一种列车区间运行实时调整系统及方法与流程

本发明涉及城市轨道交通节能运行控制技术领域，特别是一种列车区间运行实时调整系统及方法。

背景技术：

列车自动调整是城市轨道交通ats系统中的一项重要功能，它通过对列车实际进出站时刻与原有计划时刻进行比对，计算列车在车站的停站时间，以及列车在区间的运行时间或等级，从而到达控制列车运行行为与秩序，并减轻调度员工作量的目的。

随着列车以及车载控制技术的发展，与ats系统配合的城市轨道交通列车以及相关控制系统均能够提供多种模式的驾驶曲线。不同模式的驾驶曲线，对应于不同的区间运行等级以及能源消耗。一般来说，运行等级较高，列车尽可能以全速运行，则对应较高的能源消耗，而运行等级较低，列车可以充分利用惰行方式运行，对应较低的能源消耗。列车运行中的能源消耗量，直接受ats的自动列车调整功能影响。

然而，现有自动列车调整技术，其主要目标是针对列车实际运行情况与时刻表的偏离进行调整，以达到减小列车早晚点时间，使得列车实际运行情况与计划运行情况一致的目的，缺乏对于列车节能方面的考虑。同时，列车实际运行情况十分复杂，各模式下的单一速度曲线无法达到预定的控制目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够降低列车牵引能耗，提高运营服务准点率的列车区间运行实时调整系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种列车区间运行实时调整系统，其特征在于，包括数据输入模块、列车运行模拟仿真模块和通信接口模块；

所述数据输入模块，为列车运行模拟仿真模块提供初始参数，并根据通信接口模块的控制信号对初始参数进行操作；

所述列车运行模拟仿真模块，根据初始参数与控制信号，获取列车当前运行区间、线路信息以及列车属性，进行动力学和电学运算，预测列车下一区间的运行时间和牵引能耗；

所述通信接口模块，根据延误信息，将ats中下一区间运行时间范围发送至列车运行模拟仿真模块，并将列车运行模拟仿真模块计算所得的列车下一区间运行时间与预测能耗发送给ats。

进一步地，所述数据输入模块，包括线路数据模块、列车属性数据模块、标准速度数据模块和操作接口模块，其中：

线路数据模块，提供线路站点位置列表和坡道弯道列表数据；

列车属性数据模块，提供列车运行的基本运行参数，包括列车编组、载客量、基本阻力参数、逆变器效率、牵引电机特性参数；

标准速度数据模块提供列车区间标准运行速度和加速度数据，步长为0.1秒；

操作接口模块，一方面提供对线路数据和列车属性数据进行删除、增加、修改的操作接口，另一方面通过接收通信接口模块的控制信号对标准速度数据进行调整，对区间运行时间进行等级划分。

进一步地，所述列车运行模拟仿真模块，包括列车牵引制动特性模型、列车阻力计算模型、列车运动计算模型和列车电学计算模型，其中：

列车牵引制动特性模型，根据列车的速度和牵引制动状态划分不同的运行特性区间，对ato/atp给出的牵引制动力进行限制，将所得牵引制动力的值传给列车运动计算模型；

列车阻力计算模型，阻力包括基本阻力和附加阻力，根据列车在线路中的位置以及速度计算当前的阻力信息，阻力计算采用多质点的方法，并将所得阻力信息的值传给列车运动计算模型；

列车运动计算模型，根据上述获取的牵引制动力、阻力和输入的速度信息，以固定时间间隔进行动力学运算，确定列车当前时刻的轮周牵引力和电机牵引力，并将所得牵引力信息的值传递给列车电学计算模型；

列车电学计算模型，根据列车的轮周牵引力和电机牵引力，进行电学计算，得到列车区间运行能耗、电机牵引电流以及牵引变流器电流。

进一步地，所述通信接口模块，包括ats接口和ato接口。

一种列车区间运行实时调整方法，包括以下步骤：

步骤1：通信接口模块获取ats控制指令；

步骤2：ats系统根据列车实际出发时间和计划出发时间的关系，确定下一区间运行的时间范围；

步骤3：通过通信接口模块将列车下一区间运行的时间范围发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤4：数据输入模块将相关参数发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤5：列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整裕量，对下一区间运行时间进行划分并仿真；

步骤6：选择列车牵引能耗最小情况下所对应的运行时间；

步骤7：通信接口模块将计算所得的下一区间运行时间发送至ats系统；

步骤8：ats系统发送下一区间运行指令至ato，控制列车下一区间运行。

进一步地，步骤1中所述的ats控制指令，包括列车当前位置、运行区间和上下行信息。

进一步地，步骤4中所述的相关参数，包括列车牵引特性、站点信息、弯道数据和坡道数据。

进一步地，步骤5所述的列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整裕量，对下一区间运行时间进行划分并仿真，具体如下：

