一种多站间运行的速度曲线制定方法及系统与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种多站间运行的速度曲线制定方法及系统。


背景技术：

2.列车自动驾驶（ato, automatic train operation）系统利用地面信息实现对列车的牵引、制动控制以及列车自动折返。ato系统实现列车自动驾驶，在列车自动防护（atp， automatic train protection）的防护下完成列车自动驾驶控制，实现对车辆的牵引、制动、巡航等控制。
3.高速铁路列车在运行过程中可能因灾害天气、设备故障等因素而发生晚点，前行列车晚点或将导致后行列车的连带晚点。列车晚点发生后，原定的列车到发线运用计划很可能存在冲突，如果按原定计划安排列车的接发车作业，很可能会降低局部路网的运输效率。此时，列车调度员可以调整列车的到发线运用计划，疏解列车到发线运用冲突，从而减少列车的晚点。
4.为了保证列车的准点运行，ato在按照线路限速以及atp的防护速度曲线运行的过程中，无法保证列车运行到下一站的时间与该列车运行时刻表上所规定的到站时间之间不会存在较大的时间差。尤其是当列车在区间行车过程中，列车可能出现因为其他原因临时停车，当ato仍然按照固定限速等级运行速度行车，则可能造成晚点，如果按照最快速度行车，则可能造成提前到站，影响其它列车的运行时刻表，或者影响站台的其他作业，例如轨道检查、清扫等。
5.综上所述，亟需一种针对前车列车晚点或故障引起的连带晚点时自动变更发线运用计划的方法。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种多站间运行的速度曲线制定方法及系统，用于解决针对前车列车晚点或故障引起的连带晚点时自动变更发线运用计划的问题，适用于自动驾驶多站间运行时分规划的推荐速度曲线计算。
7.一种多站间运行的速度曲线制定方法，所述方法包括：基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc；比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。
8.进一步的，所述当前列车状态信息，具体包括：
当前时间、到站时间、当前列车与目标车站距离，以及线路限速。
9.进一步的，所述计算区间剩余运行时间t，具体包括：分区间计算区间剩余运行时间t，区间剩余运行时间表示列车当前时刻距前方到达站规定到达时刻的时间，表示如下：t= t
前方到达站的时刻-t
当前时刻
。
10.进一步的，所述计算得到各限速段最快限速曲线，具体包括：依次计算牵引最快限速曲线、制动最快限速曲线、牵引制动融合限速曲线和牵引制动延时约束下最快限速曲线。
11.进一步的，所述计算牵引最快限速曲线，具体包括：若第i-1限速段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
小于第i限速段线路限速vi，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；计算从速度v
x_i-1
加速到vi过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离为δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；若 δd
t_i
≤di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，满足牵引的最小距离需求，第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= vi；若 δd
t_i
》di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，不满足牵引的最小距离需求，计算从位置pi以牵引最快速度v
tx_i-1
牵引至位置p
i+1
，列车在p
i+1
处的速度v
t_i
；；第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= v
t_i
；若第i-1段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
大于等于第i段线路限速vi，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；不存在牵引过程情况下，第i段牵引最快限速v
tx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
tx_i
= vi。
12.进一步的，所述计算制动最快限速曲线，具体包括：若第i+1限速段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
小于第i限速段线路限速vi，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；计算从vi制动减速到达位置p
i+1
、速度v
bx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中ab为负值，ab表示匀减速过程的加速度；若 δd
b_i
≤di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，满足制动的最小距离需求，第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：vbx_i
= vi；若 δdt_i》di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，不满足制动的最小距离需求；计算从位置pi制动至位置p
i+1
、制动最快限速v
tx_i+1
，列车在pi处的速度v
b_i
为：；第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i
= v
b_i
；若第i+1段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
大于等于第i段线路限速vi，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；不存在制动过程情况下，第i段制动最快限速v
bx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
bx_i
= vi。
13.进一步的，所述计算牵引制动融合限速曲线，具体包括：结合已经计算的牵引最快限速曲线和制动最快限速曲线，将牵引制动最快限速曲线融合曲线描述为v
tbx_0,vtbx_1
, v
tbx_2
, ...,v
tbx_n-1
,v
tbx_n
，融合规则如下：在位置pi对应的融合限速v
tbx_i
= min(v
tx_i
,v
bx_i
)。
14.进一步的，所述计算牵引制动延时约束下最快限速曲线，具体包括：根据牵引制动融合限速曲线，该曲线已满足牵引制动的最大距离约束，牵引制动延时约束下最快限速曲线进一步结合限速变化，考虑如下：若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
：计算从速度v
tbx_i-1
加速到v
tbx_i
过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；计算从v
tbx_i
制动减速到达速度v
tbx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中ab为负值，ab表示匀减速过程的加速度；计算在速度v
tbx_i
处牵引转制动，列车的空走距离δd
c_i
如下：；其中t
delay
表示牵引转制动或制动转牵引的平均响应延时；若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
≤di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，满足牵引惰行制动的最小距离需求，则v
x_i
= v
tbx_i
；若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
》di且δd
t_i
+ δd
b_i
