一种轨道最小区段长度计算方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及轨道交通信号控制系统，尤其是涉及一种轨道最小区段长度计算方法、系统、设备及介质。

背景技术

城市轨道交通信号系统将线路划分为若干小区段，并通过计轴设备实现区段的分割，计轴系统可检测区段内是否有列车占用，并将区段占用或出清信息发送给联锁系统，用于信号系统对列车位置的计算和行车防护，具体原理为如图1所示。

计轴系统分为室内运算单元和室外磁头设备，室外磁头设备通过发射电磁波计算列车运行方向和经过的列车轮对数，并将信息发送给室内运算单元，室内运算单元计算进入该区段的轴数和驶出该区段的轴数进行是否相同，如不同则判定为区段占用状态，如相同则判定区段为出清状态。运算单元将区段的出清/占用信息以高/低电平的方式驱动继电器，联锁系统通过采集继电器的状态，获取区段的出清/占用信息。联锁系统再根据区段信息进行其他逻辑的运算，防护列车安全运行。

由于设备检测、运算、数据传输存在延时特性，如果区段长度设置过小，由于设备响应延时会造成信号系统的错误计算，对列车的安全运行造成影响，因此在设计之初，需要根据线路实际情况、设备性能、车辆参数等计算出系统可容许的区段最小长度，避免信号系统异常结果输出。但是由于各个线路参数、设备性能各不相同，导致线路的最小区段长度也不尽相同，需要设计人员手动计算，从而增加了设计人员工作量，计算结果的正确性也无法保证。如设计初期最小区段长度计算错误或并未评估最小区段情况，项目实施或运营阶段暴露该问题，线路整改难度较大。

因此如何来计算出不同场景下的区段最小长度，从而减轻设计人员工作量，避免设计人员手动计算错误的情况，成为需要解决的技术问题。

发明内容

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轨道最小区段长度计算方法、系统、设备及介质，自动计算出不同场景下的区段最小长度，减轻了设计人员工作量，避免设计人员手动计算错误的情况。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的第一方面，提供了一种轨道最小区段长度计算方法，该方法首先明确了轨道区段长度过小时会出现的故障场景，其次将线路实际的参数输入，最后自动计算出不同故障场景下的区段最小长度，并选择不同故障场景中最大的区段最小长度作为最终轨道最小区段长度。

作为优选的技术方案，所述故障场景包括：

场景1：相邻计轴磁头间存在干扰，导致输出错误的区段占用、出清信息；

场景2：列车未驶出某轨道区段时，该轨道区段错误从占用状态转为出清状态；

场景3：列车经过某轨道区段时，系统未检测出该轨道区段占用；

场景4：列车顺序经过轨道区段时，系统出现占用顺序不一致的情况。

作为优选的技术方案，所述场景1的轨道最小区段长度具体计算如下：

D_min_sdd_1≥D_min_adj_axle

其中，D_min_sdd_1为场景1的轨道最小区段长度，D_min_adj_axle为最小计轴磁头距离。

作为优选的技术方案，所述场景2的轨道最小区段长度具体计算如下：

D_min_sdd_2≥D_max_adj_wheel+2×D_joint

其中D_min_sdd_2为场景2的轨道最小区段长度，D_max_adj_wheel为列车相邻轮对的最大距离，D_joint为计轴磁头的检测不确定距离。

作为优选的技术方案，所述场景3的轨道最小区段长度具体计算如下：

D_min_sdd_3≥(t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N))×v_max+2×D_joint-D_max_wheel

其中，D_min_sdd_3为场景3的轨道最小区段长度，t_max_occp_dely(N)为区段N的最大占用延时，t_min_libr_dely(N)为区段N的最小出清延时，v_max为线路最大运行速度，D_joint计轴磁头的检测不确定距离，D_max_wheel为列车两头最外侧轮对的最大距离。

作为优选的技术方案，所述t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N)需考虑计轴系统、继电器、和联锁系统的延时性能，具体计算如下：

t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N)＝(t_sds_drop_max+t_relay_drop_max+t_cbi_input_max+t_cbi_cycle)-(t_sds_rise_min+t_relay_rise_min+t_cbi_input_min)

其中，t_sds_drop_max为计轴系统计算占用最大延时，t_relay_drop_max为继电器落下最大延时，t_cbi_input_max为联锁系统获取继电器状态最大延时，t_cbi_cycle为联锁内部计算周期，t_sds_rise_min为计轴系统计算出清最小延时，t_relay_rise_min为继电器吸起最小延时，t_cbi_input_min为联锁系统获取继电器状态最小延时。

作为优选的技术方案，所述场景4的轨道最小区段长度具体计算如下：

D_min_sdd_4≥(t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1))×v_max+2×D_joint

其中，D_min_sdd_4为场景4的最小区段长度，t_max_occp_dely(N)为区段N的最大占用延时，t_min_occp_dely(N+1)为区段N+1的最小占用延时，v_max为线路最大运行速度，D_joint计轴磁头的检测不确定距离。

