一种基于物联网的铁路机车自动控制系统的制作方法

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于物联网的铁路机车自动控制系统。

背景技术：

铁路机车，具有动力以牵引或推送其他铁路车辆运行于铁路上，本身不装载营业载荷的自推进车辆。机车是利用蒸汽机、柴油机、牵引电动机或其他动力机械产生的动力，通过机车传动装置驱动动轮(驱动轮)，借助动轮和钢轨之间有一定的黏着力而产生推动力(即机车牵引力)。机车产生的牵引力克服列车阻力，可拖动比它自身重量大10倍或20倍以上的车列。机车和铁路车辆上都装有制动装置，以便运行时能随时减速或停止运行。

公开号cn111997732a公开了一种基于分布感知的铁路机车控制系统，包含设置于机车上的数据采集单元、数据存储分析单元和机车微机，其中，数据采集单元配置为采集路段信息、工况信息、机车状态信息和控制参数；数据存储分析单元与数据采集单元和机车微机通信连接，并配置为：储存路段信息、工况信息和机车状态信息；分析路段信息、工况信息和机车状态信息以优化控制策略，其中，控制策略限定对应于规定路段和规定工况的控制参数；将优化后的控制策略推荐给机车微机；机车微机配置为依据优化后的控制策略对机车进行控制。采用该发明的铁路机车控制系统可依据路段信息、工况信息执行最优控制策略。

现有的铁路机车自动控制系统存在的缺陷是：不能根据机车行驶的实时状态以及路段状态进行综合分析并实时预警和调控进行自动控制的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于物联网的铁路机车自动控制系统，本发明所要解决的技术问题为：

如何解决现有方案中不能根据机车行驶的实时状态以及路段状态进行综合分析并实时预警和调控进行自动控制的问题；利用运行采集模块采集机车的行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据，利用定位模块获取机车行驶的坐标并将其组合得到第一坐标集，获取机车行驶的路段坐标、信号灯坐标和停靠站坐标并将其分类组合得到第二坐标集，通过采集机车行驶的状态数据和路段数据以及坐标数据并进行处理，可以为机车运行预警和调控的提供有效的数据支撑；利用数据处理模块接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理；通过将各个数据进行处理便于进行计算提高数据的处理效率和关联性；利用数据分析模块接收行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据以及第一坐标集和第二坐标集并进行分析操作；通过对各个数据进行计算获取机车行驶的自控值并进行分析，可以使得各个数据之间建立联系为机车的预警和调控提供数据支持；利用对比判断模块接收自控排序集并对机车的行驶进行判断；利用预警调控模块接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控；通过分析和计算得到调控系数并获取调控系数关联的调控比值对机车的运行进行调节实现自动控制的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于物联网的铁路机车自动控制系统，包括运行采集模块、定位模块、数据处理模块、数据分析模块、对比判断模块和预警调控模块；

所述运行采集模块用于采集机车的行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据，将行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据一同发送至数据处理模块；

所述定位模块用于获取机车行驶的坐标并将其组合得到第一坐标集，获取机车行驶的路段坐标、信号灯坐标和停靠站坐标并将其分类组合得到第二坐标集，将第一坐标集和第二坐标集发送至数据分析模块；

所述数据处理模块用于接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理，得到行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据，并将其一同发送至数据分析模块；

所述数据分析模块用于接收行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据以及第一坐标集和第二坐标集并进行分析操作，得到自控排序集，将自控排序集发送至对比判断模块；

所述对比判断模块用于接收自控排序集并对机车的行驶进行判断，具体的步骤包括：

步骤一：接收自控排序集，将预设的标准自控阈值标记为z0，将自控排序集中排序的自控值qzk分别与标准自控阈值进行对比判断；

步骤二：若qzk＜z0，则判定行驶的机车在该路段无需进行调整并生成第一判断信号；若qzk≥z0，则判定行驶的机车在该路段需要进行调整并生成第二判断信号，根据第二判断信号将该自控值对应的机车速度、天类预设值、路段权重和信号预设值依次标记为待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值；

