專利名稱：軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于移動閉塞條件下的一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，屬于計算機程序控制技術領域。
背景技術：
近年來，隨著數(shù)據(jù)通訊及計算機技術的飛速發(fā)展，基于移動閉塞信號控制系統(tǒng)的軌道交通問題受到了極大的關注。移動閉塞的信號控制系統(tǒng)是根據(jù)前方列車的實際位置和速度來確定后繼列車的允許位置以及允許速度等等，以此使追蹤列車的間隔大大減少，并在保證交通安全的基礎上提高道路的通行能力。
在軌道交通系統(tǒng)中，無論是干線鐵路交通，還是城市地鐵和輕軌，列車控制系統(tǒng)都具有非常重要的作用，它是軌道交通系統(tǒng)的大腦與中樞系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，有關移動閉塞條件下列車控制系統(tǒng)的研究在理論上積累的資料還很不足，有關信號控制系統(tǒng)的技術還需要借助于計算機的模擬研究。目前，主要的模擬方法有基于基本模型的模擬方法、基于時間模型的模擬方法和基于事件模型的模擬方法。使用基本模型，當路軌導電環(huán)長度較小時，連續(xù)的剎車圖是一種合理的近似。基于時間的方法，容易設計和建立模擬模型，但對計算的內存要求較高?；谑录姆椒軌蚬?jié)省計算的內存，但在某種程度上降低了模擬的精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決上述技術問題，提供一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，它是建立在元胞自動機交通模型的基礎上。該模擬控制系統(tǒng)用來分析各種條件下的列車運行狀況，測試信號控制系統(tǒng)以及改善信號控制系統(tǒng)的性能，同時該系統(tǒng)還可以用來訓練駕駛員的操作和考核。
本發(fā)明的技術方案一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，含有以下步驟；步驟1在列車運行模擬控制方法中，調度中心根據(jù)列車運行圖，也即運行計劃，產生調度命令，并通過無線中繼設備下達給在線路上行使的列車；步驟2每列列車將自己的位置、方向以及速度參數(shù)等傳送給調度中心；步驟3調度中心接受列車的參數(shù)信息，判斷在任意時刻該區(qū)段的所有列車的位置，以便知道列車是否按運行圖運行；步驟4每列列車與它的前方列車和后續(xù)列車保持聯(lián)系，交換信息，根據(jù)調度中心的調度命令，確保列車按規(guī)定速度運行，并保持安全的追蹤距離。
在調度中心的指揮下，列車在行使過程中，加速和減速的規(guī)則是(1)當前方為一輛正在行使的列車時，如果前后列車之間的距離大于安全距離，則后繼列車加速，如果前后列車之間的距離小于安全距離，則后繼列車減速，否則，后繼列車保持速度不變；(2)當列車的前方為一車站時，如果車站的防護段還沒有清空，則列車和車站之間保持安全距離，如果車站的防護段已經(jīng)清空，則列車通過減速進入車站。根據(jù)元胞自動機原理，軌道以及列車運行的速度和時間均被離散化。
列車在行使過程中，速度變化具體的規(guī)則是條件I列車在追蹤過程中，即第n輛車的前方為第n-1輛車步驟1加速當Δxn＞dnvn＝min(vn+a，vmax)當Δxn＜dnvn＝max(vn-b，0)否則vn＝vn步驟2減速vn＝min(vn，gap)步驟3位移xn＝xn+vn
條件II第n輛車的前方是車站(1)車站防護段沒有清空，更新規(guī)則同條件I(2)車站防護段已經(jīng)清空步驟1加速當Δxn＞xcvn＝min(vn+a，vmax)當Δxn＜xcvn＝max(vn-b，0)否則vn＝vn步驟2減速vn＝min(vn，gap)步驟3位移xn＝xn+vn式中Δxn前后列車之間的距離xn列車車頭所在的位置dn最小安全距離vn列車的速度
