一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法及系统，该方案将机车车辆因素作为外部条件输入，同时按信号系统的不利性原则考虑其它影响因素，从而简化仿真的复杂度的效果；其次，突出信号系统控车模型在列车运行仿真中的作用，考虑ATP超速防护模型及ATO速度控制模型的结合，高度拟合信号系统的控车效果，使仿真结果尽可能贴近实际情况，达到保证仿真精度的目标；最后，仿真平台以信号系统控制下的列车运行仿真为核心，将信号系统工程设计相关的追踪间隔、折返间隔、闭塞设计、系统参数计算等相关参数在同一仿真平台上生成，同时具备对运营相关的运行时间、旅行速度指标的计算和分析功能，保证了数据的一致性并实现了功能的高度集成化。
【专利说明】
一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着城市轨道交通和信息技术的快速发展，基于通信的列车控制系统(简称CBTC)在城市轨道交通信号系统中得到了广泛的应用。CBTC系统的大量应用，有效的缩短了列车的追踪间隔，提高了轨道交通的运行效率。而CBTC系统投入工程应用需要解决一系列工程相关的设计问题，在进行信号系统设计时，需要根据具体的工程条件，确定相关技术参数，计算各种技术指标。这些需求是CBTC系统产品开发过程中不曾涉及的内容。因此，需要为信号系统工程设计及评估系统性能指标提供方法及手段，这是CBTC系统投入工程实施的必要前提条件。
[0003]实际情况是，设计院进行信号系统设计时通常使用牵引计算软件进行相关仿真和测算，只能初略评估系统能力，闭塞设计的结果也不精确，更不能确定信号系统的相关参数。而信号系统供货商在进行系统工程设计时，使用的方法和工具都是离散的，没有基于统一的平台，导致数据的一致性差，计算效率低。
[0004]因此建立贴合CBTC列车控制模型，基于相关ΑΤΡ/ΑΤ0算法开发运行仿真平台，实现相关技术参数及性能指标的快速、精确求算，对于CBTC系统顺利投入工程应用尤为重要。
[0005]目前，城市轨道交通运行仿真方法主要有2种方案:
[0006]方案1:传统的列车牵引计算仿真:主要用于分析计算列车运行相关参数，用以解算列车质量、运行速度、运行时间、制动以及能源消耗等相关技术、经济问题。该方案的缺点在于:I)不考虑信号系统控车模型，无法很好的拟合信号系统的控制曲线，无法精确评估相关运营指标;2)对信号系统设计而言只能提供初略运行时间、运行速度等相关运营指标，无法提供信号系统工程设计所需的其它参数;3)在进行信号系统设计时，往往提供不了传统牵引计算模型对于机车性能、动力学相关仿真及实验参数的输入，使得传统牵引计算仿真不能满足信号系统的应用要求。
[0007]方案2:基于列车控制模型的运行仿真:仿真考虑了信号系统的控制模型，解决了传统牵引计算仿真无法很好的拟合信号系统的控制曲线的问题，采用纯虚拟或者虚实结合的方式实现信号系统控制下的列车运行仿真。该方案的缺点在于，对于列车控制模型的仿真与本发明类似，其主要目的在于在实验室条件下构建接近真实设备及系统的仿真环境，以便于进行系统测试及故障模拟。其对于列车运行的仿真在一定程度上可以验证系统相关参数及系统性能指标的正确性。但是，模型本身没有考虑工程设计相关参数的计算模型，不能生成工程设计相关参数，无法满足工程设计的需要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法及系统，其高度集成化且仿真精度高。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，包括:
[0011 ]基础数据模块，用于存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用；
[0012]运行仿真模块，用于根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离；
[0013]追踪间隔计算模块，用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔，还用于根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔；
[0014]折返间隔计算模块，用于根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔，还用于根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔；
[0015]闭塞设计模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置；
[0016]系统参数计算模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离；
[0017]统计分析模块，用于利用运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间，还用于根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度，还用于根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。
[0018]所述基础数据包括:
[0019 ]信号系统及仿真参数表，其包含列车参数、信号系统参数与仿真参数；
[0020]列车加速度性能参数表，其包含不同速度下的加速度；
[0021]闭塞信息表，其包含信号机、保护区段边界与填充应答器位置；
[0022]坡度信息表，其包含坡度值与坡度起终点；
[0023]限速信息表，其包含限速值、限速起终点；
[0024]车站信息表，其包含车站位置与停站时间。
[0025]所述运行仿真模块包括:
[0026]主运行仿真模块，其包括:ATP限速逻辑模块与ATO速度控制逻辑模块;其中，所述ATP限速逻辑模块，用于预定的安全制动模型，并结合紧急制动停车过程，生成紧急制动触发速度曲线，再按照CBTC系统的安全原则确定ATP限速逻辑;之后，根据读取到的基础数据初始化列车位置，并结合初始化列车位置与ATP限速逻辑计算当前限速值;所述ATO速度控制逻辑模块，用于根据CBTC系统的ATO控车原理建立ATO速度控制模型，并结合ATP限速下的列车自动运行的规则和特性，根据ATO的运行策略和算法确定ATO速度控制逻辑;之后，比较列车当前速度与ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值的大小关系，并根据ATO速度控制逻辑控制列车速度，再按照距离步长累积获得列车当前位置，继而计算列车的运行时间；
