一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法及系统与流程

本发明涉及仿真预测技术，具体涉及一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法及系统。

背景技术：

基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法通常需要以下的技术支持：

1、仿真技术，以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。

2、面向对象编程(oop),oop是一种计算机编程架构，在编程过程中以对象为基础，利用特定的软件工具直接完成从对象客体的描述到软件结构之间的转换，并实现程度编写。

3、铁路车站，铁路车站是铁路运输系统与社会经济生活联系的纽带，是提供铁路列车停靠的场所，由站场及车站附属设施组成。

4、进路，进路是指在车站内列车或调车车列由一个地点到另一个地点所运行的经路；进路可以分为接车进路、发车进路以及通过进路，进路是由若干股道及道岔组成的，进路间也可以分享若干股道及道岔。

5、咽喉区，从车站两端最外方道岔的基本接头处，分别至到发场最内方信号机(或警冲标)的范围，叫车站咽侯区。

现有的基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法一般以咽喉区道岔为资源，以列车为实体，只有在进路上所有道岔资源均为可用状态时，列车才可以使用进路；在仿真过程中，当列车开始使用进路时，进路上所有的道岔资源将会被占用；当列车结束使用进路时，进路上所有的道岔资源将会被释放。

现有方法的缺点在于效率低、过程繁琐，运用范围局限；一方面，进路冲突采用单纯空间隔离方式避免，效率有很大提升空间。另一方面，现有方法没有从时间空间双方面考虑进行冲突预测与隔离的方法，无法实现道岔资源的提前释放。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，有必要提出一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法及系统，其效率高、过程简单，运用范围广；实现高速铁路车站的高效、便捷、高扩展性仿真。

本发明提供一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法，其技术方案是：

一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法，包括以下步骤：

a、建立站场轨道网络模型；

b、收集在无冲突状态下列车使用各个进路所需经过的轨道信息、道岔信息以及每个轨道的占用时间信息，并制定进路信息表；

c、根据列车车次、进站方向、出站方向、进站时间以及出站时间，制定列车时刻表；

d、根据列车时刻表中列车的进站时间、进站方向和出站方向，记录所有的进站进路以及各个进站进路所停靠的到发线；

e、根据预测计算，遍历所有进路，判断是否有可行的进站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的进站进路，并进入步骤f；如果否，则等待至少0.1min后，重新进入步骤e；

f、根据所选择的进站进路，占用该进站进路所使用的轨道，并进站；

g、列车停靠到所选择进站进路对应的到发线后，根据列车时刻表中列车的出站时间、出站方向以及到发线，选择出站进路；

h、判断是否有可行的出站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的出站进路，进入步骤i；如果否，则等待至少0.1min后，重新进入步骤h；

i、根据所选择的出站进路，占用该出站进路所使用的轨道，并出站。

采用站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表对咽喉区轨道时空冲突进行仿真预测，通过冲突计算，选择最优进路进站或出站；其效率高、过程简单，运用范围广；实现高速铁路车站的高效、便捷、高扩展性仿真。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤a具体包括以下步骤：

采集咽喉区的轨道、到发线以及道岔，根据咽喉区轨道与道岔之间的连接关系，建立站场轨道网络模型。

精确的站场轨道网络模型，其距离精度达毫米级，降低了出现错误的可能性，保证了仿真过程的准确性、安全性和稳定性。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤c和步骤d之间还包括以下步骤：

导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，进行仿真操作。

通过导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，实现咽喉区轨道时空冲突预测的仿真操作。

作为上述方案的更进一步优化，所述步骤e具体包括以下步骤：

e1、如果第m车次列车选择了第x进站进路，首先判断该进站进路所对应的到发线是否被第n车次列车使用，如果是，则该第x进站进路不可用；如果否，则再次判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，进入步骤e2，其中，第m车次列车比第n车次列车后进站；

e2、如果是，则第x进站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新进入步骤e1；如果否，则第x进站进路可用。

对进站进路进行冲突计算，可以灵活实验多种咽喉区进路动态解锁策略；在保证作业安全前提下实验咽喉区进路动态解锁，大大提高咽喉区作业效率。

作为上述方案的更进一步优化，所述步骤h具体包括以下步骤：

如果第p车次列车选择了第y出站进路，判断第p车次列车在第y出站进路上某一轨道的占用时间与第q车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第y出站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新进入步骤h；如果否，则第y出站进路可用；其中，第p车次列车比第q车次列车后出站。

