列车安全防护方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车安全防护方法、装置及系统。


背景技术：

2.虚拟编组(virtual coupling,vc)近年来成为轨道交通领域的研究热点，其基于列车协同编队运行的理念在提升线路通过能力的同时，能够极大提升轨道交通运输的灵活性。
3.虚拟编组通过车车通信和先进控制算法等技术，使得两车或多车之间保持较短的间距运行，打破了传统列车运行控制系统中列车自动防护的安全距离限制。因此，传统的考虑绝对距离制动模式(absolute distance braking mode，adbm)的安全制动模型不再适用于虚拟编组内部列车之间的安全防护。
4.因此，如何实现虚拟编组列车的安全防护，成为业界亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种列车安全防护方法、装置及系统。
6.第一方面，本发明提供一种列车安全防护方法，应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，所述方法包括：
7.基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
8.基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
9.其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
10.可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度，包括：
11.基于所述第一相对走行距离计算公式、所述第二相对走行距离计算公式和所述第
三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的限制相对速度；
12.基于所述限制相对速度，以及所述跟随列车和所述领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，确定所述安全相对速度。
13.可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
14.基于所述跟随列车和所述领航列车的相对牵引切除时间、所述相对牵引切除阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第一相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第一相对走行距离计算公式。
15.可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
16.基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述跟随列车和所述领航列车的相对制动建立时间、所述相对制动建立阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第二相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第二相对走行距离计算公式。
17.可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
18.基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述相对制动建立时间、所述第二相对加速度、所述跟随列车相对所述领航列车的最大相对制动加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第三相对走行距离计算公式。
19.可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，所述第一相对走行距离计算公式为：
[0020][0021]
其中，δs
r_ij
表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。
[0022]
可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，所述第二相对走行距离计算公式为：
[0023][0024]
其中，δs
c_ij
表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度，
表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。
[0025]
可选地，根据本发明提供的一种列车安全防护方法，所述第三相对走行距离计算公式为：
[0026][0027]
其中，δs
e_ij
表示所述相对最大制动阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的最大相对制动加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。
[0028]
第二方面，本发明还提供一种列车安全防护装置，应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，所述装置包括：
[0029]
第一确定模块，用于基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0030]
第二确定模块，用于基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0031]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0032]
第三方面，本发明还提供一种列车安全防护系统，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第一方面所述列车安全防护方法。
[0033]
本发明提供的列车安全防护方法、装置及系统，通过基于跟随列车和领航列车的相对制动过程中，相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段的相对走行
距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，进而基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，由于在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
附图说明
[0034]
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。
[0035]
图1是本发明提供的列车安全防护方法的流程示意图；
[0036]
图2是本发明提供的考虑相对速度的安全制动模型的方法实现流程图；
[0037]
图3是本发明提供的考虑相对速度的安全制动模型示意图；
[0038]
图4是本发明提供的列车编队超速防护原理示意图；
[0039]
图5是本发明提供的列车安全防护装置的结构示意图；
[0040]
图6是本发明提供的列车安全防护系统的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
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。
[0042]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
[0043]
为了便于更加清晰地理解本发明各实施例，首先对一些相关的背景知识进行如下介绍。
[0044]
为了有效利用轨道交通现有基础设施，进一步提升线路通过能力，列车编队运行/虚拟编组应运而生，这种列车协同编队运行的理念在提升线路通过能力的同时，能够极大提升轨道交通运输的灵活性，用以提升铁路运输在运输领域的竞争力，因此其近年来成为轨道交通领域的研究热点。
[0045]
