用于移动闭塞的列车位置包络计算方法、装置及系统与流程

1.本发明属于铁路列车控制技术领域，特别涉及一种用于移动闭塞的列车位置包络计算方法、装置及系统。


背景技术：

2.在高速列车控制系统以及城市轨道列车控制系统中，准确、快速地计算列车位置包络是影响行车安全及效率的重要问题，在咽喉区尤显重要。通过计算列车位置包络可以得到列车的精确定位，以此为基础能够动态计算出与列车同步移动的闭塞分区，从而缩短列车追踪间隔，该过程是实现移动闭塞的基础条件。
3.在ctcs-3级列控系统中，车载设备atp携带电子地图，将应答器编号及相对偏移发送给地面设备rbc，rbc用来模糊定位列车，该技术仅在列车处于自动闭塞、准移动闭塞制式下运用，无法准确计算出列车具体位置包络，无法实现移动闭塞。而在cbtc及fao列控系统中，虽然可以实现移动闭塞功能，但需要车载设备atp通过使用自身携带的电子地图，以及接收地面设备rbc发送的行车许可中的道岔信息计算出列车位置包络，之后车载设备atp将列车位置包络发给地面设备rbc，rbc基于列车位置包络为追踪列车计算出行车许可，从而实现多列车在同一区段内追踪的移动闭塞功能。
4.因此，现有技术中关于列车位置包络计算方法无法满足在车载设备atp不携带电子地图的情况下实现移动闭塞功能。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出一种于移动闭塞的列车位置包络计算方法，该方法采用的技术方案如下：
6.一种用于移动闭塞的列车位置包络计算方法，该方法为：以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度；从而确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置以及最小安全后端位置。
7.进一步地，所述列车定位误差包括欠读误差和过读误差。
8.进一步地，所述列车最大安全前端的搜索方向为列车运行方向，所述列车最大安全前端的搜索长度为列车估计前端到应答器的距离与欠读误差之和。
9.进一步地，若过读误差大于列车估计前端到应答器的距离，则列车最小安全前端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最小安全前端的搜索长度为过读误差减去列车安全估计前端到应答器的距离；列车最大安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最大安全后端的搜索长度为列车长度减去欠读误差与列车估计前端到应答器的距离；列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最大安全后端的搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离。
10.进一步地，若过读误差小于/等于列车估计前端到应答器的距离，则列车最小安全
前端的搜索方向为列车运行方向，列车最小安全前端的搜索长度为列车估计前端到应答器的距离与过读误差之差；
11.进一步地，列车最大安全后端、最小安全后端的搜索方向和搜索长度根据列车长度与列车估计前端到应答器的距离与欠读误差之和的大小关系确定。
12.进一步地，若列车长度大于列车估计前端到应答器的距离加上欠读误差，则列车最大安全后端的搜索方向为列车运行的反方向，列车最大安全后端的搜索长度为列车长度减去列车估计前端到应答器的距离与欠读误差；列车最小安全后端的搜索方向为列车运行的反方向，列车最小安全后端的搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离；若列车长度小于/等于列车估计前端到应答器的距离加上欠读误差，则列车最大安全后端的搜索方向为列车运行方向，列车最大安全后端的搜索长度为列车估计前端到应答器的距离与欠读误差之和减去列车长度；列车最小安全后端的搜索方向和搜索长度根据列车长度与列车估计前端到应答器的距离与过读误差之差的大小关系确定。
13.进一步地，若列车长度大于列车估计前端到应答器的距离与过读误差之差，则列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最小安全后端的搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离；若列车长度小于/等于列车估计前端到应答器的距离与过读误差之差，则列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向，列车最小安全后端的搜索长度为列车估计前端到应答器的距离减去列车长度与过读定位误差。