≤di，从第i-1段牵引制动融合限速vtbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：；假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若δd
t_i
小于 di，δd
b_i
小于 di，若 δd
t_i
+ δd
b_i
》di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：；假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，则第i限速段中；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
小于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
t_i
≤ di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段限速v
tbx_i
满足制动最小距离需求：v
x_i
= v
tbx_i
；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
大于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；由于采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
b_i
≤ di，从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
减速至第i+1段限速v
tbx_i+1
满足制动最小距离需求：v
x_i
= v
tbx_i
。
[0015]
进一步的，所述依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，具体包括：查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
小于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引i以及个数m，运行时间t
s1
计算如下：
[0016]
查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
大于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引j以及个数n，运行时间t
s2
计算如下：
[0017]
查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
小于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引k以及个数q，运行时间t
s3
计算如下：；查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
大于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引h以及个数r，运行时间t
s4
计算如下：；则列车当前位置运行至线路终点最短运行时间ts= t
s1
+ t
s2
+ t
s3
+ t
s4
。
[0018]
进一步的，所述依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc，具体包括：假设列车运行的最低限速v
min
，列车距离线路终点的线路长度为，其中，i1为列车当前位置在最快限速曲线段的索引，pos为列车当前位置，则列车当前位置运行至线路终点最长运行时间计算如下：
若当前车速v》=v
min
时：；若当前车速v小于v
min
时：。
[0019]
进一步的，所述比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划，具体包括：标记整个站间限速数据中限速变化的的起始位置，分别为p0、p1、p2、
……
p
n-1
、pn，站间线路限速为v0, v1, v2, ...,v
n-1
,vn，其中vn为线路终点限速0, 则最快限制速度曲线可以描述为{pi, di, v
x_i
}，时分推荐速度曲线可以描述为{pi, di, v
c_i
}；若区间剩余运行时间t ≤ ts，此时列车按照最快限速运行至线路终点也大于区间剩余运行时间，列车只能按照最快运行速度运行，时分约束曲线与最快限速曲线一致，即{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
x_i
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t ≥ tc，此时列车按照最低限速运行至线路终点也小于区间剩余运行时间，列车只能按照最低运行速度运行，时分约束曲线中限速为最低限速，即{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
min
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t》ts且t 小于 tc，查找最快限速曲线中速度最大值，标记为v
x_max
，寻找v
c_m
∈[v
min
, v
x_max
]，则修改限速曲线为；若根据上述限速曲线带入最短运行时间公式计算的运行时间t
c_m
=t，则{pi, di, v
c_i
}即为时分约束下的限速曲线。
[0020]
一种多站间运行的速度曲线制定系统，包括：区间剩余运行时间计算单元、限速段最快限速曲线计算单元和制定推荐速度曲线规划单元；区间剩余运行时间计算单元，用于基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；限速段最快限速曲线计算单元，用于将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；制定推荐速度曲线规划单元，用于依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc；比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。
[0021]
本发明至少具有以下有益效果：本发明提出一种适用于自动驾驶的多站间运行时分参考速度曲线设计方法，有效提升列车在扰动下快速正常运行的能力，在保证合理站间运行时间的条件下，进一步降低跨多站间列车总延误时间；其中，提出的一种区间运行时间、区间剩余运行时间计算方法，综合考虑了列车运行多站间的早晚点情况，为后续列车参考速度的规划提供了依据，另外，
在人工驾驶中也可提示司机；提出的一种牵引最快限速曲线、制动最快限速曲线以及牵引制动最快限速融合速度曲线计算方法，提供了列车在不超速情况下的最快运行曲线，为列车提供最快速运行策略；提出的一种牵引制动延时约束下最快限速曲线计算方法，进一步考虑列车牵引制动的切换时间因素，为列车提供了在牵引制动工况平稳切换的情况下的最快运行策略；提出的一种列车在限速曲线下运行的最短运行时间以及最长运行时间计算方法，可以作为列车参考速度规划的极限约束情况，另外最长和最短时间可反馈给调度，以便于调度及时更新不合理的运行时分，提高列车运行效率。
[0022]
本发明提出一种适用于自动驾驶的多站间运行时分参考速度曲线设计方法，曲线的设计过程中考虑了多站间区间剩余运行规划时间、列车牵引制动切换延时等因素，实现了自动驾驶(ato)过程中自动根据区间运行时间调整区间运行速度，保证列车准点率，该方法适用于装配有ato系统或辅助驾驶系统的动车组及机车，保障了列车的运行效率。
[0023]
本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明实施例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。
[0025]