[0027]制动距离计算模块，用于根据ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATP制动距离;还用于根据ATO速度控制逻辑模块控制的列车速度以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATO制动距离。
[0028]所述追踪间隔计算模块包括:
[0029]移动闭塞追踪间隔计算模块，用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将运行仿真起点至最近的前车位置的运行时间与运行仿真起点至本车当前位置的运行时间差作为前车位置对应的追踪间隔A;
[0030]固定闭塞追踪间隔计算模块，用于根据基础数据中的闭塞信息表确定闭塞分区位置与类型，从而确定追踪列车位置及相应的运行时间；根据固定闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为闭塞分区限制点至前车位置对应的追踪间隔B。
[0031 ]所述折返间隔计算模块包括:
[0032]移动闭塞折返间隔计算模块，用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合移动闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔A；
[0033]固定闭塞折返间隔计算模块，用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合固定闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔B。
[0034]所述闭塞设计模块包括:
[0035]填充应答器布置模块，用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，及信号机前的停车距离余量参数，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置;再根据预设的系统延时参数从区间信号机前的列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并在该列车位置上一填充应答器；
[0036]区间信号机布置模块，用于计算在不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间增设区间信号机，保证以该区间信号机为界的前后两个闭塞分区固定闭塞追踪结果相同；增设的区间信号机的位置计算过程如下:从所述基础数据中获得的闭塞信息表中查找不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间，并获得该区间上、下游信号机位置及类型，根据上、下游信号机位置及类型，以及固定闭塞条件下列车间隔防护原理确定前、后车位置，结合前、后车位置以上游信号机为基础，按距离步长确定新增的区间信号机的位置，并计算以新增的区间信号机的位置分界的上、下游闭塞分区列车间隔时间；若上、下游闭塞分区列车间隔时间相等，则在新增的区间信号机的位置上布置一区间信号机。
[0037]所述系统参数计算模块包括:
[0038]信号机接近锁闭距离计算模块，用于从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机位置，并根据预设的安全保护距离以及运行仿真模块计算到ATP制动距离确定信号机位置前的紧急制动触发点位置，再根据预设的系统延时参数从紧急制动触发点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为信号机接近锁闭距离；
[0039]进路触发距离计算模块，用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置，再根据预设的进路触发延时参数从列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为进路触发距离。
[0040]一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法，包括:
[0041]利用基础数据模块存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用；
[0042]利用运行仿真模块根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离；
[0043]利用追踪间隔计算模块根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔；以及，根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔；
[0044]利用折返间隔计算模块根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔；以及，根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔；
[0045]利用闭塞设计模块根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置；
[0046]利用系统参数计算模块根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离；
[0047]利用统计分析模块根据运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间；以及，根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度;并且，根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。
