一种轨道交通车站到达间隔计算系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体来说涉及车站到达间隔计算技术领域。


背景技术：

2.轨道交通车站到达间隔，尤其是大型车站的到达间隔是制约行车间隔的关键因素，随着车站联锁设备自动化程度的提升，进路分段解锁已成为普遍运用的技术条件，基于该技术条件进行到达间隔测算成为现实需求，分析限制车站通过能力的因素，合理测算车站到达间隔，对评估通过能力及指导行车具有实际意义；车站到达间隔涉及前后列车占用不同股道的间隔，大型车站由于股道数量多，前后列车占用的股道，即股道对的排列组合数量非常多，而且由于进站咽喉区股道线束之间可能存在不止一条渡线，因此对于特定股道对可能存在不同的关联道岔，进站信号机至关联道岔的路径也可能不止一条，导致车站到达间隔的测算工作量大，技术要求高，人工处理难度大，出错率高，亟需有效的自动化测算手段和方法。
3.目前计算车站到达间隔的方法主要基于如下定义并采用人工测算的方式：车站到达间隔是自前行列车到达车站时起，至同方向后行列车到达该站时止的最小间隔时间，因此传统测算方法计算到达间隔是严格按照前后列车在不同股道停车的时间点，计算最小时间差作为该股道对相关的到达间隔。车站到达间隔涉及前后列车占用不同股道的间隔，大型车站由于股道数量多，前后列车占用的股道对排列组合数量非常多，而且由于进站咽喉区股道线束之间可能存在不止一条渡线，对于特定股道对可能存在多个关联道岔，进站信号机至关联道岔的路径也可能不止一条，因此对于具有n条停车股道的车站，其可能的到达间隔数量将大于2*n*(n
‑
1)种情况。
4.在具体测算时主要分为两个步骤：首先，需要人工逐一识别这些情况，根据前后列车到达的股道对，确定关联道岔，进而确定从进站信号机到股道的进路；其次，对于列车走行时间测算采用人工手工简单测算或者利用其它仿真软件计算从车站入口到停车股道的列车走行时间，进而计算到达间隔。
5.现有技术主要存在如下问题：
6.1、对确定车站通过能力的关键指标定位不准，将前后列车到达目标股道停车的最小时间差作为达到间隔不能准确反映车站的到达作业能力，而连续接车最小间隔才是衡量车站到达作业能力的指标，到达股道停车的时间差与接车间隔之前存在前后列车出清关联道岔到在目标股道停车这段走行时间差的差别，而该差别属于车站内部作业时间，与通过能力无关，将其考虑在到达间隔中会导致不能精确的确定车站通过能力。
7.2、采用人工测算的工作量大，当股道对间存在多个关联道岔时，人工识别难度大，对现场人员经验和技术能力的要求高，很可能出现错误或遗漏。
8.3、列车运行仿真与到达间隔计算相对独立，不能有效结合统一的站场数据进行路径确定和运行仿真，人工介入的工作量大，也不能形成直观的图形化结果。
9.4、如采用手工简单测算列车走行时间，不但计算量大，而且结果不精确，只能粗略
评估到达间隔。


技术实现要素：

10.为克服上述现有技术的不足，本发明引入限制点、释放点的概念，精确确定车站连续接车间隔，从而准确反映车站的到达作业能力。基于统一的站场数据建立车站到达咽喉区网络拓扑图，同时建立列车运行仿真模型，将列车运行仿真与到达间隔计算相结合，通过计算机实现不同股道对间的到达间隔自动计算，并形成直观的图形化结果，解决人工测算工作量大，容易出错的问题，为辅助运行图编制及调度员合理运用车站股道提供实用工具。
11.本发明采用如下技术方案：
12.一种轨道交通车站到达间隔计算系统，所述系统由下列模块构成：基础数据模块、路径求算模块、运行仿真模块、结果展示模块；
13.所述基础数据模块，用于建立基础数据库保存全部基础数据；
14.所述路径求算模块，用于进行股道对间路径搜索、进站信号机至关联道岔间路径搜索和路径拼接；
15.所述运行仿真模块，用于对列车路径进行运行仿真，根据仿真的结果计算路径释放时间；
16.所述结果展示模块，用于以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径，生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，对不同路径组合方案的指标结果进行分类统计。
17.进一步，所述基础数据模块还用于保存所述路径求算模块生成的路径拼接信息及所述运行仿真模块的仿真计算结果。
18.进一步，所述路径求算模块包括：股道对间路径搜索单元、进站信号机至关联道岔间路径搜索单元、路径拼接单元；
