一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法、系统及存储介质

本发明涉及重载列车智能控制，更具体的说是涉及一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、当前中国重载铁路线路正在不断拓展，重载铁路运输在轨道运输中具有非常重要的战略地位和经济地位。随着重载铁路的高速发展，重载铁路运能不断提升，重载铁路运输需求也在不断提高，如何提升运输效率和保障运行安全一直是铁路研究的重点和挑战。无线通信技术、传感器技术、车-车通信技术的发展给铁路行业带来新的机遇，万物互联、智慧交通等概念催生出多种提高铁路安全保障、运输效率、资源分配效率、运营维护效率的技术解决方案。重载列车一般是指在货运量集中到发的运输线路上采用大型专用货车编组，采用双机或多机牵引开行的一种超长、超重的货物列车，重载列车重载列车载重力大；列车编挂辆数多。目前，为了实现重载列车的多辆重载列车的编挂，提出了列车虚拟连挂技术。列车虚拟连挂技术以车-车通信技术为核心，通过车-车通信链路实时转发前后列车的速度、位置关系，并及时调整自身速度，可有效提升运输效率和运能，并能在有特定股道作业需求时进行虚拟连挂或解挂操作。此外，虚拟连挂技术最大限度上减少了物理操作，进一步节约时间、人力物力资源和成本。

2、所谓虚拟连挂，就是指不通过物理车钩的方式，将两列车当做一列车来进行控制和管理，这两列车能够在较小的间距下同步加速、同步减速、同步停车。然而，如何实现多辆重载列车的协同管理，进而实现虚拟连挂是本领域技术人员亟需研究的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法、系统及存储介质，实现了重载列车的同步加速、同步减速以及同步停车，从而解决背景技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，包括以下步骤：

4、分别获取重载列车的第一运行数据，所述重载列车的第一运行数据包括：重载列车运行状态、重载列车性能以及重载列车运行过程中的路况信息；

5、根据重载列车的第一运行数据得到通信重载列车顺序图，基于重载列车运行过程中的各个控制基站第一控制参数以及通信重载列车顺序图建立虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型；

6、将重载列车的第一运行数据输入神经网络预测模型中，预测下一时刻的第二运行数据；

7、将第二运行数据输入至虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型中，计算各个控制基站的第二控制参数；

8、将各个控制基站的第二控制参数协同处理，得到最优控制参数。

9、可选的，所述重载列车运行状态包括重载列车的速度、加速度以及前后车的前后距离；所述重载列车性能包括重载列车通信时延和制动性能差异；所述路况信息包括是否存在坡度，是否有隧道，是否有桥梁以及天气状况。

10、可选的，所述通信重载列车顺序图中的信息包括前一重载列车和后一重载列车的相对距离，当前虚拟连挂重载列车所处路况信息以及重载列车性能信息；其中，前一重载列车和后一重载列车的相对距离计算步骤如下：

11、对虚拟连挂重载列车中的每一个重载列车设定连续编号；

12、基于车-车通信及激光雷达技术的虚拟连挂列车识别系统结合低时延车-车通信、高精度激光雷达测距实时获取相邻编号重载列车的速度信息以及距离信息，进而预测下一时刻的相邻编号重载列车的相对距离。

13、可选的，还包括利用最优控制参数对递归神经网络进行训练，得到重载列车虚拟连挂控制模型，基于重载列车虚拟连挂控制模型对重载列车进行控制。

14、可选的，将各个控制基站的第二控制参数协同处理，具体包括：

15、每个基站对应一个控制参数节点，将多个控制参数节点的控制参数组成控制参数矩阵；

16、预设目标控制增益系数矩阵，将控制参数矩阵和目标控制增益系数矩阵做乘积，得到协同控制结果。

17、根据多列重载列车的运行情况，应用多智能体编队控制原理，通过协同巡航控制实现重载列车各单元列车间保持安全间距。

18、可选的，还包括获取异常的协同数据，对协同处理过程中的各项数据进行预处理，并归一化，获得各个重载列车单体的协同控制参数以及协同控制状态，其中协同控制状态包括重载列车单体的刹车距离和重载列车单体的速度信息，以及重载列车整体的运行速度，将重载列车整体的运行速度和重载列车单体的运行速度进行实时追溯评估。

