基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法。该方法包括：在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型；根据移动闭塞时空占用带模型与列车区间运行速度‑距离曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度；根据所述列车区间运行过程的关键速度建立列车追踪运行的移动闭塞时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线；根据列车追踪运行的最佳运行线控制列车运行。本发明专利技术的方法采用移动闭塞时空占用带模型，可以最大限度利用轨道资源，提升线路运能；可用于列车运行控制系统，指导移动闭塞模式下高速列车安全、高效、节能追踪运行。

【技术实现步骤摘要】
基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法
本专利技术涉及高速列车运行控制
，尤其涉及一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法。
技术介绍
铁路运输因运输能力比较大、运输速度比较快、安全程度比较高、运输成本比较低、受天气影响比较小等优点，在我国旅客、货物运输的发展历程中，长期处于重要的骨干地位。近年来，高速铁路以其运输能力大、安全舒适、节能环保和全天候运输等优势，为越来越多的国家所重视，成为世界铁路发展的重要趋势和交通运输现代化的重要标志之一。截止2019年底，国内高铁营运里程已经达到3.5万公里。伴随着高速铁路的快速发展，客运需求也日益增长，更加先进的移动闭塞也成为了列车运行控制模式的发展方向。移动闭塞模式下高速列车追踪运行是一个需要同时满足安全、节能、正点等要求的多目标优化过程，该过程中各个目标之间是相互制约与影响的。缩短列车追踪间隔，一方面增大了线路的运能，但另一方面也给列车安全追踪运行过程带来了挑战。因此，如何从时间和空间利用上，更加充分合理利用轨道资源是列车追踪运行的核心问题。综合考虑运行时间成本和能耗成本，从轨道资源时空利用的角度合理规划列车追踪过程的运行线，并在线调整区间追踪策略，其本质是多约束多目标的优化问题。目前，现有技术中还没有针对基于时空占用带的高速列车追踪运行方法进行深入研究。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法，以指导移动闭塞模式下高速列车安全、高效、节能追踪运行。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法，包括：在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型；根据所述移动闭塞时空占用带模型与列车运行“速度-距离”曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度；根据所述列车区间运行过程的关键速度建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线；根据所述列车追踪运行的最佳运行线控制列车运行。优选地，所述的在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型，包括：在列车出发前，以列车运行“距离-时间”曲线作为目标对象，建立移动闭塞时空占用带模型，根据所述时空占用带模型计算列车在任意位置s处的闭塞占用时间tm(s)，所述闭塞占用时间由预占用时间tm,1(s)和占用缓解时间tm,2(s)两部分组成，所述预占用时间tm,1(s)包括：占用前信号系统反映时间、司机反应时间和减速制动时间，所述占用缓解时间tm,2(s)包括：解除占用信号系统反应时间和整个车长出清轨道时间；其中，tl表示占用前信号系统反映时间，tr表示司机反应时间，v(s)为该位置处的速度，b表示制动减速度，tu表示解除占用信号系统反应时间，lt表示列车车长。根据每一位置的闭塞占用时间计算，得到列车整个运行区间时空占用带上下限TAB(s)。优选地，所述的根据所述移动闭塞时空占用带模型与列车区间运行“速度-距离”曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度，包括：考虑列车发车以及进站咽喉区过岔速度的限制，建立列车“速度-距离”曲线和移动闭塞时空占用带模型之间的关系，将列车区间运行优化过程表述为8个运行阶段：启动加速阶段、出站咽喉匀速阶段、牵引加速阶段、区间巡航阶段、区间惰行阶段、近站制动阶段、进站咽喉匀速阶段和站内停车阶段，所述8个运行阶段由4个关键速度确定，V＝(vswvcrvcovbs)，vsw表示出站咽喉速度，vcr表示站间巡航速度，vco表示惰行末速度，vbs表示进站咽喉速度。优选地，所述启动加速阶段，为列车从静止开始启动加速至出站咽喉速度vsw，为出站咽喉道岔侧向允许速度；所述出站咽喉匀速阶段，为列车以速度vsw匀速通过咽喉区；所述牵引加速阶段，为列车在该阶段加速，速度从vsw提升到站间巡航速度vcr，牵引末速度vcr＜vmax，vmax为当前线路限速；所述区间巡航阶段，为列车在该阶段巡航，以巡航速度vcr匀速通过；所述区间惰行阶段，为列车在该阶段惰行，经过惰行工况后，列车的速度由vcr降为惰行末速度vco；所述进站咽喉匀速阶段，为列车近站制动，速度由vco降低到进站咽喉速度vbs，受咽喉区道岔侧向限速的限制，需满足为进站咽喉区道岔侧向限速；所述进站咽喉阶段，为列车以速度vbs匀速通过咽喉区；所述站内停车阶段，为列车制动在站内停车。优选地，所述的根据所述列车区间运行过程的关键速度建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线，包括：根据移动闭塞时空占用带模型和所述列车区间运行过程的关键速度得到整个区间的前行列车的占用带上下限曲线以及追踪列车的占用带的上下限所述先行列车和追踪列车的时空占用带分别由各自的4个速度决策变量和列车追踪的间隔时间Ihf决定；根据所述前行列车的由包围的时空占用带和追踪列车的由包围的时空占用带建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，得到列车在站间同方向追踪优化问题的决策变量：X＝[IhfVhVf]1×9，所述决策变量X将每个列车站间运行“速度-距离”曲线划分为所述的8个阶段，所述列车追踪过程的安全约束满足所述列车追踪的间隔时间Ihf须同时满足大于列车车站发车追踪间隔Id，列车区间追踪发车间隔Ib，以及列车车站到达追踪间隔Ia，即Ihf＞Imin＝max{Id,Ib,Ia}，所述列车车站发车追踪间隔Id是指从先行列车发车时起，至该站同方向再发车时的间隔时间；所述列车区间追踪间隔Ib是指列车追踪运行时的最小间隔时间；列车车站到达追踪间隔Ia是指从先行列车到站时起，至同方向后行列车到站时止的最小时间间隔；求解所述列车追踪优化问题获取列车运行前的列车追踪运行的最佳运行线，该最佳运行线为“距离-时间”曲线。