图1为本发明实施例速度曲线制定方法流程图；图2为运行计划以及线路数据发送示意图；图3为本发明实施例速度曲线算法设计流程图；图4为本发明实施例限速段示意图；图5为本发明实施例限速段牵引最快限速曲线示意图；图6为本发明实施例限速段制动最快限速曲线；图7为本发明实施例限速段牵引制动融合限速曲线；图8为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图；图9为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图；图10为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图；图11为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图；图12为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图；图13为本发明实施例限速段牵引制动延时约束下最快参考速度曲线生成示意图。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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做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。
[0027]
高速铁路列车在运行过程中可能因灾害天气、设备故障等因素而发生晚点，前行列车晚点或将导致后行列车的连带晚点。列车晚点发生后，原定的列车到发线运用计划很可能存在冲突，如果按原定计划安排列车的接发车作业，很可能会降低局部路网的运输效率。此时，列车调度员可以调整列车的到发线运用计划，疏解列车到发线运用冲突，从而减少列车的晚点。
[0028]
为此，本发明提出了一种多站间运行的速度曲线制定方法及系统，包括一种多站间运行的速度曲线制定方法和一种多站间运行的速度曲线制定系统。
[0029]
本发明考虑了多站间区间剩余运行规划时间、列车牵引制动切换延时等因素，实现了自动驾驶(ato)过程中自动根据区间运行时间调整区间运行速度，保证列车准点率，该方法适用于装配有ato系统或辅助驾驶系统的动车组及机车，保障了列车的运行效率。
[0030]
第一方面，如图1所示，本发明提供了一种多站间运行的速度曲线制定方法，所述方法包括：基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc；比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。
[0031]
具体实施时，如果可以仅仅调整当前运行区间的车速以便当前运行期间准点，则不影响后续运行区间；否则在后续运行区间依次调整，直至完成准点调整。
[0032]
本实施例中，所述当前列车状态信息，具体包括：当前时间、到站时间、当前列车与目标车站距离，以及线路限速。
[0033]
本实施例中，所述计算区间剩余运行时间t，具体包括：分区间计算区间剩余运行时间t，区间剩余运行时间表示列车当前时刻距前方到达站规定到达时刻的时间，表示如下：t= t
前方到达站的时刻-t
当前时刻
。
[0034]
具体实施时，每隔一定时间，依据当前列车状态信息计算区间剩余运行时间t，以此保证动态调节速度曲线。
[0035]
本实施例中，所述计算得到各限速段最快限速曲线，具体包括：依次计算牵引最快限速曲线、制动最快限速曲线、牵引制动融合限速曲线和牵引制动延时约束下最快限速曲线。
[0036]
本实施例中，所述计算牵引最快限速曲线，具体包括：若第i-1限速段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
小于第i限速段线路限速vi，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；计算从速度v
x_i-1
加速到vi过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离为δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；
若 δd
t_i
≤di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，满足牵引的最小距离需求，第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= vi；若 δd
t_i
》di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，不满足牵引的最小距离需求，计算从位置pi以牵引最快速度v
tx_i-1
牵引至位置p
i+1
，列车在p
i+1
处的速度v
t_i
；；第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= v
t_i
；若第i-1段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
大于等于第i段线路限速vi，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；不存在牵引过程情况下，第i段牵引最快限速v
tx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
tx_i
= vi。
[0037]
本实施例中，所述计算制动最快限速曲线，具体包括：若第i+1限速段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
小于第i限速段线路限速vi，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；计算从vi制动减速到达位置p
i+1
、速度v
bx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中ab为负值，ab表示匀减速过程的加速度；若 δd
b_i
≤di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，满足制动的最小距离需求，第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i
= vi；若 δdt_i》di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，不满足制动的最小距离需求；计算从位置pi制动至位置p
i+1
、制动最快限速v
tx_i+1
，列车在pi处的速度v
b_i
为：；第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i
= v
b_i
；若第i+1段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
大于等于第i段线路限速vi，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；不存在制动过程情况下，第i段制动最快限速v
bx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
bx_i
= vi。
[0038]
具体实施时，计算公式用了i-1，i是从0开始的，这样i-1就出现-1的情况，v
bx_-1
描
述了i=0的情况，其他公式类似。
[0039]
本实施例中，所述计算牵引制动融合限速曲线，具体包括：结合已经计算的牵引最快限速曲线和制动最快限速曲线，将牵引制动最快限速曲线融合曲线描述为v
tbx_0,vtbx_1
, v
tbx_2
, ...,v
tbx_n-1
,v
tbx_n
，融合规则如下：在位置pi对应的融合限速v
tbx_i
= min(v
tx_i
,v
bx_i
)。
[0040]
本实施例中，所述计算牵引制动延时约束下最快限速曲线，具体包括：根据牵引制动融合限速曲线，该曲线已满足牵引制动的最大距离约束，牵引制动延时约束下最快限速曲线进一步结合限速变化，考虑如下：若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
：计算从速度v
tbx_i-1
加速到v
tbx_i
过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；计算从v
tbx_i
制动减速到达速度v
tbx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中ab为负值，ab表示匀减速过程的加速度；计算在速度v
tbx_i
处牵引转制动，列车的空走距离δd
c_i
如下：；其中t
delay
表示牵引转制动或制动转牵引的平均响应延时；若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
