技术领域
[0001] 本
发明涉及列车运行控制系统领域，具体涉及用于列车控制系统车载ATP(Automatic Train Protection)系统的计算避免触发紧急停车的车载速度曲线的方法。
背景技术
[0002] 列车自动驾驶系统(Automatic Train Operation，简称ATO)，其主要功能是利用车载及地面信息对列车运行进行自动控制，实现列车自动调整运行速度并保持在最佳运行状态，完成定时、定点停车、自动
开关门控制等功能，可以降低司机的劳动强度，并最大限度地节约
能源。随着我国轨道交通事业的发展，ATO在城市轨道交通、城际轨道交通
信号系统等领域大量运用，其重要程度日渐凸显，特别是对其系统安全性、可靠性和可用性提出了更高的要求。
[0003] 《高速列车速度监控曲线研究》(ISSN:1673-4440CN:11-5423/U《，
铁路通信信号工程技术》杂志，2014年12月)描述了针对高速列车的速度监控曲线的一些研究，然而该文章中存在的问题为：生成的曲线不够平滑，从而可能造成列车减速过程中的
制动过度磨损。
发明内容
[0004] 提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0005] 根据本发明的一个
实施例，提供了一种用于计算列车的减速曲线的方法，所述方法包括：
[0006] 根据输入建立减速模型，所述输入包括地面设备相关输入信息和列车相关输入信息，所述减速模型包括多个速度－减速度对应分段；
[0007] 针对当前速度所对应的分段，确定二阶Bézier曲线的特征点；以及[0008] 基于所确定的特征点计算二阶Bézier曲线作为所述减速曲线。
[0009] 根据本发明的又一实施例，还提供了一种列车自动防护设备，包括：
[0010] 输入
接口，用于从外部设备接收输入信息，所述输入包括地面设备相关输入信息和列车相关输入信息；
[0011] 处理器，所述处理器被配置成：
[0012] 根据所述输入建立减速模型，所述减速模型包括多个速度－减速度对应分段；
[0013] 针对当前速度所对应的分段，确定二阶Bézier曲线的特征点；
[0014] 基于所确定的特征点计算二阶Bézier曲线作为所述减速曲线；以及[0015] 基于所述减速曲线计算要施加的减速度；以及输出接口，用于基于所计算出的减速度输出相应的列车制动指令。
[0016] 本发明的基于二阶Bézier曲线实时计算避免触发紧急停车的曲线方法，解决了以下的技术问题：
[0017] 1.确定根据不同的参数配置生成相对应的列车减速模型，并用于生成制动曲线。
[0018] 2.在减速模型的每段速度段中查找基于二阶贝塞尔(Bézier)曲线实时计算制动曲线的特征点。
[0019] 3.基于二阶Bézier曲线实时计算避免触发紧急停车的制动曲线。
[0020] 与
现有技术相比，本发明的实时计算避免触发紧急停车的车载速度曲线的方法能够解决现有技术中为寻求效率导致列车速度曲线不够平滑的问题，有效避免制动的过度磨损和节省牵引
能量。
[0021] 通过阅读下面的详细描述并参考相关联的
附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
[0022] 为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。
[0023] 图1是根据本发明的一个实施例的计算列车减速曲线的方法的
流程图。
[0024] 图2是根据本发明的一个实施例的减速模型的示意图。
[0025] 图3是根据本发明的一个实施例的对于减速模型进行处理的示例方法300的流程图。
[0026] 图4是根据本发明的一个实施例的获得线路的实际最限制速度曲线的示例方法的示意图。
[0027] 图5是根据本发明的一个实施例的获得二阶Bézier曲线所需特征点的示例方法的示意图。
[0028] 图6是根据本发明的一个实施例的将获得二阶Bézier曲线所需特征点的示例方法应用于计算速度曲线的示意图。
[0029] 图7是根据本发明的一个实施例的列车自动防护设备700的结构示意图。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。