19.所述股道对间路径搜索单元：用于以出现2次拐点作为路径排除条件，从股道a到股道b进行路径搜索，以所有目的节点为股道b作为终止条件，记录拐点作为关联道岔，记录路径作为关联道岔后平行进路；
20.所述进站信号机至关联道岔间路径搜索单元：以出现1次拐点作为路径排除条件，从进站信号机至关联道岔进行路径搜索，以所有目的节点为关联道岔作为终止条件，记录路径。
21.所述路径拼接单元，将进站信号机至关联道岔间路径与关联道岔后到目标股道的平行路径分别拼接，形成可行结果，并作为运行仿真的基础
22.进一步，所述运行仿真模块：由atp限速逻辑和ato速度控制逻辑组成的主运行仿真模块，以及，运行时间计算单元；
23.所述主运行仿真模块提供运行时间、运行速度信息，产生列车运行的位置/速度/时间曲线。
24.进一步，所述结果展示模块包括：股道对路径显示单元、到达间隔指标计算及展示单元：
25.所述股道对路径显示单元，根据路径求算模块的路径拼接结果，结合站场拓扑图以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径；
26.所述到达间隔指标计算及展示单元，根据运行仿真模块的运行时间计算结果，结合接车进路办理时间等信号系统参数生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，列明不同路径组合方案的指标结果。
27.本发明还涉及一种轨道交通车站到达间隔计算方法，用于上述的系统，所述方法包括下列步骤：
28.s1.使用基础数据模块，建立基础数据库保存全部基础数据；
29.s2.使用路径求算模块，进行股道对间路径搜索、进站信号机至关联道岔间路径搜索和路径拼接；
30.s3.使用运行仿真模块，对列车路径进行运行仿真，根据仿真的结果计算路径释放时间；
31.s4.使用结果展示模块，以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径，生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，对不同路径组合方案的指标结果进行分类统计。
32.进一步，所述步骤s1还包括：保存所述路径求算模块生成的路径拼接信息及所述运行仿真模块的仿真计算结果；
33.所述步骤s2包括：
34.s21.股道对间路径搜索；
35.s22.进站信号机至关联道岔间路径搜索；
36.s23.路径拼接。
37.进一步，所述步骤s21包括下列步骤：
38.s211.读取基础信息数据库站场信息；
39.s212.确定股道对ab，以股道a入口点为起始节点；
40.s213.按照广度优先原则确定相邻节点；
41.s214.判断是否出现两次拐点，如果判断结果为是，则执行步骤s217，如果判断结果为否，则执行步骤s215；
42.s215.判断是否到达股道b入口点，如果判断结果为是，则执行步骤s216，如果判断结果为否，则执行步骤s213；
43.s216.记录路径及拐点，即关联道岔；
44.s217.判断是否存在其它分支，如果判断结果为是，则执行步骤s213，如果判断结果为否，则结束。
45.进一步，所述步骤s22包括下列步骤：
46.s221.读取基础信息数据库站场信息；
47.s222.以进站信号机为起始节点；
48.s223.按照广度优先原则确定相邻节点；
49.s224.判断是否出现拐点，如果判断结果为是，则执行步骤s227，如果判断结果为否，则执行步骤s225；
50.s225.判断是否到达关联道岔，如果判断结果为是，则执行步骤s226，如果判断结果为否，则执行步骤s223；
51.s226.记录路径；
52.s227.判断是否存在其它分支，如果判断结果为是，则执行步骤s223，如果判断结果为否，则结束。
53.进一步，所述步骤s3包括：
54.s31.基于atp限速逻辑和ato速度控制逻辑进行主运行仿真；
55.s32.运行时间计算；
56.所述步骤s31具体包括下列步骤：
57.s311.读取基础信息数据库，获取相关仿真参数，确定仿真路径；
58.s312.初始化列车位置为进站信号机外方常用制动距离之外；
59.s313.根据列车位置及atp限速逻辑计算当前限速；
60.s314.比较列车当前速度与限速的关系，根据ato速度控制逻辑控制列车速度；