≤di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，满足牵引惰行制动的最小距离需求，则v
x_i
= v
tbx_i
；若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
》di且δd
t_i
+ δd
b_i
≤di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：；假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若δd
t_i
小于 di，δd
b_i
小于 di，若 δd
t_i
+ δd
b_i
》di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：
；假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，则第i限速段中；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
小于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
t_i
≤ di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段限速v
tbx_i
满足制动最小距离需求：v
x_i
= v
tbx_i
；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
大于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；由于采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
b_i
≤ di，从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
减速至第i+1段限速v
tbx_i+1
满足制动最小距离需求：v
x_i
= v
tbx_i
。
[0041]
本实施例中，所述依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，具体包括：查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
小于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引i以及个数m，运行时间t
s1
计算如下：
[0042]
查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速vx_i-1大于第i段第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
大于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引j以及个数n，运行时间t
s2
计算如下：
[0043]
查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
小于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引k以及个数q，运行时间t
s3
计算如下：；查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
大于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引h以及个数r，运行时间t
s4
计算如下：；则列车当前位置运行至线路终点最短运行时间ts= t
s1
+ t
s2
+ t
s3
+ t
s4
。
[0044]
本实施例中，所述依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc，具体包括：假设列车运行的最低限速v
min
，列车距离线路终点的线路长度为，其中，i1为列车当前位置在最快限速曲线段的索引，pos为列车当前位置，则列车当前位置运行至线路终点最长运行时间计算如下：若当前车速v》=v
min
时：；若当前车速v小于v
min
时：。
[0045]
本实施例中，所述比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划，具体包括：标记整个站间限速数据中限速变化的的起始位置，分别为p0、p1、p2、
……
p
n-1
、pn，站间线路限速为v0, v1, v2, ...,v
n-1
,vn，其中vn为线路终点限速0, 则最快限制速度曲线可以描述为{pi, di, v
x_i
}，时分推荐速度曲线可以描述为{pi, di, v
c_i
}；若区间剩余运行时间t ≤ ts，此时列车按照最快限速运行至线路终点也大于区间剩余运行时间，列车只能按照最快运行速度运行，时分约束曲线与最快限速曲线一致，即
{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
x_i
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t ≥ tc，此时列车按照最低限速运行至线路终点也小于区间剩余运行时间，列车只能按照最低运行速度运行，时分约束曲线中限速为最低限速，即{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
min
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t》ts且t 小于 tc，查找最快限速曲线中速度最大值，标记为v
x_max
，寻找v
c_m
∈[v
min
, v
x_max
]，则修改限速曲线为；若根据上述限速曲线带入最短运行时间公式计算的运行时间t
c_m
=t，则{pi, di, v
c_i
}即为时分约束下的限速曲线。
[0046]
第二方面，本发明提供了一种多站间运行的速度曲线制定系统，包括：区间剩余运行时间计算单元、限速段最快限速曲线计算单元和制定推荐速度曲线规划单元；区间剩余运行时间计算单元，用于基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；限速段最快限速曲线计算单元，用于将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；制定推荐速度曲线规划单元，用于依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，依据列车运行最低限速计算最长运行时间tc；比较剩余运行时间t与最短运行时间ts、最长运行时间tc，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。
[0047]
具体实施时，本发明一种多站间运行的速度曲线制定系统和一种多站间运行的速度曲线制定方法的实现过程一一对应，在此就不赘述。
[0048]
为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：本发明提出一种适用于自动驾驶的多站间运行时分规划以及牵引制动延时、运行时分约束下的参考速度曲线设计方法，实现了自动驾驶(ato)过程中自动根据区间运行时间调整区间运行速度，保证列车准点率，该方法适用于装配有ato系统或辅助驾驶系统的动车组及机车，保障了列车的运行效率。
[0049]
1、运行计划以及线路数据发送根据《高速铁路ato系统临时限速服务器相关功能及接口暂行技术条件》（tj/dw 219-2019），列控系统临时限速服务器（tsrs）实时接收ctc运行计划，并转发至ato车载设备，并且向ato发送站间线路数据。
[0050]
ctc发送的运行计划为前方两个站台的计划（后续可支持多个站台计划），列车处于a站时发送a-b/b-c站的计划，当列车越过b站的出站信号机后，计划更新为b-c/c-d站的计划。
[0051]
图2为运行计划以及线路数据发送示意图，tsrs发送的线路数据为当前站至前方站台的线路数据（线路限速、临时限速、坡度、站间距等），列车处于a站时发送a-b站的线路
数据，当列车越过b站的出站信号机后，更新为b-c站的线路数据。
[0052]
2、区间剩余运行时间规划区间运行时间表示列车在两相邻车站之间的运行时间，如上图所示，列车在a站收到运行计划后，a-b区间的区间运行时间为t
