列车轨道行驶控制方法及设备与流程

1.本发明涉及轨道交通控制技术领域，特别涉及一种列车轨道行驶控制方法及设备。


背景技术：

2.列车自动驾驶系统中ato依赖atp提供安全防护。目前设计的列车轨道行驶控制算法一般都不会直接考虑atp的限速约束，而是通过算法控制列车的实际速度使其尽量不触碰atp的控车曲线，如pid算法。pid算法根据目标跟踪曲线与实际输出值的偏差按比例、积分和微分进行控制，此方法的缺点是切换次数多，不利于平稳运行，舒适度低，同时由于pid控制器没有考虑atp限速影响，在限速下降点可能导致实际运行速度超过atp限速，发生紧急停车问题。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种列车轨道行驶控制方法及设备。用于解决现有列车自动驾驶ato正常控车时，由于atp限速的突然变化导致的列车紧急停车的问题。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种列车轨道行驶控制方法，所述方法包括：
5.将列车的行驶路线分段得到不同分段对应的位置点；
6.设定各分段采用同一加速度行驶时，确定各分段不同位置点的行驶速度与加速度、分段距离的第一运动关系，及各分段不同位置点的行驶速度与行驶时间、分段距离的第二运动关系及各分段不同位置点的行驶速度的速度范围；
7.利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线；
8.触发列车速度控制时，根据所述第一曲线确定跟踪速度，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量；
9.根据所述目标控制量调整当前输出的控制量，以控制所述列车的行驶速度。
10.在一些可能的实施例中，利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线，包括：
11.将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；
12.利用所述速度预测模型求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线。
13.在一些可能的实施例中，所述目标行驶时间为最大行驶时间，所述建立速度预测模型，包括：
14.将如下公式限定的关系作为约束条件，以牵引能耗最小作为目标函数，建立非线性的速度预测模型：
15.[0016][0017]
0≤vn≤min(v
n-1，max
，v
n，max
)
[0018]amin
≤an≤a
max
[0019]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
11
、β
12
、β
21
、β
22
为设定的不同系数。
[0020]
在一些可能的实施例中，将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型，包括：
[0021]
将如下运动关系作为约束条件：
[0022]
2(a
n-r
n-g
n-cn)(s
n-s
n-1
)＝v
n2-v
n-12
，
[0023][0024]
0≤v
n2
≤min(v
n-1，max2
，v
n，max2
)
[0025]amin
≤an≤a
max
；
[0026]
以如下牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；
[0027][0028]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为将转换为线性表达对应的系数，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，α1、α2为设定的系数，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
′
11
、β
′
12
、β
′
21
、β
′
22
为设定的不同系数。
[0029]
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
[0030]
根据限速条件拟合各分段不同位置点对应速度的待选曲线，确定列车按照待选曲线上速度行驶到不同位置对应的行驶时间；
[0031]
确定列车按照所述待选曲线行驶时，期望行驶总时长与列车行驶到不同位置点的行驶时长差值、及当前位置点距离终点的距离与行驶路线距离的比值，得到从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线；
[0032]
确定所述映射剩余时长曲线与实际剩余时长曲线间不满足随着行驶时长递增贴合度逐渐增大的关系时，调整所述待选曲线至满足所述关系，确定满足所述关系时，将所述
待选曲线作为第二曲线；
[0033]
根据所述第一曲线确定跟踪速度，包括：
[0034]
根据所述第一曲线确定第一跟踪速度，根据所述第二曲线确定第二跟踪速度，确定所述第一跟踪速度和第二跟踪速度中的较小值为跟踪速度。
[0035]
在一些可能的实施例中，采用如下公式确定所述从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线：
[0036][0037]
t1为运行到位置点对应的映射剩余时长，ta为期望行驶总时长间，tu为列车按照所述待选曲线行驶时，列车行驶到不同位置点的行驶时长，a、b为设定系数，s
l
为当前位置点距离终点的距离，s
t
为行驶路线距离。
[0038]
在一些可能的实施例中，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量，包括：
[0039]
根据所述跟踪速度确定未来至少一个控制周期对应的期望输出的加速度；
[0040]
将当前状态及各控制周期期望输出的加速度输入加速度预测模型，由所述加速度预测模型根据当前状态及所述期望输出的加速度进行控制量预测，根据预测的控制量对应的加速度输出值与期望输出的加速度的差值得到损失函数值，输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量；
[0041]
所述当前状态包括当前行驶速度、输出控制量、跟踪速度以及当前的加速度。
[0042]
