铁路行车调度与列车运行控制一体化方法、系统及应用

技术领域

本发明涉及一种方法和系统，尤其是涉及一种铁路行车调度与列车运行控制一体化方法及系统及其应用，属于铁路信号、行车调度、列车运行控制领域。

背景技术

目前，中国拥有全世界运营里程最长、复杂度最高、客流量最大的高铁运营网络。成网运营条件下，基础设施故障、异物侵限、客流异动等不同类型的突发事件时有发生，严重时将导致旅客滞留、线路瘫痪。当突发事件发生时，调度指挥系统、列车运行控制系统和联锁系统等信号子系统相互协作，负责列车的安全高效运行。行车调度信息、线路静态数据和列车运行状态信息等在途信息在各信号子系统之间传递，调度员凭人工经验下达调度命令和阶段调整计划，列车按照列车运行控制系统发送的车地信息，凭驾驶经验控车运行。但目前在途信息仅在各信号子系统之间存储、收发，信息的融合度和利用率较差。阶段调整计划和列车驾驶策略仍完全凭借人工经验进行决策，并未基于在途信息和计算机算法生成决策方案，自动化和智能化程度有待提高。因此，面向各信号子系统的“信息一体化”需求，展开铁路行车调度与列车运行控制一体化研究，对提升铁路的运营效率和自动化程度具有重要意义。

发明内容

本发明方法针对铁路信号系统中在途信息利用率差、阶段调整计划和列车驾驶策略主要凭人工经验决策的问题，首先，面向铁路信号各子系统“信息一体化”的需求，增加铁路行车调度与列车运行控制一体化决策器，用于接收所有在途信息，计算生成一体化调整方案。之后，提出基于专家知识规则的列车节时驾驶策略在线优化方法。最后，提出虚拟编队模式下的多列车驾驶策略优化方法，计算生成一体化方法下的列车运行图和多列车目标速度曲线，分别为调度员和列车提供阶段计划调整推荐方案和辅助驾驶策略，其技术方案如下：

一种铁路行车调度与列车运行控制一体化方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤S1：信号系统感知各种类型突发事件发生时，无线闭塞中心RBC接收由中心调度指挥系统和联锁系统发送的在途信息；

步骤S2: 构建铁路行车调度与列车运行控制一体化最小系统，增加一体化决策器，通过无线闭塞中心RBC转发在途信息到一体化决策器；

步骤S3： 列车节时驾驶策略在线优化：考虑列车运行工况与作用力之间的耦合关系，构建区域临时限速场景，基于专家知识规则在线优化列车节时驾驶策略，计算列车运行状态信息；

步骤S4 虚拟编队模式下多列车驾驶策略优化：按照列车所受限速值的不同，划分列车群组，提出虚拟编队模式下的多列车驾驶策略优化方法；

步骤S5 铁路行车调度与列车运行控制一体化调整方案生成：列车运行图发送至中心调度指挥系统，辅助调度员调整阶段计划，多列车目标速度曲线发送至线路各列车，辅助优化驾驶策略。

本发明还公开一种铁路行车调度与列车运行控制一体化系统。

将上述的一种铁路行车调度与列车运行控制一体化方法应用于高速铁路运行过程中。

本发明所产生的有益效果可归结为：

本发明在传统信号系统架构的基础上，增加铁路行车调度与列车运行控制一体化决策器，用于接收各信号系统的在途信息，计算生成一体化需求下的列车运行图和多列车目标速度曲线，分别实时辅助调度员和列车调整阶段计划和驾驶策略，降低调度员和司机的工作强度，提升铁路运营效率；

本发明方法提出基于专家知识规则的列车节时驾驶策略在线优化方法，实现驾驶策略的在线实时调整，实时预测列车在未来运行区段内的状态信息；

本发明方法提出虚拟编队模式下的多列车驾驶策略优化方法，通过划分列车群组，调整多列车之间的追踪间隔时间和追踪距离，实时生成铁路行车调度与列车运行控制一体化调整方案，并以列车运行图和多列车目标速度曲线的方式，分别发送至中心调度指挥系统和线路上各运行列车。

