一种列车线路交汇处快速耦合方法

技术领域

本发明涉及列车曲线规划领域，具体涉及一种列车线路交汇处快速耦合方法。

背景技术

近年来，随着我国经济社会的发展，城市内部以及城市间的人口流动及货物运输量迅速增长，使得交通运输面临巨大压力。对现有的路网进行改扩建会受到地形、经济等多方面因素的制约。作为一种充分利用线路能力的技术，虚拟耦合近几年受到了广泛的关注。虚拟耦合技术中列车于线路交汇处快速耦合是其关键问题，但该问题受到咽喉区放开情况的制约。若咽喉区延迟开放但列车仍按正常开放情况行车则可能导致严重的安全事故。

现有的虚拟耦合领域的研究大多面向无交汇线路巡航场景下列车组安全、平稳运行控制方面，没有考虑到线路交汇处列车耦合、咽喉区切换过程对耦合行车问题带来的安全约束以及没有提出虚拟耦合车群快速耦合方案。现有的研究大多数聚焦于列车群运行于单一线路下的情况，并没有考虑来自不同线路的列车通过咽喉区并快速耦合的情况。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种列车线路交汇处快速耦合方法，通过考虑列车速度等级、咽喉区延迟开放以及列车特性等复杂约束条件，以快速耦合、高速度耦合为优化目标，以耦合约束为终端约束，对前列车、后列车速度曲线进行规划，并在列车快速耦合时，充分考虑咽喉区可能出现延迟开放的情况，从而实现列车安全、快速耦合。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种列车线路交汇处快速耦合方法，包括以下步骤：

S1、获取当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据；

S2、根据步骤S1中当前时刻的咽喉区数据与原定时刻的咽喉区数据，判断咽喉区是否存在延迟开放，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S3；

S3、根据步骤S1中当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据对前列车、后列车进行曲线规划，得到曲线规划结果；

S4、根据步骤S3中曲线规划结果，将列车行驶并经过一个控制周期，再次获取当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据；

S5、根据步骤S4获取的当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据，判断前列车、后列车是否达到耦合，若是，则输出达到耦合的结果；否则，执行步骤S2；

S6、根据步骤S1中当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据计算后列车停车制动位置，并判断后列车制动停车位置是否超过咽喉区安全停车位置，若是，则执行步骤S7；否则，执行步骤S3；

S7、获取咽喉区恢复时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据，并对前列车、后列车进行曲线规划，得到前列车、后列车到达耦合位置，并判断咽喉区恢复时刻前列车、后列车到达耦合位置是否超过设定耦合位置，若是，则执行步骤S8；否则，执行步骤S3；

S8、输出无法耦合结果。

进一步的，所述列车数据包括列车牵引特性、列车制动特性、基本行运行阻力特性、自重以及载重，所述线路数据包括线路坡道数据、限速数据，所述咽喉区数据包括咽喉区位置、咽喉区开放时间、咽喉区切换时间。

进一步的，步骤S2中判断咽喉区是否存在延迟开放的方法为：

将步骤S1中当前时刻的咽喉区开放时间与原定时刻的咽喉区开放时间进行比较，若当前时刻的咽喉区开放时间大于原定时刻的咽喉区开放时间，则咽喉区延迟开放，即：

t

其中，t

进一步的，步骤S3具体包括：

S31、以前列车、后列车到达耦合状态为目标建立目标函数，即：

其中，J表示以前列车、后列车到达耦合状态为目标建立的目标函数，N表示离散区间总个数，t

S32、建立前列车、后列车的输出功率约束，即：

其中，F

S33、建立前列车、后列车的端点值约束，即：

其中，s

S34、建立前列车、后列车状态迭代方程，即：

其中，v

S35、利用步骤S34中前列车、后列车状态迭代方程对前列车、后列车状态进行更新，并寻求满足步骤S32中前列车、后列车的输出功率约束以及步骤S33中前列车、后列车的端点值约束并使步骤S31中目标函数最小化的解，即：

其中，minJ表示求目标函数的最小值。

进一步的，步骤S5中判断前列车、后列车是否达到耦合的方法为：

若前列车、后列车在同一位置速度差的绝对值小于或等于所设置的耦合状态速度差限，且前列车、后列车在同一位置时间差的绝对值小于或等于所设置的耦合状态时距差限，则前列车、后列车到达耦合状态，即：

其中，

进一步的，步骤S6中后列车停车制动位置计算以及判断后列车制动停车位置是否超过咽喉区安全停车位置的方法为：

若后列车所需的制动距离小于或等于咽喉区所处位置减去所设置的安全裕量的值，则后列车制动停车位置没有超过咽喉区安全停车位置，即：

其中，s

本发明具有以下有益效果：

本发明所提出的一种列车线路交汇处快速耦合方法，通过综合考虑列车速度等级、咽喉区延迟开放、列车特性等复杂约束条件，以快速耦合、高速度耦合为优化目标，以耦合约束条件为终端约束，以此对前列车、后列车速度曲线进行规划，并在列车快速耦合时，充分考虑咽喉区可能出现延迟开放的情况，从而实现列车安全、快速耦合。

