城轨信号接近锁闭区段的全自动验证方法、设备及介质与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种城轨信号接近锁闭区段的全自动验证方法、设备及介质。


背景技术：

2.所谓接近锁闭区段(approach locking section,als)是指列车防护信号机外方的若干占用检测区段。在进路信号机开放期间，列车一旦驶入接近区段，即构成接近锁闭。此时如需办理进路解锁，必须人工延时，避免列车冒进信号带来的风险。在城市轨道交通领域，接近锁闭区段根据每个列车信号机外方的一组线路条件(覆盖联锁区类型、最大坡度和最大永久限速)计算得到，该区段长度是影响行车安全的关键数据，若配置得偏短，假设列车实际处于接近锁闭区段却错误判断为未接近锁闭，那么进路直接取消，此时便可操动道岔转动、或者安排维护人员进入轨行区执行任务，可能造成脱轨或人员伤亡等事故，危害巨大。因此接近锁闭区段长度须严格计算，并辅以双链验证，确保结果正确。
3.目前，接近锁闭区段采用人工验证方法。对于任一进路信号机，验证人员根据信号机在平面图上的方向和设计人员计算的接近锁闭区段长度，用信号机公里标加减接近锁闭区段长度，反向推算接近锁闭区段覆盖的公里标范围；然后，验证人员在平面图上人工查看该公里标范围内的线路条件“覆盖联锁区类型、最大坡度、最大永久限速”，即验证值；最后，判断验证值对应的线路条件与设计值是否一致，间接证明接近锁闭区段配置正确。当前验证方法需频繁查看平面图各类设备名称、公里标值、坡度值，永久限速列表中的公里标值、限速值等，随着工程项目实施数量的增加及设计周期的压缩，人工计算出错率显著上升。此外，当前验证方法还存在一定缺陷，假设设计人员未按要求先从全线路最不利条件取值，而是图省事直接取距离信号机较近的一组条件，这样得出的接近锁闭区段长度可能是错误的，但该组线路条件仍能通过当前验证方法，存在一定的安全风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城轨信号接近锁闭区段的全自动验证方法、设备及介质。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.根据本发明的第一方面，提供了一种城轨信号接近锁闭区段的全自动验证方法，该方法包括以下步骤：
7.步骤s1，读取全部输入文件；
8.步骤s2，构建相应计算单元和函数模块；
9.步骤s3，als验证计算。
10.作为优选的技术方案，所述的步骤s1具体为：
11.步骤s11，从平面图中提取关键设备坐标、线路坡度和长短链信息列表，根据信号机和道岔方向信息建立轨道拓扑结构；
12.步骤s12，长短链修正；
13.步骤s13，创建验证报告空表，写入信号机方向和als设计值。
14.作为优选的技术方案，所述的步骤s12具体为：利用长短链列表，对设备坐标列表里的全部坐标值进行长短链修正处理。
15.作为优选的技术方案，所述的步骤s2具体为：
16.步骤s21，构建als计算单元，并初始化公式系数；
17.步骤s22，构建迭代循环模块，包括一个大循环和一个小循环函数，其中所述大循环为遍历信号机列表里的每一个信号机，所述小循环为对单独某个信号机进行迭代运算并求取其als长度。
18.作为优选的技术方案，所述的步骤s21具体为：
19.设信号机外方als长度范围覆盖联锁控制区域的类型为type，范围内若干坡度段中的最大坡度值为slope，若干永久限速段中的最大永久限速值为psr；als 计算单元可实现，输入任意一组{type,slope,psr}后，返回相应的als长度d_als
20.d_als＝f(tsp)
21.其中tsp为type,slope,psr的简称。
22.作为优选的技术方案，所述的步骤s22中的输入是信号机列表，输出每个信号机的als验证结论；小循环的输入是d_als_input，输出是d_als_output。
23.作为优选的技术方案，所述的步骤s3具体为：
24.步骤s31，赋值信号机信息，包括方向和坐标；
25.步骤s32，赋值变量d_als_input；
26.步骤s33，执行路径搜寻模块；
27.步骤s34，对搜寻出的所有路径，执行tsp查询单元，得到若干组{tsp}；
28.步骤s35，将若干组{tsp}代入als计算单元，算得若干个als长度，选取其中最大值输出；
29.步骤s36，判断小循环中止条件是否满足，若否，则以当前als值代入小循环重新迭代；若是，当前als值即为验证值；
30.步骤s37，判断验证值与设计值是否一致，给出验证结论；
31.步骤s38，检索是否存在下一个信号机，若是则返回大循环函数重新迭代，否则验证结束。
32.作为优选的技术方案，所述的步骤s33，执行路径搜寻模块具体为：
33.获得信号机外方d_als_input范围内可能驶向该信号机的所有路径，输出每条路径的坐标区间。
34.根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
35.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
36.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
37.1)本发明第一次实现了als验证自动化，业内尚属首次。大大节省了工作量，同时提高了结果的正确性；