[0048]由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方案中重点放在信号系统控车的仿真上，将机车车辆因素作为车辆的外部条件输入，同时按信号系统的不利性原则考虑其它影响因素，从而简化仿真的复杂度的效果;其次，突出信号系统控车模型在列车运行仿真中的作用，考虑ATP超速防护模型及ATO速度控制模型的结合，高度拟合信号系统的控车效果，使仿真结果尽可能贴近实际情况，达到保证仿真精度的目标;最后，仿真平台以信号系统控制下的列车运行仿真为核心，将信号系统工程设计相关的追踪间隔、折返间隔、闭塞设计、系统参数计算等所有工程设计相关参数在同一仿真平台上生成，同时具备对运营相关的运行时间、旅行速度指标的计算和分析功能，保证了数据的一致性并实现了功能的高度集成化。
【附图说明】
[0049]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0050]图1为本发明实施例提供的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统的示意图；
[0051]图2为本发明实施例提供的仿真平台的主运行仿真模块的工作流程图；
[0052]图3为本发明实施例提供的仿真平台的制动距离计算模块的工作流程图；
[0053]图4为本发明实施例提供的仿真平台的移动闭塞追踪间隔计算模块的工作流程图；
[0054]图5为本发明实施例提供的仿真平台的固定闭塞追踪间隔计算模块的工作流程图；
[0055]图6为本发明实施例提供的仿真平台的移动闭塞折返间隔计算模块的工作流程图；
[0056]图7为本发明实施例提供的仿真平台的固定闭塞折返间隔计算模块的工作流程图；
[0057]图8为本发明实施例提供的仿真平台的填充应答器布置模块的工作流程图；
[0058]图9为本发明实施例提供的仿真平台的区间信号机布置模块的工作流程图；
[0059]图10为本发明实施例提供的仿真平台的信号机接近锁闭距离计算模块的工作流程图；
[0060]图11为本发明实施例提供的仿真平台的进路触发距离计算模块的工作流程图。
【具体实施方式】
[0061]下面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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0062]图1为本发明实施例提供的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统的示意图。如图1所示，其主要包括:
[0063]基础数据模块，用于存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用。
[0064]运行仿真模块，用于根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离；
[0065]追踪间隔计算模块，用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔，还用于根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔；
[0066]折返间隔计算模块，用于根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔，还用于根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔；
[0067]闭塞设计模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置；
[0068]系统参数计算模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离；
[0069]统计分析模块，用于利用运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间，还用于根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度，还用于根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。
[0070]为了便于理解，下面结合多个附图对系统中的各个模块进行详细的说明。
[0071]1、基础数据模块
[0072]基础数据模块主要由数据库中存储不同类别信息的数据表组成，在仿真程序中建立对应的结构体或对象来读取相应的数据表，并且将计算结果保存到相应的数据表中，通过这种方式集中管理数据，结构清晰，运行效率高。对应每一个工程建立一个基础数据库。
[0073]所述基础数据主要包括:
[0074]信号系统及仿真参数表，其包含列车参数、信号系统参数与仿真参数；
[0075]列车加速度性能参数表，其包含不同速度下的加速度；
[0076]闭塞信息表，其包含信号机、保护区段边界与填充应答器位置；
[0077]坡度信息表，其包含坡度值与坡度起终点；
[0078]限速信息表，其包含限速值、限速起终点；
[0079]车站信息表，其包含车站位置与停站时间。
[0080]此外，将最终的仿真结果以表格的形式存储至基础数据模块中，例如，仿真结果存储表，可以包含列车位置、速度、时间及制动距离等。
[0081 ] 2、运行仿真模块
[0082]运行仿真模块是仿真平台的核心模块，主要包括由ATP限速逻辑模块与ATO速度控制逻辑模块组成的主运行仿真模块，以及制动距离计算模块两个部分。
[0083]其中，ATP限速逻辑模块与ATO速度控制逻辑模块的工作流程如图2所示。
[0084]所述ATP限速逻辑模块，用于预定的安全制动模型，并结合紧急制动停车过程，生成紧急制动触发速度曲线，再按照CBTC系统的安全原则确定ATP限速逻辑;之后，根据读取到的基础数据初始化列车位置，并结合初始化列车位置与ATP限速逻辑计算当前限速值;所述ATO速度控制逻辑模块，用于根据CBTC系统的ATO控车原理建立ATO速度控制模型，并结合ATP限速下的列车自动运行的规则和特性，根据ATO的运行策略和算法确定ATO速度控制逻辑;之后，比较列车当前速度与ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值的大小关系，并根据ATO速度控制逻辑控制列车速度，再按照距离步长累积获得列车当前位置，继而计算列车的运行时间；
