长大坡度铁路列车控制方法及装置与流程

1.本发明属于国铁列车控制技术领域，尤其涉及长大坡度铁路列车控制方法及装置。


背景技术：

2.中国铁路列车控制系统按照规划有ctcs0-4级，普速铁路采用ctcs0级，高速铁路采用ctcs2/3级，ctcs0/2/3均为固定闭塞；正在试验研究的ctcs-n(新型列控系统)为移动闭塞，该系统符合ctcs-4级规定的一些技术特点。
3.列车控制系统分为车载设备、地面设备两大部分，ctcs0-4级各系统设备构成也不尽相同，但ctcs0-4级列控系统车载设备控车计算的逻辑基本相同，都是根据前方闭塞空闲情况(固定闭塞)或前方列车车尾位置(移动闭塞)进行目标距离制动模式曲线计算，保证列车制动安全，目前ctcs0/2/3系统成熟保证国铁安全可靠运输。
4.目前国内海拔较低的铁路也有大坡度，在区间停车后如何保证列车启动后能够顺利闯坡，高、普速列车都有应对方案。
5.1)普速铁路
6.普速铁路采用ctcs0级列控系统条，区间闭塞分区入口处区间通过信号机，在有长大上坡的区间闭塞分区处设置的区间通过信号机额外加装了一个容许信号灯，当该信号机点红灯时候额外点亮一个许可信号，普速列车可以不停车以较低速度行驶，由司机观察前方线路情况随时停车；这种运行方式一般在内燃机车牵引的情况下运用比较多，在我国功率电力机车成功应用后，停车后无法启动的问题基本不存在。
7.2)高速铁路
8.高速铁路采用ctcs2/3级列控系统，由于采用动力分散的动车组，动车组的动力充足，在闭塞分区设置合理的情况下不存在停车后无法启动的问题。
9.(3)高原铁路长大坡度停车后存在的问题
10.我国西部高原铁路从低海拔向高海拔爬升，坡度绝对值甚至能够达到千分之三十，高原铁路架设输电线路困难，无法建造电气化铁路，采用内燃机车，由于高海拔氧气浓度大幅降低，内燃机车的牵引定数随之受到很大影响。
11.高海拔高原铁路为了减少设备维护工作，轨旁设备尽量减少，列车控制系统一般选择移动闭塞制式，既保证了安全、又减少了轨旁设备，降低维护工作量。移动闭塞工作原理就是后车追踪前车尾部，一旦前车停车，后车按照目标距离模式曲线输出制动命令，列车制动停车，一旦停在长大上坡度区域，列车重新启动爬坡很困难，甚至无法启动，需要救援。目前在川藏铁路建设过程中，就遇到千分之三十长大坡度的工程实际问题，川藏铁路采用常规移动闭塞，一旦车载设备计算输出制动，列车停止在千分之三十长大坡度上坡道位置，列车重新启动基本不可能，目前川藏线的使用环境中我国现役的内燃机车牵引定数都无法满足要求。