虚拟编组通过车车通信和先进控制算法等技术，使得两车或多车之间保持较短的间距运行，打破了传统列车运行控制系统中列车自动防护的安全距离限制。因此，传统的考虑绝对距离制动模式(absolute distance braking mode，adbm)的安全制动模型不再适用于虚拟编组内部列车之间的安全防护，而考虑前车速度和位置的相对距离制动模式(relative distance braking mode，rdbm)，即“撞软墙”安全防护作为虚拟编组内部列车
之间安全防护的安全制动模型是未来的发展趋势。
[0046]
本发明实施例提供的一种列车安全防护方法、装置及系统，考虑了虚拟编组内的领航列车和跟随列车之间的安全相对速度，并基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，不仅满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0047]
下面结合附图对本发明提供的列车安全防护方法、装置及系统进行示例性的介绍。
[0048]
图1是本发明提供的列车安全防护方法的流程示意图，其中该列车安全防护方法应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，如图1所示，该方法包括：
[0049]
步骤100，基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0050]
步骤110，基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0051]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0052]
需要说明的是，本发明实施例提供的列车安全防护方法的执行主体可以是电子设备，例如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑等。下面以进行列车安全防护方法的列车安全防护系统作为执行主体为例，详细说明本发明实施例的技术方案。
[0053]
具体地，为了克服现有的考虑绝对距离制动模式的安全制动模型不再适用于虚拟编组内部列车之间的安全防护的缺陷，本发明通过基于跟随列车和领航列车的相对制动过程中，相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段的相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，进而基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，由于在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0054]
可选地，本发明实施例提供的列车安全防护方法可以应用于列车安全防护系统，该列车安全防护系统可以用于对虚拟编组列车进行安全防护，其中虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车。
[0055]
可选地，在本发明实施例中，可以建立考虑相对速度的安全制动模型，该模型可以
分为三个阶段，分别是相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段，其中：
[0056]
相对牵引切除阶段是指跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻；相对制动建立阶段是指相对牵引切除阶段的结束时刻到跟随列车和领航列车的相对最大制动建立完成时刻；相对最大制动阶段是指跟随列车和领航列车的相对最大制动建立完成时刻到跟随列车和领航列车的相对静止时刻。
[0057]
需要说明的是，ieee相关标准规定了传统典型安全制动模型由信号系统响应阶段、牵引系统切除阶段、惰行阶段、紧急制动建立阶段和紧急制动阶段五个阶段构成。为了简化计算和方便应用，通常将五阶段简化为三个阶段，信号系统响应阶段和牵引切除阶段合并为牵引切除阶段；惰行阶段和制动建立阶段合并的列车惰行阶段；最后一阶段依然为紧急制动阶段。传统的安全模型考虑前方列车为静止状态，得出的安全限制速度为绝对速度；而本发明实施例考虑了领航列车的运行速度，得出跟随列车相对于领航列车的安全限制速差，类似的将跟随列车和领航列车的相对制动过程分为相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段。
[0058]
可选地，在本发明实施例中，可以先建立相对牵引切除阶段的第一相对走行距离计算公式，相对制动建立阶段的第二相对走行距离计算公式和相对最大制动阶段的第三相对走行距离计算公式，进而基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度。
[0059]
可选地，在确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度之后，可以基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度，确定跟随列车的安全限制速度。
[0060]
可以理解的是，跟随列车的安全限制速度可以使跟随列车与领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围。
[0061]
可以理解的是，本发明实施例中的相对走行距离指的是跟随列车和领航列车之间的相对位移或相对行驶距离。
[0062]
本发明提供的列车安全防护方法，通过基于跟随列车和领航列车的相对制动过程中，相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段的相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，进而基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，由于在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0063]
可选地，所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度，包括：
[0064]
基于所述第一相对走行距离计算公式、所述第二相对走行距离计算公式和所述第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的限制相对速度；
[0065]
基于所述限制相对速度，以及所述跟随列车和所述领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，确定所述安全相对速度。
[0066]
具体地，在本发明实施例中，为了确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以先基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，进而基于跟随列车和领航列车
之间的限制相对速度，以及跟随列车和领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度。
[0067]
可以理解的是，若需要保证跟随列车的安全运行，则整个相对制动过程的相对走行距离应当小于或等于跟随列车与领航列车的相对距离，因此，可以按照该原则，基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的限制相对速度。
[0068]
可以理解的是，列车的测速系统通常会存在测速误差，因此，在本发明实施例中，通过基于跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，以及跟随列车和领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，可以更加精确地确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度。
[0069]
