CN112793628B - 一种列车运行安全的评估方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种列车运行安全的评估方法和装置，所述方法包括：获取相邻两车运行的实时数据；对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态两车相撞所用的实时相撞时间；将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；输出所述势预警等级和防撞预警等级。

Description

一种列车运行安全的评估方法和装置

技术领域

本发明涉及交通安全领域，尤其涉及一种列车运行安全的评估方法和装置。

背景技术

近年来，中国轨道交通的飞速发展为社会紧急繁荣做出了巨大贡献，为国民出行提供了极大便宜。截止到2017年末，我国开通城市轨道交通线路165条，覆盖内地34个城市，运营线路长度达到5033公里。其中地铁3884公里，占比77.2％％。随着路网规模的不断扩大，无疑带动着相应的技术不断创新，其安全保障要求也愈发增加。

作为保证轨道交通安全、高效运行的关键技术，我国的列控技术已取得显著成果。随着列车运行速度和行车密度的增加，系统可靠性要求更高，通信信息量越大，车载智能化和自主化水平越强。

发明内容

本发明的实施例提供了一种列车运行安全的评估方法和装置，提高了列车运行的安全性。

一种列车运行安全的评估方法，所述方法包括：

获取相邻两车运行的实时数据；

对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态两车相撞所用的实时相撞时间；

将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；

将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；

输出所述势预警等级和防撞预警等级。

所述获取相邻两车运行的实时数据的步骤之前，所述方法包括：

确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值。

所述不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值根据以下步骤生成：

根据列车型号、线路数据、发车间隔，在恒加速度最大牵引力的牵引策略下，得到相邻两车的牵引数据；

对所述相邻两列车的牵引数据进行处理，得到安全运行时相邻两的模拟距离和保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间，分别作为划分防撞预警的边界条件和趋势预警的边界条件；

根据所述防撞预警的边界条件和所述趋势预警的边界条件，确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值。

所述牵引数据包括：前车的位置、后车的位置、前车速度、前车加速度，后车速度、后车加速度；

所述对所述列车的牵引数据进行处理，得到安全运行时两车的模拟距离和保持当前状态两车相撞所要的模拟相撞时间的步骤包括：

所述相邻两车的模拟距离根据前车的位置减去后车的位置计算得到；

所述保持当前状态两车相撞所用的模拟相撞时间根据以下公式进行计算：

其中，v₁为前车速度，a₁为前车加速度，v₂为后车速度，a₂为后车加速度，S为相邻两车的模拟距离，t为保持当前状态两车相撞所用的模拟相撞时间。

所述实时数据包括：相邻两车的实时位置、实时速度和实时加速度。

一种列车运行安全的评估装置，包括：

获取单元，获取相邻两车运行的实时数据；

处理单元，对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态两车相撞所用的实时相撞时间；

比较单元，将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；

输出单元，输出所述势预警等级和防撞预警等级。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，考虑了在实际运行中列车的牵引计算数据与列车实际运行数据进行对比，得到了防撞预警、趋势预警的划分标准。用于列车运行过程中安全评估及预警，提升了列车运行的可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述的列车运行安全的评估方法的示意图；

图2为本发明应用场景所述的一种列车运行安全评估的流程图；

图3为本发明实施例所述的列车牵引计算的流程图；

图4为本发明实施例所述的列车牵引计算的运行图；

图5为本发明实施例所述的一种防撞预警、趋势预警和安全余度的划分标准示意表。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，为本发明所述的一种列车运行安全的评估方法，所述方法包括：

步骤11，获取相邻两车运行的实时数据；所述实时数据包括：相邻两车的实时位置、实时速度和实时加速度。

步骤12，对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态两车相撞所用的实时相撞时间；

步骤13，将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；例如：防撞预警分为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。在此运行状态下，得到安全情况下以此车与前车的距离S(单位为m)为划分指标。

步骤14，将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；例如，趋势预警分为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。以此车保持当前状态如果会与前车相撞所用的时间t(单位为s)为划分标准。安全余度为防撞预警和趋势预警的加成，为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。取防撞预警和趋势预警两者最小值作为安全余度的值。

步骤15，输出所述势预警等级和防撞预警等级。

本发明实施例中，考虑了在实际运行中列车的牵引计算数据与列车实际运行数据进行对比，得到了防撞预警、趋势预警的划分标准。用于列车运行过程中安全评估及预警，提升了列车运行的可靠性。

