一种智轨车辆仿真运行方法和系统与流程

本发明涉及智轨车辆领域，尤其涉及一种智轨车辆仿真运行模型实现方法。

背景技术：

随着城市交通拥堵问题日益突出，多种公共交通解决方案被提出，包括地铁、BRT、轻轨、智轨等。智轨列车是由中车株洲电力机车研究所有限公司研制的全新交通工具，设计最高时速为70公里，采用高铁柔性编组，利用“虚拟轨道跟随控制”技术在既定“虚拟轨迹”上运行，具有轻轨、地铁等轨道列车的零排放、无污染的特性，并支持多种供电方式。以智轨列车为核心运载工具的智能轨道快运系统具有建设周期短、基础设施投资小、城市适应性高、综合运力强等优势特点，具有较好的应用前景。

为优化智轨运营方案，需要先利用计算机软件仿真智轨车辆运行，因为智轨车辆采用虚拟轨道技术按照既定轨迹在路面运行，所以在利用计算机技术仿真车辆运行的过程中要区别于一般路面社会车辆，要按照轨道化专有路线运营车辆特性考虑实现仿真运行。目前并没有一套仿真运行智轨车辆的有效方案。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种智轨车辆仿真运行方法和系统，获得的仿真数据高度贴近真实情况，从而为智轨运营方优化改进运营方案提供参考。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种智轨车辆仿真运行方法，包括：

确定车辆运动模型，其中在车辆仿真运行的过程中将线路划分为多个长度不等的区段，每个区段设置一个限速值，当车辆进入或离开一个区段时更新仿真流程；

计算车辆最大速度；

计算车辆位移；

计算车辆运动时间；

更新车辆速度和位置。

根据本发明的智轨车辆仿真运行方法的一实施例，在计算车辆最大速度的步骤中，将每个区段所设置的限速值上设定为车辆最大速度。

根据本发明的智轨车辆仿真运行方法的一实施例，在计算车辆位移的步骤中，分六种运动过程计算位移s：

第一种，从离开站台到进入新区段：s＝length(S1)-x，其中Si表示车辆路径上所需区段{Si}，x表示车辆车头在所在区段所处的位置；

第二种，从进入新区段到进入新区段：s＝length(S1)；

第三种，从进入新区段到离开区段：其中Oi表示被占用区段{Oi}；

第四种，从离开区段到进入新区段：s＝length(S1)-x；

第五种，从离开区段到离开区段：s＝length(O1)；

第六种，从进入新区段到到达站台：s＝y，其中y表示站台与区段边界距离。

根据本发明的智轨车辆仿真运行方法的一实施例，在计算车辆运动时间的步骤中，通过车辆最大速度和车辆位移计算出车辆运动时间，并做如下约定公式与常量(1)～(4)：

(1)约定车辆在加速和减速的过程中做匀加速和匀减速运动，

(2)v1表示初始速度，v2表示最终速度，

(3)a代表加速度值，d代表减速度值，

(4)s＝v1t+1/2at²；

分为四种情况来计算车辆运动时间：

第一种情况，车辆加速过程到达最大限速值：

车辆在匀加速过程的运行时间

车辆在时间t0时间内运行位移为

车辆在最高限速值运行时间

车辆运行时间

第二种情况，车辆加速过程未到达最大限速值：

车辆全程匀加速运行，由匀加速公式导出车辆运行时间t；

第三种情况，车辆减速过程整个位移都用于制动：

车辆全程匀减速运行，车辆运行时间

第四种情况，车辆减速过程部分位移用于制动：

车辆在匀减速运行过程运行位移

车辆在最高限速运行时间

车辆运行时间

本发明还公开了一种智轨车辆仿真运行系统，包括：车辆运动模型设定模块、最大速度计算模块、位移计算模块、运动时间计算模块以及状态更新模块，其中：

车辆运动模型设定模块，用于设定车辆运动模型，其中在车辆仿真运行的过程中将线路划分为多个长度不等的区段，每个区段设置一个限速值，当车辆进入或离开一个区段时更新仿真流程；