步骤三：将第一判断信号和第二判断信号以及第二判断信号对应的待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值组合得到数据分析集并发送至预警调控模块；

所述预警调控模块用于接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控。

优选的，所述数据处理模块用于接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理具体步骤包括：

s21：接收行驶类型数据，设定不同的机车类型对应不同的机类预设值，将行驶类型数据中的机车类型与所有的机车类型进行匹配获取对应的机类预设值并将其标记为jli,i＝1,2,3...n；获取行驶类型数据中机车类型对应的标准载重并将其标记为bzi,i＝1,2,3...n；将机车类型与其对应的机类预设值以及标准载重进行分类组合得到行驶类型处理数据；

s22：接收行驶环境数据，设定不同的天气类型对应不同的天类预设值，将行驶环境数据中的天气类型与所有的天气类型进行匹配获取对应的天类预设值并将其标记为tli,i＝1,2,3...n；将天气类型与其对应的天类预设值组合得到行驶环境处理数据；

s23：接收行驶路段数据，设定不同的行驶路段对应不同的路段权重，将行驶路段数据中的路段与所有的行驶路段进行匹配获取对应的路段权重并将其标记为lqi,i＝1,2,3...n；将行驶路段数据中的路段与其对应的路段权重进行组合得到行驶路段处理数据；

s24：接收行驶信号数据，设定不同的信号灯对应不同的信号预设值并将其标记为xli,i＝1,2,3...n；将行驶信号数据中的信号灯与其对应的信号预设值进行组合得到行驶信号处理数据。

优选的，所述数据分析模块进行分析操作的具体步骤包括：

s31：获取行驶类型处理数据中标记的机类预设值jli和标准载重bzi、行驶环境处理数据中标记的天类预设值tli、行驶路段处理数据中标记的路段权重lqi、行驶信号处理数据中标记的信号预设值xli并进行归一化处理取值；

s32：获取第一坐标集中机车行驶的实时坐标并标记为待测坐标，获取待测坐标对应第二坐标集中的路段类型、路段天气和路段信号灯并依次将其标记为待测路权、待测天气和待测信号灯；

s33：利用公式获取机车行驶的自控值，该公式为：

其中，qzk表示为自控值，μ表示为预设的自控修正因子，a1、a2、a3、a4表示为不同的比例系数，bz0表示为行驶机车的实际载重，tl0表示为预设的标准天类预设值，lq0表示为预设的标准路段权重，xl0表示为预设的标准信号预设值；

s34：将若干个自控值进行降序排列得到自控排序集。

优选的，所述预警调控模块用于接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控，具体的步骤包括：

s41：接收数据分析集并进行分析；

s42：若数据分析集中包含第一判断信号，则判定机车的行驶正常无需进行调控；

s43：若数据分析集中包含第二判断信号，获取第二判断信号对应的待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值并进行归一化处理取值；

s44：利用公式获取机车行驶的调控系数，该公式为：

其中，qtk表示为调控系数，b1、b2、b3、b4表示为不同的比例系数，bzi1表示为行驶机车对应类型的标准载重，tli1表示为待处天类预设值，lqi1表示为待处路段权重，xli1表示为待处信号预设值；

s45：将调控系数与预设的调控范围进行匹配；获取调控系数对应法调控范围并将其标记为匹配调控范围；

s46：获取匹配调控范围关联的调控比值，若调控比值大于一，则判定待处速度处于低速运行需要提速并生成第一预警信号进行提速预警，利用第一预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控；

s47：若调控比值小于一，则判定待处速度处于高速运行需要降速并生成第二预警信号进行降速预警，利用第二预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控。

本发明的有益效果：

本发明公开的各个方面，通过运行采集模块、定位模块、数据处理模块、数据分析模块、对比判断模块和预警调控模块之间的配合使用，可以达到根据机车行驶的实时状态以及路段状态进行综合分析并实时预警和调控进行自动控制的目的；