在一些可能的实施例中，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：
[0043]
计算如下目标函数值：
[0044][0045]
为未来控制周期对应的跟踪速度，为根据预测的控制量对应的加速度输出值确定预测速度，λ为加权系数，为未来控制周期根据预测的控制量对应的加速度输出值与当前加速度的变化值；
[0046]
确定满足所述目标函数与状态参考值的差值小于设定值条件下，最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出，所述状态参考值为根据列车平稳行驶状态所对应的速度变化、加速度变化时对应目标函数值。
[0047]
在一些可能的实施例中，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：
[0048]
根据预测的控制量和/或预测的控制量对应的加速度值，确定满足如下至少一个约束下的最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出：
[0049]
控制量不超过牵引电机的最大输出；
[0050]
根据加速度确定的冲击率≤0.75m/s3；
[0051]
对列车进行控制时，未被平衡的离心加速度≤0.4m/s2；
[0052]
行驶速度大于等于零。
[0053]
第二方面，本技术实施例提供一种列车轨道行驶控制设备，包括至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执上述第一方面提供的列车轨道行驶控制的方法。
[0054]
本技术实施例，为了解决列车在线路限速变化频繁的降低提高导致的列车在控车时来不及响应导致紧急停车的问题。本技术提出一种列车轨道行驶控制方法及设备，能够利用约束条件预先对整个行驶阶段的行驶速度拟合相应的曲线，根据拟合的曲线对列车行驶进行控制，保证列车轨道行驶整个过程中平稳运行，提高提高运行效率和乘客体验。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
[0056]
图1为根据本技术一个实施例的列车轨道行驶控制方法流程示意图；
[0057]
图2为根据本技术一个实施例的列车的最大牵引力与运行速度关系图；
[0058]
图3为根据本技术一个实施例的列车轨道行驶控制方法中映射剩余时长示意图；
[0059]
图4为根据本技术一个实施例的列车轨道行驶控制装置结构示意图；
[0060]
图5为根据本技术一个实施例的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0061]
下面将结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，a/b可以表示a或b；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况，另外，在本技术实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
[0062]
在本技术实施例的描述中，除非另有说明，术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术，并且在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0063]
为进一步说明本技术实施例提供的技术方案，下面结合附图以及具体实施方式对此进行详细的说明。虽然本技术实施例提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本技术实施例提供的执行顺序。方法在实际的处理过程中或者控制设备执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。
[0064]
鉴于相关技术中列车在线路限速变化频繁的降低提高导致的列车在控车时来不及响应导致紧急停车的问题。本技术提出一种列车轨道行驶控制方法及装置、电子设备，能够提高提高运行效率和乘客体验。
[0065]
有鉴于此，本技术的发明构思为：在设计列车在控车算法时，考虑atp的限速，通过
模型预测的方法，解决一般列车轨道行驶控制方法在正常控车时，由于列车在线路限速变化频繁的降低提高导致的列车在控车时来不及响应导致紧急停车，提高运行效率和乘客体验。
[0066]
本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0067]
下面结合附图对本技术实施例中的列车轨道行驶控制方法进行详细说明。
[0068]
图1示出了本技术一个实施例提供的列车轨道行驶控制方法流程示意图，包括：
[0069]
步骤101：将列车的行驶路线分段得到不同分段对应的位置点。
[0070]
将列车的行驶路线离散为n个不同分段，位置点表示为s0,s1,...,sn，其中s0为列车当前所处位置，sn为列车在行驶路线上行驶的终点。位置点对应的速度和时间分别为v0,v1,...,vn和t0,t1,...,tn。
[0071]
步骤102：设定各分段采用同一加速度行驶时，确定各分段不同位置点的行驶速度与加速度、分段距离的第一运动关系，及各分段不同位置点的行驶速度与行驶时间、分段距离的第二运动关系及各分段不同位置点的行驶速度的速度范围。
[0072]
速度范围，根据至少一个限速条件确定速度范围，至少一个限速条件包括，atp限速，还包括车辆限速、障碍物限速，将所有限速条件综合考虑之后确定不超过上述限速条件对应的最大速度的限速范围。
[0073]
具体来讲，每个行驶路线分段上对应的加速度为a1,a2,...,an，且假定在各分段上加速度为一个恒定的值，即列车在一个分段[s
n-1
,sn]上的运动过程为匀速运动、匀加速运动或匀减速运动。
[0074]
由于目前设计的列车轨道行驶控制方法一般都不会直接考虑atp的限速约束，而是通过算法控制列车的实际速度使其尽量不触碰atp的控车曲线，如pid算法，由于pid控制器没有考虑atp限速影响，在限速下降点可能导致实际运行速度超过atp限速，发生紧急停车问题。所以本技术在列车轨道行驶控制基础上考虑atp限速，使速度范围不超过atp限速对应的速度范围。
[0075]
第一运动关系、第二运动关系以及速度范围具体作用参见下述步骤103.