本发明提供的列车安全防护方法，通过基于跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，以及跟随列车和领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以提高确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度的准确性，进而可以更加保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0070]
可选地，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
[0071]
基于所述跟随列车和所述领航列车的相对牵引切除时间、所述相对牵引切除阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第一相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第一相对走行距离计算公式。
[0072]
具体地，在本发明实施例中，在基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度之前，可以先建立第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，其中，可以基于跟随列车和领航列车的相对牵引切除时间、相对牵引切除阶段跟随列车相对领航列车的第一相对加速度，以及跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，建立第一相对走行距离计算公式。
[0073]
可选地，所述第一相对走行距离计算公式为：
[0074][0075]
其中，δs
r_ij
表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离(单位：m)，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间(单位：s)，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度(单位：m/s2)，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度(单位：m/s)。
[0076]
可以理解的是，由于牵引制动系统需要一定的时间完成工况转化，首先是保持相对加速工况的状态，这一阶段可以近似为匀加速的过程，称为相对牵引切除阶段，则该阶段的相对走行距离可以通过公式计算得到。
[0077]
本发明提供的列车安全防护方法，在建立相对牵引切除阶段的第一相对走行距离计算公式中，考虑了跟随列车和领航列车的相对速度，进而基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，再基于安全相对速度领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0078]
可选地，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
[0079]
基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述跟随列车和所述领航列车的相对制动建立时间、所述相对制动建立阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第二相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第二相对走行距离计算公式。
[0080]
具体地，在本发明实施例中，在基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度之前，可以先建立第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，其中，可以基于跟随列车和领航列车的相对牵引切除时间、相对牵引切除阶段跟随列车相对领航列车的第一相对加速度、跟随列车和领航列车的相对制动建立时间、相对制动建立阶段跟随列车相对领航列车的第二相对加速度，以及跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，建立第二相对走行距离计算公式。
[0081]
可选地，所述第二相对走行距离计算公式为：
[0082][0083]
其中，δs
c_ij
表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离(单位：m)，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间(单位：s)，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度(单位：m/s2)，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。
[0084]
可以理解的是，相对制动建立阶段指相对牵引切除完成时刻到相对最大制动建立完成时刻之间的阶段，为了简化计算，这一阶段可以近似为匀加速过程，则该阶段的相对走行距离可以通过公式计算得到。
[0085]
本发明提供的列车安全防护方法，在建立相对制动建立阶段的第二相对走行距离计算公式中，考虑了跟随列车和领航列车的相对速度，进而基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，再基于安全相对速度领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0086]
可选地，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
[0087]
基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述相对制动建立时间、所述第二相对加速度、所述跟随列车相对所述领航列车的最大相对制动加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第三相对走行距离计算公式。
[0088]
具体地，在本发明实施例中，在基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度之前，可以先建立第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，其中，可以基于跟随列车和领航列车的相对牵引切除时间、相对牵引切除阶段跟随列车相对领航列车的第一相对加速度、跟随列车和领航列车的相对制动建立时间、相对制动建立阶段跟随列车相对领航列车的第二相对加速度、跟随列车相对领航列车的最大相对制动加速度，以及跟随列车和领航列车之间的限制相对速度，建立第三相对走行距离计算公式。
[0089]
可选地，所述第三相对走行距离计算公式为：
[0090][0091]
其中，δs
e_ij
表示所述相对最大制动阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的最大相对制动加速度(单位：m/s2)，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。
[0092]
可以理解的是，相对最大制动阶段是指相对最大制动建立完成时刻到跟随列车j与领航列车i相对静止即速度相同的阶段，这一阶段可以近似为匀减速过程，则该阶段的相对走行距离可以通过公式计算得到。
[0093]
本发明提供的列车安全防护方法，在建立相对制动建立阶段的第三相对走行距离计算公式中，考虑了跟随列车和领航列车的相对速度，进而基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，再基于安全相对速度领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0094]