38.2)本发明提出了一种正向迭代计算的验证方法，规避了原有方法的缺陷，保证了als数据的安全性。
附图说明
39.图1为本发明als验证的流程图；
40.图2为本发明路径搜寻模块的示意图。
具体实施方式
41.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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
42.参考图1～2，说明本发明的技术方案。根据图1介绍als验证计算的大体流程。
43.步骤101，读取平面图文件，利用python自带库函数提取包括信号机、道岔、计轴、信标在内的关键设备的坐标、线路坡度、长短链、联锁边界等列表信息，并按坐标里程从小到大顺序对上述信息列表排序。根据信号机方向、道岔开向等信息建立轨道拓扑结构。
44.步骤102，长短链修正。由于平面图上设备的标示里程并非真实里程，直接用于计算会出错，须先进行长短链修正处理。基于步骤101提取的长短链列表和设备坐标列表，对于每一条长短链：若其为长链，则在设备坐标列表中检索第一个坐标值大于该链坐标值的特定设备及其坐标，然后，对此特定设备坐标及往后的所有坐标，均加上长链值；若其为短链，同样检索到另一个特定设备，然后对彼特定设备坐标及往后的所有坐标，均减去短链值。
45.步骤103，读取实时时间参数、永久限速列表文件。创建验证报告空表，包含表1所示内容，其中a/b/c/e列从实时时间参数文件直接读取，d列根据本专利所提方法自动计算。
46.表1
47.列表头释义asignal信号机名称bsig_dir信号机方向ccoord_sys信号机所在坐标系dd_als_verals长度的验证值ed_als_desals长度的设计值
48.步骤104、初始化als计算单元。设信号机外方als长度范围覆盖联锁控制区域的类型为type，范围内若干坡度段中的最大坡度值为slope，若干永久限速段中的最大永久限速值为psr。als计算单元可实现，输入任意一组 {type,slope,psr}(简称{tsp})后，返回相应的als长度d_als。即
49.d_als＝f(tsp)
50.函数f(x)的相关系数和常数因特定项目而异，全部来自实时时间参数，每次启动软件均须读取一遍，也即初始化。公式原理如下：
51.als长度由空走距离和制动距离构成。空走距离：列车在空走时间内匀速运行的距
离，空走时间包括轨旁紧急解锁命令下发、传输至车载控制器的传输延时，和跨压接近锁闭区段的占用检测延时。制动距离：包括两小段匀加速和一大段匀减速距离，在车载控制器触发紧急制动后，列车首先切除牵引并施加制动，期间有牵引加速和重力导致的坡度加速效应；制动力施加上，直到加满期间，仍有坡度加速效应，此阶段结束时车速达到峰值psr，减速度也达到峰值；之后列车持续减速直至停稳。
52.空走速度等于psr减去“切牵引、施加制动”期间列车牵引力和坡度额外附加的一段速度。空走时间由type决定，分单联锁控制区域和多联锁控制区域两种类型，各取相应常数。制动起始速度等于空走速度，牵引加速度和制动减速度为常数，坡度加速度由slope决定。因此，空走距离与制动距离之和，也即als长度则由组变量{tsp}决定。
53.步骤105，构建迭代循环模块，包括一个大循环和一个小循环函数。大循环是指循环遍历信号机列表里的每一个信号机，小循环指的是对单独某个信号机进行基于tsp算法的迭代运算过程、最终求取其als长度。大循环的输入是信号机列表，输出每个信号机的als验证结论；小循环的输入是d_als_input，输出是 d_als_output。
54.步骤106，赋值信号机信息，包括方向和坐标。第一次赋值为步骤s103读取的a列第一个信号机信息，后续通过大循环遍历。
55.步骤107，赋值d_als_input。第一次赋值为全线路最不利条件(最长)的 als长度，后续通过小循环迭代赋值。最不利als长度通过将全线路最不利的一组{tsp}代入als计算单元得到，最不利{tsp}组取值分别为多联锁控制区域、坡度列表里的最大值和永久限速列表里的最大值。
56.步骤108，执行路径搜寻模块。路径搜寻模块可基于当前“信号机信息与 d_als_input”，根据步骤s101存储的轨道拓扑地图，计算信号机外方d_als_input 范围内可能驶向该信号机的所有路径，输出每条路径的坐标区间(坐标系：起点～终点)。搜寻原理如下：
57.如图2所示，正线坐标系为xk/yk，入车辆段的侧线坐标系为ck/dk，设正线的坐标递增方向为从左向右(kp_inc＝rt)，侧线的坐标递增方向为向左 (kp_inc＝lf)，且xk/yk的坐标等价，ck/dk的坐标等价。道岔w1、w2为单动道岔，w3-w5、w4-w6、w7-w9、w8-w10均为双动道岔。
58.设信号机s1的坐标为sig_kp、方向向右(rt)，可算得该信号机的als起点，记为als_begin。首先，
59.原则1：与信号机同坐标系的主路径
①
必定存在。记为
60.route_1＝xk：[sig_kp，als_begin]
[0061]
继续搜索是否存在其它行车支路，搜索方法参原则2。
[0062]
原则2：在本路径内沿着与信号机相反的方向，查找满足“该道岔组的第一道岔须位于本条支路，方向与信号机相反”条件的道岔组。若有，则存在支路。
[0063]