作为优选的技术方案，所述t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1)需考虑计轴系统、继电器、和联锁系统的延时性能，具体计算过程如下：

t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1)＝(t_sds_drop_max+t_relay_drop_max+t_cbi_input_max+t_cbi_cycle)-(t_sds_drop_min+t_relay_drop_min+t_cbi_input_min)

其中，t_sds_drop_max为计轴系统计算占用最大延时，t_relay_drop_max为继电器落下最大延时，t_cbi_input_max为联锁系统获取继电器状态最大延时，t_cbi_cycle为联锁内部计算周期，t_sds_drop_min为计轴系统计算占用最小延时，t_relay_drop_min为继电器落下最小延时，t_cbi_input_min为联锁系统获取继电器状态最小延时。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述轨道最小区段长度计算方法的系统，该系统包括：

输入单元，用于输入线路的参数；

比选单元，用于线路参数局部优化输入和车辆参数比选；

计算单元，用于根据多个场景的给出的计算公式，依据输入单元和比选单元的输入参数，进行多个场景的最小区段长度计算；

输出单元，用于显示计算单元计算的多种场景的计算结果，并给出系统需要满足的最小区段长度。

作为优选的技术方案，所述输入单元包括线路参数输入模块、车辆参数输入模块和设备性能参数输入模块，用于不同项目实际轨旁参数、列车参数及所使用的计轴系统、继电器和联锁系统的性能参数的输入。

作为优选的技术方案，所述比选单元包括：

线路参数局部优化输入模块，用于进行参数本地优化修改；

车辆参数比选模块，用于进行参数比选，选出不同车型参数中满足要求的参数值。

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。

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。

与现有技术相比，本发明详细的分析了轨道区段长度不足时会出现的故障场景，并给出了不同场景下最小区段长度的具体计算公式，并开发了自动计算系统，减轻设计人员工作量，降低了错误概率；

附图说明

图1为轨道交通信号系统的原理图；

图2为本发明场景1的计算示意图；

图3为本发明场景2的计算示意图；

图4为本发明场景3的计算示意图；

图5为本发明场景4的计算示意图；

图6为本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

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。

本发明提出了一种轨道最小区段长度计算方法，明确了轨道区段长度过小时会出现的故障场景，并给出了不同场景下轨道区段最小长度的计算方法，归纳总结出影响区段最小长度的因素，在此基础上开发了自动化计算系统，将线路实际的参数输入到自动化系统后，自动计算出不同场景下的区段最小长度，减轻了设计人员工作量，避免设计人员手动计算错误的情况。

轨道区段长度设计计算时，需要定义区段的最小长度。区段最小长度定义过短，会出现如下四种异常场景：

场景1：相邻计轴磁头间存在干扰，导致输出错误的区段占用、出清信息；

场景2：列车未驶出某轨道区段时，该轨道区段错误从占用状态转为出清状态；

场景3：列车经过某轨道区段时，系统未检测出该轨道区段占用；

场景4：列车顺序经过轨道区段时，系统出现占用顺序不一致的情况，如列车依次顺序进过N、N+1轨道区段，系统出现N+1区段占用早于N区段占用情况。

下面针对不同的场景，系统容许的最小轨道区段长度计算进行详细说明：

场景1：如图2所示，为避免相邻两个计轴磁头间互相干扰，两个相邻的计轴磁头需满足最小距离要求，即为最小计轴区段长度为：

D_min_sdd_1≥D_min_adj_axle

其中，D_min_sdd_1为轨道最小区段长度，D_min_adj_axle为最小计轴磁头距离。

场景2：如图3所示，当列车运行至在SDD(N)区段停车时，计轴磁头S1为列车进入N区段的始端磁头，S2为列车驶出N区段的终端磁头。当列车头端轮对经过S1磁头，区段N变为占用状态，并驶入两个轮对，当列车头端两个轮对经过S2磁头后停车，但是列车后续轮对还未压入S1磁头时，由于N区段计算列车的进轮对和出轮对个数相同，系统会将N区段变为出清态，但是实际上N区段依然为占用状态(列车实际占用N区段)，为避免该情况发生轨道最小区段长度为：

D_min_sdd_2≥D_max_adj_wheel+2×D_joint

其中D_max_adj_wheel为列车相邻轮对的最大距离，D_joint为计轴磁头的检测不确定距离。

场景3：如图4所示，列车在线路上运行时，计轴系统设备划分的轨道区段长度应保证系统能检测到轨道区段的占用，即N区段系统计算的占用状态应早于该区段的出清状态。该场景下，轨道区段最小长度与线路的最大运行速度、列车参数、计轴系统延时、继电器延时、联锁系统延时等因素有关。如下图所示，列车自左向右经过SDD(N)时，考虑极端情况下，列车在进入N区段的始端计轴磁头S1时，系统计算占用状态所用的时间为系统占用最大延时，列车在出清N区段的终端计轴磁头S2时所用的时间为系统出清最小延时，为保证占用状态早于出清状态，则：