b0_arrival-t
a0_depart
，b-c区间的区间运行时间为t
c0_arrival-t
b0_depart
，列车在b站收到运行计划后，b-c区间的区间运行时间为t
c1_arrival-t
b1_depart
，c-d区间的区间运行时间为t
d1_arrival-t
c1_depart
；区间剩余运行时间t表示列车当前时刻距前方到达站规定到达时刻的时间，可以表示如下：t= t
前方到达站的时刻-t
当前时刻
（1）若列车处于a-b区间，区间剩余运行时间为t
b0_arrival-t
当前时刻
；若列车处于b-c区间，根据最新下发的计划时分信息（b站发车时刻t
b1_depart
，c站到达时刻tc
1_arrival
），区间剩余运行时间为t
c1_arrival-t
当前时刻
；若列车处于c-d区间，采用最新下发的计划时分信息（c站发车时刻t
c2_depart
，d站到达时刻t
d2_arrival
），区间剩余运行时间为t
d2_arrival-t
当前时刻
；以计划每次更新两个站间的运行时分为例，如上图所示，列车在a站收到运行计划后，a-b区间的区间运行时间为t
b0_arrival-t
a0_depart
，b-c区间的区间运行时间为t
c0_arrival-t
b0_depart
，则可将计划每次更新的两个站间的运行时分作为整体时间，a-c区间的运行时分为t
a-c
= t
c0_arrival-t
b0_depart +
t
b0_arrival-t
a0_depart
。
[0053]
记列车在b站停车时刻为tb_
stop
，则列车由a站到达b站的早晚点时间δ
a-b
= tb_
stop-t
b0_arrival
（计算为负值表示提前到达，计算为正表示晚点到达）；列车在b站收到新的b站发车时刻t
b1_depart
以及c站到达时刻t
c1_arrival
。
[0054]
若列车因特殊原因，由a站到达b站晚点，若t
c1_arrival-t
b1_depart
与t
c0_arrival-t
b0_depart
偏差在30s以内，则列车由b站发车时更新b-c区间剩余运行时间为t
c1_arrival-t
当前时刻-δ
a-b
，从而保证a-c区间整体运行时分不变，即：t
c1_arrival-t
b1_depart-δ
a-b+
tb_
stop-t
a0_arrival=
t
a-c
（2）以此类推，若计划每次更新多个站间运行时分，当列车在前一站间a-b运行发生晚点时，且ctc未对后一站间区间运行时分进行调整时，自动驾驶设备根据计划给定的a-c区间运行时分，调整b-c区间剩余运行时间为t
c1_arrival-t
当前时刻-δ
a-b
，同理，c-d区间剩余运行时间为t
d1_arrival-t
当前时刻-δ
b-c
，d-e区间剩余运行时间为t
d2_arrival-t
当前时刻-δ
b-c
。
[0055]
3、基于区间剩余运行时分以及牵引制动延时约束下的推荐速度曲线计算方法本发明设计流程图如图3所示，首先对最高限速曲线进行速度可达性平滑，使车速能够达到每一个限速段的限速值；然后，根据不同策略要求优化控车限速曲线：运行等级需求、时分优化需求。
[0056]
如图4所示，线路数据限速的描述形式以限速段的方式表示，若整个线路限速分为n段限速段，可表示为{p0, d0, v0}，{p1, d1, v1}，
……
，{pn, dn,vn}，其中p0表示第一个限速段限速值的起始位置，d0表示第一个限速段的限速值的长度，v0表示第一个限速段的限速值，依次类推，pn, dn,vn分别表示第n个限速段起始位置，限速长度以及限速值。则d0= p
1-p0，d1= p
2-p1，
……
，d
n-1
= p
n-p
n-1
，dn= 0。
[0057]
（1）牵引制动延时约束下最快参考速度曲线将整个列车的运行过程分为匀加速、匀速、匀减速运行。其中匀加速的参考加速度
用a
t
（为正值）表示，匀减速过程的参考减速度用ab（为负值）表示，牵引转制动或制动转牵引的平均响应延时用t
delay
表示，则限速曲线抬升后下降以及限速曲线下降后抬升的列车匀速过程至少包含由牵引和制动切换的列车响应走行距离。
[0058]
标记整个站间限速数据中限速变化的的起始位置，分别为p0、p1、p2、
……
p
n-1
、pn，站间线路限速为v0, v1, v2, ...,v
n-1
,vn（其中vn为线路终点限速0）, 则最快限制速度曲线可以描述为v
x_0
, v
x_1
, v
x_2
, ...,v
x_n-1
,v
x_n
，由于最快限速曲线在计算时需要考虑牵引和制动的距离是否满足，先将该曲线拆分为牵引最快限速曲线可以描述为v
tx_0
, v
tx_1
, v
tx_2
, ..., v
tx_n-1
,v
tx_n
，制动最快限速曲线可以描述为v
bx_0
, v
bx_1
, v
bx_2
, ...,v
bx_n-1
,v
bx_n
牵引最快限速曲线，如图5所示，1)若第i-1段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
小于第i段线路限速vi（其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0）计算从速度v
x_i-1
加速到vi过程中，按照a
t
进行匀加速所需运行的距离δd
t_i
。加速期间的运行距离δd
t_i
如下：（3）若 δd
t_i
≤di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，满足牵引的最小距离需求，第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= vi（4）若 δd
t_i
》di，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速vi，不满足牵引的最小距离需求，计算从位置pi、牵引最快速度v
tx_i-1
牵引至位置p
i+1
，列车在p
i+1
处的速度v
t_i
（5）第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i
= v
t_i
（6）2)若第i-1段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
大于等于第i段线路限速vi（其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0）由于不存在牵引过程，第i段牵引最快限速v
tx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
tx_i
= vi（7）制动最快限速曲线，如图6所示，1)若第i+1段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
小于第i段线路限速vi（其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0）计算从vi制动减速到达位置p
i+1
、速度v
bx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：（8）若 δd
b_i
≤di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，满足制动的最小距离需求，第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i
= vi（9）若 δd
t_i
》di，从第i段限速vi制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，不满足制动的最小距离需求
计算从位置pi制动至位置p
i+1
、制动最快限速v
tx_i+1
，列车在pi处的速度v
b_i
（10）第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i
= v
b_i
（11）2)若第i+1段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
大于等于第i段线路限速vi（其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0）由于不存在制动过程，第i段制动最快限速v
bx_i
与第i段线路限速vi保持一致，即：v
bx_i