61.s315.按距离步长累计列车位置，计算并记录列车位置、速度、运行时间；
62.s316.判断列车是否进入股道停车，如果判断结果为是，则运行终止，如果判断结果为否，则执行步骤s313。
63.本发明所达到的有益效果：以车站连续接车间隔替代传统的以车站停车点为参考点的前后列车到达间隔，通过引入限制点和释放点的概念将复杂的列车间隔模型简明化，确定了车站到达间隔的计算模型，建立车站到达咽喉网络拓扑图，采用路径搜索算法确定相对股道间的平行进路，结合列车运行仿真，实现不同股道对间的到达间隔自动计算，为辅助运行图编制及调度员合理运用车站股道提供实用工具。
附图说明
64.图1为本发明的股道示意图。
65.图2为本发明的轨道交通车站到达间隔计算系统结构框图。
66.图3为本发明的股道对间路径搜索流程图。
67.图4为本发明的进站信号机至关联道岔间路径搜索流程图。
68.图5为本发明的主运行仿真流程图。
具体实施方式
69.下面结合附图对本发明作进一步描述。如下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，如下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。
70.除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
71.本发明提供了一种轨道交通车站到达间隔计算系统及方法，精确确定车站连续接车间隔，该间隔实际上为前后列车接近车站进站信号机的最小间隔时间，将其作为车站到达间隔，改变传统上以前后列车到达车站股道停车的最小间隔时间作为车站到达间隔。
72.为了便于理解本发明的技术方案，在此对下列基本概念进行解释说明：
73.股道对：前后行列车分别到达的目的股道。
74.关联道岔：经过该道岔分叉后存在两条平行进路到达目标股道对。
75.限制点：因为前车的存在导致的后车移动授权不得通过的位置点。
76.释放点：与限制点相关联，一般为关联道岔岔后紧随的轨道电路非超限绝缘节，前行列车尾部越过该位置点后，基于联锁分段解锁技术条件，可办理进站信号机至关联道岔开通另一方向的进路，后行列车的限制点解除。
77.拐点：路径出现节点x坐标差符号变化的点。
78.如附图1所示：假定前行列车的目的地股道为股道2，后行列车的目的地股道为股道5，那么股道2和股道5构成股道对。113号道岔为该股道对的关联道岔，同时也是股道2和股道5间路径的拐点，前后行列车的进路在此分叉，分别导向股道2和股道5。应用中，先办理从进站信号机x1至股道2的进路，x1开放后，前行列车立即以正常速度从制动距离外接入车站，在前行列车尾部越过图示的释放点前，后行列车的限制点为x1(显示红灯)，当前行列车尾部越过释放点后，x1至释放点的进路即刻解锁，随即可办理x1至股道5的进路，113号道岔转换到定位，x1开放，限制点解除，后行列车以正常速度从制动距离外接入车站。x1两次开放的时间间隔即为股道对2、5(先占用股道2，后占用股道5)的连续接车间隔，相对应还有股道对5、2的连续接车间隔，所有股道间都存在这样两两组合关系，构成以股道对占用先后为排列组合的车站连续接车间隔，以此作为车站到达间隔，取代传统的以到达股道停车点的时间间隔为指标的车站到达间隔。
79.需要重点说明的是，上述的股道对2、5只存在1个关联道岔113，但是从进站信号机x1到关联道岔113的路径却有2条，分别为经过道岔101、109、107定位的路径和经过道岔101/103,105/107反位的路径，两条路径对应不同的列车走行时间，因此对应的到达间隔也不同；而对于股道对3、5，却存在2个关联道岔，分别为113号道岔和123号道岔，同样从进站信号机x1到关联道岔113、123的路径也分别有2条，方案设计时需要自动识别这些特殊情况，加以组合形成各种不同情况的到达间隔。从理论上分析，关联道岔越接近进站信号机，到进站信号机的路径越短，到达间隔越小，但是不排除特殊情况下调度员需要采用迂回进路，选择较远的关联道岔办理接车作业，因此方案设计时要穷尽各种可行的方案，对比展示其结果，供实际运用参考。
80.如附图2所示，本发明的轨道交通车站到达间隔计算系统由基础数据模块、运行仿真模块、路径求算模块、结果展示模块构成。
81.所述基础数据模块用于保存基础数据并存储计算结果，为其它模块提供计算参数及基本信息。采用面向对象的方法，对车站、线路、列车等关键元素本身的特征及属性分别加以描述，对于基础数据进行分类存储，并在仿真程序中建立对应的结构体或对象来处理这些基础数据，从而提高系统的运行效率。