附图说明

图1 铁路行车调度与列车运行控制一体化方法流程示意图；

图2 铁路行车调度与列车运行控制一体化最小系统示意图；

图3 列车节时驾驶策略在线优化方法示意图；

图4为虚拟编队模式下多列车驾驶策略优化流程示意图；

图5为列车群组划分示意图；

图6为实施例下铁路行车调度与列车运行控制一体化调整方案。

具体实施方式

本发明提出一种铁路行车调度与列车运行控制一体化方法及系统，方法流程示意图如图1所示。

步骤S1：信号系统感知各种类型突发事件发生时，无线闭塞中心RBC接收由中心调度指挥系统和联锁系统发送的在途信息；

所述在途信息分为列车运行状态信息、线路参数、轨道电路状态和空闲进路信息；该列车运行状态信息包括列车在未来运行区段内的速度和时间等。线路参数包括坡道坡度、隧道长度、曲线半径、分相区、空气阻力和临时限速时空范围等；

该步骤S1包括以下三步：

步骤S1-1：当各种类型（包括基础设施故障、异物侵限、客流异动等）的突发事件发生时，调度员下发阶段调整计划和调度命令至调度台管辖范围内的各列车及车站，中心调度指挥系统发送临时限速时空范围、接发车时刻、发车次序至列车运行控制系统中的无线闭塞中心（Radio Block Center，RBC）；

步骤S1-2：调度台管辖范围内的各列车向无线闭塞中心RBC报告列车运行位置、速度和行车许可（Movement Authority，MA）请求；

步骤S1-3：联锁系统根据RBC发送的各列车运行位置，将轨道电路状态和空闲进路等信息反馈至RBC。

步骤S2: 构建铁路行车调度与列车运行控制一体化最小系统，增加一体化决策器，通过无线闭塞中心RBC转发在途信息到一体化决策器:一体化决策器用于生成铁路行车调度与列车运行控制一体化方法下的列车运行图和多列车目标速度曲线，分别用于实时辅助调度员和列车调整阶段计划和驾驶策略，降低工作人员的劳动强度，提升铁路运输效率。

步骤S2-1：在公知传统铁路信号系统的架构下，增加一体化决策器，构建铁路行车调度与列车运行控制一体化最小系统，用于生成铁路行车调度与列车运行控制一体化调整方案；该最小系统包括中心调度指挥系统、RBC、联锁系统和一体化决策器，其最小系统的示意图如图2所示。

步骤S2-2：RBC整合各信号子系统的所有在途信息，发送至一体化决策器。

步骤S3： 列车节时驾驶策略在线优化：考虑列车运行工况与作用力之间的耦合关系，构建区域临时限速场景，基于专家知识规则在线优化列车节时驾驶策略，计算列车运行状态信息。

步骤S3-1：列车运行工况约束构建：列车在线路上运行时，主要受到牵引力、制动力、基本阻力和附加阻力的作用，不同作用力的组合形成四种基本的列车运行工况：牵引、巡航、惰行和制动；不同工况下列车所有合力

式中：

由于铁路以保证旅客出行质量、尽快恢复行车秩序目的，故以列车晚点时间最小为优化目标，基于“最大牵引-巡航-惰行-最大制动”工况转换下的节时驾驶策略，优化生成一体化调整方案下的多列车目标速度曲线；

步骤S3-2：区域临时限速场景构建。

发生突发事件后，调度员下达区域临时限速或者封锁等调度命令，列车一般需要在车站或区间限速运行，或在指定区段停车等待故障恢复。本发明将各类突发事件对于列车运行的影响抽象为区域临时限速，其中区域封锁可理解为该封锁区域的限速值为0。令第

步骤S3-3：基于专家知识规则的列车节时驾驶策略在线优化方法。

当运行线路不存在突发事件或者突发事件较小不影响列车运行时，列车可按照图定运行图行车，RBC中存储多个专家知识规则下的计划离线驾驶策略。故线路不在临时限速区域时，列车可直接读取上述离线驾驶策略，实时控制列车高效运行。然而，当线路存在临时限速区域时，离线驾驶策略不能满足临时限速区域的限速值要求，此时则基于专家知识规则，该专家知识规则是指惰行工况与其他工况的过渡距离和过渡速度差，用于降低列车的牵引能耗和保证推演策略的合理性。