对出站进路进行冲突计算，采用同样的轨道时空冲突计算方法，判断出站进路是否冲突，其仿真作业过程安全，且大大提高了作业效率。

本发明还提供一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真系统，其技术方案是：

一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真系统，包括轨道模型建立模块、进路信息表制定模块、列车时刻表制定模块、进站进路选择模块、进站进路判断模块、进站轨道占用模块、出站进路选择模块、出站进路判断模块以及出站轨道占用模块，其中：

轨道模型建立模块，用于建立站场轨道网络模型；

进路信息表制定模块，用于收集在无冲突状态下列车使用各个进路所需经过的轨道信息、道岔信息以及每个轨道的占用时间信息，并制定进路信息表；

列车时刻表制定模块，用于根据列车车次、进站方向、出站方向、进站时间以及出站时间，制定列车时刻表；

进站进路选择模块，用于根据列车时刻表中列车的进站时间、进站方向和出站方向，记录所有的进站进路以及各个进站进路所停靠的到发线；

进站进路判断模块，用于根据预测计算，遍历所有进路，判断是否有可行的进站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的进站进路；如果否，则等待至少0.1min后，重新判断进站进路是否可行；

进站轨道占用模块，用于根据所选择的进站进路，占用该进站进路所使用的轨道，并进站；

出站进路选择模块，用于列车停靠到所选择进站进路对应的到发线后，根据列车时刻表中列车的出站时间、出站方向以及到发线，选择出站进路；

出站进路判断模块，用于判断是否有可行的出站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的出站进路；如果否，则等待至少0.1min后，重新判断出站进路是否可行；

出站轨道占用模块，用于根据所选择的出站进路，占用该出站进路所使用的轨道，并出站。

作为上述方案的进一步优化，所述轨道模型建立模块包括轨道模型采集子模块，用于采集咽喉区的轨道、到发线以及道岔，根据咽喉区轨道与道岔之间的连接关系，建立站场轨道网络模型。

作为上述方案的进一步优化，还包括数据导入模块，用于导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，进行仿真操作。

作为上述方案的更进一步优化，所述进站进路判断模块包括到发线判断子模块和进站轨道判断子模块，其中：

到发线判断子模块，如果第m车次列车选择了第x进站进路，首先判断该进站进路所对应的到发线是否被第n车次列车使用，如果是，则该第x进站进路不可用；如果否，则再次判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，其中，第m车次列车比第n车次列车后进站；

进站轨道判断子模块，用于判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第x进站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新判断第x进站进路上某一轨道的占用时间是否冲突；如果否，则第x进站进路可用。

作为上述方案的更进一步优化，所述出站进路判断模块包括出站轨道判断子模块，如果第p车次列车选择了第y出站进路，判断第p车次列车在第y出站进路上某一轨道的占用时间与第q车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第y出站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新判断第y出站进路上某一轨道的占用时间是否冲突；如果否，则第y出站进路可用；其中，第p车次列车比第q车次列车后出站。

本发明的有益效果是：

1、采用精确的站场轨道网络模型，其距离精度达毫米级；保证了仿真过程的准确性、安全性和稳定性。

2、采用轨道时空冲突计算方法，可保证作业安全前提下实验咽喉区进路动态解锁，大大提高咽喉区作业效率。

3、可以灵活实验多种咽喉区进路动态解锁策略。

附图说明

图1是本发明实施例所述基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法的流程图；

图2是本发明实施例所述基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真系统的原理框图；

图3是本发明实施例所述的站场示例图。

附图标记说明：

10、轨道模型建立模块；101、轨道模型采集子模块；20a、进路信息表制定模块；20b、列车时刻表制定模块；30、数据导入模块；40、进站进路选择模块；50、进站进路判断模块；501、发线判断子模块；502、进站轨道判断子模块；60、进站轨道占用模块；70、出站进路选择模块；80、出站进路判断模块；801、出站轨道判断子模块；90、出站轨道占用模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真方法，包括以下步骤：

a、建立站场轨道网络模型；

b、收集在无冲突状态下列车使用各个进路所需经过的轨道信息、道岔信息以及每个轨道的占用时间信息，并制定进路信息表；

c、根据列车车次、进站方向、出站方向、进站时间以及出站时间，制定列车时刻表；

d、根据列车时刻表中列车的进站时间、进站方向和出站方向，记录所有的进站进路以及各个进站进路所停靠的到发线；

e、根据预测计算，遍历所有进路，判断是否有可行的进站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的进站进路，并进入步骤f；如果否，则等待至少0.1min后，重新进入步骤e；

