一种电力机车智能驾驶系统的制作方法

本发明涉及电力机车驾驶系统，具体涉及一种电力机车智能驾驶系统。

背景技术：

电力机车是指从供电网(接触网)获取电能，再通过牵引电动机驱动客货运列车行驶的动力装置。电力机车运行所需的电能由电气化铁路的供电系统来提供，广泛用于干线普速铁路的客货运输。

机车司机的主要工作为控制机车的启动、停车以及速度的调节，同时需要时刻关注前方的路况，而电力机车的司机室内仅有一人或两人，作为公共交通工具，安全是最重要的主题。由于客货运列车的不断提速，不能出现毫厘差错，这要求机车司机必须聚精会神，工作的强度高、难度大。

现有的驾驶操纵通常是根据机车司机的经验来进行速度调节，以保证机车准时到站和安全行驶，实际操作中到站时间误差较大，无法适应现代客运的对于安全正点的需求。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种电力机车智能驾驶系统。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何降低机车司机的工作难度和工作强度。

(2)如何保证电力机车正点到站，并确保行车安全。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电力机车智能驾驶系统，包括数据处理模块、存储模块、站点停留计时模块、数据采集模块、速度控制模块，所述存储模块、站点停留计时模块、数据采集模块和速度控制模块均与数据处理模块通信连接；

所述站点停留计时模块用于统计电力机车在每站停留的时间，所述速度控制模块用于控制电力机车的加速和减速，并预设有离站加速度a和进站加速度b，所述存储模块存储有各站点信息、对应各站点的标准进离站时刻、标准停留时间y0和对应各路段的预设最高速度vm；

所述数据采集模块包括测速单元和定位单元，其中，所述测速单元用于检测电力机车的实时速度，所述定位单元用于确定客货运列车的位置；

所述数据处理模块获取数据采集模块采集到的数据，分析计算得出机车速度控制的策略，并通过速度控制模块进行调速；

所述数据处理模块的处理步骤如下：

步骤一、通过实时获取测速单元和定位单元的数据，当实时速度为0，且实时位置与站点信息匹配，则数据处理模块将客货运列车标记为已停靠，此时数据处理模块控制站点停留计时模块记录进站时刻；

步骤二、当机车实时速度不为0，且实时位置与站点信息不匹配时，则数据处理模块将客货运列车标记为已离站，此时控制站点停留计时模块记录离站时刻，记录站点信息、实际进离站时刻和实际停留时长作为停留记录文件；

步骤三、在机车离站时，定位单元进行定位，根据定位单元采集的数据，获取前方路段的预设最高速度vm，数据处理模块再根据实际离站时刻和前方站点的标准进站时刻以及站点信息，计算得到该站点与下一站点的路程d、标准耗时t0和机车以预设最高速度vm运行的匀速行驶时长t0，进而可算出到达下一站点的最短时长t，再将t0和t进行比较，若t0>t，则标注为正点，若t0<t，则标注为晚点；

步骤四、标注为晚点后，数据处理模块对速度控制模块发出指令，控制机车以离站加速度a对机车进行加速，同时测速单元进行实时监测，直至速度达到预设最高速度vm后停止加速，以预设最高速度vm匀速行驶，经过时长t0后，数据处理模块对速度控制模块发出指令，并根据以进站加速度b对机车进行减速，直至减速至0完成进站停靠；

步骤五、标注为正点后，数据处理模块计算出达标行驶速度v1和机车以达标行驶速度v1运行的匀速行驶时长t1，对速度控制模块发出指令，控制机车以离站加速度a对机车进行加速，同时测速单元进行实时监测，直至速度达到v1后停止加速，以最高速度v1匀速行驶，行驶时长t1后，控制机车以进站加速度b对机车进行减速，直至减速至0完成进站停靠。