D_min_sdd_3≥(t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N))×v_max+2×D_joint-D_max_wheel

其中，D_min_sdd_3为轨道最小区段长度，t_max_occp_dely(N)为区段N的最大占用延时，t_min_libr_dely(N)为区段N的最小出清延时，v_max为线路最大运行速度，D_joint计轴磁头的检测不确定距离，D_max_wheel为列车两头最外侧轮对的最大距离。

t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N)需考虑计轴系统、继电器、和联锁系统的延时性能：

t_max_occp_dely(N)-t_min_libr_dely(N)＝(t_sds_drop_max+t_relay_drop_max+t_cbi_input_max+t_cbi_cycle)-(t_sds_rise_min+t_relay_rise_min+t_cbi_input_min)

其中，t_sds_drop_max为计轴系统计算占用最大延时，t_relay_drop_max为继电器落下最大延时，t_cbi_input_max为联锁系统获取继电器状态最大延时，t_cbi_cycle为联锁内部计算周期，t_sds_rise_min为计轴系统计算出清最小延时，t_relay_rise_min为继电器吸起最小延时，t_cbi_input_min为联锁系统获取继电器状态最小延时。

场景4：如图5所示，列车运行时，为保证系统能顺序计算区段的占用状态，即区段N的占用状态要早于区段N+1的占用状态。该场景下轨道区段最小长度与线路的最大运行速度、列车参数、计轴系统延时、继电器延时、联锁系统延时等因素有关。如下图所示，列车自左向右经过SDD(N)、SDD(N+1)时，考虑极端情况下，列车在进入N区段的始端计轴磁头S1时，系统计算占用状态所用的时间为系统占用最大延时，列车在进入N+1区段的始端计轴磁头S2时所用的时间为系统占用最小延时，为保证SDD(N)占用状态早于SDD(N+1)占用状态，则：

D_min_sdd_4≥(t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1))×v_max+2×D_joint

其中，D_min_sdd_4为最小区段长度，t_max_occp_dely(N)为区段N的最大占用延时，t_min_occp_dely(N+1)为区段N+1的最小占用延时，v_max为线路最大运行速度，D_joint计轴磁头的检测不确定距离。

t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1)需考虑计轴系统、继电器、和联锁系统的延时性能:

t_max_occp_dely(N)-t_min_occp_dely(N+1)＝(t_sds_drop_max+t_relay_drop_max+t_cbi_input_max+t_cbi_cycle)-(t_sds_drop_min+t_relay_drop_min+t_cbi_input_min)

其中，t_sds_drop_max为计轴系统计算占用最大延时，t_relay_drop_max为继电器落下最大延时，t_cbi_input_max为联锁系统获取继电器状态最大延时，t_cbi_cycle为联锁内部计算周期，t_sds_drop_min为计轴系统计算占用最小延时，t_relay_drop_min为继电器落下最小延时，t_cbi_input_min为联锁系统获取继电器状态最小延时。

综上所述，线路上轨道区段的最小长度应大于四个场景中计算结果的最大值，从而避免异常情况的发生。

D_min_sdd＝max(D_min_sdd_1,D_min_sdd_2,D_min_sdd_3,D_min_sdd_4)

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过系统实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。

如图6所示，本发明根据线路的实际情况，输入线路参数、车辆参数、及设备性能参数后，工具根据输入参数自行计算不同场景下的轨道最小区段长度，并给出线路设计时需满足的最小区段长度，具体实现步骤见下方流程图，分为输入单元101、比选单元102、计算单元103和输出单元104。

(1)输入单元中分为线路参数输入模块、车辆参数输入模块、设备性能参数输入模块，用于不同项目实际轨旁参数、列车参数及所使用的计轴系统、继电器和联锁系统的性能参数的输入。

(2)比选单元中分为线路参数局部优化输入模块、车辆参数比选模块。由于输入单元中输入的线路参数均为全局性参数，如最大限速等，但是如果线路某一位置计算结果不满足需求，需要优化参数，可以通过该模块进行参数本地优化修改。车辆参数比选模块功能为当线路使用不同车型时，车辆参数会不同的情况，如相邻轮对距离参数等，如不同车型的参数不同，该模块进行参数比选，选出不同车型参数中满足要求的参数值。

(3)计算单元为根据上述四个场景的给出的计算公式，依据输入单元和比选单元的输入参数，进行四个场景的最小区段长度计算。

(4)输出单元为显示计算单元计算的四种场景的计算结果，并给出系统需要满足的最小区段长度。

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。

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。

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。

处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如本发明方法。例如，在一些实施例中，本发明方法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本发明方法的一个或多个步骤。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)而被配置为执行本发明方法。

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。

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。

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。

以上所述，仅为本发明的具体计算方法及自动化系统，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。

轨道交通领域的计轴系统、联锁设备的系统结构及内部组成和性能参数，及其自身工作过程，不在本发明的要求的保护范围内，本发明仅考虑信号系统中轨道最小区段长度的计算方法和自动化计算系统。