基于信号ATO系统的控车方法与流程

基于信号ato系统的控车方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于信号ato系统的控车方法，属于城市轨道交通信号系统技术领域。


背景技术：

2.某地铁11号线于2018年4月23日开通，全长58公里，共22座车站，其中18座高架站、4座地下站。初始设计上、下行单程均以最高速行驶，因此11号线运营行车调整空间少，牵引能耗消耗量大。
3.该地铁11号线信号ato系统通过连续的车地传输方式接收ats系统发送的调整指令，及下一个控制点的期望到达时间，如站台停车点、信号机停车点、调车进路终点等。根据线路特征、车辆特征和当前运行图，11号线ato模式离线定义了运行曲线，为全速运行曲线。即在ato所能应用的最高速度下(ato进行速度调节时需遵循的参考速度值的上限)定义此曲线，运营行车调整空间少，牵引能耗消耗量大。
4.因此，需要提供一种控车方法，以减少牵引能耗消耗量。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于信号ato系统的控车方法，降低列车牵引能耗。
6.本发明所述的一种基于信号ato系统的控车方法，包括如下步骤：
7.步骤1：信号车载ato系统通过ats系统发送的下一站到站时间计算出区间剩余运行时间；
8.步骤2：当列车行驶在线路坡度小的线路上时，ato控制车速到参考目标速度，利用坡度采取惰行策略；
9.步骤3：剩余时间与列车当前状态进行匹配，剩余时间大于当前状态下的运行时间进入节能模式，否则进入全速运行策略，并在运行过程中根据实际情况进行调整。
10.优选的，所述步骤3中的在运行过程中根据实际情况进行调整是指在区间运行过程中，列车ato运行曲线通过多个ckp检查点来描述列车运行状态。
11.优选的，所述ckp检查点是ato系统内部定义的虚拟位置点，储存在电子地图中；列车每到达一个ckp检查点，将与ats系统计算的到达时间对比，ato将采用节能模式或全速运行策略。
12.优选的，所述全速运行策略在线路坡度
±
0.2以上，但坡度变化不多的区域，采用较小的恒定牵引力或制动力保持列车恒速。
13.优选的，所述全速运行策略在坡度
±
0.2以内，但坡度变化较多的区域，使列车在区间牵引和制动命令的变化次数最少，保持最长的惰行时间。
14.优选的，所述目标速度是指
±
0.6m/s。
15.优选的，所述步骤2中在线路坡度小的线路上是指列车行驶在坡度
±
0.2以内的线
路上。
16.优选的，还包括如下步骤：
17.步骤01：行车调度员在控制中心工作站对车站设置特殊天气下的ato控车模式，下发特殊天气下的ato控车模式指令；
18.步骤02：列车在站台区域检测是否收到采用特殊天气下的ato控车模式指令；
19.步骤03：收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车在下一区间及站台进站过程中，使用不超过指定的减速度运行；未收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车以权利要求1-7任一项所述的基于信号ato系统的控车方法运行。
20.优选的，所述指定的减速度是指-0.4m/s2。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明通过提出一种基于信号ato系统的控车方法，可实时计算列车延误时间，若早点或准点则列车采取节能策略；若晚点则自动切换原运行速度曲线追赶时间，达到降低能耗与客运服务质量的平衡，减少小幅度牵引和小幅度制动带来的能量消耗。
附图说明
23.图1为本发明实施例1所述的一种基于信号ato系统的控车方法的流程图；
24.图2为本发明实施例1所述的一种基于信号ato系统的控车方法上行优化前后惰行时间比统计图；
25.图3为本发明实施例1所述的一种基于信号ato系统的控车方法下行优化前后惰行时间比统计图；
26.图4为本发明实施例2所述的首次打滑制动率范围图；
27.图5为本发明实施例2所述的调度工作站设置特殊天气下的ato控车模式车站显示图；
28.图6为本发明实施例2所述的为司机显示单元上特殊天气下的ato控车控车模式显示图；
29.图7为本发明实施例2所述的一种基于信号ato系统的控车方法的流程图。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术方案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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.实施例1
32.在不影响运营质量的前提下，根据11号线实际列车运行曲线，综合考虑11号线区间长度较长、室外条件复杂等情况，优化精调信号控车策略。通过在区间增加列车惰行时间使列车长时间处于惰行状态，优化11号线ato系统控车策略，能够降低列车牵引能耗，达到11号线最优节能效果。
33.故，本发明公开了一种基于信号ato系统的控车方法，如图1所示，包括如下步骤：