进一步的，所述数据采集模块还包括上下车计数单元，所述上下车计数单元用于统计每站上下车的人数，机车进站后，数据处理模块控制启动上下车计数单元，记录机车停靠该站点时各客车车厢的上下车人数，每上一个人，客车车厢的人数加一，每下一个人，客车车厢的人数减一，并统计出各客车车厢内的人数以及总上下车人数，当客车车厢人数超过客车车厢的设计容纳人数时，将客车车厢标记为满载，当客车车厢人数小于设计容纳人数的40％时，则将客车车厢标记为空载。

进一步的，所述数据处理模块还电连接有通信模块和人员分布调度模块，所述人员分布调度模块用于将乘客从人员密集区引流至人员稀疏区，所述通信模块无线通信连接有云计算模块，所述数据处理模块将停留记录文件与对应的总上下车人数上传至云计算模块内存储，并与对应的到站时刻关联，所述云计算模块用于预测前方站点的总上下车人数，并根据预测的机车是否晚点和总上下车人数判断是否需要进行人员调度，

所述云计算模块的执行步骤如下：

s1、筛选出的站点同一到站时刻对应的所有停留记录文件与总上下车人数，以总上下车人数为x，实际停留时间为y，建立特征向量k(x，y)，进而获得数组x＝{x1，x2，x3，……，xn}以及数组y＝{y1，y2，y3，……，yn}，对数组x和数组y进行数据拟合，得到拟合曲线方程f(x)；

s2、机车在被标注为正点后，所述数据处理模块通过通信模块向云计算模块发送预测前方站点的总上下车人数的指令，云计算模块获取前方站点的站点信息，筛选出前方站点该到站时刻的总上下车人数以及实际停留时间的历史数据，计算出该到站时刻总上下车人数的平均值，作为前方站点的预计上下车人数，并将预计上下车人数带入s1中得到的拟合曲线方程f(x)，计算出预计停留时间y’，将预计停留时间y’与标准停留时间y0进行比较，若y’<y0,则不进行人员调度，若y’>y0,则通知数据处理模块通过人员分布调度模块对人员进行调度；

s3、机车在被标注为晚点后，通知数据处理模块通过人员分布调度模块对人员进行调度。

进一步的，所述人员分布调度模块获取出标记为满载的客车车厢号和标记为空载的客车车厢号，向前方站点发出推送消息，将满载的客车车厢号和空载的客车车厢号推送至候车区的屏幕上，并通过语音提醒候车人员移动至对应空载的客车车厢号的候车区排队等待。

本发明的有益效果：

(1)能够根据实际的运行情况，自动设置加速或减速策略，在尽可能准点的基础上，降低速度以提高安全性，同时可自动控制机车的加速和减速，降低了机车司机的工作难度和强度，使机车司机能够专注于前方路况瞭望，进一步提高了列车运行的安全性。

(2)通过设置数据采集模块，能让机车司机及时了解到客货运列车的运行情况和旅客列车的载客情况，且可以根据采集到的数据自动设置人员调度策略，在晚点时，通过实施人员调度来缩短停留时间，进而实现缩短晚点时间的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统框图。

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种电力机车智能驾驶系统，包括数据处理模块、存储模块、站点停留计时模块、数据采集模块、速度控制模块，存储模块、站点停留计时模块、数据采集模块和速度控制模块均与数据处理模块通信连接；

站点停留计时模块用于统计电力机车在每站停留的时间，速度控制模块用于控制电力机车的加速和减速，并预设有离站加速度a和进站加速度b，稳定的加速和减速有利于提高乘客的乘车体验，且a与b的值可根据不同的车型进行个性化设定，存储模块存储有各站点信息、对应各站点的标准进离站时刻、标准停留时间y0和对应各路段的预设最高速度vm；其中站点信息包括站点的地理位置；一列机车在运行时，需要尽可能保证准点进站，准点离站，因此预设有标准进离站时刻，包含经过到达各个站点的时刻和离开时刻；各个站点的标准停留时间y0相同；由于各个站点之间的路况和建设标准不同，因此各个路段的预设最高时速也不同，机车的实际运行速度不得高于预设最高速度vm。机车的速度也可通过机车司机进行人工控制。