f、根据所选择的进站进路，占用该进站进路所使用的轨道，并进站；

g、列车停靠到所选择进站进路对应的到发线后，根据列车时刻表中列车的出站时间、出站方向以及到发线，选择出站进路；

h、判断是否有可行的出站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的出站进路，进入步骤i；如果否，则等待至少0.1min后，重新进入步骤h；

i、根据所选择的出站进路，占用该出站进路所使用的轨道，并出站。

采用站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表对咽喉区轨道时空冲突进行仿真预测，通过冲突计算，选择最优进路进站或出站；其效率高、过程简单，运用范围广；实现高速铁路车站的高效、便捷、高扩展性仿真。

在列车进站的作业过程中，列车可以选择不同进站进路，以对应不同的到发线；在给定的站场轨道网络模型中，让列车沿每个进路都行驶一次，收集绝对无冲突状态下使用各个进路需要经过的轨道、道岔以及每个设备的占用时间等，并将收集到信息存放在仿真对象route中；此过程也称为仿真预热。

route(路径)

{

进路起点轨道(或到发线)，

进路终点轨道(或到发线)，

进路通过的轨道列表，

轨道的开始占用时间列表，

轨道的结束占用时间列表

}

列车时刻表是指规定了列车进出站时间的列车任务列表，对于每一个列车任务，需要为其指定唯一的进站进路以及出站进路以形成完整的车站作业过程。

{

列车车次编号，

列车到站路口，

列车出站路口，

列车到站时间，

列车出站时间，

列车进站进路(routein),

列车出站进路(routeout),

列车停放到发线

}

导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表后，就可以进行作业过程仿真了，在指定进路的过程中，即需要对时空冲突进行预测，当预测的冲突无法避免时，则需要对列车任务的进站或出站时间进行微调，以模拟站外停车或延迟出站，并完成作业过程仿真。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，所述步骤a具体包括以下步骤：

采集咽喉区的轨道、到发线以及道岔，根据咽喉区轨道与道岔之间的连接关系，建立站场轨道网络模型。

经建模后，轨道由数条直线和弧线组成，道岔连接3条轨道；

精确的站场轨道网络模型，其距离精度达毫米级，降低了出现错误的可能性，保证了仿真过程的准确性、安全性和稳定性。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，所述步骤c和步骤d之间还包括以下步骤：

导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，进行仿真操作。

通过导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，实现咽喉区轨道时空冲突预测的仿真操作。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上，所述步骤e具体包括以下步骤：

e1、如果第m车次列车选择了第x进站进路，首先判断该进站进路所对应的到发线是否被第n车次列车使用，如果是，则该第x进站进路不可用；如果否，则再次判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，进入步骤e2，其中，第m车次列车比第n车次列车后进站；

e2、如果是，则第x进站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新进入步骤e1；如果否，则第x进站进路可用。

对进站进路进行冲突计算，可以灵活实验多种咽喉区进路动态解锁策略；在保证作业安全前提下实验咽喉区进路动态解锁，大大提高咽喉区作业效率。

在作业仿真操作过程中，需要对轨道时空冲突进行预测；首先判断是否存在时空上不冲突的进站进路指定给列车任务，若存在，则指定过列车任务routein；若不存在，列车需等待0.1分钟后重新进行判断。

以下给出以图3所示站场图为示例的冲突预测计算方法：

整个站场只进站只有4条进路；从入口a到到发线1，入口a到到发线2，入口b到到发线1，入口b到到发线2；假设通过仿真收集到的进路数据如下：

表1示例进路信息表

假设需要安排的列车时刻表如下：

表2示例列车时刻表

轨道时空冲突计算的步骤如下：

1、当time＝2min时，列车d0001次列车到达入口a，这时的轨道使用情况如表3。

2、列车d0001可选进路routea1,routea2都可用，选择进路routea1进站，到发线1；列车d0001开始进站，根据进站时间占用轨道。占用情况如表3。

3、当time＝3min时，列车d0002次列车到达入口b，判断可选进路routeb1和routeb2是否可用；

判断routeb1是否可用，由于routeb1需要停靠在到发线1，但是到发线1已经被d0001使用，所以routeb1不可用；

判断routeb2是否可用，如果列车d0002选择进路routeb2那么轨道占用情况会变为表3。列车d0001与列车d0002在4.3min--4.4min这个时间段会同时使用轨道4，发生了冲突；此时进路routeb2不可用。