步骤5.1、根据列车进站停稳的时刻及计划停站时间，计算时刻表偏移后发车时间t1；

步骤5.2、根据列车时刻表，获得当前车次该站的计划发车时间t2和下一站计划到站时间t3；

步骤5.3、根据实际发车时间和计划发车时间，计算获得列车延误时间△t＝t1-t2，区间计划运行时间t4＝t3-t2；

步骤5.4、根据区间计划运行时间t4、列车延误时间△t、区间最长运行时间t5、区间最短运行时间t6，计算推荐区间运行时间t7，具体如下：

若△t<0，且t4-△t>t5，则t4<t7<t5；

若△t<0，且t4-△t<t5，则t4<t7<t4-△t；

若△t>0，且t4-△t<t6，则t6<t7<t4；

若△t>0，且t4-△t>t6，则t4-△t<t7<t4。

进一步地，步骤5所述的延误时间，具体如下：

列车运行模拟仿真模块将列车延误时间以1秒作为时间跨度进行速度等级划分，以0.01秒作为仿真步长进行动力学和电学模型计算，预测列车下一区间各运行时间对应的牵引能耗。

进一步地，所述的速度等级，包括各等级运行时间和预测能耗信息。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：(1)能够有效的模拟实际地铁列车运行状态和线路信息，能够模拟列车实际运行状态下列车的各项电气参数变化情况，并对列车区间运行等级进行在线调整；(2)在满足运营要求的条件下协助ats选择节能的运行等级，降低了列车牵引能耗；(3)提高了运营服务准点率。

附图说明

图1为本发明列车区间运行实时调整系统的结构示意图。

图2为本发明列车区间运行实时调整方法的流程示意图。

具体实施方式

一种列车区间运行实时调整系统，其特征在于，包括数据输入模块、列车运行模拟仿真模块和通信接口模块；

所述数据输入模块，为列车运行模拟仿真模块提供初始参数，并根据通信接口模块的控制信号对初始参数进行操作；

所述列车运行模拟仿真模块，根据初始参数与控制信号，获取列车当前运行区间、线路信息以及列车属性，进行动力学和电学运算，预测列车下一区间的运行时间和牵引能耗；

所述通信接口模块，根据延误信息，将ats中下一区间运行时间范围发送至列车运行模拟仿真模块，并将列车运行模拟仿真模块计算所得的列车下一区间运行时间与预测能耗发送给ats。

作为一种具体示例，所述数据输入模块，包括线路数据模块、列车属性数据模块、标准速度数据模块和操作接口模块，其中：

线路数据模块，提供线路站点位置列表和坡道弯道列表数据；

列车属性数据模块，提供列车运行的基本运行参数，包括列车编组、载客量、基本阻力参数、逆变器效率、牵引电机特性参数；

标准速度数据模块提供列车区间标准运行速度和加速度数据，步长为0.1秒；

操作接口模块，一方面提供对线路数据和列车属性数据进行删除、增加、修改的操作接口，另一方面通过接收通信接口模块的控制信号对标准速度数据进行调整，对区间运行时间进行等级划分。

作为一种具体示例，所述列车运行模拟仿真模块，包括列车牵引制动特性模型、列车阻力计算模型、列车运动计算模型和列车电学计算模型，其中：

列车牵引制动特性模型，根据列车的速度和牵引制动状态划分不同的运行特性区间，对ato/atp给出的牵引制动力进行限制，将所得牵引制动力的值传给列车运动计算模型；

列车阻力计算模型，阻力包括基本阻力和附加阻力，根据列车在线路中的位置以及速度计算当前的阻力信息，阻力计算采用多质点的方法，并将所得阻力信息的值传给列车运动计算模型；

列车运动计算模型，根据上述获取的牵引制动力、阻力和输入的速度信息，以固定时间间隔进行动力学运算，确定列车当前时刻的轮周牵引力和电机牵引力，并将所得牵引力信息的值传递给列车电学计算模型；

列车电学计算模型，根据列车的轮周牵引力和电机牵引力，进行电学计算，得到列车区间运行能耗、电机牵引电流以及牵引变流器电流。

作为一种具体示例，所述通信接口模块，包括ats接口和ato接口。

一种列车区间运行实时调整方法，包括以下步骤：

步骤1：通信接口模块获取ats控制指令；

步骤2：ats系统根据列车实际出发时间和计划出发时间的关系，确定下一区间运行的时间范围；

步骤3：通过通信接口模块将列车下一区间运行的时间范围发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤4：数据输入模块将相关参数发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤5：列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整裕量，对下一区间运行时间进行划分并仿真；

步骤6：选择列车牵引能耗最小情况下所对应的运行时间；

步骤7：通信接口模块将计算所得的下一区间运行时间发送至ats系统；

步骤8：ats系统发送下一区间运行指令至ato，控制列车下一区间运行。

作为一种具体示例，步骤1中所述的ats控制指令，包括列车当前位置、运行区间和上下行信息。

作为一种具体示例，步骤4中所述的相关参数，包括列车牵引特性、站点信息、弯道数据和坡道数据。

作为一种具体示例，步骤5所述的列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整裕量，对下一区间运行时间进行划分并仿真，具体如下：