数据采集模块包括测速单元和定位单元，其中，测速单元用于检测电力机车的实时速度，定位单元用于确定客货运列车的位置；

数据处理模块获取数据采集模块采集到的数据，分析计算得出机车速度控制的策略，并通过速度控制模块进行调速；

数据处理模块的处理步骤如下：

步骤一、通过实时获取测速单元和定位单元的数据，当实时速度为0，且实时位置与站点信息匹配，则数据处理模块将客货运列车标记为已停靠，此时数据处理模块控制站点停留计时模块记录进站时刻；进站停稳后，即开始记录时间。

步骤二、当机车实时速度不为0，且实时位置与站点信息不匹配时，则数据处理模块将客货运列车标记为已离站，此时控制站点停留计时模块记录离站时刻，记录站点信息、实际进离站时刻和实际停留时长作为停留记录文件；启动后，根据实际进站时刻和实际离站时刻的差值计算停留时长，并与对应站点相关联。

步骤三、在机车离站时，定位单元进行定位，根据定位单元采集的数据，获取前方路段的预设最高速度vm，根据实时的位置，获取前方路段的预设最高速度vm，以便于后面调速策略的制定，数据处理模块再根据实际离站时刻和前方站点的标准进站时刻以及站点信息，计算得到该站点与下一站点的路程d、标准耗时t0和机车以预设最高速度vm运行的匀速行驶时长t0，进而可算出到达下一站点的最短时长t，再将t0和t进行比较，若t0>t，则标注为正点，若t0<t，则标注为晚点；标准耗时t0可根据后方站点的标准离站时刻与前方站点的标准进站时刻做差得出。

而获得最短时长t需要机车以该路段的预设最高速度vm行驶，则有以下方程组：

其中a、b、d、vm为常数，t加为加速至vm所需时间，t匀为以vm匀速行驶的时间，t减为从vm减速至0所需时间，t停为实际停留时间，可从停留记录文件获得，因此可求出最短时长t和匀速行驶时长t匀＝t0。

步骤四、标注为晚点后，数据处理模块对速度控制模块发出指令，控制机车以离站加速度a对机车进行加速，同时测速单元进行实时监测，直至速度达到预设最高速度vm后停止加速，以预设最高速度vm匀速行驶，经过时长t0后，数据处理模块对速度控制模块发出指令，并根据以进站加速度b对机车进行减速，直至减速至0完成进站停靠；可根据加速策略自动加速至当前路段的最大速度，缩短行驶耗时，并在减速点可自动开始匀减速，直至停止，同时完成进站停靠，尽可能缩短晚点的时间。

步骤五、标注为正点后，数据处理模块计算出达标行驶速度v1和机车以达标行驶速度v1运行的匀速行驶时长t1，对速度控制模块发出指令，控制机车以离站加速度a对机车进行加速，同时测速单元进行实时监测，直至速度达到v1后停止加速，以最高速度v1匀速行驶，行驶时长t1后，控制机车以进站加速度b对机车进行减速，直至减速至0完成进站停靠。可通过调节达标行驶速度v1使机车按照标准耗时t0进站，在保证准点到达的情况下，降低行驶速度，提高安全性。

分析可得达标行驶速度v1符合下列方程组：

其中a、b、d、t0为常数，t加为加速至v1所需时间，t匀为以v1匀速行驶的时间，t减为从v1减速至0所需时间，t停为实际停留时间，可从停留记录文件获得，因此可求出达标行驶速度v1和匀速行驶时长t匀＝t1。

