一种用于超导高速磁浮列车的运行控制方法和系统与流程

本发明涉及轨道交通，尤其涉及一种用于超导高速磁浮列车的运行控制方法和系统。

背景技术：

1、目前的高速磁浮列车运行控制系统为西门子的提供的针对上海磁浮开发的专用系统，不具备普适用性。该运行控制系统由中央控制系统、分区控制系统和车载控制系统、车载测速定位系统构成。

2、中央控制系统包括列车自动运行系统、操作员终端、诊断系统。分区运控系统包括牵引系统、分区安全计算机以及分区无线电控制单元。车载控制系统包括车载安全计算机、驾驶员控制台、辅助控制面板、车载测速定位系统、维护控制面板、无线电传输系统。

3、该运行控制系统的车地无线通信系统为38g的maglev系统，该系统传输延迟低，可以支持较高的列车运行速度，但同属微波通信，无线传输的指向性好，散射角度少，带宽窄，工程化难度高，维护工作量大。

4、该运行控制系统的主要缺点：1、列车的初始定位由人工输入，输入错误会打乱运行计划和造成运营风险；2、测速定位由车载设备实现，且该定位信息需实时下传至地面，通信延迟会造成运行风向，对无线通信的通信延迟、通信支持的列车运行速度和通信质量有很高的要求。3、此运行控制系统仅支持常导型磁浮列车，不支持超导型磁浮列车。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种用于超导高速磁浮列车的运行控制方法和系统，基于地面实现列车测速定位、支持超导磁浮列车且对无线通信要求低的中高速磁浮运行控制方法和系统。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于超导高速磁浮列车的运行控制方法，包括：

3、地面分区运控系统分别接收定位测速系统和车载运控系统发送的列车行驶数据后，对列车行驶数据进行验证并对列车进行实时安全控制；

4、所述地面分区运控系统、所述定位测速系统和所述车载运控系统分别向调度指挥系统发送第一列车安全包络信息、列车行驶数据和第二列车安全包络信息，使所述调度指挥系统根据列车情况选择不同的接收信息进行列车的位置追踪；

5、其中，所述第一列车安全包络信息为所述地面分区运控系统根据所述定位测速系统发送的列车行驶数据生成。

6、进一步的，所述地面分区运控系统分别接收定位测速系统和车载运控系统发送的列车行驶数据后，对列车行驶数据进行验证并对列车进行实时安全控制，包括：

7、在正常状态下，所述地面分区运控系统接收地面定位系统实时连续发送的第一列车绝对位置和第一列车速度计算第一列车安全包络信息；

8、所述车载运控系统根据所述地面定位系统发送的第一列车绝对位置和第一列车速度后，实时计算第二列车绝对位置、第二列车安全包络信息和第二列车速度，并通过车地无线传输系统发送至所述地面分区运控系统；

9、当所述地面定位系统正常工作时，所述地面分区运控系统将第一列车绝对位置、第一列车速度和第一列车安全包络信息与第二列车绝对位置、第二列车速度和第二列车安全包络信息进行对比，验证所述车载运控系统和所述地面定位系统分别发送的列车行驶数据是否一致：

10、若不一致且超过预定阈值，则所述地面分区运控系统进行报警；

11、若一致，则所述地面分区运控系统根据所述第一列车速度和第二列车安全包络信息对列车进行实时安全控制，并采取对应的安全策略；

12、其中，所述定位测速系统包括地面定位系统。

13、进一步的，所述定位测速系统还包括车载定位系统；

14、当所述地面定位系统故障时，所述地面分区运控系统利用所述车载定位系统发送的第三列车绝对位置、第三列车安全包络信息和第三列车速度，对列车进行实时安全控制，并采取对应的安全策略；

15、当车载定位系统故障时，所述地面分区运控系统利用所述地面定位系统实时连续发送的第一列车绝对位置和第一列车速度，以及第一列车安全包络信息对列车进行实时安全控制，并采取对应的安全策略；

16、其中，所述第一列车绝对位置和第一列车速度通过所述地面定位系统对列车id进行识别后获取，并通过地面有线传输实时连续的发送至所述地面分区运控系统。

17、进一步的，所述地面定位系统对所述列车id进行识别，包括：

18、车载信号发生设备将列车id作为载波信息实时连续的发送至地面连续接收设备，所述地面连续接收设备将所述载波信息发送至解码运算部件进行解码运算获取列车id，并对不同的解码部件的解码信息进行比较：