[0076]
步骤103：利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线。
[0077]
具体来讲，在第一运动关系、第二运动关系、速度范围三个约束条件下，可以得到第一曲线，第一曲线是在综合考虑了行驶速度、加速度、分段距离、行驶时间等因素得到的。
[0078]
步骤104：触发列车速度控制时，根据所述第一曲线确定跟踪速度，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量。
[0079]
跟踪速度即综合考虑多因素之后得到的各个位置点对应的速度，它不同于列车实际的行驶速度，最终对列车的控制需要达到跟踪速度对应的目标控制量。
[0080]
步骤105：根据所述目标控制量调整当前输出的控制量，以控制所述列车的行驶速度。
[0081]
当前输出的控制量为实时对列车输出的实际控制量，本技术通过将当前输出的控制量不断贴合目标控制量，实现对列车行驶速度的最终控制，以使列车在不超过atp限速的
情况下，安全行驶。
[0082]
本技术的主要提供一种新的列车轨道行驶控制方法，在列车在控车算法时，考虑atp的限速，通过速度预测模型预测的方法，解决一般控车方法在正常控车时，由于列车在线路限速变化频繁的降低或者提高导致的列车在控车时来不及响应导致紧急停车，提高运行效率和乘客体验。
[0083]
作为一种可选的实施方式，利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线，包括：
[0084]
将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；
[0085]
利用所述速度预测模型求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线。
[0086]
最大加速度是指列车在[s
n-1
，sn]段不能超越的最大加速度值。
[0087]
目标行驶时间是预设的，行驶时间和列车牵引能耗有关系，可以根据能耗要求设定相应的目标行驶时间，例如能耗最小时，确定目标行驶时间最大。
[0088]
具体来讲，速度预测模型的约束条件除了上述步骤103中的三个约束条件外，还包括加速度方面的约束条件。
[0089]
不同位置点所对应速度指，步骤103中阐述的通过第一曲线得到的满足约束条件的不同位置点对应速度，这里的约束条件包括，第一运动关系、第二运动关系、速度范围以及加速度的约束条件。
[0090]
因为目标行驶时间越长，对应的牵引能耗越小，所以当目标行驶时间为最大行驶时间时，对应的牵引能耗最小。
[0091]
本技术实施例基于列车运行过程，运动关系符合以下原理提出利用上述约束条件进行速度预测模型。
[0092]
若已知当前时刻列车允许的制动距离，根据牛顿第二定律，列车最大运行速度为：
[0093][0094]
式中：v
t
为列车当前速度；v0为列车到目标点时的速度，a为列车的制动加速度，s为列车制动距离。
[0095]
若在此基础上考虑vobc系统和制动系统的反应时间时，满足如下关系：
[0096][0097][0098]
式中：sb为列车制动距离；v为列车当前速度；vb为列车到目标点时的速，ar为列车的制动加速度。反应时间tr包含ato系统的反应时间tr，下达制动指令到制动系统开始实施的延迟时间ts和制动系统开始制动到制动系统达到完全制动的延迟时间tb。
[0099]
基于以上原理，本技术实施例在将列车的行驶路线分段的基础上，可以基于上述约束条件，进行非线性建模或线性建模，得到速度预测模型，下面给出具体的实施方式。
[0100]
1)非线性建模方式
[0101]
本技术实施例将如下公式限定的关系作为约束条件，以牵引能耗最小作为目标函数，建立非线性的速度预测模型：
[0102][0103][0104]
0≤vn≤min(v
n-1，max
，v
n，max
)
[0105]amin
≤an≤a
max
[0106]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
11
、β
12
、β
21
、β
22
为设定的不同系数。
[0107]
具体来讲，列车在各个行驶路线分段中的坡道阻力和曲线阻力可分别表示为g1，g2，...，gn和c1，c2，...，cn。列车运行过程中的基本阻力在一个行驶路线分段内也近似为一个常值，具体计算如下：
[0108][0109]
其中，为列车在行驶路线分段[s
n-1
，sn]中运行的平均速度，ra，rb，rc为基本阻力的系数，ra，rb，rc可根据列车动态特性获取。
[0110]
根据上述第二牛顿定律，将第一运动关系作为约束条件，列车在行驶路线分段[s
n-1
，sn]中运行过程需满足这个约束条件。
[0111]
将第二运动关系作为约束条件，列车在行驶路线分段[s
n-1
，sn]中运行过程需满足这个约束条件。
[0112]
将速度范围作为约束条件，列车运行过程中在不同位置点的最大行驶速度表示为v
0，max
，v
1，max
，...，v
n，max
，每个位置点的最大行驶速度可以根据车辆限速、障碍物限速等限速条件，及atp限速确定。那么若列车速度在位置点sn满足0≤vn≤min(v
n-1，max
，v
n，max
)这个约束条件，则列车速度在任意位置点均不会超过atp限制速度。
[0113]
本技术实施例中对于上述约束条件a
min
≤an≤a
max
，最小加速度可以设定，最大加速度可以通过下式确定，参见图2所示的列车的最大牵引力与运行速度关系图，由图可知，列车最大牵引力与运行速度之间呈现非线性关系，为了简化处理，本技术中将此非线性函数近似为分段线性函数，即分段的加速度与速度之间的关系：
[0114][0115]
列车最大牵引力和制动力不是一个恒定的值，而是随着运行速度的增加而减小，上式分段线性函数仅包含两个子函数，若需更精确，可引入更多子函数来缩小近似误差。同理，若列车最大制动力与运行速度之间也存在这样的非线性关系，类似处理。值得注意的是，上式中描述的关系为列车最大加速度与速度之间的关系。因此，列车在区段[s
n-1
，sn]中的加速度需满足以下约束条件：
[0116]amin
≤an≤a
max
。
[0117]
本技术实施例以牵引能耗最小作为目标函数：
[0118]
其中j代表牵引能耗，目标函数中含有加速度max函数，最终求解得到一个牵引能耗最小值。
[0119]
在确定上述目标函数及约束条件的基础上进行非线性建模，在满足上述约束条件下求解目标函数，得到拟合的第一曲线，具体求解过程可以采用现有的序列二次规划对此问题进行求解非线性建模方法，这里不再详述具体过程。
[0120]
2)线性建模方式
[0121]
本技术实施例将所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围内作为约束条件，建立速度预测模型，包括：
[0122]
将如下运动关系作为约束条件，以牵引能耗最小作为目标函数，建立线性的速度预测模型：
[0123]
2(a
n-r
n-g
n-cn)(s
n-s
n-1
)＝v
n2-v
n-12
，