数据采集模块还包括上下车计数单元，上下车计数单元用于统计每站上下车的人数，机车进站后，数据处理模块控制启动上下车计数单元，记录机车停靠该站点时各客车车厢的上下车人数，每节客车车厢可设置两个门，一个用于上车，一个用于下车，每上一个人，客车车厢的人数加一，每下一个人，客车车厢的人数减一，并统计出各客车车厢内的人数以及总上下车人数，当客车车厢人数超过客车车厢的设计容纳人数时，将客车车厢标记为满载，满载时，由于人拥挤不堪，上下车的效率很低，不利于节省时间，当客车车厢人数小于设计容纳人数的40％时，则将客车车厢标记为空载。乘客进入空载的客车车厢速度会快很多，对上下车的人数进行检测，有利于机车司机了解旅客列车的载客情况，为进一步人员分布调控提供参考。

数据处理模块还电连接有通信模块和人员分布调度模块，人员分布调度模块用于将乘客从人员密集区引流至人员稀疏区，通信模块无线通信连接有云计算模块，数据处理模块将停留记录文件与对应的总上下车人数上传至云计算模块内存储，并与对应的到站时刻关联，一个站点一天内会停留多个机车，每个机车均对应一个到站时刻，云计算模块用于预测前方站点的总上下车人数，并根据预测的机车是否晚点和总上下车人数判断是否需要进行人员调度，

云计算模块的执行步骤如下：

s1、筛选出的站点同一到站时刻对应的所有停留记录文件与总上下车人数，以总上下车人数为x，实际停留时间为y，建立特征向量k(x，y)，进而获得数组x＝{x1，x2，x3，……，xn}以及数组y＝{y1，y2，y3，……，yn}，将该站点的所有停留记录文件与总上下车人数按各个到站时刻分组，选择某一组的数据进行特征向量k(x,y)的提取，可保证数据规律性更强，如上下班时人数普遍较多，而晚上或清晨人数较少，预测的准确性也更高，对数组x和数组y进行数据拟合，得到拟合曲线方程f(x)；数据拟合可通过如matlab等软件实现，得到的拟合曲线方程f(x)通过输入x的值，可对机车在站点的停留时间y做出预测。

s2、机车在被标注为正点后，数据处理模块通过通信模块向云计算模块发送预测前方站点的总上下车人数的指令，云计算模块获取前方站点的站点信息，筛选出前方站点该到站时刻的总上下车人数以及实际停留时间的历史数据，计算出该到站时刻总上下车人数的平均值，作为前方站点的预计上下车人数，并将预计上下车人数带入s1中得到的拟合曲线方程f(x)，计算出预计停留时间y’，将预计停留时间y’与标准停留时间y0进行比较，若y’<y0,则不进行人员调度，若y’>y0,则通知数据处理模块通过人员分布调度模块对人员进行调度；耗时较少，无需进行调度，而人多则启动人员调度，以保证载客量的同时，缩短停靠时间。

s3、机车在被标注为晚点后，通知数据处理模块通过人员分布调度模块对人员进行调度。

人员分布调度模块获取出标记为满载的客车车厢号和标记为空载的客车车厢号，向前方站点发出推送消息，将满载的客车车厢号和空载的客车车厢号推送至候车区的屏幕上，并通过语音提醒候车人员移动至对应空载的客车车厢号的候车区排队等待。将候车人员向空载客车车厢的候车区进行引流，加快上下车的速度，进而实现缩短停靠时间的目的。

本实施例在工作过程中，能够根据实际的运行情况，自动设置加速或减速策略，在尽可能准点的基础上，降低速度以提高安全性，同时可自动控制机车的加速和减速，降低了机车司机的工作难度和强度，使机车司机能够专注于前方路况瞭望，进一步提高了列车运行的安全性。通过设置数据采集模块，能让机车司机及时了解到客货运列车的运行情况和旅客列车的载客情况，且可以根据采集到的数据自动设置人员调度策略，在晚点时，通过实施人员调度来缩短停留时间，进而实现缩短晚点时间的目的。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。