技术实现要素：

12.车载设备按照目标距离制动曲线能够保证行车安全，但车载制动计算的行车许可终点无法顾及停车位置是否在长大上坡度范围，一旦停在长大坡度上将导致列车启动困难、造成运营中断。为了解决这个技术难题，本发明提出了长大坡度铁路列车控制方法，通过列车车载设备增加列车停车后启动曲线计算的方案，解决了长大坡度线路停车启动困难的工程设计难题。
13.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
14.长大坡度铁路列车控制方法，包括如下步骤：
15.获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；
16.当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出前方长大上坡度列车的能够停车后重启的停车位置；
17.其中，所述长大坡度所处的海拔高度不小于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。
18.进一步的，所述的当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置的方法为：
19.获取最不利停车临界启动位置s，将最不利停车临界启动位置s与行车许可终点位置a进行对比；
20.以行车方向作为参照，当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s内方，则维持行车许可终点位置a作为停车位置；当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s外方，在保证安全和制动力允许的前提下，控制列车的停车点不超过最不利停车临界启动位置s，确保停车后能够重启。
21.进一步的，行车许可终点位置a通过列车制动曲线获得。
22.进一步的，最不利停车临界启动位置s通过提前获取的列车牵引定数、存储线路坡度信息，实时获取的列车位置、速度信息综合计算后获得。
23.长大坡度铁路列车控制装置，包括如下模块：
24.信息获取模块，用于获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；
25.停车位置确定模块，用于当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出前方长大上坡度列车的能够停车后重启的停车位置；
26.其中，所述长大坡度所处的海拔高度不小于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。
27.一种计算设备，包括：
28.一个或多个处理单元；
29.存储单元，用于存储一个或多个程序，
30.其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理单元执行，使得所述一个或多个处理单元执行所述的长大坡度铁路列车控制方法。
31.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述长大坡度铁路列车控制方法的步骤。
32.本发明的优点和积极效果是：
33.目前现有移动闭塞列车制动曲线仅考虑前车位置计算列车制动曲线，面对海拔大于4000m、内燃机车牵引定数不足的情况，一旦在长大坡道上停车，内燃机车将无法在坡道上正常启动；本发明通过列车车载启动曲线计算，在现有的列控制动曲线基础上，通过获取线路坡度信息制定双曲线模型确定列车在高海拔地区长大坡道停车与重启方案；另一方面，为实现双曲线信息结合的计算，在既有列控车载设备基础上，提出两种启动曲线的车载硬件配置方案实现了适应长大坡度铁路停车启动位置计算的新思路，解决了长大坡度线路停车启动困难的工程设计难题。
附图说明
34.以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
35.图1为本发明背景技术中提供的常用制动曲线示意图；
36.图2为本发明实施例1提供的启动曲线计算优化后执行曲线示意图；
37.图3为本发明实施例1提供的启动曲线计算超出atp防护范围时执行曲线示意图；
38.图4为本发明实施例2提供的启动曲线计算硬件叠加方案示意图；
39.图5为本发明实施例2提供的启动曲线计算软件融合方案示意图；
40.其中，图1中eoa点表示行车许可终点；
具体实施方式
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.如图1至图5，本实施例提供的长大坡度铁路列车控制方法，包括如下步骤：
43.获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；
44.当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置；
45.其中，所述长大坡度所处的海拔高度不低于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。
46.所述的当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置的方法为：
47.获取最不利停车临界启动位置s，将最不利停车临界启动位置s与行车许可终点位置a进行对比；
48.以行车方向作为参照，当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s内方，则维持行车许可终点位置a作为停车位置；当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s外方，在保证安全和制动力允许的前提下，控制列车的停车点不超过最不利停车临界启动位置s，确保停车后能够重启。
49.需要说明的是，行车许可终点位置a通过列车制动曲线获得；最不利停车临界启动位置s通过提前获取的列车牵引定数、存储线路坡度信息，实时获取的列车位置、速度信息综合计算后获得。
50.在本实施例中，具体的长大坡度铁路列车控制方法包括如下：
51.启动曲线的生成及计算原则：
52.启动曲线是指不低于4000m海拔条件下内燃机车能够从零启动运行的曲线；通过获取的线路坡度信息、实时列车速度和位置信息，并在实时变化的列车控车制动曲线行车许可终点位置a前后一定范围寻找最不利停车临界启动位置s；超过最不利停车临界启动位置s的位置均为不利停车位置范围，通过将车停在不超过最不利停车临界启动位置s，在不超过当前列车牵引定数、线路坡度状态下能够实现列车重新启动运行。
53.需要说明的是，启动曲线计算需要提前获取列车牵引定数、存储线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息，通过启动曲线计算模块根据列车牵引定数、存储线路坡度、列车位置、速度等信息实时计算获得；在列车正常运行时即车载控车曲线在顶棚区时(没有制动正常行驶时)，启动曲线不计算；在列车减速运行时即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时启动曲线计算，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置；
54.当下坡运行时，启动曲线不计算。
55.启动曲线与制动曲线的关系：