可选的，步骤11，所述方法包括：

步骤10，确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值。

该步骤具体为：

根据列车型号、线路数据、发车间隔，在恒加速度最大牵引力的牵引策略下，得到相邻两车的牵引数据；该步骤可以通过Matlab软件实现。

对所述相邻两列车的牵引数据进行处理，得到安全运行时相邻两的模拟距离和保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间，分别作为划分防撞预警的边界条件和趋势预警的边界条件；

根据所述防撞预警的边界条件和所述趋势预警的边界条件，确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值。按照预定策略和算法，根据边界生成不同等级对应的阈值。

其中，所述牵引数据包括：前车的位置、后车的位置、前车速度、前车加速度，后车速度、后车加速度；

所述对所述列车的牵引数据进行处理，得到安全运行时两车的模拟距离和保持当前状态两车相撞所要的模拟相撞时间的步骤包括：

所述相邻两车的模拟距离根据前车的位置减去后车的位置计算得到；

相应的，所述保持当前状态两车相撞所用的模拟相撞时间根据以下公式进行计算：

其中，v₁为前车速度，a₁为前车加速度，v₂为后车速度，a₂为后车加速度，S为相邻两车的模拟距离，t为保持当前状态两车相撞所用的模拟相撞时间。

以下描述本发明的应用场景。

本发明提供了一种列车运行安全评估及预警方法，通过获取列车在线路上的实时位置、速度、加速度，判断列车的运动趋势及安全状态；当存在潜在风险的时候，发出警报，提醒司机及运营人员采取必要的措施。提高了控制效率，有更加可靠更加全面的监控量，从而保证轨道交通的高效安全运行。本发明对列车运行的安全性进行评估和预警，提升了列车运行的可靠性，提出了防撞预警、趋势预警和安全余度的概念全面评估列车运行的可靠性，提出一种新型评估列车安全的概念，对保证城市轨道交通的安全运行具有重要意义。

如图2所示，本发明的实施例提供了一种列车运行安全评估及预警方法，该方法包括：

步骤1，基于Matlab对列车在运行图下进行牵引计算，获得牵引计算的结果从而得到安全运行时两车距离，运行趋势的边界条件；

其中，牵引计算具体为：首先需要在Matlab中输入列车型号、线路数据、确定发车间隔，之后选定恒加速度最大牵引力的牵引策略下对列车进行牵引计算数据求解。

图3为牵引计算的具体流程图，包括：首先输入列车车站线路等数据，之后同构分析计算得出合力F和加速度a，速度v等，迭代运算到速度为最大速度后，进入惰性工况，分析此时的受力情况，得到此时的列车数据，之后进入到制动工况，需要进行出坡试凑和出坡检验工作，从而得到牵引计算整体运行的结果。

图4为根据图3所述流程图中的方法，在Matlab中以发车间隔为180s进行牵引计算得到的列车的运行图。输入列车和线路数据，确定发车间隔为180s，根据列车所受外力不同，其运行状态可以分为三种：牵引、惰行、制动。设列车所受合力为C，则有：

其中w为行驶阻力和附加阻力之和。许多涉及到牵引计算的文献都有提到推导的过程，这里不再赘述。根据推导结果可知，列车加速度由如下公式:

其中C为列车所受合力，根据运行状态获取，m_stat为列车静止质量，包括列车动车和拖车以及乘客的总重量；m_rot为列车旋转质量，可取列车动车空车质量的0.1倍和拖车空车质量的0.05倍之和。

在恒加速度最大牵引力的牵引策略下得到列车在180s发车间隔下2个小时的运行图，之后对列车的数据进行处理得到安全运行时辆车的距离，和保持当前状态如果两车相撞会用到的时间，作为之后划分防撞预警、趋势预警的边界条件。

对得到的数据进行处理得到安全运行时辆车的距离，和保持当前状态如果两车相撞会用到的时间，作为之后划分防撞预警、趋势预警的边界条件。具体为：两车距离S利用前车的位置减去后车的位置即可得到，保持当前状态如果两车相撞会用到的时间则需根据以下公式进行计算：

其中，v₁为前车速度，a₁为前车加速度，v₂为后车速度，a₂为后车加速度，S为两车距离，t为保持当前状态如果两车会相撞所用的时间。

步骤2，基于对数据的分析处理，提出防撞预警、趋势预警和安全余度的概念，得到其划分标准。其中，基于对仿真数据的分析得到防撞预警、趋势预警和安全余度的划分标准，包括：

防撞预警分为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。在此运行状态下，得到安全情况下以此车与前车的距离S(单位为m)为划分指标。趋势预警分为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。以此车保持当前状态如果会与前车相撞所用的时间t(单位为s)为划分标准。安全余度为防撞预警和趋势预警的加成，为1-10等级，10表示非常安全，1表示非常危险。取防撞预警和趋势预警两者最小值作为安全余度的值。