[0124][0125]
0≤v
n2
≤min(v
n-1，max2
，v
n，max2
)
[0126][0127]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为将转换为线性表达对应的系数，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，α1、α2为设定的系数，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
′
11
、β
′
12
、β
′
21
、β
′
22
为设定的不同系数。
[0128]
具体来讲，在二次规划问题中，选取列车速度的平方，即v
12
，v
22
，
…
，v
n2
为问题的自变量，则各分段不同位置点的行驶速度的约束可转化为0≤v
n2
≤min(v
n-1，max2
，v
n，max2
)。
[0129]
vn速度范围，根据至少一个限速条件确定速度范围，至少一个限速条件包括，atp限速，还包括车辆限速、障碍物限速，将所有限速条件综合考虑之后确定不超过上述限速条
件对应的最大速度的限速范围。
[0130]
列车运行过程中的基本阻力计算近似为rn＝ra′
+rc′vn2
或rn＝ra′
+rc′vn-12
。
[0131]
这里在分段[s
n-1
，sn]中基本阻力计算不再采用平均速度，而是采用端点速度来近似计算，此外，基本运行阻力中的一次项不再考虑，这里可以通过最小二乘法来获取新的基本阻力参数ra′
和rc′
。列车运行不同分段与端点速度之间的关系式：
[0132]
2(a
n-r
n-g
n-cn)(s
n-s
n-1
)＝v
n2-v
n-12
，作为约束条件，运行时分的计算公式中包含非线性项，需进行近似，采用trapezoidal rule的近似过程具体如下：
[0133][0134]
其中仍为非线性项，可将其近似为一个线性函数，即
[0135]
那么行驶时间的计算可以转化为如下的线性形式：
[0136][0137]
其中，行驶时间tn的计算中引入了两次近似，第一次近似的误差随着vn和v
n-1
之间的差值的增大而增大，第二次近似的误差大小与考虑的速度区间范围和所选取的线性函数相关。
[0138]
列车最大牵引力与列车运行到各个位置点的速度之间的关系也转化为与速度平方之间的关系，并采用分段函数来近似。列车最大加速度的表达式可写为：
[0139][0140]
如此转化后，目标函数为线性，约束条件也为线性，此问题就转化为线性规划问题，加快求解速度。
[0141]
在上述步骤103将所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，建立速度预测模型，利用所述速度预测模型求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线的基础上，本技术对列车轨道行驶控制方法做进一步优化。
[0142]
在确定上述目标函数及约束条件的基础上进行线性建模，在满足上述约束条件下求解目标函数，得到拟合的第一曲线，具体求解过程可以采用现有的线性建模方法，求解速度更快，这里不再详述具体过程。
[0143]
作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：
[0144]
步骤201，根据限速条件拟合各分段不同位置点对应速度的待选曲线，确定列车按照待选曲线上速度行驶到不同位置对应的行驶时间。
[0145]
步骤202，确定列车按照所述待选曲线行驶时，期望行驶总时长与列车行驶到不同
位置点的行驶时长差值、及当前位置点距离终点的距离与行驶路线距离的比值，得到从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线。
[0146]
作为一种可选的实施方式，采用如下公式确定所述从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线：
[0147][0148]
t1为运行到位置点对应的映射剩余时长，ta为期望行驶总时长间，tu为列车按照所述待选曲线行驶时，列车行驶到不同位置点的行驶时长，a、b为设定系数，s
l
为当前位置点距离终点的距离，s
t
为行驶路线距离。
[0149]
步骤203，确定所述映射剩余时长曲线与实际剩余时长曲线间不满足随着行驶时长递增贴合度逐渐增大的关系时，调整所述待选曲线至满足所述关系，确定满足所述关系时，将所述待选曲线作为第二曲线。
[0150]
作为一种可选的实施方式，根据所述第一曲线确定跟踪速度，包括：
[0151]
根据所述第一曲线确定第一跟踪速度，根据所述第二曲线确定第二跟踪速度，确定所述第一跟踪速度和第二跟踪速度中的较小值为跟踪速度。
[0152]
限速条件包括同时考虑atp限速，路段限速、车辆限速、障碍物限速等。
[0153]
其中，经实验求得a的取值为20，b的取值范围为(-10，10)，具体来讲，映射剩余时长曲线，能够映射出的剩余时间，ta为运行的总时长，tu为目前运行时间是随着列车运行过程不断变化的，参见图3，列车运行开始时，按照限速条件拟合出第一曲线，此时t
a-tu是最大的一个值，因为一开始运行时间少，速度大，所以计算得到的剩余时间比实际的剩余时间小，两条线之间的贴合度比较小。起点时映射剩余时间为t-a-b，根据公式：
[0154][0155]
一开始起点的时候s
t
是与s
l
取值相同，所以初始取值为1，将t
a-tu的值看为t，按映射的剩余时长曲线求得剩余时长就是t-a-b。
[0156]
使用二分法计算合适的跟踪速度，以满足列车控制和运行时的要求，拟合曲线时，用二分法进行拟合，限速条件在前期的时候拟合的速度尽量大，只要不超速且满足各个限速条件，后期拟合的速度应该尽量小，保证拟合出的曲线，随着行驶时间增大两条曲线之间贴合度越来越大。
[0157]
按照拟合的曲线行驶的时候计算，计算得到：
[0158]
贴合度指同一行驶时间，与剩余时间由大到小的差值，对应同一行驶时间，差值逐渐减小，直到某个点重合，对应第二曲线跟实际的第一曲线关系是，贴合度由小逐渐变大达到精确的控车。
[0159]
列车运动系统是一种复杂的非线性系统，为了便于控制列车，通过建立加速度预测模型，根据列车当前的测量状态和未来的控制量，来预测未来一定路段的控制量输出，然后与期望输出的加速度作比较，得到一个损失函数。
[0160]
如果不考虑优化的话，输出值为目标函数值最小，期望输出的加速度与实际输出
的加速度差值是最小的，那就是最优的输出。
[0161]
作为一种可选的实施方式，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量，包括：
[0162]
根据所述跟踪速度确定未来至少一个控制周期对应的期望输出的加速度；
[0163]
将当前状态及各控制周期期望输出的加速度输入加速度预测模型，由所述加速度预测模型根据当前状态及所述期望输出的加速度进行控制量预测，根据预测的控制量对应的加速度输出值与期望输出的加速度的差值得到损失函数值，输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量；
