一种列车编组方法、系统、电子设备和存储介质与流程

本发明涉及一种列车编组方法、系统、电子设备和存储介质，属于轨道交通。

背景技术：

1、基于目前各城市轨道交通数据，轨道交通具有不同时段客流量断面差异较大，客流成潮汐性分布的特点。

2、既有城市轨道交通车辆多采用固定编组列车的方式，固定编组车辆数一般根据远期的最大客流进行评估，在近期或者客流平峰期存在车辆空载率高，运营效率和经济性不足等问题。

3、随着技术的发展，灵活编组概念应运而生，用于实现高峰期大编组高密度和平峰期小编组高密度的运行方式，在保证列车行车密度的基础上实现车辆编组灵活可变，保证乘客体验、减少牵引能耗、提升车辆使用率和增加车辆空窗期等目标，实现节能减排的目的。灵活编组运输组织是指根据城市轨道交通在不同区段、时段下的客流特征，在保证较高列车发车频率的条件下，通过车辆在线灵活改变列车编组长度来实现客流需求和运力最佳协同的运输组织技术，是用于解决其时间分布不均衡性的重要运输组织模式之一。因此，灵活编组运输组织技术不仅可以更好地实现客流与列车能力的平衡匹配，而且基于车站解编作业能避免列车频繁出入车辆段所导致的空载牵引耗电，并且可以减少固定编组模式下列车低满载率时的牵引耗电，提高运输经济性。

4、现有运营的列车基本不具备灵活编组功能，难以通过简单的车辆改造实现灵活编组，亟需通过一种方法解决快速灵活编组的难题。

5、现有灵活编组技术方案包括三种：

6、1、短编组联挂运行，如上海地铁16号线采用3+3列车在线灵活编组，动车组采用8+8重联运行。

7、2、设置多款中间车辆，编组成不同车辆数的固定动车组，在3至16节范围内按需搭配动车和拖车车厢，如果车辆机械和电气接口一致，也只能在车辆段进行编组，耗时长，且不能实现在线编组调整。如地铁和市域采用4+6混跑模式。

8、3、动力集中车辆一般采用插入拖车的方案，适用于轴重较大的干线铁路车辆，不适用于地铁和市域车。

9、从技术发展角度来说，如果能够解决在线可靠灵活编组，短编组联挂运行技术将是未来的发展方向。

10、目前，短编组重联运营方案包括如下两种：

11、一、采用车辆车钩机械连挂后实现机械重联编组运行。需要重联的两列车能够实现在重联轨道上自动重联，停在重联轨道上的两列tu单元列车，自动以限速3km/h的速度连挂。带有电钩的全自动车钩依次实现机械钩头自动对接、气路自动连挂导通、电钩自动对接。

12、二、采用虚拟联挂技术实现虚拟重联编组运行。通过无线通信实现协同控制多列车运行速度和距离间隔，在没有物理连接的情况下耦合成一个协调的逻辑整体，将列车群作为逻辑单元进行调度与管理，实现提升线路运输能力的目标。所有列车与相邻的前车和后车进行无线通信，后车根据前车状态信息实时计算并自动调整列车速度和前后车追踪间隔。采用速度传感器和雷达实时测量列车走行距离，并以基于参考应答器的相对走行距离实现列车精确定位，实现列车定位高精度和高可靠性要求。

13、通过分析上述两种解决方案，存在如下缺点：

14、机械重联编组方案需要设置全自动车钩，通过物理连接的方式实现电气信号的传输，相应的车载网络、车载pis、车载硬件电路均需要完全匹配才能够实现相应的功能；在通过车钩实现机械连接后，两列车的控制系统需对相关组网设备进行配置和初始化程序后，才能完成编组；整个联挂、编组过程虽然是全自动的，但存在先后顺序，过程相对复杂，和城轨车辆灵活编组、提高运营能效的目的相悖；并且目前全自动车钩的电钩触点的机械寿命较短，全自动车钩的电触点排布以及控制逻辑需保持一致。对于既有车辆一般会导致车载电路、网络、pis等系统需要全部重新设计，改造难度极高、改造成本高、改造周期长及改造风险极大，难以适用于既往不同厂家的列车实现灵活编组。

15、虚拟联挂编组方案中编组内列车需通过高一致性的协同控制来保证列车之间的安全距离，避免因前后车牵引、制动执行差异而导致碰撞；这就对列车的无线传输系统以及相对位置、绝对位置、速度、加速度等数据传输、计算的实时性及确定性要求极高；但其对受限于轨道条件所产生的空转打滑等不受控发生的场景，除了增加安全距离、降低旅行速度之外又缺乏有效管控手段，技术成熟度不够，安全性不足，从理论分析、安全分析、效率分析、技术标准、运营场景上都存在众多不确定因素和安全隐患。对各专业系统提出了极高的安全要求，目前不具备推广性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种机械连挂无线控制的列车灵活编组方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种列车编组方法，各列车车载信号系统分别将接收的包含有主控车和从控车身份的重联模式密钥通过列车控制总线发送至对应列车的数据接收及处理单元；