设查找出来的道岔组的第二道岔switch2所在坐标系为mmk，als_begin映射至坐标系mmk的坐标为als_begin_mmk，则该条支路可描述为：
[0064]
route_m＝mmk：[switch2，als_begin_mmk]
[0065]
据此，在路径
①
内首先找到道岔组“w1-w4，lf”(第一道岔w1位于支路
①
，道岔组方向“lf”与信号机方向“rt”相反)，此即第二条支路。支路
②
所在坐标系为ck，起点为第二道岔w4，终点为als_begin映射至w4所在坐标系ck的坐标 als_begin_ck，可记为
[0066]
route_2＝ck：[w4，als_begin_ck]
[0067]
原则3：在本路径搜寻到任一条支路后，须暂停搜索本路径的剩余道岔组，而是先把新搜出来的这条支路上的剩余道岔组搜寻完毕，再回来继续搜索本路径。
[0068]
据此，暂停搜索路径
①
，先把支路
②
的剩余道岔组搜寻完毕。首先搜到“w4-w6，lf”，满足条件，即找到支路
③
[0069]
route_3＝dk：[w6，als_begin_dk]
[0070]
同理，暂停搜索路径
②
，先把支路
③
搜寻完毕。搜到“w8-w10，lf”，满足要求，此为支路
④
[0071]
route_4＝yk：[w10，als_begin_yk]
[0072]
同理，先把支路
④
搜寻完毕。经搜索，支路
④
无剩余道岔，因此路径
④
搜寻完毕。回到路径
③
，也无剩余道岔，路径
③
也搜寻完毕。回到支路
②
，搜到另一个道岔组“w3-w5，rt”，方向不满足要求，舍弃；继续搜索，发现另一道岔组“w7-w9，rt”，方向也不满足；再往下无剩余道岔，因此支路
②
搜寻完毕。回到支路
①
，搜到下一道岔组“w7-w9,lf”，满足条件，此为支路
⑤
[0073]
route_5＝ck:[wg，als_begin_ck]
[0074]
继续在路径
①
内搜索，无剩余道岔，路径
①
搜寻完毕。至此该信号机的所有 als路径搜寻完毕。
[0075]
步骤109，对搜寻出的所有路径，执行tsp查询单元，得到5组{tsp}。
[0076]
tsp查询单元的原理是，输入任意一段坐标区间(坐标系：起点～终点)后，返回该区间内的{tsp}。具体如下：
[0077]
type算法：
[0078]
根据联锁边界信息列表查找该坐标区间(坐标系：起点～终点)内覆盖联锁边界的个数，为0则代表单联锁控制区域，大于0则代表多联锁控制区域。
[0079]
slope算法：
[0080]
将该坐标区间(坐标系：起点～终点)匹配到坡度列表的相应位置，查找出相应范围内的若干坡度段，选择其中最大坡度值输出；若坡度值为负，则置0。
[0081]
psr算法：
[0082]
与slope算法类似，将该坐标区间(坐标系：起点～终点)匹配到永久限速列表的相应位置，获得相应范围内若干限速段中的最大限速值。
[0083]
步骤110，将上述5组tsp代入als计算单元，算得5个als长度。选取其中最大的用来赋值d_als_output。
[0084]
步骤111，判断小循环中止条件“d_als_input＝d_als_output”是否满足，第一遍一般不满足，那么将当前d_als_output赋值小循环输入重新迭代；直至条件满足，迭代停止，当前d_als_output即为验证值。
[0085]
步骤112，判断验证值与设计值是否一致，给出验证结论。
[0086]
步骤113，检索是否存在下一个信号机，是则返回大循环函数重新迭代，否则验证结束。
[0087]
实施例2
[0088]
本发明还提供一种电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存
储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram) 中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/ 输出(i/o)接口也连接至总线。
[0089]
设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0090]
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如步骤101～113。例如，在一些实施例中，步骤101～113可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram 并由cpu执行时，可以执行上文描述的步骤101～113的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行步骤101～113。
[0091]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列 (fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0092]
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0093]
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0094]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。