82.所述路径求算模块是系统的核心模块，主要包含股道对间路径搜索、进站信号机至关联道岔间路径搜索和路径拼接三个单元。
83.所述股道对间路径搜索单元：针对网络拓扑图的路径搜索算法很多，在此需要根据股道对间路径的特点设置条件，以降低算法的复杂度，提高时效性，从股道a到股道b的路径搜索算法以出现2次拐点作为路径排除条件，以所有目的节点为股道b作为终止条件，记录拐点作为关联道岔，记录路径作为关联道岔后平行进路。
84.所述进站信号机至关联道岔间路径搜索单元：与股道对间路径搜索类似，区别仅在于以出现1次拐点作为路径排除条件。
85.所述路径拼接单元，将进站信号机至关联道岔间路径与关联道岔后到目标股道的平行路径分别拼接，形成可行结果，并作为运行仿真的基础。
86.运行仿真模块是系统的另一核心模块，包括由atp限速逻辑和ato速度控制逻辑组成的主运行仿真模块及运行时间计算单元两个部分。其中，1)atp限速逻辑根据ieee1474.1推荐的安全制动模型，考虑紧急制动停车过程，生成紧急制动触发速度曲线，按照信号系统的安全原则建立atp超速防护模型，为运行仿真提供atp限制条件。2)ato速度控制逻辑根据ato控车原理建立ato速度控制模型，考虑atp限速下的列车自动运行的规则和特性，根据ato的运行策略和算法建立ato控车模型，对启动加速、区间运行到减速控制直至精确停车全过程进行拟合仿真。作为运行仿真的结果，该主运行仿真模块可提供运行时间、运行速度等信息，产生列车运行的位置/速度/时间曲线。3)运行时间计算单元，该单元根据仿真结果，结合限制点、关联道岔释放点等信息计算对应的列车运行时间，作为确定最终到达间隔的依据。
87.所述结果展示模块是辅助功能模块，对其它模块的计算结果进行统计及图形化的展示分析，包含股道对路径显示单元、到达间隔指标计算及展示单元两个部分。
88.所述股道对路径显示单元，根据路径求算模块的路径拼接结果，结合站场拓扑图以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径。
89.所述到达间隔指标计算及展示单元，根据运行仿真模块的运行时间计算结果，结合接车进路办理时间等信号系统参数生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，列明不同路径组合方案的指标结果，供运用人员参考。
90.本发明的轨道交通车站到达间隔计算方法，应用于上述的轨道交通车站到达间隔计算系统，包括下列步骤：
91.s1.使用基础数据模块，建立基础数据库保存全部基础数据。
92.s2.使用路径求算模块，进行股道对间路径搜索、进站信号机至关联道岔间路径搜索和路径拼接。
93.s3.使用运行仿真模块，对列车路径进行运行仿真，根据仿真的结果计算路径释放时间。
94.s4.使用结果展示模块，以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径，生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，对不同路径组合方案的指标结果进行分类统计。
95.对于上述步骤s1：
96.所述基础数据模块主要由数据库中存储不同类别信息的数据表组成，在仿真程序中建立对应的结构体或对象来读取相应的数据表，并且将计算结果保存到相应的数据表中，通过这种方式集中管理数据，结构清晰，运行效率高。对应每一个工程建立一个基础数据库，数据库建立一些标准数据表：
97.信号系统及仿真参数表(包含列车参数、信号系统参数、仿真参数)
98.列车加速度性能参数表(包含不同速度下的加速度)
99.坡度信息表(包含坡度值、坡度起终点)
100.限速信息表(包含限速值、限速起终点)
101.站场信息表(包含道岔位置(岔尖为站场拓扑图节点)、道岔之间的线路(为节点间的连线)、岔后释放点位置、进站信号机位置、股道入口点(站场拓扑图节点))
102.路径信息存储表(包含顺序排列的路径节点、连线及对应限速、坡度、路径释放时间)
103.仿真结果存储表(包含列车位置、速度、时间)
104.上述数据表构成了系统运算所需的所有基础信息，并保存路径拼接信息及仿真计算结果。
105.上述步骤s2具体包括下列步骤：
106.s21.股道对间路径搜索；