19、若比较结果一致，则将获取的列车id、第一列车速度和第一列车绝对位置发送至所述地面分区运控系统，完成列车的初始定位；

20、当列车处于运行中时，所述地面定位系统通过对第一列车绝对位置的实时连续变换，判定列车的运行方向；

21、其中，所述地面定位系统包括：车载信号发生设备、地面连续式接收设备和解码运算部件。

22、进一步的，所述第三列车绝对位置、所述第三列车速度和第三列车安全包络信息的获取包括：

23、所述车载定位系统接收所述地面定位系统通过车地无线传输系统周期性发送的第一列车绝对位置；

24、所述车载定位系统根据所述第一列车绝对位置和第三列车速度，利用安全算法再次计算列车绝对位置，获得所述第三列车绝对位置；

25、所述车载定位系统根据所述第三列车速度和第三列车绝对位置，计算第三列车安全包络信息；

26、其中，所述车载定位系统包括：惯性导航和雷达；

27、所述第三列车速度通过惯性导航和雷达进行获取。

28、进一步的，所述地面分区运控系统、所述定位测速系统和所述车载运控系统分别向调度指挥系统发送列车行驶数据，所述调度指挥系统根据接收的列车行驶数据进行列车的位置追踪，包括：

29、正常情况下，所述调度指挥系统利用所述地面分区运控系统通过地面有线传输的第一列车安全包络信息和第一列车速度进行列车的位置追踪；

30、当所述地面分区运控系统故障时，所述调度指挥系统优先使用所述车载运控系统通过车地无线系统传输的第二列车安全包络信息和第二列车速度进行列车的位置追踪；

31、当所述地面分区运控系统故障后，且所述车载运控系统或车地无线传输系统故障时，所述调度指挥系统根据所述地面分区运控系统和所述车载运控系统故障之前分别发送的第一列车安全包络信息、第一列车速度与第二列车安全包络信息、第二列车速度，将第一列车绝对位置和第一列车速度通过逻辑运算为第四列车安全包络信息和列车方向速度信息进行列车的位置追踪。

32、进一步的，所述控制方法还包括：

33、通过地面分区运控系统计算超导磁浮列车的列车运行防护曲线，并发送给车载运控系统和分区控制器；

34、当正常情况下，分区控制器根据接收的所述列车运行防护曲线，计算列车自动驾驶曲线；

35、当车地无线系统故障后，车载运控系统根据接收的所述列车运行防护曲线控制列车防护运行；

36、其中，所述列车运行防护曲线包括：列车启动最低速度限制曲线、列车安全制动曲线、惰行阻力运行曲线、列车悬浮速度曲线、列车最高允许速度曲线。

37、进一步的，通过地面分区运控系统计算超导磁浮列车的列车运行防护曲线，包括：

38、所述地面分区运控系统根据列车的加速度信息计算列车的速度与位置关系，获取列车启动最低速度限制曲线；

39、当所述列车切除牵引力后，且启动列车本身的安全制动条件下，所述地面分区运控系统根据列车惰行阻力运行曲线获取等效阻力加速度，并根据所述等效阻力加速度计算列车的速度与位置关系，获取列车安全制动曲线；

40、当列车切除牵引力和制动力后，且未启动列车本身的安全制动条件下，所述地面分区运控系统只考虑列车惰行阻力，计算惰行阻力运行曲线；

41、所述地面分区运控系统根据列车超导体与轨道旁8字线圈的距离、线圈电阻、车重、以及列车支撑轮和导向轮允许的最大速度，计算列车悬浮速度；通过列车悬浮推进系统获取列车悬浮速度最大值为列车悬浮速度曲线；

42、所述地面运控中心根据线路物理限速和列车的速度限制，确定一个最高允许速度最小值，作为列车最高允许速度曲线。

43、进一步的，所述列车启动最低速度限制曲线的对应公式为：

44、

45、v1＝a1·t

46、式中，s1表示列车加速阶段t时刻的运行距离；a1表示列车加速阶段的参考加速率；v1表示列车t时刻的瞬时运行速度；t表示列车的运行时间；

47、所述列车安全制动曲线对应的公式为：

48、

49、v2＝v2+a2·t1

50、

51、s4＝s2+s3

52、式中，s2表示列车建立制动过程列车的运行距离；v2表示列车开始建立制动的瞬间列车的行进速度；t1表示列车制动建立过程耗费的时间；a2表示列车建立制动过程中的等效阻力加速度；s3表示列车从建立制动完成到停稳的运行距离；a3表示列车的参考减速度；v2表示制动完成瞬间列车的速度；s4表示列车从建立制动到停稳的运行距离；