[0031] 图1是根据本发明的一个实施例的计算列车减速曲线的方法100的流程图。
[0032] 方法100开始于102，根据输入建立减速模型。车载ATP设备要实现速度控制功能，需要外部设备提供相应的输入信息。外部输入信息主要包括地面设备相关输入信息和列车相关输入信息。地面设备相关输入信息也就是从轨旁发送消息(诸如无线消息或应答器报文)中获得的输入，这类输入包括但不限于：
[0033] (a)轨旁相关速度限制；
[0034] (b)坡度；
[0035] (c)制动抑制相关的轨道条件；
[0036] (d)无电区段相关的轨道条件；
[0037] (e)降低粘着条件；
[0038] (f)特定的速度和距离限制；以及
[0039] (g)国家值。
[0040] 列车相关输入信息也就是从列车数据中获得的输入，这类输入包括但不限于：
[0041] (a)牵引模型；
[0042] (b)制动模型或制动比率；
[0044] (d)特殊制动；
[0045] (e)常用制动；
[0046] (f)切牵引接口；
[0047] (g)车载修正因子；
[0049] (i)列车长度；
[0050] (j)速度和距离监控的固定值；以及
[0051] (k)列车相关速度限制(比如最大列车速度)。
[0052] 根据以上的输入可建立减速模型，例如可以根据各输入分段绘制如图2所示的减速模型。
[0053] 图2是根据本发明的一个实施例的示例性减速模型的示意图。图2中横轴为列车实时速度V(km/h)，纵轴为计算出的列车制动的减速度(m/s2)。在图2中可以看到，该示例减速模型中曲线包括多个速度－减速度对应分段，并且被分为5段。可选地，如果速度和减速度对应的分段过多，则需要对其进行预处理，将减速度接近的合并为一段。合并后的减速度值按合并前的各分段中的最小值计算，以确保安全。
[0054] 图3是根据本发明的一个实施例的对于减速模型进行处理的示例方法300的流程图。
[0055] 方法300开始于步骤302，确定输入。此处的输入可以是如之前结合图1描述的地面设备相关输入信息和列车相关输入信息。
[0056] 接着，方法300前进至步骤304，获得速度和减速度对应表。速度和减速度对应表可以是如图2所描述的基于步骤302中所确定的输入计算出的减速模型。
[0057] 随后，方法300前进至步骤306，判断减速模型中包含的分段是否过多，例如是否大于预定
阈值。根据本发明的一个实施例，减速模型可被设置为最多分为7段。因此，在该步骤中可以判断减速模型中包含的分段是否大于7段。
[0058] 如果包含的分段大于预定阈值(“是”，例如，大于7段)，则方法300前进至步骤308，合并减速度接近的相邻分段，合并后的分段的减速度值取合并前的各分段中的最小值。步骤308可进一步包括基于判断相邻分段的减速度的差是否小于预定阈值来判断相邻分段的减速度是否接近。该阈值可以根据实际情况进行适当地设置。在合并了减速度接近的相邻分段之后，方法300结束。
[0059] 另一方面，如果包含的分段小于等于预定阈值(“否”，例如，小于等于7段)，则意味着不需要进行分段合并，则方法300结束。
[0060] 重新回到图1，如背景技术中提到的，如果按照图2所计算出的减速模型进行车速控制，则存在曲线不平滑的问题，例如在各个速度分段的边界，施加的减速度会产生骤变。为了克服这一问题，本发明的方法对这一减速模型进行进一步平滑处理。更具体地，方法
100前进至步骤104，针对当前车速所对应的分段确定二阶Bézier曲线特征点。更具体地，在一个实施例中，在确定二阶Bézier曲线特征点时需要针对静态线路最限制速度曲线(Most Restrictive Speed Profile)MRSP的每一个速度段中来查找基于二阶Bézier曲线实时计算出的制动曲线的特征点。
[0061] 图4是根据本发明的一个实施例的线路的实际最限制速度曲线的示意图。如图4中所示，横轴代表位置(以距离d表示)，纵轴代表速度V。在图4中，存在针对不同种类的列车的速度限制曲线。MRSP则是由任意给
定位置处的各速度限制中的最小值构成的曲线。
[0062] 图5是根据本发明的一个实施例的二阶Bézier曲线的特征点的示意图。如图5所2 2