4、各列车的数据接收及处理单元采用所述密钥进行身份验证；

5、验证通过后建立列车重联模式密钥授权，激活确定的主控车和从控车对应司机室，控制对应车钩处于待连挂，主控车和/或从控车相互靠近行驶开始车钩连挂，在主、从控车相互靠近行驶的过程中，进行列车之间相互的密钥匹配验证后，主、从控车的无线通信系统建立无线通信通道；

6、列车建立无线通信通道且车钩连挂完成后，主、从控车做为一列列车进行主、从控车的控车硬线电路重新构建并配置相关系统参数和软件，列车重联成功。

7、进一步地，所述重联模式密钥由地面信号系统或控制中心生成并进行管理，在需要进行重联时，将其通过车载信号系统传输至彼此需要建立无线通信通道的数据接收及处理单元，并在无线通信通道建立过程中进行相互匹配验证。

8、进一步地，列车重联成功后，由主控车对重联后列车进行控制，主、从控车之间的数据由数据接收及处理单元通过无线通信通道实时交互传递数据。

9、进一步地，还包括测距模块，主控车和/或从控车根据测距模块测量的距离信号相互靠近行驶进行连挂。

10、进一步地，所述车钩为机械式车钩，各车钩上对应设置传感器，由传感器检测车钩是否连挂完成，传感器检测到连挂信号后，输出连挂成功硬件信号给联挂列车的数据接收及处理单元及列车控制总线。

11、进一步地，所述数据接收及处理单元包括sil4安全模块、sil2安全模块、sil0安全模块、音视频处理模块、可配置的多路无线模块、测距模块、满足不同安全等级需求的i/o模块、通信模块和/或电源模块；所有单元模块的数据通过高速总线传输；上述模块可根据不同的场景需求进行灵活配置；

12、sil4、sil2、sil0安全模块用于列车不同安全等级功能的运算和信号的处理；i/o模块用于接口车辆功能电路，实现重联模式下控车所需信号的采集及输出；通信模块用于数据接收及处理单元与列车控制总线及pis系统之间的数据交互；音视频处理模块用于处理重联模式下的音视频数据；多路无线模块用于根据数据不同类型、不同安全性、实时性的需求，采用不同的无线模块建立通道并进行数据传输；测距模块用于测量车辆之间的相对距离；电源模块用于给其他各模块供电。

13、进一步地，重联运行过程中，主控制列车和/或从控制列车实时监控车钩连挂信号和无线通信通道信号，任一信号丢失时，重联列车自动触发紧急制动。

14、进一步地，列车重联成功后，主、从控车的数据接收及处理单元通过无线通信实时交互传递的数据分为一路或多路传输，包括列车激活、唤醒和休眠、车门控制、空调控制、照明控制、牵引制动控制、制动力分配、紧急制动按钮、停放制动控制和/或受电弓控制指令，车辆和车载设备状态数据、故障数据、乘客信息的视频和/或音频数据。

15、一种列车编组系统，包括：

16、密钥模块，用于各列车车载信号系统分别将接收的包含有主控车和从控车身份的重联模式密钥通过列车控制总线发送至对应列车的数据接收及处理单元；

17、验证模块，用于各列车的数据接收及处理单元之间采用所述密钥通过无线模块对无线通信系统进行身份的相互验证；

18、连挂模块，用于验证通过后建立“重联模式密钥授权”，激活确定的主控车和从控车对应司机室，控制对应车钩处于待连挂，主控车和/或从控车相互靠近行驶开始车钩连挂；

19、无线通信建立模块，用于在主、从控车相互靠近行驶的过程中，主、从控车的无线通信系统建立无线通信通道；

20、重联运行配置模块，用于列车建立无线通信通道且车钩连挂完成后，主、从控车做为一列列车进行主、从控车的控车硬线电路重新构建并配置相关系统参数和软件。

21、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述列车编组方法。

22、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述列车编组方法。

23、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述列车编组方法。

24、本方案中重要的技术点包括：

25、1、信号系统结合运营需求，将重联编组需求发送给待联挂的列车，并指定对应的联挂端，以允许联挂端上数据接收及处理单元开启无线通信请求。

26、2、当列车端部设置有测距模块时，列车重联编组时通过设置的测距模块测量的距离信号来控制连挂速度，该距离信号也作为开启无线通信请求的前提条件之一；当列车车钩实现自动机械连接后，列车连挂信号激活。重联编组完成后，距离信号将同时用于辅助判断两列车机械连挂的完整性是否完好。同时，该测距模块产生的距离信号将作为编组之后两个列车单元机械连挂是否完好的判定信号之一，以进一步保障重联运行的可靠性。