19、一种基于虚拟连挂的重载列车控制系统，包括：

20、初始运行数据获取模块：分别获取重载列车的第一运行数据，所述重载列车的第一运行数据包括：重载列车运行状态、重载列车性能以及重载列车运行过程中的路况信息；

21、通信拓扑网络模型构建模块：用于根据重载列车的第一运行数据得到通信重载列车顺序图，基于重载列车运行过程中的各个控制基站第一控制参数以及通信重载列车顺序图建立虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型；

22、运行数据预测模块：用于将重载列车的第一运行数据输入神经网络预测模型中，预测下一时刻的第二运行数据；

23、控制参数计算模块：用于将第二运行数据输入至虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型中，计算各个控制基站的第二控制参数；

24、协同处理模块：用于将各个控制基站的第二控制参数协同处理，得到最优控制参数。

25、可选的，还包括重载列车控制模型建立模块：用于利用最优控制参数对递归神经网络进行训练，得到重载列车虚拟连挂控制模型，基于重载列车虚拟连挂控制模型对重载列车进行控制。

26、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任意一项所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法的步骤。

27、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法、系统及存储介质，具有以下有益效果：

28、1、本发明通过对重载列车的运行数据综合分析，及时发现运行过程中当前时刻或者下一时刻是否存在相对距离过小的问题，实现重载列车运行过程中的及时响应，能够提高重载列车的控制效率，并通过预测的方式，预见下一时刻重载列车的运行状态，并根据重载列车的自身参数，提高重载列车的控制精度，具有良好的应用前景。

29、2、本发明基于车-车通信及激光雷达技术的虚拟连挂重载列车识别系统结合低时延车-车通信、高精度激光雷达测距等技术确保后重载列车车列控系统能精准、实时获取前方重载列车的位置、速度信息，通过重载列车的控制模型，实时调整列车制动方式，绘制制动曲线，在编组列车密集追踪场景下保障列控系统高可靠性、高安全性，进一步缩短列车运行间距、提高铁路运输效率、轨道占用率，应用前景广泛。

技术特征：

1.一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，所述重载列车运行状态包括重载列车的速度、加速度以及前后车的前后距离；所述重载列车性能包括重载列车通信时延和制动性能差异；所述路况信息包括是否存在坡度，是否有隧道，是否有桥梁以及天气状况。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，所述通信重载列车顺序图中的信息包括前一重载列车和后一重载列车的相对距离，当前虚拟连挂重载列车所处路况信息以及重载列车性能信息；其中，前一重载列车和后一重载列车的相对距离计算步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，还包括利用最优控制参数对递归神经网络进行训练，得到重载列车虚拟连挂控制模型，基于重载列车虚拟连挂控制模型对重载列车进行控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，将各个控制基站的第二控制参数协同处理，具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，根据多列重载列车的运行情况，应用多智能体编队控制原理，通过协同巡航控制实现重载列车各单元列车间保持安全间距。

7.根据权利要求5所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，还包括获取异常的协同数据，对协同处理过程中的各项数据进行预处理，并归一化，获得各个重载列车单体的协同控制参数以及协同控制状态，其中协同控制状态包括重载列车单体的刹车距离和重载列车单体的速度信息，以及重载列车整体的运行速度，将重载列车整体的运行速度和重载列车单体的运行速度进行实时追溯评估。

8.一种基于虚拟连挂的重载列车控制系统，利用权利要求1-5任意一项所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制系统，其特征在于，还包括重载列车控制模型建立模块：用于利用最优控制参数对递归神经网络进行训练，得到重载列车虚拟连挂控制模型，基于重载列车虚拟连挂控制模型对重载列车进行控制。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于虚拟连挂的重载列车控制方法、系统及存储介质，涉及重载列车智能控制技术领域。分别获取重载列车的第一运行数据；根据重载列车的第一运行数据得到通信重载列车顺序图，基于重载列车运行过程中的各个控制基站第一控制参数以及通信重载列车顺序图建立虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型；将重载列车的第一运行数据输入神经网络预测模型中，预测下一时刻的第二运行数据；将第二运行数据输入至虚拟连挂重载列车通信拓扑网络模型中，计算各个控制基站的第二控制参数；将各个控制基站的第二控制参数协同处理，得到最优控制参数。提高了重载列车的控制效率以及控制精度。技术研发人员：刘宏杰,柴铭受保护的技术使用者：北京交通大学技术研发日：技术公布日：2024/3/12