107.s22.进站信号机至关联道岔间路径搜索；
108.s23.路径拼接。
109.如附图3所示，所述步骤s21.股道对间路径搜索具体包括：
110.s211.读取基础信息数据库站场信息；
111.s212.确定股道对ab，以股道a入口点为起始节点；
112.s213.按照广度优先原则确定相邻节点；
113.s214.判断是否出现两次拐点，如果判断结果为是，则执行步骤s217，如果判断结果为否，则执行步骤s215；
114.s215.判断是否到达股道b入口点，如果判断结果为是，则执行步骤s216，如果判断结果为否，则执行步骤s213；
115.s216.记录路径及拐点，即关联道岔；
116.s217.判断是否存在其它分支，如果判断结果为是，则执行步骤s213，如果判断结果为否，则结束。
117.如附图4所示所述步骤s22.进站信号机至关联道岔间路径搜索具体包括：
118.s221.读取基础信息数据库站场信息；
119.s222.以进站信号机为起始节点；
120.s223.按照广度优先原则确定相邻节点；
121.s224.判断是否出现拐点，如果判断结果为是，则执行步骤s227，如果判断结果为否，则执行步骤s225；
122.s225.判断是否到达关联道岔，如果判断结果为是，则执行步骤s226，如果判断结果为否，则执行步骤s223；
123.s226.记录路径；
124.s227.判断是否存在其它分支，如果判断结果为是，则执行步骤s223，如果判断结果为否，则结束。
125.所述步骤s23.路径拼接，具体包括完成进站信号机至关联道岔间路径与关联道岔后到目标股道的平行路径分别拼接，结合路径对应的限速及坡度信息存入路径信息存储表，以作为运行仿真及结果展示的基础。
126.上述步骤s3具体包括下列步骤：
127.s31.基于atp限速逻辑和ato速度控制逻辑进行主运行仿真；s32.运行时间计算。
128.如附图5所示，所述步骤s31具体包括下列步骤：
129.s311.读取基础信息数据库，获取相关仿真参数，确定仿真路径；
130.s312.初始化列车位置为进站信号机外方常用制动距离之外；
131.s313.根据列车位置及atp限速逻辑计算当前限速；
132.s314.比较列车当前速度与限速的关系，根据ato速度控制逻辑控制列车速度；
133.s315.按距离步长累计列车位置，计算并记录列车位置、速度、运行时间；
134.s316.判断列车是否进入股道停车，如果判断结果为是，则运行终止，如果判断结果为否，则执行步骤s313。
135.所述步骤s32包括：根据列车路径运行仿真的结果，计算列车从进站信号机常用制动距离处运行至尾部出清关联道岔释放点的时间，即为该路径的从占用到释放的时间，作为路径释放时间记录到路径信息存储表该路径对应的字段中，作为计算到达间隔的基础。
136.上述步骤s4包括下列步骤：
137.s41.股道对路径显示：读取路径信息存储表，对应站场拓扑图以图形化方式直观展示从进站信号机至股道对的路径。
138.s42.到达间隔指标计算及展示：读取路径信息存储表中与路径对应的路径释放时间，加上接车进路办理时间等信号系统参数生成与路径显示对应的到达间隔指标并与路径显示对应展示，通过不同的选项设置，以不同方式展示不同路径组合方案的指标结果，同时具备分类统计功能，方便运用人员参考使用。
139.本发明技术方案的特点和优势在于：
140.1、概念创新，准确确定车站到达作业能力。
141.创新性提出限制点、释放点的概念，将复杂的列车间隔模型简明化，精确确定车站连续接车间隔，将其作为车站到达间隔，适应进路分段解锁技术条件下准确确定车站到达作业能力的应用需求。
142.2、算法设计构思巧妙，实现股道对路径智能化确定。
143.合理构建车站到达咽喉区网络拓扑图数据结构，采用路径搜索算法确定目标股道对间的关联道岔，通过算法设计识别并自动剔除不可行路径，实现股道对路径智能化确定。
144.3、基于统一的站场数据，高度集成化，实现到达间隔自动化计算。
145.基于统一的站场数据，将列车运行仿真与到达间隔计算相结合，通过计算机实现不同股道对间的到达间隔自动计算，并形成直观的图形化结果，解决了人工求算工作量大，容易出错的问题，为辅助运行图编制及调度员合理运用车站股道提供实用工具。
146.如上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。