27、3、在列车的车端设置数据接收及处理单元，该单元用于根据其外部输入的信号控制无线通信的请求、建立以及数据传输。位于列车联挂端的数据接收及处理单元在接收到重联需求激活且两车的距离小于等于预设距离时，启动待联挂列车间的无线通信建立请求，使列车之间的无线通信建立早于机械连挂完成，一旦列车连挂完成则无线通信已经建立完成，可以进一步缩短重联所需时间。

28、4、地面信号系统根据重联编组需求生成a、b两列车联挂端无线通信的建立密钥，并发送至对应列车的数据接收及处理单元，用于联挂端无线通信身份的相互验证，避免在特殊轨道区域，当有两列以上列车时，需要联挂的a、b列车无法正确识别彼此。

29、5、a、b两列车完成机械连挂、建立好无线通信后，重联模式激活，数据接收及处理单元向各自所在车辆发送控车数据，重联编组列车形成全新编组，除紧急制动之外的所有控制指令由主控车a车生成，并通过数据接收及处理单元及无线通道镜像到从控车b车，从而控制a、b列车以相同的指令运行。

30、两列车间的实时传输的数据包括控制指令、状态数据、音频数据、视频数据等。

31、6、从控车b车产生的紧急制动指令，也将通过数据接收及处理单元及无线通道镜像到主控车a车，并控制a车施加紧急制动。

32、7、机械连接的车钩锁舌检测传感器对列车连挂状态实施监测并送出相应的信息，结合测距模块给出的距离信号，综合判断车钩联挂状态，当发生脱钩时列车自动实施紧急制动。

33、8、a、b两列车机械连挂成功后，a、b列车车载信号系统进行重联后的列车参数配置。配置完成，重联成功后，主控车a车车载信号系统和设备负责重联后两列车车载、地面信号系统信息的交互，以及对重联后列车的控制；从控车b车车载信号系统转入待机状态，不参与控车作业；a、b两列车的车载信号系统不再进行数据交互。

34、9、当列车进行折返或换端动作时，a、b列车车载信号系统工作模式将进行切换。

35、10、重联作业时，a、b两列车的数据交互采用无线点对点数据交互，两列或多列短编列车可以在数据接收及处理单元的控制下建立通信和进行数据的传输。列车完成重联编组后，此时重联列车构成为一列列车，所有的操作和控制均在主控车的司机室进行。原重联编组的两个单元列车为各自的独立执行单元，统一按照主控车司机室的控制指令运行。

36、列车的所有操作指令、状态、故障信息和音视频数据均通过无线方式传输，传输的指令和信息包括不限于：列车激活、唤醒和休眠、车门控制、空调控制、照明控制、牵引制动控制、制动力分配、紧急制动按钮、停放制动控制、受电弓控制等指令，车辆和车载设备状态数据、故障数据以及乘客信息的视频及音频等数据。由于操作指令、状态信息、音视频数据的数据量、实时性要求和安全等级要求不同，可分为多路传输，也可按照特定规则整合为一路或两路传输。

37、无线传输的通道可采用lte、wlan、5g、激光、uwb或者其他短距大容量、高实时性设备等通信方式，每个司机室车前端设置一套雷达测距装置，一套(如：一路/两路/三路)综合通信天线，车内对应设置一套数据接收及处理单元。

38、数据接收及处理单元采用模块式设计，设置由sil4安全模块、sil2安全模块、sil0模块、音视频处理模块、可配置的多路无线模块、满足不同安全等级需求的i/o模块、通信模块、电源模块等，不同安全等级的模块，可以是一个或几个实体板卡，也可以是满足安全需求的虚拟化模块。

39、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

40、1、克服了现有机械连挂虚拟编组列车平均旅行速度低，避免了虚拟编组列车追踪间隔控制要求高、实时性要求极高、技术不成熟，会延长站台长度、大幅增加线路建设成本，及存在列车碰撞风险的问题。

41、2、无需设置全自动车钩及相配套的电钩，极大降低对车钩的要求，相同线路上的既有车辆车钩都能够实现机械连挂，利用这些既有车辆车钩进行机械连挂即可，只需要结合本方案增加车钩锁舌检测传感器。

42、3、在机械车钩连挂过程中，即可建立无线通信，编组效率高。

43、4、通过密钥对列车身份进行验证，避免在特殊轨道区域，联挂的列车无法正确识别彼此，联挂准确效率高。

44、5、列车救援方便，重联中的单个车故障时，只需断开无线通讯退出重联，并缓解或隔离故障车制动，即可实现故障车的快速救援。