[0164]
所述当前状态包括当前行驶速度、输出控制量、跟踪速度以及当前的加速度。
[0165]
其中，未来至少一个控制周期优选为未来30个控制周期。
[0166]
本技术实施例中可以预先进行加速度预测模型训练，利用训练样本中的当前状态和期望输出的加速度作为输入，使得加速度预测模型根据训练样本中的控制量进行控制量预测。在控车过程中，将实时采集的将当前状态及各控制周期期望输出的加速度输入加速度预测模型，由所述加速度预测模型根据当前状态及所述期望输出的加速度进行控制量预测，按照如下损失函数进行损失函数计算，输出最小损失函数值对应的目标控制量：
[0167]
损失函数＝(未来输出加速度(模型，未来控制量，当前状态)-期望输出加速度)。
[0168]
上述未来输出加速度由上述加速度预测模型根据当前状态及预测的未来控制量确定，由于上式中模型、当前状态、期望输出加速度都是已知的，因此只有未来控制量一个自变量。求解一个使得损失函数最小的未来控制量为当前控制周期的控制量。
[0169]
本实施例到达每个控制周期时，利用本技术实施例提出的上述方法进行ato控制，在进行列车轨道行驶控制时，可以在当前控制周期，预测未来多个控制周期的控制量，设未来n个控制周期内预测的系统状态为：
[0170]
xk＝[x(k+1|κ)
t
x(k+2|κ)
t
...x(k+n|κ)
t
]
t
[0171]
其中，n称为预测时域，括号中k+1|κ表示当前κ时刻预测k+1时刻的系统状态，以此类推。此外，预测动态系统未来状态时，还需要知到预测时域内的控制量uk：
[0172]
uk＝[u(k|k)
t u(k+1|k)
t
...u(k+n-1|κ)
t
]
t
[0173]
由于上述加速度预测模型具有预测功能，在进行预测之前需要一系列的参考值，因此在k时刻进行控制的时候，就必须已经得到k时刻至k+n时刻的参考值。在本发明中对应的是当前时刻以及未来n时刻所有的atp限速及其他限迷信息，根据这些限迷信息及其他约束条件，代入控制模型选出最优控制量。
[0174]
为保证列车轨道行驶控制的平稳运行、舒适节能、精确停车，本技术实施例可以在利用上述加速度预测模型进行控制量预测，进一步加入平稳控车的目标函数，利用该目标函数需要寻找最佳的控制量，使得时域内的状态向量与状态参考值越接越好，此为开环最优控制问题。
[0175]
作为一种可选的实施方式，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：
[0176]
计算如下目标函数值：
[0177]
[0178]
为未来控制周期对应的跟踪速度，为根据预测的控制量对应的加速度输出值确定预测速度，λ为加权系数，为未来控制周期根据预测的控制量对应的加速度输出值与当前加速度的变化值；
[0179]
确定满足所述目标函数与状态参考值的差值小于设定值条件下，最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出，所述状态参考值为根据列车平稳行驶状态所对应的速度变化、加速度变化时对应目标函数值。
[0180]
由于本技术实施例是对未来至少一个控制周期进行控制量预测，上述公式公式中的为未来n各控制周期对应的跟踪速度，为根据未来n个时刻预测的控制量对应的加速度输出值确定的预测速度，λ为加权系数，为未来n个控制周期根据预测的控制量对应的加速度输出值与当前加速度的变化值，因此上述表达式为对应向量的求和，将得到的向量与状态参考值进行比较，上述状态参考值为根据列车平稳行驶状态所对应的多个时刻的速度变化、加速度变化时对应目标函数值得到的向量。
[0181]
输出损失函数值满足要求是指，满足所述目标函数与状态参考值的差值小于设定值条件下上述损失函数最小，如果不考虑这个条件时损失函数值如果最小也不会被采纳。例如计算得到很多损失函数值，其中最小的损失函数值需要进一步判断是否满足目标函数与状态参考值的差值小于设定值，如果不满足将此最小损失函数值过滤掉，从剩下满足列车平稳行驶状态下的损失函数值中继续寻找最小的损失函数值，综合考虑两方面。
[0182]
状态参考值是指，根据列车平稳运行状态时，速度变化、加速度变化对应的目标函数取值，满足目标函数，要接近状态参考值时损失函数取值最小再输出进行控车。
[0183]
在确定上述两个向量的接近程度时，具体可以是计算两个向量的余弦距离，余弦距离越小越接近。
[0184]
作为一种可选的实施方式，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：
[0185]
根据预测的控制量和/或预测的控制量对应的加速度值，确定满足如下至少一个约束下的最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出：
[0186]
控制量不超过牵引电机的最大输出；
[0187]
根据加速度确定的冲击率≤0.75m/s3；
[0188]
对列车进行控制时，未被平衡的离心加速度≤0.4m/s2；
[0189]
行驶速度大于等于零。
[0190]
具体来讲，输出损失函数最小时满足，还需满足上述约束条件损失函数取值最小时才可以输出，每一个约束条件都可以根据加速度和预测的速度确定，加速度和预测的速度决定控制量，如果现在的控制量导致加速度、速度不满足上述条件，损失函数取值再小也不会输出当前的控制量。
[0191]
作为一种可选的实施方式，控制所述列车的行驶速度包括：
[0192]
获取ato根据速度预测模型模型预测控制得到的加速度，根据加速度的大小、正负决定输出牵引、制动或者惰行；
[0193]
若处于牵引时，根数获取到的加速度，参照表1车辆牵引性能曲线表，的加速度对
照表，通过插值法，以电流环最大输出值与电流环最小输出值差值作为量程，计算ato系统输出电流环值；
[0194]
若处于制动时，根数获取到的加速度，参照表2车辆制动性能曲线表的减速度对照表，通过插值法，以电流环最大输出值与电流环最小输出值差值作为量程，计算ato系统输出电流环值；需要注意的是，若获取的减速度比最大减速度还大，则按最大减速度对应的电流值输出；
[0195]
为保证舒适度及列车平稳运行，对每周期输出的加速度电流和减速度电流进行限制，变化不超过一定阈值。
[0196][0197]
表1
[0198][0199]
表2
[0200]
实施例2
[0201]
基于相同的发明构思，本技术还提供一种列车轨道行驶控制装置400，如图4所示，该装置包括：
[0202]
分段模块401，用于将列车的行驶路线分段得到不同分段对应的位置点；
[0203]
确定模块402，用于设定各分段采用同一加速度行驶时，确定各分段不同位置点的行驶速度与加速度、分段距离的第一运动关系，及各分段不同位置点的行驶速度与行驶时间、分段距离的第二运动关系及各分段不同位置点的行驶速度的速度范围；
[0204]
求解第一曲线模块403，用于利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线；
[0205]