附图说明

图1为本发明所提出的一种列车线路交汇处快速耦合方法的流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种列车线路交汇处快速耦合方法，包括以下步骤：

S1、获取当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据。

在本发明的一个可选实施例中，本实施例所述列车数据包括列车牵引特性、列车制动特性、基本行运行阻力特性、自重以及载重，所述线路数据包括线路坡道数据、限速数据，所述咽喉区数据包括咽喉区位置、咽喉区开放时间、咽喉区切换时间；本实施例中的咽喉区特指线路交汇处涵盖道岔及其附近线路的一片区域。

S2、根据步骤S1中当前时刻的咽喉区数据与原定时刻的咽喉区数据，判断咽喉区是否存在延迟开放，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S3。

步骤S2中判断咽喉区是否存在延迟开放的方法为：

将步骤S1中当前时刻的咽喉区开放时间与原定时刻的咽喉区开放时间进行比较，若当前时刻的咽喉区开放时间大于原定时刻的咽喉区开放时间，则咽喉区延迟开放，即：

t

其中，t

本实施例中咽喉区特指线路交汇处涵盖道岔及其附近线路的一片区域，如果咽喉区延迟开放，即道岔没有正常切换至后列车线路位置，这种情况下如果列车不停车而是继续行驶的话会导致列车脱轨，发生事故。所以，本实施例中根据咽喉区是否延迟开放来安排列车的运行状态。

S3、根据步骤S1中当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据对前列车、后列车进行曲线规划，得到曲线规划结果。

本实施例中根据步骤S1中当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据对前列车、后列车进行曲线规划，曲线规划的具体过程为依次建立目标函数、建立前列车、后列车的输出功率、建立前列车、后列车的端点值约束、建立前列车、后列车状态迭代方程，最后利用前列车、后列车状态迭代方程对前列车、后列车状态进行更新，并寻求满足前列车、后列车的输出功率和前列车、后列车的端点值约束，以使目标函数最小化的解，即为曲线优化的结果。

步骤S3具体包括：

S31、以前列车、后列车到达耦合状态为目标建立目标函数，即：

其中，J表示以前列车、后列车到达耦合状态为目标建立的目标函数，N表示离散区间总个数，t

本实施例中建立目标函数的目的为使前列车、后列车快速耦合、高速耦合。

S32、建立前列车、后列车的输出功率约束，即：

其中，F

S33、建立前列车、后列车的端点值约束，即：

其中，s

本实施例中将建立的前列车、后列车的输出功率约束以及端点值约束作为终端约束，以此对前列车、后列车速度曲线进行规划。

S34、建立前列车、后列车状态迭代方程，即：

其中，v

S35、利用步骤S34中前列车、后列车状态迭代方程对前列车、后列车状态进行更新，并寻求满足步骤S32中前列车、后列车的输出功率约束以及步骤S33中前列车、后列车的端点值约束并使步骤S31中目标函数最小化的解，即：

其中，minJ表示求目标函数的最小值。

S4、根据步骤S3中曲线规划结果，将列车行驶并经过一个控制周期，再次获取当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据。

本实施例中控制周期为每次控制的时长，是人为选取的。而在实际中会包含很多情况导致列车无法准确按照曲线规划结果行车，所以需要定期对列车数据、线路数据以及咽喉区数据进行更新，并以这些数据为基础重新进行曲线规划。

S5、根据步骤S4获取的当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据，判断前列车、后列车是否达到耦合，若是，则输出达到耦合的结果；否则，执行步骤S2。

步骤S5中判断前列车、后列车是否达到耦合的方法为：

若前列车、后列车在同一位置速度差的绝对值小于或等于所设置的耦合状态速度差限，且前列车、后列车在同一位置时间差的绝对值小于或等于所设置的耦合状态时距差限，则前列车、后列车到达耦合状态，即：

其中，

S6、根据步骤S1中当前时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据计算后列车停车制动位置，并判断后列车制动停车位置是否超过咽喉区安全停车位置，若是，则执行步骤S7；否则，执行步骤S3。

本实施例中需要对列车是否停车进行判断，在步骤S2中若知道咽喉区会延迟开放，则可以将后列车减速行驶以此避免列车停车导致事故发生。

步骤S6中后列车停车制动位置计算以及判断后列车制动停车位置是否超过咽喉区安全停车位置的方法为：

若后列车所需的制动距离小于或等于咽喉区所处位置减去所设置的安全裕量的值，则后列车制动停车位置没有超过咽喉区安全停车位置，即：

其中，s

S7、获取咽喉区恢复时刻的列车数据、线路数据以及咽喉区数据，并对前列车、后列车进行曲线规划，得到前列车、后列车到达耦合位置，并判断咽喉区恢复时刻前列车、后列车到达耦合位置是否超过设定耦合位置，若是，则执行步骤S8；否则，执行步骤S3。

本实施例中根据咽喉区恢复时刻获取的前列车、后列车数据进行曲线规划，会得到曲线规划的结果，由于耦合状态约束是曲线规划问题的终端约束，所以曲线规划的结果终点一定是达到耦合状态，因此曲线规划结果终点状态的公里标就是耦合位置。

S8、输出无法耦合结果。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。