[0085]所述制动距离计算模块的工作流程如图3所示。其用于根据ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATP制动距离;还用于根据ATO速度控制逻辑模块控制的列车速度以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATO制动距离。
[0086]3、追踪间隔计算模块
[0087]追踪间隔计算模块是具体功能模块，包含移动闭塞追踪间隔计算模块和固定闭塞追踪间隔计算模块两个子模块。
[0088]所述移动闭塞追踪间隔计算模块的工作流程如图4所示。其用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将运行仿真起点至最近的前车位置的运行时间与运行仿真起点至本车当前位置的运行时间差作为前车位置对应的追踪间隔Α;
[0089]固定闭塞追踪间隔计算模块的工作流程如图5所示。其用于根据基础数据中的闭塞信息表确定闭塞分区位置与类型，从而确定追踪列车位置及相应的运行时间；根据固定闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为闭塞分区限制点至前车位置对应的追踪间隔B。
[0090]4、折返间隔计算模块
[0091]所述折返间隔计算模块是具体功能模块，包含移动闭塞折返间隔计算模块和固定闭塞折返间隔计算模块两个子模块。
[0092]所述移动闭塞折返间隔计算模块的工作流程如图6所示。其用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合移动闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔Α;
[0093]所述固定闭塞折返间隔计算模块的工作流程如图7所示。其用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合固定闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔B。
[0094]5、闭塞设计模块包括:
[0095]所述闭塞设计模块是具体功能模块，包含填充应答器布置模块和区间信号机布置模块两个子模块。
[0096]所述填充应答器布置模块的工作流程如图8所示。其用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，及信号机前的停车距离余量参数，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置;再根据预设的系统延时参数从区间信号机前的列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并在该列车位置上一填充应答器；
[0097]所述区间信号机布置模块的工作流程如图9所示。其用于计算在不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间增设区间信号机，保证以该区间信号机为界的前后两个闭塞分区固定闭塞追踪结果相同；增设的区间信号机的位置计算过程如下:从所述基础数据中获得的闭塞信息表中查找不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间，并获得该区间上、下游信号机位置及类型，根据上、下游信号机位置及类型，以及固定闭塞条件下列车间隔防护原理确定前、后车位置，结合前、后车位置以上游信号机为基础，按距离步长确定新增的区间信号机的位置，并计算以新增的区间信号机的位置分界的上、下游闭塞分区列车间隔时间；若上、下游闭塞分区列车间隔时间相等，则在新增的区间信号机的位置上布置一区间信号机。
[0098]6、系统参数计算模块包括:
[0099]所述系统参数计算模块是具体功能模块，包含信号机接近锁闭距离计算模块、进路触发距离计算模块等两子模块。
[0100]所述信号机接近锁闭距离计算模块的工作流程如图10所示。其用于从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机位置，并根据预设的安全保护距离以及运行仿真模块计算至IJATP制动距离确定信号机位置前的紧急制动触发点位置，再根据预设的系统延时参数从紧急制动触发点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为信号机接近锁闭距离；
[0101]进路触发距离计算模块的工作流程如图11所示。其用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置，再根据预设的进路触发延时参数从列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为进路触发距离。
[0102]7、统计分析模块
[0103]所述统计分析模块是辅助功能模块，其包括:区间运行时间统计模块、全程运行时间及速度统计模块、追踪间隔限制点信息统计模块。
[0104]其中，区间运行时间统计模块，用于利用运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间。
[0105]全程运行时间及速度统计模块，用于根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度。
[0106]追踪间隔限制点信息统计模块，用于根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统
i+o
[0107]本发明实施例的上述方案中，将机车车辆因素作为车辆的外部条件输入，同时按信号系统的不利性原则考虑其它影响因素，从而简化仿真的复杂度的效果;其次，突出信号系统控车模型在列车运行仿真中的作用，考虑ATP超速防护模型及ATO速度控制模型的结合，高度拟合信号系统的控车效果，使仿真结果尽可能贴近实际情况，达到保证仿真精度的目标;最后，仿真平台以信号系统控制下的列车运行仿真为核心，将信号系统工程设计相关的追踪间隔、折返间隔、闭塞设计、系统参数计算等所有工程设计相关参数在同一仿真平台上生成，同时具备对运营相关的运行时间、旅行速度指标的计算和分析功能，保证了数据的一致性并实现了功能的高度集成化。
[0108]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，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功會K。