图2是本发明提供的考虑相对速度的安全制动模型的方法实现流程图，如图2所示，该方法包括：
[0095]
步骤200，将考虑相对速度的安全制动模型分为三个阶段，分别为相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段；
[0096]
步骤210，确定相对牵引切除阶段的相对走行距离计算公式，即上文描述的第一相对走行距离计算公式；
[0097]
步骤220，确定相对制动建立阶段的相对走行距离计算公式，即上文描述的第二相对走行距离计算公式；
[0098]
步骤230，确定相对最大制动阶段的相对走行距离计算公式，即上文描述的第三相对走行距离计算公式；
[0099]
步骤240，基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，计算跟随列车的安全限制速差；
[0100]
可以理解的是，若需要保证跟随列车j的安全运行，整个相对制动过程(三个阶段)的相对走行距离应当小于等于跟随列车j与领航列车i的相对距离，即
[0101]
δs
e_ij
+δs
c_ij
+δs
r_ij
＝δs
ij
(t)
[0102]
其中，δs
ij
(t)表示t时刻跟随列车j相对领航列车i的距离(单位：m)。
[0103]
具体地，可以将第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式代入公式δs
e_ij
+δs
c_ij
+δs
r_ij
＝δs
ij
(t)中，整理可得出关于的一元二次方程，即：
[0104][0105]
将上式整理可得：
[0106][0107]
其中，
[0108][0109][0110]
利用数学中的求根公式可得：
[0111]
[0112]
由于总是大于0，所以取
[0113]
可选地，若跟随列车和领航列车的测速系统存在测速误差，跟随列车的安全限制速差为：
[0114][0115]
其中，为t时刻跟随列车j和领航列车i之间的安全相对速度(单位：m/s)，ve为列车测速系统的最大测量误差(单位：m/s)。
[0116]
步骤250，计算跟随列车的安全限制速度。
[0117]
可选地，可以基于车车通信系统获取领航列车的当前运行速度vi(t)，则基于安全限制速差和领航列车的当前运行速度可以确定经典安全防护下的安全限制速度，计算公式为：
[0118][0119]
其中，表示t时刻跟随列车j的安全限制速度(单位：m/s)；vj(t)表示t时刻领航列车i的运行速度(单位：m/s)。
[0120]
可以理解的是，本发明实施例提供的考虑相对速度的安全制动模型为列车编队提供了一种新的限制速度类型，设置该限速是为了满足虚拟编组内部列车行驶安全性的需求。
[0121]
可选地，在本发明实施例中，通过考虑相对速度的安全制动模型计算得到的安全限制速度可以和其他限速共同构成虚拟编组内部列车的安全限速，则跟随列车综合的安全限制速度为：
[0122]vl
＝min(v
rl
,v
l1
,v
l2
,
…
,v
li
,
…
,v
ln
)
[0123]
其中，v
l
表示跟随列车综合的安全限制速度(单位：m/s)，v
rl
表示通过考虑相对速度的安全制动模型计算得到的安全限制速度(单位：m/s)，即为上文计算得到的v
jsafe
(t)，v
li
表示跟随列车的其他(例如线路，车辆等)安全限制速度(单位：m/s)。
[0124]
可以理解的是，本发明实施例针对虚拟编组近距离追踪的安全问题，提出一种考虑相对速度的安全制动模型的方法实现，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0125]
图3是本发明提供的考虑相对速度的安全制动模型示意图，如图3所示，该模型将安全制动过程分为相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段，通过分别考虑三个阶段的相对速度，实现对跟随列车的安全限制速度的计算，从而可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0126]
可选地，图4是本发明提供的列车编队超速防护原理示意图，如图4所示，与基于现有的考虑绝对距离制动模式的安全制动模型计算得到的绝对制动距离的限制速度相比，基于本发明实施例提供的考虑相对速度的安全制动模型计算得到的考虑相对速度的限制速度，明显可以缩短追随列车与领航列车之间的安全防护距离。
[0127]
可以理解的是，本发明实施例提供的列车安全防护方法，可以应用于列车运行过程中虚拟编组跟随列车安全防护的场景，能够为虚拟编组中的跟随列车提供安全防护，保
证虚拟编组的安全行车。
[0128]
本发明提供的列车安全防护方法，通过基于跟随列车和领航列车的相对制动过程中，相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段的相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，进而基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，由于在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0129]
下面对本发明提供的列车安全防护装置进行描述，下文描述的列车安全防护装置与上文描述的列车安全防护方法可相互对应参照。
[0130]
图5是本发明提供的列车安全防护装置的结构示意图，该装置可以应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，如图5所示，该装置包括：第一确定模块510和第二确定模块520；其中：
[0131]
第一确定模块510用于基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0132]
第二确定模块520用于基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0133]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0134]
本发明提供的列车安全防护装置，通过基于跟随列车和领航列车的相对制动过程中，相对牵引切除阶段、相对制动建立阶段和相对最大制动阶段的相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，进而基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度确定跟随列车的安全限制速度，由于在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。
[0135]
在此需要说明的是，本发明实施例提供的上述列车安全防护装置，能够实现上述列车安全防护方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
[0136]
图6是本发明提供的列车安全防护系统的结构示意图，如图6所示，该列车安全防
护系统可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communications interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述各方法所提供的列车安全防护方法，该方法包括：
[0137]
基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0138]
基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0139]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0140]
此外，上述的存储器630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。
[0141]