在线优化列车节时驾驶策略，如图3所示，步骤如下：

令列车

步骤S3-3-1：从临时限速区域左端点

步骤S3-3-2：从

步骤S3-3-3：从

步骤S3-3-4：在其他未受临时限速影响的区域，列车直接读取计划离线驾驶策略。

其中，

在线优化方法的优势在于：针对区域临时限速场景计算列车驾驶策略时，不需要再从始发站至终点站计算全部的列车运行状态信息，仅需计算临时限速区域影响下的列车运行区域，由此在线实时生成列车驾驶策略，满足实际应用的求解实时性需求；

步骤S3-4：列车运行状态信息计算。

计算列车在线驾驶策略时，列车

式中：

步骤S4 虚拟编队模式下多列车驾驶策略优化：按照列车所受限速值的不同，划分列车群组，提出虚拟编队模式下的多列车驾驶策略优化方法，流程图如图4所示。

步骤S4-1：列车群组划分。

调度台管辖范围内的各列车在线路上追踪运行时，依据多智能体相关理论，本发明按照各列车运行在不同的临时限速区域和无临时限速区域，将受突发事件影响下的所有列车划分为各个列车群组

相较于传统计算多列车追踪曲线的方法，虚拟编队模式的优势在于：不再通过前行列车的位置计算所有后行追踪列车的追踪驾驶策略，而是首先满足虚拟编队中各列车之间的最小追踪距离和最小追踪间隔时间，之后计算编队内各列车的追踪驾驶策略，并使之完全相同，由此极大提升了求解实时性。

步骤S4-2：多列车驾驶策略生成。

首先线路上各列车按照图定运行图的计划从始发站发车。之后确定线路上无临时限速区域和不同临时限速区域内的各列车。若一个虚拟编队下的所有列车运行在无临时限速区域，则直接读取计划离线驾驶策略。若一个虚拟编队下的所有列车运行在临时限速区域，则采用步骤S3-3的在线优化方法生成驾驶策略。

步骤S4-3：多列车追踪间隔时间调整。

当计算完所有列车驾驶策略后，各列车之间应满足调度层面上最小追踪间隔时间的安全性要求，使线路上不存在区间运行冲突。具体方法是：若相邻两列车之间的追踪间隔时间

步骤S4-4：多列车追踪距离调整。

其次，各列车之间还应满足列车运行控制层面上最小追踪距离的安全性要求。由于RBC每间隔1分钟更新列车MA，故按照1分钟的时间步长，计算相邻两列车之间的追踪距离

最终，在满足调度和列车运行控制层面上的所有安全性要求后，输出所有列车的驾驶策略。

步骤S5 铁路行车调度与列车运行控制一体化调整方案生成：列车运行图发送至中心调度指挥系统，辅助调度员调整阶段计划，多列车目标速度曲线发送至线路各列车，辅助优化驾驶策略。

步骤S5-1：计算步骤S4所有列车驾驶策略下的列车运行时间，生成列车运行图，与多列车驾驶策略下的多列车目标速度曲线形成一体化调整方案。

以中国某铁路局高速铁路线路某日下行列车的时刻表为实施例，临时限速区域的时间范围为[6: 20, 6: 40]，空间范围为[40 km, 60 km]，最小追踪间隔时间

调整方案，如图6所示，并以多列车目标速度曲线（图6中实线）和列车运行图（图6中虚线）的方式表示。图6纵坐标表示速度（km/h），由图6可知，临时限速区域影响5列列车。列车1和列车2组成列车编组1，列车3、列车4和列车5组成列车编组2，两个编组内各自所有列车的驾驶策略是相同的。

步骤S5-2：生成的多列车目标速度曲线可直接作为列车的辅助驾驶策略，经由RBC发送至其管辖范围内的各列车，辅助列车安全高效运行。

步骤S5-3：生成的列车运行图可直接作为运行图调整方案，经由RBC传递至中心调度指挥系统的行车调度台，辅助调度员调整阶段计划。

综上，本发明方法整合线路参数并计算列车未来的运行状态信息，生成的一体化调整方案下的列车运行图可辅助调度员调整阶段计划，由此降低列车调度员的工作强度，提升突发事件下的应急处置效率。另一方面，一体化调整方案下的多列车目标速度曲线可辅助列车安全高效运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。