确定目标控制量模块404，用于触发列车速度控制时，根据所述第一曲线确定跟踪速度，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量；
[0206]
调整模块405，用于根据所述目标控制量调整当前输出的控制量，以控制所述列车
的行驶速度。
[0207]
可选地，求解第一曲线模块403，具体用于：
[0208]
将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；
[0209]
利用所述速度预测模型求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线。
[0210]
可选地，所述目标行驶时间为最大行驶时间，求解第一曲线模块403，具体用于：
[0211]
将如下公式限定的关系作为约束条件，以牵引能耗最小作为目标函数，建立非线性的速度预测模型：
[0212][0213][0214]
0≤vn≤min(v
n-1，max
，v
n，max
)
[0215]amin
≤an≤a
max
[0216]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
11
、β
12
、β
21
、β
22
为设定的不同系数。
[0217]
可选地，求解第一曲线模块403，具体用于：
[0218]
将如下运动关系作为约束条件：
[0219]
2(a
n-r
n-g
n-cn)(s
n-s
n-1
)＝v
n2-v
n-12
，
[0220][0221]
0≤v
n2
≤min(v
n-1，max2
，v
n，max2
)
[0222]amin
≤an≤a
max
；
[0223]
以如下牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；
[0224][0225]
其中，分段[s
n-1
，sn]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点sn，vn为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，an为分段[s
n-1
，sn]的加速度，rn为分段[s
n-1
，sn]的基本阻力，gn为分段[s
n-1
，sn]的坡道阻力，cn为分段[s
n-1
，sn]的曲线阻力，tn为列车行驶到位置点sn的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为将转换为线性表达对应的系数，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，α1、α2为设定的系数，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置
的速度，β
′
11
、β
′
12
、β
′
21
、β
′
22
为设定的不同系数。
[0226]
可选地，所述装置还包括拟合待选曲线模块406，用于：
[0227]
根据限速条件拟合各分段不同位置点对应速度的待选曲线，确定列车按照待选曲线上速度行驶到不同位置对应的行驶时间；
[0228]
确定列车按照所述待选曲线行驶时，期望行驶总时长与列车行驶到不同位置点的行驶时长差值、及当前位置点距离终点的距离与行驶路线距离的比值，得到从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线；
[0229]
确定所述映射剩余时长曲线与实际剩余时长曲线间不满足随着行驶时长递增贴合度逐渐增大的关系时，调整所述待选曲线至满足所述关系，确定满足所述关系时，将所述待选曲线作为第二曲线。
[0230]
可选地，确定目标控制量模块404，具体用于，根据所述第一曲线确定第一跟踪速度，根据所述第二曲线确定第二跟踪速度，确定所述第一跟踪速度和第二跟踪速度中的较小值为跟踪速度。
[0231]
可选地，所述拟合待选曲线模块406，具体用于：
[0232]
采用如下公式确定所述从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线：
[0233][0234]
t1为运行到位置点对应的映射剩余时长，ta为期望行驶总时长间，tu为列车按照所述待选曲线行驶时，列车行驶到不同位置点的行驶时长，a、b为设定系数，s
l
为当前位置点距离终点的距离，s
t
为行驶路线距离。
[0235]
可选地，确定目标控制量模块404，具体用于，
[0236]
根据所述跟踪速度确定未来至少一个控制周期对应的期望输出的加速度；
[0237]
将当前状态及各控制周期期望输出的加速度输入加速度预测模型，由所述加速度预测模型根据当前状态及所述期望输出的加速度进行控制量预测，根据预测的控制量对应的加速度输出值与期望输出的加速度的差值得到损失函数值，输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量；
[0238]
所述当前状态包括当前行驶速度、输出控制量、跟踪速度以及当前的加速度。
[0239]
可选地，确定目标控制量模块404，具体用于，
[0240]
计算如下目标函数值：
[0241][0242]
为未来控制周期对应的跟踪速度，为根据预测的控制量对应的加速度输出值确定预测速度，入为加权系数，为未来控制周期根据预测的控制量对应的加速度输出值与当前加速度的变化值；
[0243]
确定满足所述目标函数与状态参考值的差值小于设定值条件下，最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出，所述状态参考值为根据列车平稳行驶状态所对应的速度变化、加速度变化时对应目标函数值。
[0244]
可选地，确定目标控制量模块404，具体用于，
[0245]
根据预测的控制量和/或预测的控制量对应的加速度值，确定满足如下至少一个约束下的最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出：
[0246]
控制量不超过牵引电机的最大输出；
[0247]
根据加速度确定的冲击率≤0.75m/s3；
[0248]
对列车进行控制时，未被平衡的离心加速度≤0.4m/s2；
[0249]
行驶速度大于等于零。
[0250]
在介绍了本技术示例性实施方式的列车轨道行驶控制方法和装置之后，接下来，介绍根据本技术的另一示例性实施方式的电子设备。
[0251]
所属技术领域的技术人员能够理解，本技术的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本技术的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
[0252]
在一些可能的实施方式中，根据本技术的电子设备可以至少包括至少一个处理器、以及至少一个存储器。其中，存储器存储有程序代码，当程序代码被处理器执行时，使得处理器执行本说明书上述描述的根据本技术各种示例性实施方式的列车轨道行驶控制方法中的步骤。
[0253]