53、所述惰行阻力运行曲线对应的公式为：

54、

55、式中，s5表示列车从惰行到停稳时的运行距离；v3表示列车惰行开始瞬时的速度；a4表示列车惰行的等效阻力加速度。

56、基于同一发明构思，本发明还提供一种用于超导高速磁浮列车的运行控制系统，所述控制系统包括：地面分区运控系统、定位测速系统、车载运控系统和调度指挥系统；

57、所述定位测速系统用于通过地面有线传输列车行驶数据至所述地面分区运控系统和所述调度指挥系统；

58、所述车载运控系统用于通过车地无线传输系统分别向所述地面分区运控系统和所述调度指挥系统发送列车行驶数据和第二列车安全包络信息；

59、所述地面分区运控系统，用于分别通过地面有线传输和车地无线系统接收定位测速系统和车载运控系统发送的列车行驶数据，对列车行驶数据进行验证并对列车进行实时安全控制；用于根据所述定位测速系统发送的列车行驶数据生成第一列车安全包络信息，并通过地面有线传输至所述调度指挥系统；

60、所述调度指挥系统，用于接收所述地面分区运控系统、所述所述定位测速系统和所述车载运控系统分别发送的第一列车安全包络信息、列车行驶数据和第二列车安全包络信息，并根据接收的列车行驶数据进行列车的位置追踪。

61、进一步的，所述定位测速系统包括地面定位系统和车载定位系统，

62、所述地面定位系统用于识别列车id、以及获取第一绝对位置和第一列车速度，并分别通过地面有线传输和车地无线传输系统发送至所述分区运控系统和车载运控系统；

63、所述车载定位系统用于接收所述地面定位系统通过车地无线传输系统发送的第一绝对位置，基于所述第一列车绝对位置和所述车载定位系统获取的第三列车速度，利用安全算法再次计算列车绝对位置，获得所述第三列车绝对位置；并通过车地无线传输系统将所述第三列车绝对位置和第三列车速度发送至所述地面分区运控系统；

64、其中，所述车载定位系统通过车载有线传输与所述车载运控系统进行通信，所述车载运控系统通过车地无线传输系统与所述分区运控系统进行通信。

65、进一步的，所述控制系统还包括分区控制器，

66、所述地面分区运控系统还用于计算超导磁浮列车的列车运行防护曲线，并发送给车载运控系统和分区控制器；

67、所述分区控制器用于根据接收的所述列车运行防护曲线，计算列车自动驾驶曲线；

68、所述车载运控系统还用于当车地无线系统故障后，根据接收的所述列车运行防护曲线控制列车防护运行；

69、其中，所述列车运行防护曲线包括：列车启动最低速度限制曲线、列车安全制动曲线、惰行阻力运行曲线、列车悬浮速度曲线、列车最高允许速度曲线。

70、本发明的技术效果和优点：1、本发明列车的安全定位测速功能主要由地面设备进行实现，列车完全由地面分区运控系统控制，列车车载运控系统只负责在车地无线通信故障的情况下对列车进行控制；在列车定位测速系统中，地面定位系统为列车的主要定位测速设备，车载定位系统为列车的辅助定位测速设备；在无线通信正常时，地面分区运控系统使用地面定位系统发送的列车信息，并与车载定位系统发送的列车信息进行校验；当无线通信故障时，地面分区运控系统在一定范围内使用车载定位系统发送的列车信息进行列车辅助定位；

71、2、本发明中的控制方法和系统具备控制列车支撑轮和导向轮的功能；且本发明中列车的自动驾驶功能有由地面分区运控系统通过控制牵引系统(即分区控制器)实现；本发明通过根据超导磁浮列车特性计算列车运行防护曲线对超导列车的运行速度和位置关系进行监督和控制，实现列车的安全防护运行；本发明弱化了超高速对无线通信传输的时延和带宽需求。

72、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。