a列車的加速度b列車的減速度xc制動距離gap列車與前方目標點之間的距離以上規(guī)則，可以用一些常用的計算機語言去實現(xiàn)，例如，C++語言以及Matlab語言。作為特例，該模擬方法是用來模擬單線及單向的軌道交通系統(tǒng)中，列車的運行狀況。對于復雜條件下的交通，能夠通過修改以上的規(guī)則來實現(xiàn)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供一種移動閉塞條件下，列車信號的模擬控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是(1)在確保交通安全的條件下，縮小列車之間的安全距離，提高線路的通行能力；(2)因為該系統(tǒng)在時間、空間以及速度上均為離散化，且運行速度快，因而適合于大規(guī)模的計算機模擬；(3)該模擬方法仿真度高，能實時顯示列車的運行狀況；(4)易于硬件實現(xiàn)，費用低，應用范圍廣。


圖1移動閉塞條件下列車信號控制系統(tǒng)示意圖；圖2追蹤列車運行過程中的位置-時間關系；圖3追蹤列車運行過程中的位置-速度關系；圖4最小安全時間間隔與最大速度的變化關系；圖5程序流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式做一詳細的描述。
實施例1；在軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法中，模擬系統(tǒng)包括四個部分車站、車載部分、軌道交通沿線部分和調度中心。車載部分為安裝在列車上的測速系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及列車檢測系統(tǒng)等車載設備，軌道交通沿線部分為安裝在軌道沿線的地面?zhèn)鞲衅?、記錄及顯示系統(tǒng)等設備，系統(tǒng)控制中心也就是調度中心。圖1所示為移動閉塞條件下，列車信號控制系統(tǒng)示意圖。圖1中，假設列車的長度為100米，列車的加速度和制動速度皆為1米/秒2，列車的最大速度為20米/秒，安全距離為60米。
模擬過程中，軌道交通沿線的傳感器主要完成列車信息的采集，并傳輸給列車自身的車載系統(tǒng)，列車1和列車2通過自身的車載系統(tǒng)精確測定列車車頭所在的位置，并通過車站將有關數(shù)據(jù)通過無線中繼設備實時傳送到地面調度中心。地面調度中心根據(jù)列車的長度確定列車1和列車2尾部的精確位置，并進一步確定列車在追蹤運行過程中的目標點。以此目標點計算出列車行使的速度，并通過車站將控制命令實時發(fā)送給追蹤列車。最后由車載系統(tǒng)實時控制列車的行使速度，以確保列車運行安全。
圖1中，當列車1和列車2之間的距離大于安全距離時，則列車1加速，如果它們之間的距離小于安全距離，則列車1減速，否則列車1保持原來的速度不變。當車站的防護段還沒有清空時，列車2和車站之間保持安全距離，如果車站的防護段已經(jīng)清空，則列車2通過減速進入車站。經(jīng)過一定的停留時間之后離開車站。
實驗模擬在模擬的過程中，如果兩輛緊鄰列車的距離小于60米，則前后列車將通過控制信號彼此產生相互影響，后面緊跟列車將被迫減小速度甚至停車。圖2所示為列車運行的軌跡，它表示列車運行期間的位置和時間之間的變化關系。該圖2中，水平線對應零速度，這就意味著列車在這一段時間內保持位置不變，也就是說列車停留在軌道的某個位置。從圖2中，可以明顯地觀察到若干條水平線，其中一條是由于列車在車站停靠而形成的，其余的是由于列車被延遲而形成的停停走走的現(xiàn)象。這和實際交通中，列車運行的特點一致。
在車站附近，列車具有較為復雜的加速和減速行為。當車站被前方列車占據(jù)的時候，緊鄰車站后面的列車或者處在安全距離以外，或者?？吭谲囌厩胺降哪骋晃恢?。當車站沒有被其它列車占據(jù)的時候，該車將通過逐漸減速進入車站。圖3所示為列車在進站過程中速度隨距離的變化關系。從該圖可以看到，列車以最大速度向車站行駛，當列車與車站間的距離較小時，列車將逐漸減速最后?？吭谲囌?，即速度為零。當?？繒r間達到規(guī)定的時間后，該車逐漸加速離開車站?？偟膩碚f，?？繒r間越長，速度-距離的變化曲線越復雜。這和實際交通中，列車運行的特點相吻合。