图4是利用图3所示方法，在此运行状态下，得到安全情况下，相邻两车相距的最小距离S为1614m，此作为防撞预警是否有危险的分界线；相邻两车保持当前状态如果会相撞所用最少时间为45s。利用Maltab对列车实际运行过程中的位置、速度和加速度按照权利要求1所述方法进行处理，得到实际运行中各个时刻相邻列车的距离和保持当前状态如果两车会相撞所用的时间。之后根据图5的划分标准进行对应，得到列车运行过程中各个时刻的防撞预警和趋势预警参数。最终取防撞预警和趋势预警两者最小值作为安全余度的值。

步骤3，利用Matlab对列车运行的实时数据，主要是位置、速度和加速度进行处理得到相邻两车的距离，及保持当前状态如果两车会相撞所用的时间，与划分标准相对比得到每个时刻的防撞预警、趋势预警和安全余度，从而对列车安全运行进行评估和预警；

其中，对实时数据进行处理，在列车运行过程中利用传感器采集到的速度、加速度、位置等数据进行处理，利用Maltab处理矩阵数据的快速性，在其中对列车实际运行过程中的位置、速度和加速度按照公式(1)进行处理，得到实际运行中各个时刻相邻列车的距离和保持当前状态如果两车会相撞所用的时间，之后根据划分标准得到列车的防撞预警、趋势预警和安全余度的值，从而可以对列车安全运行就行评估和预警。

综上所述，本发明实施例针对现阶段缺少列车运行过程中安全评估及预警方法的问题，考虑了在实际运行中列车的牵引计算数据与列车实际运行数据进行对比，得到了防撞预警、趋势预警和安全余度的划分标准。本发明适用于列车运行过程中安全评估及预警，提升了列车运行的可靠性，对保证城市轨道交通的安全运行具有重要意义。

本发明还提供一种列车运行安全的评估装置，包括：

获取单元，获取相邻两车运行的实时数据；

处理单元，对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态两车相撞所用的实时相撞时间；

比较单元，将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；

输出单元，输出所述势预警等级和防撞预警等级。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。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案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种列车运行安全的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值；

获取相邻两车运行的实时数据；

对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态相邻两车相撞所要的实时相撞时间；

将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；

将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；

输出所述趋势预警等级和防撞预警等级；

所述不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值根据以下步骤生成：

根据列车型号、线路数据、发车间隔，在恒加速度最大牵引力的牵引策略下，得到相邻两车的牵引数据；

对所述相邻两车的牵引数据进行处理，得到安全运行时相邻两车的模拟距离和保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间，分别作为划分防撞预警的边界条件和趋势预警的边界条件；

根据所述防撞预警的边界条件和所述趋势预警的边界条件，确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述牵引数据包括：前车的位置、后车的位置、前车速度、前车加速度，后车速度、后车加速度；

所述对相邻两车的牵引数据进行处理，得到安全运行时相邻两车的模拟距离和保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间的步骤包括：

所述相邻两车的模拟距离根据前车的位置减去后车的位置计算得到；

所述保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间根据以下公式进行计算：

其中，v₁为前车速度，a₁为前车加速度，v₂为后车速度，a₂为后车加速度，S为相邻两车的模拟距离，t为保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时数据包括：相邻两车的实时位置、实时速度和实时加速度。

4.一种列车运行安全的评估装置，其特征在于，包括：

获取单元，获取相邻两车运行的实时数据；

处理单元，对所述列车运行的实时数据进行处理，得到相邻两车的实时距离及保持当前状态相邻两车相撞所要的实时相撞时间；

比较单元，将所述实时距离与不同防撞预警等级对应的防撞阈值比较，确定所述相邻两车的防撞预警等级；将所述实时相撞时间与不同趋势预警等级对应的趋势阈值比较，确定所述相邻两车的趋势预警等级；所述不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值在获取相邻两车运行的实时数据之前确定，所述不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值根据以下步骤生成：

根据列车型号、线路数据、发车间隔，在恒加速度最大牵引力的牵引策略下，得到相邻两车的牵引数据；

对所述相邻两车的牵引数据进行处理，得到安全运行时相邻两车的模拟距离和保持当前状态相邻两车相撞所要的模拟相撞时间，分别作为划分防撞预警的边界条件和趋势预警的边界条件；

根据所述防撞预警的边界条件和所述趋势预警的边界条件，确定不同防撞预警等级对应的防撞阈值和不同趋势预警等级对应的趋势阈值；

输出单元，输出所述趋势预警等级和防撞预警等级。

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