= vi（12）牵引制动融合限速曲线结合已经计算的牵引和制动最快限速曲线，将牵引制动最快限速曲线融合曲线描述为v
tbx_0
, v
tbx_1
, v
tbx_2
, ...,v
tbx_n-1
,v
tbx_n
，融合规则如下：在位置pi对应的融合限速v
tbx_i
= min(v
tx_i
,v
bx_i
)则牵引制动融合限速曲线如图7所示。
[0059]
牵引制动延时约束下最快限速曲线
[0060]
根据牵引制动融合限速曲线（该曲线已满足牵引制动的最大距离约束），牵引制动延时约束下最快限速曲线需进一步结合限速变化，考虑如下：1)若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
（其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0），第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
：计算从速度v
tbx_i-1
加速到v
tbx_i
过程中，按照a
t
进行匀加速所需运行的距离δd
t_i
。加速期间的运行距离δd
t_i
如下：（13）计算从v
tbx_i
制动减速到达速度v
tbx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：（14）计算在速度v
tbx_i
处牵引转制动，列车的空走距离δd
c_i
如下：（15）如图8所示，若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
≤di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，满足牵引惰行制动的最小距离需求，则v
x_i
= v
tbx_i
。
[0061]
如图9所示，若 δd
t_i
+ δd
c_i
+ δd
b_i
》di且δd
t_i
+ δd
b_i
≤ di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，应寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
)
,vtbx_i
]，使其满足如下公式：（16）假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：
（17）如图10所示，若δd
t_i
小于 di，δd
b_i
小于 di，若 δd
t_i
+ δd
b_i
》di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，应寻找限速vj∈[min(v
tbx_i-1
, v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：（18）假设满足条件的vj有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：（19）2)如图11所示，若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
（其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0），第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
：（20）此种情况如上述表示，若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
（其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0），第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，v
x_i
=v
tbx_i
。
[0062]
3)如图12所示，若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
（其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0），第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
小于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1.
由于采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
t_i
≤ di，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段限速v
tbx_i
满足制动最小距离需求：v
x_i
=v
tbx_i
（21）4)如图13所示，若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
（其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0），第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
大于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1.
由于采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
b_i
≤ di，从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
减速至第i+1段限速v
tbx_i+1
满足制动最小距离需求：v
x_i
=v
tbx_i
（22）（2）时分约束下的推荐速度曲线规划最快限速曲线对应的最短运行时间ts1)查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
（其中v
x_-1
和v
x_n
均为0），第i+1段最快限速v
x_i+1
小于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引i以及个数m，运行时间t
s1
计算如下：
（23）2)查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段第i段最快限速v
x_i
（其中v
x_-1
和v
x_n
均为0），第i+1段最快限速v
x_i+1
大于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引j以及个数n，运行时间t
s2
计算如下：（24）3)查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
（其中v
x_-1
和v
x_n
均为0），第i段最快限速v
x_i
小于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引k以及个数q，运行时间t
s3
计算如下：（25）4)查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段最快限速v
x_i
（其中v
x_-1
和v
x_n
均为0），第i段最快限速v
x_i
大于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引h以及个数r，运行时间t
s4
计算如下：（26）则列车当前位置运行至线路终点最短运行时间t
s =
t
s1
+ t
s2
+ t
s3
+ t
s4
最低限速曲线对应的最长运行时间tc由于存在超长运行时分的运行最低限速，假设列车运行的最低限速v
min
（可根据实际工程应用配置），列车距离线路终点的线路长度为，其中，i1为列车当前位置在最快限速曲线段的索引，pos为列车当前位置，则列车当前位置运行至线路终点最长运行时间计算如下：1)若当前车速v》=v
min
（27）2)若当前车速v小于v
min
（28）时分约束下的限速曲线规划标记整个站间限速数据中限速变化的的起始位置，分别为p0、p1、p2、
……
p
n-1
、pn，站间线路限速为v0, v1, v2, ...,v
n-1
,vn（其中vn为线路终点限速0）, 则最快限制速度曲线可以描述为{pi, di, v
x_i
}，时分推荐速度曲线可以描述为{pi, di, v
c_i
}。
[0063]