示，设P0、P0 、P2是一条抛物线上顺序三个不同的点。若P0和P2点的两切线交于P1点，在P0 点的切线交P0P1和P2P1于P01和P11，使下比例成立：
[0063]
[0064] 则该曲线为二阶Bézier曲线。
[0065] 当P0、P2固定，引入参数t，令上述比值为t:(1-t)，即有：
[0066] P01＝(1-t)*P0+t*P1；P11＝(1-t)*P1+t*P2；P02＝(1-t)*P01+t*P11；
[0067] 二阶Bézier曲线上的点即可以通过公式P02＝(1-t)2*P0+2t*(1-t)*P1+t2*P2得出，其中t的范围为0～1。
[0068] 回到图1中的步骤104，计算需要施加的减速度就必需考虑距离和速度的限制，即在当前线路位置开始的多少距离内要从当前速度减速到多少速度，并相应地计算平滑的减速曲线。因此，步骤104中的确定二阶Bézier曲线所需的特征点可如下所述地针对每个速度下降点获得二阶Bézier曲线所需的特征点。图6是根据本发明的一个实施例的将上述的获得二阶Bézier曲线所需特征点的示例方法应用于计算速度曲线的示意图。如图6所示，所需的二阶Bézier曲线特征点为P0、P1、P2，其中P0为当前段MRSP中按减速模型提取的最小减速度推导出的最早需要开始减速的列车位置，P1为当前段和下一段MRSP分段的交点，P2为下一段MRSP的起点。
[0069] 回到图1，在步骤104获得二阶Bézier曲线特征点后(即图6中的P0、P1、P2)，方法100前进至步骤106，基于二阶Bézier曲线实时计算二阶Bézier曲线作为减速曲线。更具体地，在确定二阶Bézier曲线特征点后(例如图6中的P0、P1、P2)，根据公式P02＝(1-t)2*P0+2t*(1-t)*P1+t2*P2(t的范围为0～1)计算得出曲线上的所有点，该曲线即为平滑高效的列车制动曲线，从而避免触发紧急停车。由图6可看出，本发明提供给ATP使用的制动曲线要比实际使用所有位置的
加速段倒推获得的制动曲线更平滑，而且计算过程更为简单高效。在计算出列车制动曲线之后，方法100结束。随后，列车即可基于该减速曲线计算出需要施加的减速度，从而控制列车平稳减速。
[0070] 作为可选实施例，可进一步针对紧急制动和常用制动分别建立减速模型。更具体地，可根据本发明的
算法分别使用急制动减速度和常用制动减速度来计算紧急制动减速EBD(Emergency Brake Deceleration)曲线、常用制动减速SBD(Service Brake Deceleration)曲线，并根据EBD曲线和SBD曲线确定紧急制动干预曲线EBI(Emergency Brake Intervention)曲线、常用制动干预曲线SBI(Service Brake Intervention)曲线、允许速度P(Permitted speed)曲线、报警W(Warning)曲线和提示I(Indication)曲线。
[0071] 图7是根据本发明的一个实施例的列车自动防护设备700的结构示意图。如图7中所示，列车自动防护设备700至少包括输入接口702、处理器704、以及输出接口706。
[0072] 输入接口702可用于从外部设备接收输入信息。如之前描述的，输入信息包括地面设备相关输入信息和列车相关输入信息。
[0073] 处理器704可被配置成执行列车减速曲线的计算。例如，如之前结合图1描述的，执行列车减速曲线的计算可包括根据所述输入建立减速模型，其中所述减速模型可包括多个速度－减速度对应分段，针对当前速度所对应的分段，确定二阶Bézier曲线的特征点，以及基于所确定的特征点计算二阶Bézier曲线作为所述减速曲线。处理器704可被进一步配置成基于该减速曲线计算出需要施加的减速度。
[0074] 输出接口706可用于基于计算出的减速度输出列车制动指令，用于实施列车的平稳减速。
[0075] 以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附
权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、
修改和变化。