利用运行采集模块采集机车的行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据，将行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据一同发送至数据处理模块；利用定位模块获取机车行驶的坐标并将其组合得到第一坐标集，获取机车行驶的路段坐标、信号灯坐标和停靠站坐标并将其分类组合得到第二坐标集，将第一坐标集和第二坐标集发送至数据分析模块；通过采集机车行驶的状态数据和路段数据以及坐标数据并进行处理，可以为机车运行预警和调控的提供有效的数据支撑；

利用数据处理模块接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理，得到行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据，并将其一同发送至数据分析模块；通过将各个数据进行处理便于进行计算提高数据的处理效率和关联性；

利用数据分析模块接收行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据以及第一坐标集和第二坐标集并进行分析操作，得到自控排序集，将自控排序集发送至对比判断模块；通过对各个数据进行计算获取机车行驶的自控值并进行分析，可以使得各个数据之间建立联系为机车的预警和调控提供数据支持；

利用对比判断模块接收自控排序集并对机车的行驶进行判断；利用预警调控模块接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控；通过分析和计算得到调控系数并获取调控系数关联的调控比值对机车的运行进行调节实现自动控制的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种基于物联网的铁路机车自动控制系统的模块框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于物联网的铁路机车自动控制系统，包括运行采集模块、定位模块、数据处理模块、数据分析模块、对比判断模块和预警调控模块；

所述运行采集模块用于采集机车的行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据，将行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据一同发送至数据处理模块；

所述定位模块用于获取机车行驶的坐标并将其组合得到第一坐标集，获取机车行驶的路段坐标、信号灯坐标和停靠站坐标并将其分类组合得到第二坐标集，将第一坐标集和第二坐标集发送至数据分析模块；

所述数据处理模块用于接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理，得到行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据，并将其一同发送至数据分析模块；所述数据处理模块用于接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理具体步骤包括：

接收行驶类型数据，设定不同的机车类型对应不同的机类预设值，将行驶类型数据中的机车类型与所有的机车类型进行匹配获取对应的机类预设值并将其标记为jli,i＝1,2,3...n；获取行驶类型数据中机车类型对应的标准载重并将其标记为bzi,i＝1,2,3...n；将机车类型与其对应的机类预设值以及标准载重进行分类组合得到行驶类型处理数据；

接收行驶环境数据，设定不同的天气类型对应不同的天类预设值，将行驶环境数据中的天气类型与所有的天气类型进行匹配获取对应的天类预设值并将其标记为tli,i＝1,2,3...n；将天气类型与其对应的天类预设值组合得到行驶环境处理数据；

接收行驶路段数据，设定不同的行驶路段对应不同的路段权重，将行驶路段数据中的路段与所有的行驶路段进行匹配获取对应的路段权重并将其标记为lqi,i＝1,2,3...n；将行驶路段数据中的路段与其对应的路段权重进行组合得到行驶路段处理数据；

接收行驶信号数据，设定不同的信号灯对应不同的信号预设值并将其标记为xli,i＝1,2,3...n；将行驶信号数据中的信号灯与其对应的信号预设值进行组合得到行驶信号处理数据；

所述数据分析模块用于接收行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据以及第一坐标集和第二坐标集并进行分析操作，得到自控排序集，将自控排序集发送至对比判断模块；所述数据分析模块进行分析操作的具体步骤包括：

获取行驶类型处理数据中标记的机类预设值jli和标准载重bzi、行驶环境处理数据中标记的天类预设值tli、行驶路段处理数据中标记的路段权重lqi、行驶信号处理数据中标记的信号预设值xli并进行归一化处理取值；

获取第一坐标集中机车行驶的实时坐标并标记为待测坐标，获取待测坐标对应第二坐标集中的路段类型、路段天气和路段信号灯并依次将其标记为待测路权、待测天气和待测信号灯；

利用公式获取机车行驶的自控值，该公式为：

其中，qzk表示为自控值，μ表示为预设的自控修正因子，a1、a2、a3、a4表示为不同的比例系数，bz0表示为行驶机车的实际载重，tl0表示为预设的标准天类预设值，lq0表示为预设的标准路段权重，xl0表示为预设的标准信号预设值；