34.步骤1：信号车载ato系统通过ats系统发送的下一站到站时间计算出区间剩余运
行时间。
35.步骤2：当列车行驶在线路坡度小(具体是列车行驶在坡度
±
0.2以内)的线路上时，ato控制车速到参考目标速度(具体是
±
0.6m/s)，利用坡度采取惰行策略。当车在坡度加速/减速超出目标速度
±
0.6m/s后，例如在上坡时，当车速降到目标速度-0.6m/s时，则一次制动提速到目标速度+0.6m/s，而后继续采用惰行策略。
36.步骤3：剩余时间与列车当前状态进行匹配，剩余时间大于当前状态下的运行时间进入节能模式，否则进入全速运行策略，并在运行过程中根据实际情况进行调整。
37.在区间运行过程中，列车ato运行曲线通过多个ckp检查点来描述列车运行状态。ckp检查点是ato系统内部定义的虚拟位置点，储存在电子地图中；列车每到达一个ckp检查点，将与ats系统计算的到达时间对比，ato将采用节能模式或全速运行策略。
38.全速运行策略在线路坡度
±
0.2以上，但坡度变化不多的区域，采用较小的恒定牵引力或制动力保持列车恒速，避免出现牵引和制动的来回切换。
39.全速运行策略在坡度
±
0.2以内，但坡度变化较多的区域，使列车在区间牵引和制动命令的变化次数最少，保持最长的惰行时间，减少小幅度牵引和小幅度制动带来的能量消耗。
40.基于信号ato系统的控车策略优化可实时计算列车延误时间，若早点或准点则列车采取节能策略；若晚点则自动切换原运行速度曲线追赶时间，达到降低能耗与客运服务质量的平衡。
41.如图2和图3所示，该地铁11号线基于信号ato系统的控车方法优化后，惰行比例显著提高，列车牵引能耗平均节能比为17％。预计可节约牵引能耗714.82万度/每年，节约电费514.67万元/年，减少二氧化碳排放量7126.76吨/年，减少标准煤使用878.51吨/年；以20年信号系统生命周期计算，预计节约牵引能耗1.43亿kwh，节约电费1.03亿元，减少标准煤17570吨，减少二氧化碳排放量14万吨。此外，根据远期11号线上线列车数量的增加，节能效果会进一步提升。
42.实施例2
43.另外，为降低列车空转打滑次数，降低由空转打滑引起紧急制动或进站冲欠标的概率，提高运营服务质量。通过持续收集11号线历年行车数据，分析列车车轮打滑与天气、钢轨、轮对、线路区间、减速度等因素之间的关系，梳理列车打滑区段，研究打滑规律和系统优化升级方向，优化列车控车策略，研发出了适用于地铁11号线的特殊天气下的ato控车模式。
44.普通控车策略：ato系统内预设一条列车进站的停车制动曲线，通过对控制模型中减速度和速度参数的设置，ato系统将会控制列车在制动过程中“追踪”上系统预设的制动曲线，使列车平滑的达到所设定的恒定减速度，让乘客无强烈的冲击感。11号线所用恒定制动率为-0.8m/s2，随时响应信号级位。列车在进站前的控车策略分为三部分。第一部分：列车根据距离-速度曲线、列车的定位及车头至站台的距离计算出列车的制动曲线进行制动，保证列车在进入站台前降速到atp安全速度下。第二部分：因站台永久限速为60km/h，当列车在区间运行时，atp系统获取站台永久60km/h限速要求后即开始进行减速。因在制动阶段atp需保证列车实际速度低于紧急制动触发速度，同时考虑列车在减速过程中的制动引起的定位误差(定位误差最大为64m)，atp在减速情况下会对列车的实际速度过估，此时atp计
算的列车最大定位位置是大于实际位置的，列车以最大定位计算速度曲线进行减速，在列车到达站台前，列车的实际速度必须低于站台永久限速，所以会有3-5s的惰行，惰行期间运行约60m。第三部分：在列车进入站台停车曲线后，按照ato系统中的停车策略，以-0.8m/s2的减速度制动，同时根据编码里程计的速度和减速度反馈，适时调整制动减速度输出，直至列车在站台停稳。
45.如图4所示，对11号线列车打滑时的减速度进行了统计得出，打滑只出现在列车减速过程中，且打滑的减速度主要集中在-0.4m/s2以上，-0.3m/s2到-0.4m/s2已经明显减少，低于-0.4m/s2的制动下打滑只有10次，所占比例较小。
46.对11号线区间线路坡度、列车进站前减速度情况统计分析后，在测试平台上模拟-0.5m/s2、-0.4m/s2和-0.3m/s2三个档位进行仿真测试，在-0.5m/s2下的运行时间：上行总运行时间比既有运行时间增加2分26秒。下行总运行时间比既有运行时间增加2分34秒。在-0.4m/s2下的运行时间：上行总运行时间比既有运行时间增加5分27秒。下行总运行时间比既有运行时间增5分29秒。在-0.3m/s2下的运行时间：上行总运行时间比既有运行时间增加11分40秒。下行总运行时间比既有运行时间增11分57秒。
47.综合考虑不同减速度下打滑次数及区间运行时间，最终设计特殊天气下的ato控车模式限制减速度为-0.4m/s2，既能降低列车打滑概率，同时减少对区间运行时间的影响。
48.设计由控制中心调度工作站对站台设置特殊天气下的ato控车模式后，所有通过该站台的下一区间及其下一站台的列车均按特殊天气下的ato控车模式以-0.4m/s2限减速度运行。设置成功后，调度工作站界面显示如图5所示。