最大速度计算模块，用于计算车辆最大速度；

位移计算模块，用于计算车辆位移；

运动时间计算模块，用于计算车辆运动时间；

状态更新模块，用于更新车辆速度和位置。

根据本发明的智轨车辆仿真运行系统的一实施例，在最大速度计算模块中，将每个区段所设置的限速值上设定为车辆最大速度。

根据本发明的智轨车辆仿真运行系统的一实施例，在位移计算模块中，分六种运动过程计算位移s：

第一种，从离开站台到进入新区段：s＝length(S1)-x，其中Si表示车辆路径上所需区段{Si}，x表示车辆车头在所在区段所处的位置；

第二种，从进入新区段到进入新区段：s＝length(S1)；

第三种，从进入新区段到离开区段：其中Oi表示被占用区段{Oi}；

第四种，从离开区段到进入新区段：s＝length(S1)-x；

第五种，从离开区段到离开区段：s＝length(O1)；

第六种，从进入新区段到到达站台：s＝y，其中y表示站台与区段边界距离。

根据本发明的智轨车辆仿真运行系统的一实施例，在运动时间计算模块中，通过车辆最大速度和车辆位移计算出车辆运动时间，并做如下约定公式与常量(1)～(4)：

(1)约定车辆在加速和减速的过程中做匀加速和匀减速运动，

(2)v1表示初始速度，v2表示最终速度，

(3)a代表加速度值，d代表减速度值，

(4)s＝v1t+1/2at²；

分为四种情况来计算车辆运动时间：

第一种情况，车辆加速过程到达最大限速值：

车辆在匀加速过程的运行时间

车辆在时间t0时间内运行位移为

车辆在最高限速值运行时间

车辆运行时间

第二种情况，车辆加速过程未到达最大限速值：

车辆全程匀加速运行，由匀加速公式导出车辆运行时间t；

第三种情况，车辆减速过程整个位移都用于制动：

车辆全程匀减速运行，车辆运行时间

第四种情况，车辆减速过程部分位移用于制动：

车辆在匀减速运行过程运行位移

车辆在最高限速运行时间

车辆运行时间

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过对智轨车辆的运行轨迹采用轨道化区段划分方法，并考虑了车辆本身长度，提高了车辆仿真运行数据精度。相较于现有技术，获得的仿真数据高度贴近真实情况，从而为智轨运营方优化改进运营方案提供参考。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明的智轨车辆仿真运行方法的一实施例的流程图。

图2示出了本发明的车辆运动模型的示意图。

图3示出了本发明的车辆移动位置参数的示意图。

图4至图7示出了在计算运动时间步骤中的四类情况的速度和时间的关系图。

图8示出了本发明的智轨车辆仿真运行系统的一实施例的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1示出了本发明的智轨车辆仿真运行方法的一实施例的流程，请参见图1，下面是对本实施例的运行方法的各个步骤的详细描述。

步骤S1：确定车辆运动模型。

车辆运动模型如图2所示，在车辆仿真运行的过程中，将线路划分为一个个长度不等的区段，每个区段设置一个限速值，当车辆进入或离开一个区段时更新仿真流程。

具体而言，如图2所示，在车辆从一种状态变化到另一种状态(即图2所示的离开车站、进入新区段、离开区段、达到下一站这四种状态)后，更新仿真流程是指车辆的位置和速度将被更新，每辆车包含2个相关联的区段集合：去往目的地路径所需的所有区段{Si}以及目前被车辆占用的所有区段{Oi}。