14.进一步地，以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度包括：
15.以应答器位置为起点搜索下一区段，判断下一区段的链接对象类型；
16.根据链接对象类型确定应答器至下一区段的搜索长度。
17.进一步地，若所述链接对象类型为道岔，则判断该道岔是否在历史道岔中存在；若该道岔在历史道岔中不存在，则根据联锁设备获取的道岔开向搜索下一区段；若该道岔在历史道岔中存在，则根据历史道岔开向搜索下一区段；
18.判断应答器位置至道岔所在位置的长度是否超过目标长度，若未超过目标长度，则继续搜索直至超过目标长度结束搜索；若超过目标长度，则结束搜索；
19.若所述链接对象类型为无岔区段/道岔区段，则检查该无岔区段/道岔区段的上一区段的下一链接对象为该无岔区段/道岔区段，判断该无岔区段/道岔区段的长度是否超过目标长度；若未超过目标长度，则继续搜索直至超过目标长度结束搜索；若超过目标长度，则结束搜索。
20.进一步地，以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度之前，判断地面设备是否首次收到列车位置报告，
21.若地面设备首次收到列车位置报告，则判断列车车尾是否通过距离当前应答器最近的道岔；
22.若地面设备非首次收到列车位置报告，则以应答器为起点开始路径搜索。
23.进一步地，若列车车尾未通过距离当前应答器最近的道岔，则以应答器为起点开
始路径搜索；若列车车尾已通过距离当前应答器最近的道岔，联锁设备汇报的道岔开向不准确，无法确定列车走向，则计算列车位置包络。
24.另外，本发明还提供一种实现如上述所述用于移动闭塞的列车位置包络计算方法的装置，该装置包括地面设备、联锁设备以及车载设备atp，其中，
25.所述联锁设备用于将道岔开向信息发送至地面设备；
26.所述车载设备atp用于将应答器位置信息以及列车估计前端距离应答器的偏移发送至地面设备；
27.所述地面设备用于接收联锁设备发送的道岔开向信息和车载设备atp发送的应答器位置信息、列车估计前端距离应答器的偏移；并根据道岔开向信息、应答器位置信息以及列车估计前端距离应答器的偏移计算列车位置包络。
28.此外，本发明还涉及一种用于移动闭塞的列车位置包络计算系统，所述系统包括确定单元；所述确定单元用于以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度；从而确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置以及最小安全后端位置。
29.进一步地，所述系统还包括判断单元，所述判断单元用于以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度；从而确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置以及最小安全后端位置之前，判断地面设备是否首次收到列车位置报告。
30.进一步地，所述判断单元用于判断地面设备是否首次收到列车位置报告包括：
31.若地面设备首次收到列车位置报告，则判断模块用于判断列车车尾是否通过距离当前应答器最近的道岔。
32.进一步地，所述确定单元还包括搜索模块，所述搜索模块用于以应答器位置为起点搜索下一区段，判断下一区段的链接对象类型；并根据链接对象类型确定应答器至下一区段的搜索长度。
33.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的方法。
34.综上所述，本发明设计的列车位置包络计算方法突破了现有技术的局限，通过记录列车行走路径和道岔状态信息实时计算列车位置包络，实现了地面设备计算列车位置包络技术，有助于在车载设备未携带电子地图的情况下地面设备定位列车具体位置，从而可以为列车计算行车许可，有利于实现多车紧密追踪，为实现移动闭塞创造条件，提高运行效率。
35.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1示出了本发明实施例中列车位置包络示意图；
38.图2示出了本发明实施例中咽喉区列车位置示意图；
39.图3示出了本发明实施例中列车车尾未通过距离当前应答器最近道岔示意图；
40.图4示出了本发明实施例中列车车尾通过距离当前应答器最近道岔示意图；
