际被执行的时序图，分析过程如下：
81.前提条件和输出结果s和r与图4分析过程一致。
82.执行过程：结合图5的时序图分析非优先级车的执行顺序，列车t1,t2,t3,t4为优先级车，t5,t6为非优先级车，当遍历完优先级车队列中的所有车之后，没有优先级车满足周期时间差条件，即缺乏执行资格仍需等待执行时，则开始遍历非优先级车队列，依次计算当前周期与各非优先级车上周期执行周期的差值与r进行比较，当周期差值大于r时，表示该非优先级车可以获得执行资格，否则表示该非优先级车仍需等待。从图5可以看出t1,t2,t3,t4优先级车的周期时间差不满足执行条件，t5车的周期差值t5大于0，因此，当前周期执行t5非优先级列车。
83.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
84.如图7所示，基于优先级队列执行的列车控制器管理装置，该装置包括：
85.周期数目生成模块1，用于生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；
86.升级规则构建模块2，用于建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；
87.队列创建模块3，用于基于升级规则分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；
88.最符合执行预期列车的计算模块4，用于记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。
89.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
90.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
91.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
92.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s101～s104。例如，在一些实施例中，方法s101～s104可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s101～s104的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适
当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s101～s104。
93.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
94.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
95.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
96.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s101，生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；步骤s102，建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；步骤s103，基于升级规则，分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；步骤s104，记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。2.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述的列车控制器包括车载列车控制器cc和轨旁列车控制器wtc。3.根据权利要求2所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，当满足升级条件时，所述的车载列车控制器cc和轨旁列车控制器wtc中的非优先级列车将转换为优先级列车，并插入到优先级车队列中，等待执行。4.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s101中的优先级车期望被执行的最大循环周期s表示过估的执行周期量，去除可被执行的最大优先级车数目的槽道，剩余的周期槽道会预留给非优先级车执行。5.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s101中生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目具体过程如下：步骤s1011，计算本系统最大可用的执行周期总数m；步骤s1012，使用本系统最大可用的执行周期总数m和外部输入的最大优先级车的配置参数n，计算优先级车期望被执行的最大循环周期s；步骤s1013，由步骤s1012得到的优先级车期望被执行的最大循环周期s计算非优先级车期望被执行的最大循环周期r。6.根据权利要求5所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述最大可用的执行周期总数m计算如下：m＝l/c；其中l为本系统与外部系统通信的最大时延，c为本系统的执行周期时长。7.根据权利要求5所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述优先级车期望被执行的最大循环周期s计算如下：s＝ceil(m/floor((m-(x-n))/n))其中x为线路所有车的数目，ceil(
·
)表示数值向上取整运算，floor(
·
)表示数值向下取整运算。8.根据权利要求5所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述非优先级车期望被执行的最大循环周期r计算如下：r＝s*ceil((x-n)/(s-n))其中x为线路所有车的数目，其中ceil(
·
)表示数值向上取整运算。9.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s102中：由不同功能任务建立非优先级车升级到优先级车的规则条件。10.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在
于，所述步骤s102中建立非优先级车升级到优先级车的规则条件具体为：(1)执行行车任务；(2)执行调度安全命令；(3)发生控制器切换；其中满足以上三个条件之一即可实现非优先级车升级到优先级车。11.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s104中以“持续优先级车高于首次成为优先级车、首次成为优先级车高于非优先级车”的顺序进行检验。12.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s104中的优先级车队列实际被执行具体过程为：对于优先级车队列中的所有车，遍历计算当前周期与各优先级车上周期执行周期的差值与s进行比较，当周期差值大于s时，表示该优先级车可获得执行资格，否则表示该优先级车仍需等待。13.根据权利要求1所述的一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法，其特征在于，所述步骤s104中的非优先级车队列实际被执行具体过程为：当遍历完优先级车队列中的所有车之后，没有优先级车满足周期时间差条件，即缺乏执行资格仍需等待执行时，则开始遍历非优先级车队列，依次计算当前周期与各非优先级车上周期执行周期的差值与r进行比较，当周期差值大于r时，表示该非优先级车可获得执行资格，否则表示该非优先级车仍需等待。14.一种基于优先级队列执行的列车控制器管理装置，其特征在于，该装置包括：周期数目生成模块，用于生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；升级规则构建模块，用于建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；队列创建模块，用于基于升级规则分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；最符合执行预期列车的计算模块，用于记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。15.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～13中任一项所述的方法。16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～13中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种基于优先级队列执行的列车控制器管理方法及装置，该方法包括以下步骤：步骤S101，生成优先级车和非优先级车期望被执行的最大周期循环数目；步骤S102，建立非优先级车升级到优先级车的规则条件；步骤S103，基于升级规则，分类创建优先级车执行队列和非优先级车执行队列；步骤S104，记录控制器被执行的所在周期，实时循环比对与优先级车和非优先级车期望被执行周期循环数目的时差，计算出最符合执行预期的列车。与现有技术相比，本发明具有执行效率高、实用性强、适配性好等优点。等优点。等优点。


技术研发人员：王自强 吕新军 职文超 张露 余东海
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.10.26
技术公布日：2023/1/31