1)若区间剩余运行时间t ≤ ts，此时列车按照最快限速运行至线路终点也大于区间剩余运行时间，列车只能按照最快运行速度运行，时分约束曲线与最快限速曲线一致，即：{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
x_i
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n（29）2)若区间剩余运行时间t ≥ tc，此时列车按照最低限速运行至线路终点也小于区间剩余运行时间，列车只能按照最低运行速度运行，时分约束曲线中限速为最低限速，即：{pi, di, v
c_i
}={pi, di, v
min
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n（30）3)若区间剩余运行时间t》ts且t 小于 tc，查找最快限速曲线中速度最大值，标记为v
x_max
，寻找v
c_m
∈[v
min
, v
x_max
]，则修改限速曲线为：（31）若根据上述限速曲线带入最短运行时间公式计算的运行时间t
c_m=
t，则{pi, di, v
c_i
}即为时分约束下的限速曲线。
[0064]
本发明的关键技术点和技术效果至少为以下几方面：本发明提出了一种区间剩余运行时分规划以及区间剩余运行时间、牵引制动延时约束下的推荐速度曲线计算方法；本发明提出了一种运行计划以及线路数据发送方式；本发明提出了一种通用的多站间区间剩余时间规划方法；本发明提出了一种基于区间剩余运行时分、牵引制动延时约束下的推荐速度曲线计算方法；本发明提出了一种区间运行时间、区间剩余运行时间计算方法；本发明提出了一种牵引最快限速曲线、制动最快限速曲线以及牵引制动最快限速融合速度曲线计算方法；本发明提出了一种牵引制动延时约束下最快限速曲线计算方法；本发明提出了一种列车在限速曲线下运行的最短运行时间以及最长运行时间计算方法；本发明提出了一种基于区间剩余运行时分的推荐速度曲线计算方法；本方法适用于装有ato设备的动车组及机车。
[0065]
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：
1.一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述方法包括：基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；依据最快限速曲线计算最短运行时间t
s
，依据列车运行最低限速计算最长运行时间t
c
；比较剩余运行时间t与最短运行时间t
s
、最长运行时间t
c
，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。2.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述当前列车状态信息，具体包括：当前时间、到站时间、当前列车与目标车站距离，以及线路限速。3.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算区间剩余运行时间t，具体包括：分区间计算区间剩余运行时间t，区间剩余运行时间表示列车当前时刻距前方到达站规定到达时刻的时间，表示如下：t= t
前方到达站的时刻-t
当前时刻
。4.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算得到各限速段最快限速曲线，具体包括：依次计算牵引最快限速曲线、制动最快限速曲线、牵引制动融合限速曲线和牵引制动延时约束下最快限速曲线。5.根据权利要求4所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算牵引最快限速曲线，具体包括：若第i-1限速段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
小于第i限速段线路限速v
i
，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；计算从速度v
x_i-1
加速到v
i
过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离为δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；若 δd
t_i ≤d
i
，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速v
i
，满足牵引的最小距离需求，第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i = v
i
；若 δd
t_i >d
i
，从第i-1段牵引最快限速v
x_i-1
加速至第i段限速v
i
，不满足牵引的最小距离需求，计算从位置p
i
以牵引最快速度v
tx_i-1
牵引至位置p
i+1
，列车在p
i+1
处的速度v
t_i
；；第i段牵引最快限速v
tx_i
计算如下：v
tx_i = v
t_i
；若第i-1段限速对应的牵引最快限速v
tx_i-1
大于等于第i段线路限速v
i
，其中v
tx_-1
和v
tx_n
均为0；不存在牵引过程情况下，第i段牵引最快限速v
tx_i
与第i段线路限速v
i
保持一致，即：
v
tx_i = v
i 。6.根据权利要求4所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算制动最快限速曲线，具体包括：若第i+1限速段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
小于第i限速段线路限速vi，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；计算从v
i
制动减速到达位置p
i+1
、速度v
bx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中a
b
为负值，a
b
表示匀减速过程的加速度；若 δd
b_i ≤d
i
，从第i段限速v
i
制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，满足制动的最小距离需求，第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i = v
i
；若 δdt_i >d
i
，从第i段限速v
i
制动至第i+1段最快限速v
x_i+1
，不满足制动的最小距离需求；计算从位置p
i
制动至位置p
i+1
、制动最快限速v
tx_i+1
，列车在p
i
处的速度v
b_i
为：；第i段制动最快限速v
bx_i
计算如下：v
bx_i = v
b_i
；若第i+1段限速对应的制动最快限速v
tx_i+1
大于等于第i段线路限速v
i
，其中v
bx_-1
和v
bx_n
均为0；不存在制动过程情况下，第i段制动最快限速v
bx_i
与第i段线路限速v
i
保持一致，即：v
bx_i = v
i
。7.根据权利要求4所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算牵引制动融合限速曲线，具体包括：结合已经计算的牵引最快限速曲线和制动最快限速曲线，将牵引制动最快限速曲线融合曲线描述为v
tbx_0, v
tbx_1
, v
tbx_2
, ...,v
tbx_n-1
,v
tbx_n
，融合规则如下：在位置p
i
对应的融合限速v
tbx_i = min(v
tx_i ,v
bx_i )。8.根据权利要求4所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述计算牵引制动延时约束下最快限速曲线，具体包括：根据牵引制动融合限速曲线，该曲线已满足牵引制动的最大距离约束，牵引制动延时约束下最快限速曲线进一步结合限速变化，考虑如下：若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
：计算从速度v
tbx_i-1
加速到v
tbx_i
过程中，按照加速度a
t
进行匀加速所需运行的距离δd
t_i
，加速期间的运行距离δd
t_i
如下：；
计算从v
tbx_i
制动减速到达速度v
tbx_i+1
需要的制动距离δd
b_i
如下：；其中a
b
为负值，a
b
表示匀减速过程的加速度；计算在速度v
tbx_i
处牵引转制动，列车的空走距离δd
c_i
如下：；其中t