下面参照图5来描述根据本技术的这种实施方式的电子设备130，即列车轨道行驶控制设备。图5显示的电子设备130仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0254]
如图5所示，电子设备130以通用电子设备的形式表现。电子设备130的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器131、上述至少一个存储器132、连接不同系统组件(包括存储器132和处理器131)的总线133。
[0255]
总线133表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
[0256]
存储器132可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(ram)1321和/或高速缓存存储器1322，还可以进一步包括只读存储器(rom)1323。
[0257]
存储器132还可以包括具有一组(至少一个)程序模块1324的程序/实用工具1325，这样的程序模块1324包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0258]
电子设备130也可以与一个或多个外部设备134(例如键盘、指向设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与电子设备130交互的设备通信，和/或与使得该电子设备130能与一个或多个其它电子设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口135进行。并且，电子设备130还可以通过网络适配器136与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器136通过总线133与用于电子设备130的其它模块通信。应当理解，尽管图中未示出，可以结合电子设备130使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0259]
在一些可能的实施方式中，本技术提供的一种列车轨道行驶控制方法的各个方面
还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在计算机设备上运行时，程序代码用于使计算机设备执行本说明书上述描述的根据本技术各种示例性实施方式的一种列车轨道行驶控制方法的步骤。
[0260]
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0261]
本技术的实施方式的用于监控的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在电子设备上运行。然而，本技术的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0262]
可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0263]
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0264]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户电子设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户电子设备上部分在远程电子设备上执行、或者完全在远程电子设备或服务端上执行。在涉及远程电子设备的情形中，远程电子设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户电子设备，或者，可以连接到外部电子设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0265]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本技术的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
[0266]
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本技术方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
[0267]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0268]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和方框图中的流程和方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0269]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0270]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0271]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种列车轨道行驶控制方法，其特征在于，所述方法包括：将列车的行驶路线分段得到不同分段对应的位置点；设定各分段采用同一加速度行驶时，确定各分段不同位置点的行驶速度与加速度、分段距离的第一运动关系，及各分段不同位置点的行驶速度与行驶时间、分段距离的第二运动关系及各分段不同位置点的行驶速度的速度范围；利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线；触发列车速度控制时，根据所述第一曲线确定跟踪速度，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量；根据所述目标控制量调整当前输出的控制量，以控制所述列车的行驶速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述第一运动关系、第二运动关系及所述速度范围作为约束条件，求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线，包括：将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；利用所述速度预测模型求解满足所述约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标行驶时间为最大行驶时间，所述建立速度预测模型，包括：将如下公式限定的关系作为约束条件，以牵引能耗最小作为目标函数，建立非线性的速度预测模型：速度预测模型：0≤v
n
≤min(v
n-1,max
,v
n,max
)a
min
≤a
n
≤a
max
其中，分段[s
n-1
,s
n
]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点s
n
，v
n