41.图5示出了本发明实施例中列车位置包络计算方法流程图；
42.图6示出了本发明实施例中列车位置包络搜索方法流程图；
43.图7示出了本发明实施例中实现用于移动闭塞的列车位置包络计算方法的装置示意图；
44.图8示出了本发明实施例中用于移动闭塞的列车位置包络计算系统的示意图；
45.图9示出了本发明实施例中计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.本发明实施例中，列车位置包络指的是列车可能存在的范围，一般用四个位置点表示，即图1中所示的最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置、最小安全后端位置。列车定位误差包括欠读误差和过读误差，欠读误差和过读误差为定值，通过车载设备发送给地面设备。欠读误差是指欠读测距误差，即实际列车车头位置在估计前端位置前方，根据列车估计前端位置加上欠读误差就得到了列车车头最大可能出现的位置，即最大安全前端点。过读误差是指过读测距误差，即实际列车车头位置在估计前端位置后方，根据列车估计前端位置减去过读误差就得到了列车车头最小可能出现的位置，即最小安全前端点。根据最大安全前端点往后延伸列车长度，得到最大安全后端点；根据最小安全前端点往后延伸列车长度，得到最小安全后端点。列车车长即为最大安全前端位置与最大安全后端位置之间的距离或者最小安全前端位置与最小安全后端位置之间的距离。
48.本发明实施例中提出的一种用于移动闭塞的列车位置包络计算方法，针对车载设备atp不携带电子地图无法实现列车位置包络计算的情景，由地面设备提供列车位置包络功能。该方法设计的技术方案主要针对列车当前运行在两个应答器之间的咽喉区所示的情景，示例性地，如图2所示，列车当前运行在应答器bs4和应答器bs5之间的咽喉区，此时无法仅根据应答器位置及列车估计前端距离lrbg(最近应答器组)的偏移确定列车的实际位置，需要知道列车车头越过上一个应答器后所经过的所有道岔位置，从而根据道岔开向搜索出列车的实际位置。
49.下面对图2-图4以及图7中出现的符号进行解释，图2至图4、图7中，bs4、bs5表示应答器，列车运行轨道编号为ig、iig、3g、4g和5g，x、xn、s1、s2、s3、s5表示信号机，d2、d4、d6表示调车信号机，2、4、6、8、10、12、14、16、18表示道岔，x3jg、s1lq、ibg、iibg、2-8dg、4-6dg、
10dg、12dg、14dg、16dg、18dg表示轨道区段，其中，x3jg、s1lq、ibg、iibg为无岔区段；2-8dg、4-6dg、10dg、12dg、14dg、16dg、18dg为有岔区段。
50.本发明实施例中，用于移动闭塞的列车位置包络计算方法如图5所示，首先判断是否第一次收到列车发送位置报告，若非首次收到列车发送位置报告，则以应答器为起点按一定长度搜索列车位置包络；若是首次收到列车发送位置报告，则判断列车车尾是否通过距离当前应答器最近道岔，若列车车尾未通过距离当前应答器最近道岔，则以应答器为起点开始路径搜索，搜索出列车车身范围内的所有道岔，根据地面设备的电子地图和联锁汇报的道岔位置可计算出列车位置包络。最后将列车车身范围内的道岔信息及当前应答器信息进行存储，供下周期计算使用，之后将存储的当前应答器信息用于更新历史应答器。若列车车身范围内不存在道岔，则根据应答器及偏移计算列车位置包络。若列车车尾已通过距离当前应答器最近道岔，则不计算列车位置包络。
51.图6示出了本发明实施例中搜索列车位置包络流程示意图，即如何以应答器为起点沿一定方向按一定长度搜索列车车身范围内的所有道岔，根据电子地图和联锁设备汇报的道岔位置可计算出列车位置包络。首先根据应答器位置信息以及列车估计前端距离应答器lrbg的偏移、过读误差和欠读误差判断最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器lrbg的的搜索方向和搜索长度，再根据上述四个位置的相对方向以及搜索长度进行路径搜索。
52.具体地，列车最大安全前端的搜索方向为列车运行方向，列车最大安全前端的搜索长度为列车估计前端到应答器的距离和欠读误差之和。若过读误差大于列车估计前端到应答器的距离，列车最小安全前端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最小安全前端的搜索长度为过读误差减去列车估计前端到应答器的距离。列车最大安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最大安全后端的搜索长度为列车长度减去欠读误差和列车估计前端到应答器的距离。列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离。