delay
表示牵引转制动或制动转牵引的平均响应延时；若 δd
t_i + δd
c_i
+ δd
b_i
≤d
i
，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，满足牵引惰行制动的最小距离需求，则v
x_i = v
tbx_i
；若 δd
t_i + δd
c_i
+ δd
b_i
>d
i
且δd
t_i
+ δd
b_i
≤d
i
，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速v
j
∈[min(v
tbx_i-1 , v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：；假设满足条件的v
j
有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若δd
t_i 小于 d
i
，δd
b_i 小于 d
i
，若 δd
t_i + δd
b_i > d
i
，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，以及从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
制动至第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
，不满足牵引惰行制动的最小距离需求，寻找限速v
j
∈[min(v
tbx_i-1 , v
tbx_i+1
), v
tbx_i
]，使其满足如下公式：；假设满足条件的v
j
有k个，则第i段最高限速v
x_i
计算如下：；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，则第i限速段中；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
小于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
小于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
t_i ≤ d
i
，从第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
加速至第i段限速v
tbx_i
满足制动最小距离需求：v
x_i = v
tbx_i
；若第i-1段牵引制动融合限速v
tbx_i-1
大于第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
，其中v
tbx_-1
和v
tbx_n
均为0，第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
大于第i+1段牵引制动融合限速v
tbx_i+1
；由于采用的牵引制动融合限速曲线满足δd
b_i ≤ d
i
，从第i段牵引制动融合限速v
tbx_i
减速至第i+1段限速v
tbx_i+1
满足制动最小距离需求：v
x_i = v
tbx_i
。9.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述依据最快限速曲线计算最短运行时间ts，具体包括：查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
小于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引i以及个数m，运行时间t
s1
计算如下：；查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速vx_i-1大于第i段第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i+1段最快限速v
x_i+1
大于第i段最快限速v
x_i
情况的限速曲线段索引j以及个数n，运行时间t
s2
计算如下：；查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
小于第i段最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
小于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引k以及个数q，运行时间t
s3
计算如下：；查找列车所处位置前方最快限速曲线段，统计满足若第i-1段最快限速v
x_i-1
大于第i段
最快限速v
x_i
，其中v
x_-1
和v
x_n
均为0，第i段最快限速v
x_i
大于第i+1段最快限速v
x_i+1
情况的限速曲线段索引h以及个数r，运行时间t
s4
计算如下：；则列车当前位置运行至线路终点最短运行时间t
s = t
s1 + t
s2
+ t
s3
+ t
s4
。10.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述依据列车运行最低限速计算最长运行时间t
c
，具体包括：假设列车运行的最低限速v
min
，列车距离线路终点的线路长度为，其中，i1为列车当前位置在最快限速曲线段的索引，pos为列车当前位置，则列车当前位置运行至线路终点最长运行时间计算如下：若当前车速v>=v
min
时：；若当前车速v小于v
min
时：。11.根据权利要求1所述的一种多站间运行的速度曲线制定方法，其特征在于，所述比较剩余运行时间t与最短运行时间t
s
、最长运行时间t
c
，制定时分约束下的推荐速度曲线规划，具体包括：标记整个站间限速数据中限速变化的的起始位置，分别为p0、p1、p2、
……
p
n-1
、p
n
，站间线路限速为v0, v1, v2, ...,v
n-1
,v
n
，其中v
n
为线路终点限速0, 则最快限制速度曲线可以描述为{p
i
, d
i
, v
x_i
}，时分推荐速度曲线可以描述为{p
i
, d
i
, v
c_i
}；若区间剩余运行时间t ≤ t
s
，此时列车按照最快限速运行至线路终点也大于区间剩余运行时间，列车只能按照最快运行速度运行，时分约束曲线与最快限速曲线一致，即{p
i
, d
i
, v
c_i
}={p
i
, d
i
, v
x_i
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t ≥ t
c
，此时列车按照最低限速运行至线路终点也小于区间剩余运行时间，列车只能按照最低运行速度运行，时分约束曲线中限速为最低限速，即{p
i
, d
i
, v
c_i
}={p
i
, d
i
, v
min
}，i = 1, 2,
ꢀ……
, n；若区间剩余运行时间t > t
s 且t 小于 t
c
，查找最快限速曲线中速度最大值，标记为v
x_max
，寻找v
c_m
∈[v
min
, v
x_max
]，则修改限速曲线为；若根据上述限速曲线带入最短运行时间公式计算的运行时间t
c_m
=t，则{p
i
, d
i
, v
c_i
}即为时分约束下的限速曲线。
12.一种多站间运行的速度曲线制定系统，其特征在于，包括：区间剩余运行时间计算单元、限速段最快限速曲线计算单元和制定推荐速度曲线规划单元；区间剩余运行时间计算单元，用于基于前车列车早点、准点或晚点，以及当前列车状态信息，计算区间剩余运行时间t；限速段最快限速曲线计算单元，用于将列车运行整个线路限速分为n段限速段，并计算得到各限速段最快限速曲线；制定推荐速度曲线规划单元，用于依据最快限速曲线计算最短运行时间t
s
，依据列车运行最低限速计算最长运行时间t
c
；比较剩余运行时间t与最短运行时间t
s
、最长运行时间t
c
，制定时分约束下的推荐速度曲线规划。

技术总结
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种多站间运行的速度曲线制定方法及系统。本发明考虑了多站间区间剩余运行规划时间、列车牵引制动切换延时等因素，实现了自动驾驶(ATO)过程中自动根据区间运行时间调整区间运行速度，保证列车准点率，该方法适用于装配有ATO系统或辅助驾驶系统的动车组及机车，保障了列车的运行效率。的运行效率。的运行效率。


技术研发人员：葛鹭明 王佳 包正堂 王祺 赵中甲 汪知宇 王鹏 宋宝栋
受保护的技术使用者：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/5/4