优选地，所述的方法还包括：建立列车追踪运行优化的模型描述为：min[E(X),T(X)]性能指标约束：列车运行状态更新约束：关键速度约束：追踪间隔初始约束：Ihf＞Imin＝max{Id,Ib,Ia}时空占用带约束：sA≤s≤sB其中，Eh,Th,Ef,Tf分别表示前后列车的运行的能耗和时间，其中sk，vk和tk分别表示第k个采样间隔末列车运行的位置、速度和时刻；M为列车的质量；γ表示列车回转质量系数；Ft(v)和Br(v)分别表示列车在速度为v时的最大牵引力和最大常用制动力，由列车的牵引、制动特性确定；R(vk,sk)表示列车行驶过程中和当前速度、线路条件相关的阻力uf,ub∈[0,1]分别表示牵引和制动系数；在列车追踪运行过程中，获取前行列车和追踪列车的静态数据和动态数据，所述静态数据包括列车的牵引、制动性能特性参数，所述动态数据包括列车的当前位置、速度、剩余里程、位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法，其特征在于，包括：/n在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型；/n根据所述移动闭塞时空占用带模型与列车运行“速度-距离”曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度；/n根据所述列车区间运行过程的关键速度建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线；/n根据所述列车追踪运行的最佳运行线控制列车运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移动闭塞时空占用带模型的列车追踪运行优化方法，其特征在于，包括：
在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型；
根据所述移动闭塞时空占用带模型与列车运行“速度-距离”曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度；
根据所述列车区间运行过程的关键速度建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线；
根据所述列车追踪运行的最佳运行线控制列车运行。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在列车出发前，建立移动闭塞时空占用带模型，包括：
在列车出发前，以列车运行“距离-时间”曲线作为目标对象，建立移动闭塞时空占用带模型，根据所述时空占用带模型计算列车在任意位置s处的闭塞占用时间tm(s)，所述闭塞占用时间由预占用时间tm,1(s)和占用缓解时间tm,2(s)两部分组成，所述预占用时间tm,1(s)包括：占用前信号系统反映时间、司机反应时间和减速制动时间，所述占用缓解时间tm,2(s)包括：解除占用信号系统反应时间和整个车长出清轨道时间；



其中，tl表示占用前信号系统反映时间，tr表示司机反应时间，v(s)为该位置处的速度，b表示制动减速度，tu表示解除占用信号系统反应时间，lt表示列车车长。
根据每一位置的闭塞占用时间计算，得到列车整个运行区间时空占用带上下限TAB(s)。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述移动闭塞时空占用带模型与列车区间运行“速度-距离”曲线之间的关系，获取列车区间运行过程的关键速度：出站咽喉速度、站间巡航速度、惰行末速度和进站咽喉速度，包括：
考虑列车发车以及进站咽喉区过岔速度的限制，建立列车“速度-距离”曲线和移动闭塞时空占用带模型之间的关系，将列车区间运行优化过程表述为8个运行阶段：启动加速阶段、出站咽喉匀速阶段、牵引加速阶段、区间巡航阶段、区间惰行阶段、近站制动阶段、进站咽喉匀速阶段和站内停车阶段，所述8个运行阶段由4个关键速度确定，V＝(vswvcrvcovbs)，vsw表示出站咽喉速度，vcr表示站间巡航速度，vco表示惰行末速度，vbs表示进站咽喉速度。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述启动加速阶段，为列车从静止开始启动加速至出站咽喉速度vsw，为出站咽喉道岔侧向允许速度；
所述出站咽喉匀速阶段，为列车以速度vsw匀速通过咽喉区；
所述牵引加速阶段，为列车在该阶段加速，速度从vsw提升到站间巡航速度vcr，牵引末速度vcr＜vmax，vmax为当前线路限速；
所述区间巡航阶段，为列车在该阶段巡航，以巡航速度vcr匀速通过；
所述区间惰行阶段，为列车在该阶段惰行，经过惰行工况后，列车的速度由vcr降为惰行末速度vco；
所述进站咽喉匀速阶段，为列车近站制动，速度由vco降低到进站咽喉速度vbs，受咽喉区道岔侧向限速的限制，需满足为进站咽喉区道岔侧向限速；
所述进站咽喉阶段，为列车以速度vbs匀速通过咽喉区；
所述站内停车阶段，为列车制动在站内停车。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据所述列车区间运行过程的关键速度建立移动闭塞下列车追踪运行的时空占用带模型，获取列车追踪运行的最佳运行线，包括：
根据移动闭塞时空占用带模型和所述列车区间运行过程的关键速度得到整个区间的前行列车的占用带上下限曲线以及追踪列车的占用带的上下限所述先行列车和追踪列车的时空占用带分别由各自的4个速度决策变量和列车追踪的间隔时间Ihf决定；
根据所述前行列车的由包围的时空占用带和追踪列车的由包围的时空占用带建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官伟，盛昭，蔡伯根，宋鸿宇，王剑，陆德彪，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11