步骤S2：计算最大速度。

由于每个区段都设定了一个最大限速值，所以可将最大限速值设定为所允许的最大速度Vmax。

步骤S3：计算位移。

基于图2所示的动作过程描述，每一个箭头表示一个运动过程，再结合图3，可分为6种运动过程计算位移s：

1)从离开站台到进入新区段：s＝length(S1)-x，其中Si表示车辆路径上所需区段{Si}，x表示车辆车头在所在区段所处的位置；

2)从进入新区段到进入新区段：s＝length(S1)；

3)从进入新区段到离开区段：其中Oi表示被占用区段{Oi}；

4)从离开区段到进入新区段：s＝length(S1)-x；

5)从离开区段到离开区段：s＝length(O1)；

6)从进入新区段到到达站台：s＝y，其中y表示站台与区段边界距离。

步骤S4：计算运动时间。

通过步骤S3计算出的最大限速值和位移计算出运行时间，在仿真计算运行时间过程中需要用到如下约定公式与常量：

1)约定车辆在加速和减速的过程中做匀加速和匀减速运动；

2)v1表示初始速度，v2表示最终速度；

3)a代表加速度值，d代表减速度值；

4)s＝v1t+1/2at²。

分为四种情况来计算。

第一种情况：车辆加速过程到达最大限速值，如图4所示：

车辆在匀加速过程的运行时间

车辆在时间t0时间内运行位移为

车辆在最高限速值运行时间

车辆总运行时间

第二种情况：车辆加速过程未到达最大限速值，如图5所示：

由于车辆全程在匀加速运行，所以直接由匀加速公式导出运行时间t。

第三种情况：车辆减速过程整个位移都用于制动，如图6所示：

由于车辆在全程匀减速运行，所以运行时间

第四种情况：车辆减速过程部分位移用于制动，如图7所示：

车辆在匀减速运行过程运行位移

车辆在最高限速运行时间

车辆在此过程运行时间

步骤S5：更新车辆速度和位置。

智轨列车仿真运行系统在经历状态变化所需的时间t后，将计算所得的位移和状态变化后速度值赋值给车辆属性，实现车辆仿真运行。

图8示出了本发明的智轨车辆仿真运行系统的一实施例的原理，请参见图8，下面是对本实施例的系统的实现原理的详细描述。本实施例的系统包括：车辆运动模型设定模块、最大速度计算模块、位移计算模块、运动时间计算模块以及状态更新模块。

车辆运动模型设定模块用于确定车辆运动模型，车辆运动模型如图2所示，在车辆仿真运行的过程中，将线路划分为一个个长度不等的区段，每个区段设置一个限速值。当车辆进入或离开一个区段时更新仿真流程，车辆在每个区段的运动过程中分为两个动作考虑车辆本身长度。

具体而言，如图2所示，在车辆从一种状态变化到另一种状态(即图2所示的离开车站、进入新区段、离开区段、达到下一站这四种状态)后，更新仿真流程是指车辆的位置和速度将被更新，每辆车包含2个相关联的区段集合：去往目的地路径所需的所有区段{Si}以及目前被车辆占用的所有区段{Oi}。

最大速度计算模块用于计算最大速度。由于每个区段都设定了一个最大限速值，所以可将最大限速值设定为所允许的最大速度Vmax。

位移计算模块用于计算位移。基于图2所示的动作过程描述，每一个箭头表示一个运动过程，再结合图3，可分为6种运动过程计算位移s：

1)从离开站台到进入新区段：s＝length(S1)-x，其中Si表示车辆路径上所需区段{Si}，x表示车辆车头在所在区段所处的位置；

2)从进入新区段到进入新区段：s＝length(S1)；

3)从进入新区段到离开区段：其中Oi表示被占用区段{Oi}；

4)从离开区段到进入新区段：s＝length(S1)-x；

5)从离开区段到离开区段：s＝length(O1)；

6)从进入新区段到到达站台：s＝y，其中y表示站台与区段边界距离。

运动时间计算模块用于计算运动时间。通过最大速度计算模块和位移计算模块计算出的最大限速值和位移计算出运行时间，在仿真计算运行时间过程中需要用到如下约定公式与常量：

1)约定车辆在加速和减速的过程中做匀加速和匀减速运动；

2)v1表示初始速度，v2表示最终速度；

3)a代表加速度值，d代表减速度值；

4)s＝v1t+1/2at²。

分为四种情况来计算。

第一种情况：车辆加速过程到达最大限速值，如图4所示：

车辆在匀加速过程的运行时间

车辆在时间t0时间内运行位移为

车辆在最高限速值运行时间

车辆总运行时间

第二种情况：车辆加速过程未到达最大限速值，如图5所示：

由于车辆全程在匀加速运行，所以直接由匀加速公式导出运行时间t。

第三种情况：车辆减速过程整个位移都用于制动，如图6所示：

由于车辆在全程匀减速运行，所以运行时间

第四种情况：车辆减速过程部分位移用于制动，如图7所示：

车辆在匀减速运行过程运行位移

车辆在最高限速运行时间

车辆在此过程运行时间

状态更新模块用于更新车辆速度和位置。智轨列车仿真运行系统在经历状态变化所需的时间t后，将计算所得的位移和状态变化后速度值赋值给车辆属性，实现车辆仿真运行。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。