[0109]本发明另一实施例中，还提供一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法，该方法基于前述的系统实现，其包括:
[0110]利用基础数据模块存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用；
[0111]利用运行仿真模块根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离；
[0112]利用追踪间隔计算模块根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔；以及，根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔；
[0113]利用折返间隔计算模块根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔；以及，根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔；
[0114]利用闭塞设计模块根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置；
[0115]利用系统参数计算模块根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离；
[0116]利用统计分析模块根据运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间；以及，根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度;并且，根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。
[0117]需要说明的是，上述方法中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。
[0118]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0119]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，包括: 基础数据模块，用于存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用；运行仿真模块，用于根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离； 追踪间隔计算模块，用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔，还用于根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔； 折返间隔计算模块，用于根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔，还用于根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔； 闭塞设计模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置； 系统参数计算模块，用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离，还用于根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离； 统计分析模块，用于利用运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间，还用于根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度，还用于根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。2.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述基础数据包括: 信号系统及仿真参数表，其包含列车参数、信号系统参数与仿真参数； 列车加速度性能参数表，其包含不同速度下的加速度； 闭塞信息表，其包含信号机、保护区段边界与填充应答器位置； 坡度信息表，其包含坡度值与坡度起终点； 限速信息表，其包含限速值、限速起终点； 车站信息表，其包含车站位置与停站时间。3.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述运行仿真模块包括: 主运行仿真模块，其包括:ATP限速逻辑模块与ATO速度控制逻辑模块;其中，所述ATP限速逻辑模块，用于预定的安全制动模型，并结合紧急制动停车过程，生成紧急制动触发速度曲线，再按照CBTC系统的安全原则确定ATP限速逻辑;之后，根据读取到的基础数据初始化列车位置，并结合初始化列车位置与ATP限速逻辑计算当前限速值;所述ATO速度控制逻辑模块，用于根据CBTC系统的ATO控车原理建立ATO速度控制模型，并结合ATP限速下的列车自动运行的规则和特性，根据ATO的运行策略和算法确定ATO速度控制逻辑;之后，比较列车当前速度与ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值的大小关系，并根据ATO速度控制逻辑控制列车速度，再按照距离步长累积获得列车当前位置，继而计算列车的运行时间； 制动距离计算模块，用于根据ATP限速逻辑模块计算到的当前限速值以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATP制动距离;还用于根据ATO速度控制逻辑模块控制的列车速度以及基础数据中的实时坡度值按照时间步长计算并累积运行距离直至停止，获得ATO制动距离。4.