步骤5.1、根据列车进站停稳的时刻及计划停站时间，计算时刻表偏移后发车时间t1；

步骤5.2、根据列车时刻表，获得当前车次该站的计划发车时间t2和下一站计划到站时间t3；

步骤5.3、根据实际发车时间和计划发车时间，计算获得列车延误时间△t＝t1-t2，区间计划运行时间t4＝t3-t2；

步骤5.4、根据区间计划运行时间t4、列车延误时间△t、区间最长运行时间t5、区间最短运行时间t6，计算推荐区间运行时间t7，具体如下：

若△t<0，且t4-△t>t5，则t4<t7<t5；

若△t<0，且t4-△t<t5，则t4<t7<t4-△t；

若△t>0，且t4-△t<t6，则t6<t7<t4；

若△t>0，且t4-△t>t6，则t4-△t<t7<t4。

进一步地，步骤5所述的延误时间，具体如下：

列车运行模拟仿真模块将列车延误时间以1秒作为时间跨度进行速度等级划分，以0.01秒作为仿真步长进行动力学和电学模型计算，预测列车下一区间各运行时间对应的牵引能耗。

作为一种具体示例，所述的速度等级，包括各等级运行时间和预测能耗信息。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

结合图1，本发明列车区间运行实时调整系统，包括数据输入模块、列车运行模拟仿真模块和通信接口模块；

所述数据输入模块，为列车运行模拟仿真模块提供初始参数，并根据通信接口模块的控制信号对初始参数进行操作；

所述列车运行模拟仿真模块，根据初始参数与控制信号，获取列车当前运行区间、线路信息以及列车属性，进行动力学和电学运算，预测列车下一区间的运行时间和牵引能耗；

所述通信接口模块，根据延误信息，将ats中下一区间运行时间范围发送至列车运行模拟仿真模块，并将列车运行模拟仿真模块计算所得的列车下一区间运行时间与预测能耗发送给ats。

所述列车运行模拟仿真模块与数据输入模块和通信接口模块连接。

进一步地，所述数据输入模块包括线路数据模块、列车属性数据模块、标准速度数据模块和操作接口模块。本实施例中，采用十字链表结构进行数据存储，以保证数据的高速传输与灵活调用。

进一步地，所述列车运行模拟仿真模块，包括列车牵引制动特性模型、列车阻力计算模型、列车运动计算模型和列车电学计算模型。。

进一步地，所述通信接口模块，包括ats接口和ato接口。

结合图2，本发明的一种列车区间运行实时调整方法，包括以下步骤：

步骤1：通信接口模块获取ats控制指令；

步骤2：ats系统根据列车实际出发时间和计划出发时间的关系，确定下一区间运行时间范围；

步骤3：通过通信接口模块将列车下一区间运行的时间范围发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤4：数据输入模块将相关参数发送至列车运行模拟仿真模块；

步骤5：列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整余量，对下一区间列车运行时间进行划分并仿真；

步骤6：选择能耗最小情况下所对应的区间运行时间；

步骤7：通信接口模块将计算所得的运行时间发送至ats系统；

步骤8：ats系统发送下一区间运行时间至ato，控制列车下一区间运行。

进一步地，步骤1中所述的ats控制指令，包括列车当前位置、运行区间和上下行信息。

进一步地，步骤4中所述的相关参数，包括列车牵引特性、站点信息、弯道数据和坡道数据。

进一步地，步骤5所述的列车运行模拟仿真模块根据列车位置和延误信息条件，以延误时间为调整裕量，对下一区间运行时间进行划分并仿真，具体如下：

步骤5.1、根据列车进站停稳的时刻及计划停站时间，计算时刻表偏移后发车时间t1；

步骤5.2、根据列车时刻表，获得当前车次该站的计划发车时间t2和下一站计划到

站时间t3；

步骤5.3、根据实际发车时间和计划发车时间，计算获得列车延误时间△t＝t1-t2，区间计划运行时间t4＝t3-t2；

步骤5.4、根据区间计划运行时间t4、列车延误时间△t、区间最长运行时间t5、区间最短运行时间t6，计算推荐区间运行时间t7，具体如下：

若△t<0，且t4-△t>t5，则t4<t7<t5；

若△t<0，且t4-△t<t5，则t4<t7<t4-△t；

若△t>0，且t4-△t<t6，则t6<t7<t4；

若△t>0，且t4-△t>t6，则t4-△t<t7<t4。

进一步地，步骤5中所述的延误时间，具体如下：

列车运行模拟仿真模块将列车延误时间以2秒为时间跨度进行速度等级划分，该时间可根据实际运行情况进行调整，若延误时间较长，可适当延长等级间隔。

进一步地，所述的速度等级，具体如下：

速度等级选择较灵活，在需要严格赶点的早晚高峰时段可在兼顾节能的同时选择较短的运行时间。

综上所述，本发明方法能够有效的模拟实际地铁列车运行状态和线路信息，能够模拟列车实际运行状态下列车的各项电气参数变化情况，并对列车区间运行等级进行在线调整，作为ats测试系统和对已有ats系统的补充，能够很好地验证ats的安全性和准确性，有效降低列车牵引能耗，提高我国的ats/ato系统的自主研发能力和城市轨道交通运营能耗管控水平。