應用本發(fā)明提供的模擬控制系統(tǒng)，模擬移動閉塞條件下，列車的運行狀況。記錄下列車在站點的最小安全時間間隔。為了得到列車在站點的最小安全時間間隔，列車在站點的停留時間被設得較大。圖4所示為測量得到的結果，它表示列車在站點的安全時間間隔隨最大速度的變化。圖中實線為理論值，虛線為測量值。從圖4中可以看出，理論得到的結果和實際模擬得到的結果能很好地吻合。由此說明，該模擬控制系統(tǒng)能成功地用來模擬實際的列車信號控制系統(tǒng)。
實施例2；如圖5的程序流程圖；軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法的步驟有步驟1初始化數(shù)據(jù)；步驟2在一個時間步長內，檢測列車的速度和所在的位置；步驟3計算列車與前方目標點的距離，前方目標點包括前車或前方站點所在的位置；步驟4在列車與前方目標點的距離以及安全距離的基礎上，根據(jù)模擬模型的規(guī)則，計算追蹤列車的速度；步驟5確定列車在下一時刻的位置；步驟6完成了列車在一個時間步長內的追蹤過程，判斷是否停止開關；若是轉至步驟8；若否轉至步驟7；步驟7時間步長增加1，轉至步驟2；步驟8程序結束。
所模擬的是單線軌道的列車追蹤運行，列車區(qū)間或站內的追蹤過程為在一個時間步長內，列車首先測定自己的位置和速度。然后，計算列車與前方目標點的距離，前方目標點包括前車或前方站點所在的位置。在列車與前方目標點的距離以及安全距離的基礎上，根據(jù)模擬模型的規(guī)則，計算追蹤列車的速度，并進一步確定列車在下一時刻的位置。以上便完成了列車在一個時間步長內的追蹤過程。
權利要求
1.一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，其特征在于含有以下步驟；步驟1調度中心根據(jù)列車運行圖，也即運行計劃，產生調度命令，并通過無線中繼設備下達給在線路上運行的列車；步驟2每列列車將自己的位置、方向以及速度參數(shù)等傳送給調度中心；步驟3調度中心接受列車的參數(shù)信息，判斷在任意時刻該區(qū)段的所有列車的位置，以便知道列車是否按運行圖運行；步驟4每列列車與它的前方列車和后續(xù)列車保持聯(lián)系，交換信息，根據(jù)調度中心的調度命令，確保列車按規(guī)定速度運行，并保持安全的追蹤距離。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，其特征在于；(1)列車在追蹤過程中的速度和位置當列車和前方列車之間的距離大于安全距離時，vn＝min(min(vn+a，vmax)，gap)；當列車和前方列車之間的距離小于安全距離時，vn＝min(max(vn-b，0)，gap)；否則，vn＝min(vn，gap)；xn＝xn+vn；(2)列車的前方為一車站，當車站防護段還沒有清空時，列車和站點之間保持安全距離；當車站防護段已經(jīng)清空時，列車直接進入車站。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道交通移動閉塞信號模擬控制方法，該模擬系統(tǒng)適用于分析各種條件下的列車運行狀況，測試信號控制系統(tǒng)以及改善信號控制系統(tǒng)的性能。模擬過程中，每列列車都把自己的位置、方向以及速度等傳送給調度中心，調度中心則根據(jù)列車運行圖，通過無線中繼設備將調度指令下達給在線路上行使的列車。這樣在調度中心的指引下，每輛列車根據(jù)模型規(guī)則確定當前的加速度和減速度。本模擬系統(tǒng)仿真度高，能實時顯示列車的運行狀況，而且規(guī)則靈活，易于修改以適合于不同交通條件下的模擬。
文檔編號G06F19/00GK1718488SQ200510012220
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權日2005年7月19日
發(fā)明者李克平, 高自友, 寧濱, 唐濤 申請人:北京交通大學