4、time＝3min时，列车d0002没有可行进路，列车在入口b处等待0.1min后再进行判断，即站外停车。

5、time＝3.1min时，列车d0002的路径进路routeb1不可行。如果这时候选择进路routeb2那么轨道占用情况如表3；所有到发线，轨道使用不冲突，此时进路routeb2可行，列车d0002选择进路routeb2进入站场，停靠在到发线2。

表3轨道占用信息表

实施例5

本实施例在实施例1的基础上，所述步骤h具体包括以下步骤：

如果第p车次列车选择了第y出站进路，判断第p车次列车在第y出站进路上某一轨道的占用时间与第q车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第y出站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新进入步骤h；如果否，则第y出站进路可用；其中，第p车次列车比第q车次列车后出站。

对出站进路进行冲突计算，采用同样的轨道时空冲突计算方法，判断出站进路是否冲突，其仿真作业过程安全，且大大提高了作业效率。

实施例6

本实施例为实施例1的系统，

如图2所示，一种基于咽喉区轨道时空冲突预测的仿真系统，包括轨道模型建立模块10、进路信息表制定模块20、列车时刻表制定模块30、进站进路选择模块40、进站进路判断模块50、进站轨道占用模块60、出站进路选择模块70、出站进路判断模块80以及出站轨道占用模块90，其中：

轨道模型建立模块10，用于建立站场轨道网络模型；

进路信息表制定模块20a，用于收集在无冲突状态下列车使用各个进路所需经过的轨道信息、道岔信息以及每个轨道的占用时间信息，并制定进路信息表；

列车时刻表制定模块20b，用于根据列车车次、进站方向、出站方向、进站时间以及出站时间，制定列车时刻表；

进站进路选择模块40，用于根据列车时刻表中列车的进站时间、进站方向和出站方向，记录所有的进站进路以及各个进站进路所停靠的到发线；

进站进路判断模块50，用于根据预测计算，遍历所有进路，判断是否有可行的进站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的进站进路；如果否，则等待至少0.1min后，重新判断进站进路是否可行；

进站轨道占用模块60，用于根据所选择的进站进路，占用该进站进路所使用的轨道，并进站；

出站进路选择模块70，用于列车停靠到所选择进站进路对应的到发线后，根据列车时刻表中列车的出站时间、出站方向以及到发线，选择出站进路；

出站进路判断模块80，用于判断是否有可行的出站进路，如果是，则选择其中一个，作为该列车的出站进路；如果否，则等待至少0.1min后，重新判断出站进路是否可行；

出站轨道占用模块90，用于根据所选择的出站进路，占用该出站进路所使用的轨道，并出站。

实施例7

本实施例为实施例2的系统，本实施例在实施例6的基础上，所述轨道模型建立模块10包括轨道模型采集子模块101，用于采集咽喉区的轨道、到发线以及道岔，根据咽喉区轨道与道岔之间的连接关系，建立站场轨道网络模型。

实施例8

本实施例为实施例3的系统，本实施例在实施例6的基础上，还包括数据导入模块30，用于导入站场轨道网络模型、列车时刻表以及进路信息表，进行仿真操作。

实施例9

本实施例为实施例4的系统，本实施例在实施例6的基础上，所述进站进路判断模块50包括到发线判断子模块501和进站轨道判断子模块502，其中：

到发线判断子模块501，如果第m车次列车选择了第x进站进路，首先判断该进站进路所对应的到发线是否被第n车次列车使用，如果是，则该第x进站进路不可用；如果否，则再次判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，其中，第m车次列车比第n车次列车后进站；

进站轨道判断子模块502，用于判断第m车次列车在第x进站进路上某一轨道的占用时间与第n车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第x进站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新判断第x进站进路上某一轨道的占用时间是否冲突；如果否，则第x进站进路可用。

实施例10

本实施例为实施例5的系统，本实施例在实施例6的基础上，所述出站进路判断模块80包括出站轨道判断子模块801，如果第p车次列车选择了第y出站进路，判断第p车次列车在第y出站进路上某一轨道的占用时间与第q车次列车在该轨道上的占用时间是否冲突，如果是，则第y出站进路暂时不可用，等待至少0.1min后，重新判断第y出站进路上某一轨道的占用时间是否冲突；如果否，则第y出站进路可用；其中，第p车次列车比第q车次列车后出站。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。