56.制动曲线负责列车超速防护安全，启动曲线只负责计算最不利停车临界启动位置，车载计算机将启动曲线计算的最不利停车临界启动位置与制动曲线计算的行车许可终点位置(eoa点)进行对比；以行车方向作为参照，当eoa点在启动位置点内方，则维持制动曲线确定的eoa点；当eoa点在启动位置点外方，在保证安全和制动力允许的前提下，制动曲线行车许可的终点要收缩至能够停车后重启的停车位置。
57.实施例2
58.由于启动曲线计算需要占用相当的车载计算机资源，对车载计算机计算能力要求提升，由于启动曲线计算位置仅是方便列车停车重新启动的位置，跟行车安全没有关系，计算机硬件要求可不满足sil4级要求。
59.启动曲线计算硬件设置有两个方案：
60.方案一：
61.在车载上增加一个启动曲线计算模块，该模块计算机安全完整度不小于sil2级要求即可；该模块与atp共用列车位置信息、速度信息，且存储全线的长大坡度信息；该模块与atp车载设备通过车载总线实现计算机通信；
62.方案二：
63.启动曲线计算软件增加到车载计算机设备内，该软件的计算结果与atp防护软件模块之间进行数据传输，原有的atp存储模块存储有列车位置信息和列车速度信息，只需要增加存储全线的长大坡度信息，形成双任务，这样避免了速度、位置信息的传递。
64.调度指挥系统负责全线运输调度指挥，通常情况尽量避免列车停车不能启动组织救援的情况发生，会造成整个运输组织的混乱。车载启动曲线应通过无线通道将停车启动位置及时向调度中心传递，由调度员通过车地通讯手段监督司机执行，保证整个实现设备、司机、调度指挥的闭环管理。
65.实施例3
66.本实施例提供的长大坡度铁路列车控制装置，包括如下模块：
67.信息获取模块，用于获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度
信息；
68.停车位置确定模块，用于当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置；
69.其中，所述长大坡度所处的海拔高度不小于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。
70.本实施例还提供一种计算设备，包括：
71.一个或多个处理单元；
72.存储单元，用于存储一个或多个程序，
73.其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理单元执行，使得所述一个或多个处理单元执行本实施例中的长大坡度铁路列车控制方法；需要说明的是，计算设备可包括但不仅限于处理单元、存储单元；本领域技术人员可以理解，计算设备包括处理单元、存储单元并不构成对计算设备的限定，可以包括更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
74.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现本实施例中长大坡度铁路列车控制方法的步骤；需要说明的是，可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合；可读介质上包含的程序可以用任何适当的介质传输，包括，但不限于无线、有线、光缆，rf等等，或者上述的任意合适的组合。例如，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java，c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如c语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行，或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
75.以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.长大坡度铁路列车控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出长大上坡度列车的能够停车后重启的停车位置；其中，所述长大坡度所处的海拔高度不小于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。2.根据权利要求1所述长大坡度铁路列车控制方法，其特征在于：所述的当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置的方法为：获取最不利停车临界启动位置s，将最不利停车临界启动位置s与行车许可终点位置a进行对比；以行车方向作为参照，当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s内方，则维持行车许可终点位置a作为停车位置；当行车许可终点位置a在最不利停车临界启动位置s外方，在保证安全和制动力允许的前提下，控制列车的停车点不超过最不利停车临界启动位置s，确保停车后能够重启。3.根据权利要求2所述长大坡度铁路列车控制方法，其特征在于：行车许可终点位置a通过列车制动曲线获得。4.根据权利要求2所述长大坡度铁路列车控制方法，其特征在于：最不利停车临界启动位置s通过提前获取的列车牵引定数、存储线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息，根据列车牵引定数、存储线路坡度、列车位置、速度信息实时计算获得。5.长大坡度铁路列车控制装置，其特征在于，包括如下模块：信息获取模块，用于获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；停车位置确定模块，用于当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出跨越前方长大上坡度列车的能够停车后重启停车位置；其中，所述长大坡度所处的海拔高度不低于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十。6.一种计算设备，其特征在于：包括：一个或多个处理单元；存储单元，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理单元执行，使得所述一个或多个处理单元执行如权利要求1至4中任一项所述的方法。7.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及长大坡度铁路列车控制方法，包括如下步骤：获取列车牵引定数及线路坡度信息，实时获取列车位置、速度信息；当列车上坡减速运行时，即车载控制曲线处于目标速度监控区曲线时，计算出长大上坡度列车的能够停车后重启的停车位置；其中，所述长大坡度所处的海拔高度不小于4000m；长大坡度的坡度绝对值不小于千分之三十；本发明通过列车车载启动曲线计算，在现有的列控制动曲线基础上，通过获取线路坡度信息制定双曲线模型确定列车在高海拔地区长大坡道停车与重启方案。地区长大坡道停车与重启方案。地区长大坡道停车与重启方案。


技术研发人员：何永发 罗健 闫俊俊 张昱 南迪 黄虹苇 孔令宽
受保护的技术使用者：中国铁路设计集团有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/6/27