53.若过读误差小于或等于列车估计前端到应答器的距离，此时列车最小安全前端的搜索方向为列车运行方向，搜索长度为列车估计前端到应答器的距离减去过读误差。列车最大安全后端、最小安全后端的搜索方向和长度则根据a(列车长度)与b(列车估计前端到应答器的距离加上欠读误差)之间的大小关系确定；若a大于b，则计算列车最大安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，搜索长度为列车长度减去欠读定位误差与列车估计前端到应答器的距离；列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，列车最小安全后端的搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离。若a小于或等于b，列车最大安全后端的搜索方向为列车运行方向，搜索长度为欠读误差与列车估计前端到应答器的距离之和减去列车长度；最小安全后端的搜索方向和搜索长度则根据a(列车长度)和c(列车估计前端到应答器的距离与过读误差之差)的大小关系进行判断：若a大于c，则列车最小安全后端的搜索方向为列车运行方向的反方向，搜索长度为列车长度加上过读误差再减去列车估计前端到应答器的距离；若a小于或等于c，则计算列车最小安全后前端的搜索方向为列车运行方向，搜索长度为列车估计前端到应答器的距离减去列车长度与过读误差。
54.路径搜索按照以下过程实现：根据当前所在轨道区段获取下一个轨道区段，判断
当前所在轨道区段的下一个链接对象类型，下一个链接对象类型分为道岔、无岔区段和道岔区段，若下一链接对象为无岔区段，则检查当前区段的下一区段的上一链接对象为本区段，判断已搜索长度是否超过目标搜索长度；若已搜索长度未超过目标搜索长度，则继续搜索下一个区段，当下一区段为道岔时，判断历史道岔信息中是否存在该道岔，若历史道岔信息中不存在该道岔，则使用联锁设备采集到道岔的开向信息获取过该道岔后的下一个区段；若历史道岔信息中存在该道岔，则根据历史道岔位置获取过该道岔后的下一个区段；之后更新历史道岔信息，并判断已搜索长度是否超过目标搜索长度；若已搜索长度超过目标搜索长度，则结束路径搜索。上述过程中，若判断搜索长度未超过目标搜索长度，则再次循环整个路径搜索流程，直至搜索长度达到目标搜索长度，从而结束整个路径搜索过程，确定列车估计前端位置的具体位置，结合列车定位误差(欠读误差和过读误差)长度，确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置和最小安全后端位置，从而完成列车位置包络计算。
55.下文将结合具体场景介绍图5至图6所示的列车位置包络计算方法如何应用。具体地，参照图3，图3示出了本发明实施例中首次收到列车发送位置报告，列车车前未通过距离当前应答器最近道岔情景。图3所示情景中，地面设备按如下步骤计算列车位置包络：地面设备周期接收车载设备atp发送的lrbg信息及列车估计前端距离lrbg的偏移，以lrbg所在位置为起点，分别判断最大安全前端点、最小安全前端点、最大安全后端点、最小安全后端点相对于应答器lrbg的方向，假设经过判断得出列车最大安全前端和最小安全前端在lrbg的右侧，最大安全后端和最小安全后端在lrbg的左侧；先计算列车车头的位置，以lrbg为起点向右搜索，搜索长度为列车估计前端距离lrbg的偏移，当搜索到轨道区段ibg时，判断ibg为无岔区段，则检查ibg的左链接对象轨道区段x3jg的右链接对象为ibg，此时判断ibg的长度小于目标长度，则继续搜索下一个区段，即道岔2的岔前区段，判断为道岔区段，则判断此区段的左链接对象ibg的右链接对象为本区段，此时判断搜索长度小于目标长度，则继续搜索下一个区段，判断下一个为道岔2时，判断历史道岔中是否存在道岔2，由于是首次搜索到道岔2，因此历史道岔信息中不存在道岔2，因此使用联锁设备采集到道岔2的开向信息(即道岔2处于定位方向)来搜索下一个区段，为道岔2的岔后定位区段(即轨道区段2-8dg)，此时判断搜索长度等于目标长度，则可以判断列车估计前端位置在道岔2的岔后定位区段上的某点。接下来以列车估计前端为起点向前延伸欠读误差长度，计算得到最大安全前端所在区段加偏移；以列车估计前端为起点向后延伸过读误差长度，计算得到最小安全前端所在区段加偏移，再用最大安全前端位置减去列车长度，得到最大安全后端位置，同理用最小安全前端减去列车长度得到最小安全后端位置。