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述追踪间隔计算模块包括: 移动闭塞追踪间隔计算模块，用于根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将运行仿真起点至最近的前车位置的运行时间与运行仿真起点至本车当前位置的运行时间差作为前车位置对应的追踪间隔A; 固定闭塞追踪间隔计算模块，用于根据基础数据中的闭塞信息表确定闭塞分区位置与类型，从而确定追踪列车位置及相应的运行时间；根据固定闭塞条件下列车间隔防护原理与运行仿真模块计算到制动距离、运行时间，以及预设的安全保护距离与列车的长度确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为闭塞分区限制点至前车位置对应的追踪间隔B。5.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述折返间隔计算模块包括: 移动闭塞折返间隔计算模块，用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合移动闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔A; 固定闭塞折返间隔计算模块，用于根据具体折返站型和折返交路按照折返间隔原理确定折返限制点，并利用所述折返限制点、列车制动距离与预设的安全保护距离确定追踪列车位置，继而结合固定闭塞条件下列车间隔防护原理，确定最近的前车位置，将前车位置的运行时间与追踪列车位置的运行时间差作为折返限制点至前车位置对应的折返间隔B。6.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述闭塞设计模块包括: 填充应答器布置模块，用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，及信号机前的停车距离余量参数，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置;再根据预设的系统延时参数从区间信号机前的列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并在该列车位置上一填充应答器； 区间信号机布置模块，用于计算在不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间增设区间信号机，保证以该区间信号机为界的前后两个闭塞分区固定闭塞追踪结果相同；增设的区间信号机的位置计算过程如下:从所述基础数据中获得的闭塞信息表中查找不满足固定闭塞追踪间隔要求的区间，并获得该区间上、下游信号机位置及类型，根据上、下游信号机位置及类型，以及固定闭塞条件下列车间隔防护原理确定前、后车位置，结合前、后车位置以上游信号机为基础，按距离步长确定新增的区间信号机的位置，并计算以新增的区间信号机的位置分界的上、下游闭塞分区列车间隔时间；若上、下游闭塞分区列车间隔时间相等，则在新增的区间信号机的位置上布置一区间信号机。7.根据权利要求1所述的一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真系统，其特征在于，所述系统参数计算模块包括: 信号机接近锁闭距离计算模块，用于从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机位置，并根据预设的安全保护距离以及运行仿真模块计算到ATP制动距离确定信号机位置前的紧急制动触发点位置，再根据预设的系统延时参数从紧急制动触发点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为信号机接近锁闭距离； 进路触发距离计算模块，用于根据从所述基础数据的闭塞信息表中获得的信号机的位置，并结合运行仿真模块计算到ATO制动距离，来确定区间信号机前的列车减速点位置，再根据预设的进路触发延时参数从列车减速点位置回溯延时前的列车位置，并将该列车位置与信号机之间的距离作为进路触发距离。8.一种基于模型驱动的城市轨道交通运行仿真方法，其特征在于，包括: 利用基础数据模块存储与城市轨道交通运行仿相关的基础数据供其他模块的调用；利用运行仿真模块根据读取到的基础数据来计算当前限速值，继而计算列车当前位置、运行时间以及制动距离； 利用追踪间隔计算模块根据移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的移动闭塞追踪间隔；以及，根据读取到的基础数据、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算全线的固定闭塞追踪间隔； 利用折返间隔计算模块根据折返站折返限制条件、移动闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算移动闭塞折返间隔；以及，根据折返站折返限制条件、固定闭塞条件下列车间隔防护原理以及运行仿真模块计算到制动距离、运行时间来计算固定闭塞折返间隔； 利用闭塞设计模块根据运行仿真模块计算到制动距离，以及预设的系统延时参数来计算区间信号机对应的填充应答器的位置；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离与追踪间隔计算模块计算到的固定闭塞追踪间隔，按照设定的固定闭塞追踪间隔指标，计算不满足设定追踪间隔要求的区间增设信号机的位置； 利用系统参数计算模块根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的系统延时参数来计算信号机接近锁闭距离；以及，根据运行仿真模块计算到制动距离以及预设的进路触发延时参数来计算进路触发距离； 利用统计分析模块根据运行仿真模块计算到列车当前位置与运行时间，并结合所述基础数据中车站信息表的车站位置，以车站为分区计算区间运行时间；以及，根据运行仿真模块计算到列车位置与运行时间统计全程运行时间，并计算全程运行速度;并且，根据追踪间隔计算模块计算到的追踪间隔信息，以站间为单位获取追踪间隔最大值对应的后车位置及速度作为追踪间隔限制点信息统计。
【文档编号】G06F17/50GK105912815SQ201610289767
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】徐意, 郜洪民, 尹逊政, 王芃, 李亮, 许硕, 孟军, 王超, 陈宁宁, 郑伟, 孙磊, 王俊锋, 徐伟, 王琳, 王鲲
【申请人】中国铁道科学研究院通信信号研究所, 中国铁道科学研究院, 北京市华铁信息技术开发总公司, 北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司