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存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的列车安全防护方法，该方法包括：
[0142]
基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0143]
基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0144]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0145]
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提供的列车安全防护方法，该方法包括：
[0146]
基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；
[0147]
基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；
[0148]
其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。
[0149]
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。
[0150]
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。
[0151]
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：
1.一种列车安全防护方法，其特征在于，应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，所述方法包括：基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。2.根据权利要求1所述的列车安全防护方法，其特征在于，所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度，包括：基于所述第一相对走行距离计算公式、所述第二相对走行距离计算公式和所述第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的限制相对速度；基于所述限制相对速度，以及所述跟随列车和所述领航列车分别对应的测速系统的最大测量误差，确定所述安全相对速度。3.根据权利要求2所述的列车安全防护方法，其特征在于，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：基于所述跟随列车和所述领航列车的相对牵引切除时间、所述相对牵引切除阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第一相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第一相对走行距离计算公式。4.根据权利要求3所述的列车安全防护方法，其特征在于，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述跟随列车和所述领航列车的相对制动建立时间、所述相对制动建立阶段所述跟随列车相对所述领航列车的第二相对加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第二相对走行距离计算公式。5.根据权利要求4所述的列车安全防护方法，其特征在于，在所述基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度之前，所述方法还包括：
基于所述相对牵引切除时间、所述第一相对加速度、所述相对制动建立时间、所述第二相对加速度、所述跟随列车相对所述领航列车的最大相对制动加速度，以及所述限制相对速度，建立所述第三相对走行距离计算公式。6.根据权利要求3所述的列车安全防护方法，其特征在于，所述第一相对走行距离计算公式为：其中，δs
r_ij
表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。7.根据权利要求4所述的列车安全防护方法，其特征在于，所述第二相对走行距离计算公式为：其中，δs
c_ij
表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。8.根据权利要求5所述的列车安全防护方法，其特征在于，所述第三相对走行距离计算公式为：其中，δs
e_ij
表示所述相对最大制动阶段所述跟随列车j和所述领航列车i的相对走行距离，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的最大相对制动加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对制动建立时间，表示所述相对制动建立阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第二相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j相对所述领航列车i的相对牵引切除时间，表示所述相对牵引切除阶段所述跟随列车j相对所述领航列车i的第一相对加速度，表示t时刻所述跟随列车j和所述领航列车i之间的限制相对速度。9.一种列车安全防护装置，其特征在于，应用于列车安全防护系统，所述列车安全防护系统用于对虚拟编组列车进行安全防护，所述虚拟编组列车包括领航列车和跟随列车，所
述装置包括：第一确定模块，用于基于第一相对走行距离计算公式、第二相对走行距离计算公式和第三相对走行距离计算公式，确定所述跟随列车和所述领航列车之间的安全相对速度；所述第一相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对牵引切除阶段的相对走行距离，所述第二相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对制动建立阶段的相对走行距离，所述第三相对走行距离计算公式用于计算所述跟随列车和所述领航列车在相对最大制动阶段的相对走行距离；第二确定模块，用于基于所述安全相对速度和所述领航列车当前的运行速度，确定所述跟随列车的安全限制速度，所述安全限制速度用于使所述跟随列车与所述领航列车之间的运行距离保持在预设安全距离范围；其中，所述相对牵引切除阶段是指所述跟随列车和所述领航列车从开始切断牵引的时刻到牵引完全切断的时刻，所述相对制动建立阶段是指所述相对牵引切除阶段的结束时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻，所述相对最大制动阶段是指所述跟随列车和所述领航列车的相对最大制动建立完成时刻到所述跟随列车和所述领航列车的相对静止时刻。10.一种列车安全防护系统，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1至8任一项所述列车安全防护方法。

技术总结
本发明提供一种列车安全防护方法、装置及系统，涉及轨道交通技术领域，所述方法包括：基于跟随列车和领航列车在相对牵引切除阶段的第一相对走行距离计算公式、在相对制动建立阶段的第二相对走行距离计算公式和在相对最大制动阶段的第三相对走行距离计算公式，确定跟随列车和领航列车之间的安全相对速度；基于安全相对速度和领航列车当前的运行速度，确定跟随列车的安全限制速度。本发明在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了领航列车的运行速度，满足撞软墙安全防护原则，能够缩短列车之间的安全防护距离，而且在确定跟随列车的安全限制速度时考虑了跟随列车和领航列车之间的安全相对速度，可以保障虚拟编组内部列车的安全运行。行。行。


技术研发人员：陈明亮 张蕾 肖骁
受保护的技术使用者：交控科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/4/28