56.参照图4，图4示出了本发明实施例中首次收到列车发送位置报告，列车车尾通过距离当前应答器最近道岔情景。在图4所示情景中，列车车尾通过距离当前应答器最近道岔后，历史道岔信息为空，原进路可能被解锁，联锁设备汇报的距离应答器最近道岔的位置信息不可信，因此无法确定列车的走向，从而无法确定列车位置包络。列车当前运行位置如图4所示，整个列车的车身处于轨道路线为3g和5g上，此时道岔2、道岔8和道岔10的开向均无法确定，可能会出现列车经过道岔2时其开向为定位，列车经过道岔2以后其开向变成了反位。因此，在图4所示的情景中，由于联锁无法准确获取道岔位置信息，也就无法通过图3中所示情景中搜索列车位置包络的过程，该种情景下无法仅凭应答器编号和列车估计前端距
离应答器的长度计算列车位置包络。
57.若地面设备非首次收到列车发送位置报告，历史道岔信息中至少存在距离应答器最近的道岔位置，即使联锁改变此道岔位置，地面设备从历史道岔中获取信息也能正确计算列车位置包络。当列车上周期发送过位置报告，本周期计算列车位置包络时，以应答器为起点开始路径搜索，搜索出列车车身范围内及列车车尾经过的所有道岔，若历史道岔信息中存有此道岔信息，则使用历史道岔信息判断列车走向，若不存在，则根据联锁汇报的道岔位置判断列车走向，再加上使用应答器信息及列车估计前端距离lrbg的偏移可计算出列车位置包络，列车位置包络计算方法参考图3所示场景中的计算方法。
58.本发明实施例的第二方面，涉及一种实现上述用于移动闭塞的列车位置包络计算方法的装置，该装置组成如图7所示，涉及地面设备、车载设备atp以及联锁设备。联锁设备用于将道岔开向信息发送至地面设备；车载设备atp用于将应答器位置信息以及列车估计前端距离应答器的偏移发送至地面设备；地面设备用于接收联锁设备发送的道岔开向信息和车载设备atp发送的应答器位置信息、列车估计前端距离应答器的偏移；并根据道岔开向信息、应答器位置信息以及列车估计前端距离应答器的偏移计算列车位置包络。
59.本发明实施例的第三方面，涉及一种用于移动闭塞的列车位置包络计算系统，该系统包括确定单元和判断单元，确定单元包括搜索模块，确定单元用于以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度；从而确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置以及最小安全后端位置。搜索模块用于以应答器位置为起点搜索下一区段，判断下一区段的链接对象类型；并根据链接对象类型确定应答器至下一区段的搜索长度。判断单元用于以应答器位置为起点，根据列车估计前端到应答器的距离以及列车定位误差分别确定最大安全前端、最小安全前端、最大安全后端以及最小安全后端相对于应答器的搜索方向和搜索长度；从而确定最大安全前端位置、最小安全前端位置、最大安全后端位置以及最小安全后端位置之前，判断地面设备是否首次收到列车位置报告。
60.所述判断单元用于判断地面设备是否首次收到列车位置报告包括：
61.若地面设备首次收到列车位置报告，则判断模块用于判断列车车尾是否通过距离当前应答器最近的道岔。
62.同时，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述用于移动闭塞的列车位置包络计算方法。计算机程序包括程序指令，程序指令被处理器执行时实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。
63.需要说明的是，本发明实施例中所使用的术语“向右”、“左链接”、“右链接”以及类似的表述只是为了说明的目的，且以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。
64.综上所述，本发明提供的一种用于移动闭塞的列车位置包络计算方法及系统，能够实现车载设备不携带电子地图的条件下计算列车位置包络。该方法考虑列车处于咽喉区
时无法根据应答器位置以及列车估计前端距离应答器的偏移确定列车的实际位置，通过判断列车是否首次收到地面设备发送的位置报告以及列车车尾是否已通过距离当前应答器最近道岔，记录列车行走路径以及道岔状态信息实时计算列车位置包络，该方法能够满足移动闭塞系统对列车位置包络的要求。
65.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。