将若干个自控值进行降序排列得到自控排序集；

所述对比判断模块用于接收自控排序集并对机车的行驶进行判断，具体的步骤包括：

步骤一：接收自控排序集，将预设的标准自控阈值标记为z0，将自控排序集中排序的自控值qzk分别与标准自控阈值进行对比判断；

步骤二：若qzk＜z0，则判定行驶的机车在该路段无需进行调整并生成第一判断信号；若qzk≥z0，则判定行驶的机车在该路段需要进行调整并生成第二判断信号，根据第二判断信号将该自控值对应的机车速度、天类预设值、路段权重和信号预设值依次标记为待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值；

步骤三：将第一判断信号和第二判断信号以及第二判断信号对应的待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值组合得到数据分析集并发送至预警调控模块；

所述预警调控模块用于接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控，具体的步骤包括：

接收数据分析集并进行分析；

若数据分析集中包含第一判断信号，则判定机车的行驶正常无需进行调控；

若数据分析集中包含第二判断信号，获取第二判断信号对应的待处速度、待处天类预设值、待处路段权重和待处信号预设值并进行归一化处理取值；

利用公式获取机车行驶的调控系数，该公式为：

其中，qtk表示为调控系数，b1、b2、b3、b4表示为不同的比例系数，bzi1表示为行驶机车对应类型的标准载重，tli1表示为待处天类预设值，lqi1表示为待处路段权重，xli1表示为待处信号预设值；

将调控系数与预设的调控范围进行匹配；获取调控系数对应法调控范围并将其标记为匹配调控范围；

获取匹配调控范围关联的调控比值，若调控比值大于一，则判定待处速度处于低速运行需要提速并生成第一预警信号进行提速预警，利用第一预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控；

若调控比值小于一，则判定待处速度处于高速运行需要降速并生成第二预警信号进行降速预警，利用第二预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控；

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置。

本发明的工作原理：本发明实施例中，通过运行采集模块、定位模块、数据处理模块、数据分析模块、对比判断模块和预警调控模块之间的配合使用，可以达到根据机车行驶的实时状态以及路段状态进行综合分析并实时预警和调控进行自动控制的目的；

利用运行采集模块采集机车的行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据，将行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据一同发送至数据处理模块；利用定位模块获取机车行驶的坐标并将其组合得到第一坐标集，获取机车行驶的路段坐标、信号灯坐标和停靠站坐标并将其分类组合得到第二坐标集，将第一坐标集和第二坐标集发送至数据分析模块；通过采集机车行驶的状态数据和路段数据以及坐标数据并进行处理，可以为机车运行预警和调控的提供有效的数据支撑；

利用数据处理模块接收行驶类型数据、行驶环境数据、行驶路段数据和行驶信号数据进行处理，得到行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据，并将其一同发送至数据分析模块；通过将各个数据进行处理便于进行计算提高数据的处理效率和关联性；

利用数据分析模块接收行驶类型处理数据、行驶环境处理数据、行驶路段处理数据和行驶信号处理数据以及第一坐标集和第二坐标集并进行分析操作，得到自控排序集，将自控排序集发送至对比判断模块；利用公式获取机车行驶的自控值，将若干个自控值进行降序排列得到自控排序集；通过对各个数据进行计算获取机车行驶的自控值并进行分析，可以使得各个数据之间建立联系为机车的预警和调控提供数据支持；

利用对比判断模块接收自控排序集并对机车的行驶进行判断；利用预警调控模块接收数据分析集对机车的运行进行预警和调控；利用公式获取机车行驶的调控系数；

将调控系数与预设的调控范围进行匹配；获取调控系数对应法调控范围并将其标记为匹配调控范围；获取匹配调控范围关联的调控比值，若调控比值大于一，则判定待处速度处于低速运行需要提速并生成第一预警信号进行提速预警，利用第一预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控；若调控比值小于一，则判定待处速度处于高速运行需要降速并生成第二预警信号进行降速预警，利用第二预警信号将待处速度根据该调控比值进行调控；通过分析和计算得到调控系数并获取调控系数关联的调控比值对机车的运行进行调节实现自动控制的目的。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个控制模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，显然“包括”一词不排除其他模块或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个模块或装置也可以由一个模块或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。