为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，a
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的加速度，r
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的基本阻力，g
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的坡道阻力，c
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的曲线阻力，t
n
为列车行驶到位置点s
n
的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
11
、β
12
、β
21
、β
22
为设定的不同系数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述第一运动关系、第二运动关系、所述速度范围及加速度不超过最大加速度作为约束条件，以牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型，包括：将如下运动关系作为约束条件：2(a
n-r
n-g
n-c
n
)(s
n-s
n-1
)＝v
n2-v
n-12
,
0≤v
n2
≤min(v
n-1,max2
,v
n,max2
)a
min
≤a
n
≤a
max
；以如下牵引能耗最小为目标函数，建立速度预测模型；其中，分段[s
n-1
,s
n
]包括第n-1个位置点s
n-1
及第n个位置点s
n
，v
n
为第n个位置点的速度，v
n-1
为第n-1个位置点的速度，a
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的加速度，r
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的基本阻力，g
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的坡道阻力，c
n
为分段[s
n-1
,s
n
]的曲线阻力，t
n
为列车行驶到位置点s
n
的时间，t
n-1
为列车行驶到位置点s
n-1
的时间，为将转换为线性表达对应的系数，为根据速度范围确定第n-1个位置点的最大速度，为根据速度范围确定的第n个位置点的最大速度，α1、α2为设定的系数，v
turn
为根据速度范围确定的位于中间位置的速度，β
′
11
、β
′
12
、β
′
21
、β
′
22
为设定的不同系数。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据限速条件拟合各分段不同位置点对应速度的待选曲线，确定列车按照待选曲线上速度行驶到不同位置对应的行驶时间；确定列车按照所述待选曲线行驶时，期望行驶总时长与列车行驶到不同位置点的行驶时长差值、及当前位置点距离终点的距离与行驶路线距离的比值，得到从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线；确定所述映射剩余时长曲线与实际剩余时长曲线间不满足随着行驶时长递增贴合度逐渐增大的关系时，调整所述待选曲线至满足所述关系，确定满足所述关系时，将所述待选曲线作为第二曲线；根据所述第一曲线确定跟踪速度，包括：根据所述第一曲线确定第一跟踪速度，根据所述第二曲线确定第二跟踪速度，确定所述第一跟踪速度和第二跟踪速度中的较小值为跟踪速度。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用如下公式确定所述从开始行驶到行驶结束对应的映射剩余时长曲线：t1为运行到位置点对应的映射剩余时长，t
a
为期望行驶总时长间，t
u
为列车按照所述待选曲线行驶时，列车行驶到不同位置点的行驶时长，a、b为设定系数，s
l
为当前位置点距离终点的距离，s
t
为行驶路线距离。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于当前行驶速度、输出的控制量及所述跟踪速度，确定达到所述跟踪速度对应的目标控制量，包括：根据所述跟踪速度确定未来至少一个控制周期对应的期望输出的加速度；将当前状态及各控制周期期望输出的加速度输入加速度预测模型，由所述加速度预测模型根据当前状态及所述期望输出的加速度进行控制量预测，根据预测的控制量对应的加速度输出值与期望输出的加速度的差值得到损失函数值，输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量；
所述当前状态包括当前行驶速度、输出控制量、跟踪速度以及当前的加速度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：计算如下目标函数值：计算如下目标函数值：为未来控制周期对应的跟踪速度，为根据预测的控制量对应的加速度输出值确定预测速度，λ为加权系数，为未来控制周期根据预测的控制量对应的加速度输出值与当前加速度的变化值；确定满足所述目标函数与状态参考值的差值小于设定值条件下，最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出，所述状态参考值为根据列车平稳行驶状态所对应的速度变化、加速度变化时对应目标函数值。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输出损失函数值满足要求时对应的该控制周期的目标控制量，包括：根据预测的控制量和/或预测的控制量对应的加速度值，确定满足如下至少一个约束下的最小损失函数值对应的控制量为目标控制量并输出：控制量不超过牵引电机的最大输出；根据加速度确定的冲击率≤0.75m/s3；对列车进行控制时，未被平衡的离心加速度≤0.4m/s2；行驶速度大于等于零。10.一种列车轨道行驶控制设备，其特征在于，包括至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-9中任何一项所述的方法。

技术总结
本申请公开了一种列车轨道行驶控制方法及设备，该方法包括：将列车的行驶路线分段得到不同分段对应的位置点；确定各分段不同位置点的第一运动关系，第二运动关系及行驶速度的速度范围；将第一运动关系、第二运动关系及速度范围作为约束条件，求解满足约束条件的不同位置点所对应速度的第一曲线；触发列车速度控制时，根据第一曲线确定跟踪速度，基于当前行驶速度、输出的控制量及跟踪速度，确定达到跟踪速度对应的目标控制量；根据目标控制量调整当前输出的控制量，以控制列车的行驶速度。以此解决列车自动驾驶ATO正常控车时，由于ATP限速的突然变化导致的列车紧急停车的问题。速的突然变化导致的列车紧急停车的问题。速的突然变化导致的列车紧急停车的问题。


技术研发人员：李乐 高智勇 沙硕
受保护的技术使用者：青岛海信微联信号有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2023/5/26