49.同时，列车司机显示屏上显示特殊天气下的ato控车控车模式图标，如图6所示。
50.如图7所示，本发明实施例1公开的一种基于信号ato系统的控车方法，还包括如下步骤：
51.步骤01：行车调度员在控制中心工作站对车站设置特殊天气下的ato控车模式，下发特殊天气下的ato控车模式指令。
52.步骤02：列车在站台区域检测是否收到采用特殊天气下的ato控车模式指令。
53.步骤03：收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车在下一区间及站台进站过程中，使用不超过指定的减速度(指定的减速度是指-0.4m/s2)运行；未收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车以实施例1所述的基于信号ato系统的控车方法运行。
54.该地铁11号线信号系统升级使用特殊天气下的ato控车模式后一年，共有87天出现特殊天气下的ato控车天气，行调共设置87次特殊天气下的ato控车模式，设置后信号检测到列车仅出现过6次打滑紧制情况，未出现过冲标情况。与往年相比，行调设置特殊天气下的ato控车模式后列车空转打滑次数降低92％，保障了地铁运营行车安全，提高了运营服务质量。
55.以上对本发明所提供的一种基于信号ato系统的控车方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：信号车载ato系统通过ats系统发送的下一站到站时间计算出区间剩余运行时间；步骤2：当列车行驶在线路坡度小的线路上时，ato控制车速到参考目标速度，利用坡度采取惰行策略；步骤3：剩余时间与列车当前状态进行匹配，剩余时间大于当前状态下的运行时间进入节能模式，否则进入全速运行策略，并在运行过程中根据实际情况进行调整。2.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述步骤3中的在运行过程中根据实际情况进行调整是指在区间运行过程中，列车ato运行曲线通过多个ckp检查点来描述列车运行状态。3.根据权利要求2所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述ckp检查点是ato系统内部定义的虚拟位置点，储存在电子地图中；列车每到达一个ckp检查点，将与ats系统计算的到达时间对比，ato将采用节能模式或全速运行策略。4.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述全速运行策略在线路坡度
±
0.2以上，但坡度变化不多的区域，采用较小的恒定牵引力或制动力保持列车恒速。5.根据权利要求2所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述全速运行策略在坡度
±
0.2以内，但坡度变化较多的区域，使列车在区间牵引和制动命令的变化次数最少，保持最长的惰行时间。6.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述目标速度是指
±
0.6m/s。7.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述步骤2中在线路坡度小的线路上是指列车行驶在坡度
±
0.2以内的线路上。8.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤01：行车调度员在控制中心工作站对车站设置特殊天气下的ato控车模式，下发特殊天气下的ato控车模式指令；步骤02：列车在站台区域检测是否收到采用特殊天气下的ato控车模式指令；步骤03：收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车在下一区间及站台进站过程中，使用不超过指定的减速度运行；未收到特殊天气下的ato控车模式指令，列车以权利要求1-7任一项所述的基于信号ato系统的控车方法运行。9.根据权利要求1所述的基于信号ato系统的控车方法，其特征在于，所述指定的减速度是指-0.4m/s2。

技术总结
本发明涉及一种基于信号ATO系统的控车方法，属于城市轨道交通信号系统技术领域；包括如下步骤：步骤1：信号车载ATO系统通过ATS系统发送的下一站到站时间计算出区间剩余运行时间；步骤2：当列车行驶在线路坡度小的线路上时，ATO控制车速到参考目标速度，利用坡度采取惰行策略；步骤3：剩余时间与列车当前状态进行匹配，剩余时间大于当前状态下的运行时间进入节能模式，否则进入全速运行策略，并在运行过程中根据实际情况进行调整；可实时计算列车延误时间，若早点或准点则列车采取节能策略；若晚点则自动切换原运行速度曲线追赶时间，达到降低能耗与客运服务质量的平衡，减少小幅度牵引和小幅度制动带来的能量消耗。引和小幅度制动带来的能量消耗。


技术研发人员：李志强 杨卫红 王春辉 洪玥 王璐
受保护的技术使用者：青岛地铁运营有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/6/28