面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统的制作方法

本发明涉及列车运行控制
技术领域：
，尤其涉及一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统。
背景技术：
：随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通运营的网络化和智能化是未来的发展趋势。列车的调度和控制方法是影响列车行车安全和运输效率的两个方面，列车运行控制系统为列车调度和控制提供技术手段，是确保列车运行安全和提高行车效率的核心系统，因此通过制定一种面向智能化的列车运行控制系统用于指导列车运行控制系统和设备的开发，可以对城市轨道交通的智能化发展提供指导。目前，基于通信的列车运行控制(communicationbasedtraincontrol,cbtc)系统已经成为城市轨道交通线路的主流信号控制系统，在城市交通运输中发挥着重要的作用。cbtc系统能够实现列车自动防护和自动控制列车运行，但列车控制过程中还需司机参与和辅助列车的驾驶，在控制中心也主要依赖调度员人工对行车进行调度指挥。随着自动化技术的发展，通过在cbtc系统基础上应用全自动运行(fullyautomaticoperation,fao)技术，可以进一步提升城轨运行的安全性、可靠性以及运输效率。如今，fao系统已经成为国际公认的城轨列车运行控制系统发展方向。fao系统能够实现列车运行的全自动控制，列车上无需配备司机对列车进行驾驶，可以根据需要配备运营服务人员用于乘客特殊需求的处理或紧急突发事件的处置，也可以不配备运营服务人员，而是全部由位于调度中心的调度员进行类似事件的处理，在控制中心配备调度员对行车进行调度和应急事件的处理，位于控制中心的控制设备具备部分自动化功能，用于辅助调度员进行调度指挥。与cbtc系统相比，fao系统在列车运行控制以及调度指挥方面的智能化程度均有所提升，但fao系统的自治运行和调度指挥的智能化程度仍非常有限。不同智能化等级的列车运行控制系统在运行控制和调度指挥智能化程度存在差别，智能化程度低的列车运行控制系统在运营过程中需要大量的人工参与，其安全保障程度与运输效率较低。智能化程度越高的列车运行控制系统在运行控制功能上越趋于自治控制，在调度指挥功能上越趋于一体化和自动化，从而可大量减少人工操作，全面提升城市轨道交通运行系统的安全保障程度与运输效率。目前，现有技术中的城市轨道交通列车运行控制系统缺少一种有效的智能化程度指导方法，从而使列车运行控制系统的开发和选择方面在方向上比较迷茫，列车运行控制系统面临无序发展的风险。技术实现要素：本发明的实施例提供了一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，以克服现有技术的问题。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。一种面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，包括：列车运行控制单元，用于按照列车全过程，实现列车测速定位、起动、速度防护、间隔防护、进站停车、车门和安全门的自动打开/关闭、移动授权计算、障碍物检测和故障处理；列车调度指挥单元，用于采集列车各子系统设备、传感器和列车运行的实时状态数据，对所获取的实时状态数据进行处理，进行运行图生成、各类控制命令下达、列车实时状态显示和监测、环境设备状态监测及故障报警处理。优选地，从面向智能化角度将城市轨道交通列车运行控制系统分为4级，从低到高依次命名为l1、l2、l3和l4级别，在l1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于通过车载设备实现列车测速定位、速度防护和间隔防护；通过司机监视列车运行前方的轨道状态，启动列车自动运行功能；所述的列车调度指挥单元，具体用于通过调度员和系统共同监视列车的运营过程，通过调度员完成决策任务，通过调度员根据需求加载运行图；当运行状况与计划发生偏差时，系统进行报警，通过调度员下达调度命令以减少偏差，调度命令的执行任务由系统完成。优选地，在l1级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于实现如下的功能：p)列车测速列车根据安装的速度传感器、多普勒雷达设备进行列车速度的实时测量；q)列车定位在地面固定位置安装应答器设备，列车在经过应答器时，根据应答器的信息获得列车的位置和方向；r)速度防护列车结合自身的位置信息、速度信息以及其他列车和轨旁设备的状态信息，计算防护速度曲线，当列车速度超过防护曲线速度时实施制动使列车减速或停车；s)有司机参与下的自动运行在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地信息计算列车的自动驾驶曲线，在有司机参与下实现牵引启动、惰行、巡航和制动控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶，在得到司机的授权下进行列车在站台出站发车；t)计算移动授权根据线路上各列车的位置信息、前方进路信息状态，为每列车生成移动授权信息，指示列车在移动授权规定的范围内安全运行，后续运行列车的移动授权终点不超过前行列车的车尾位置；u)司机参与下的故障处理在列车运行过程中出现任何故障时，在得到司机的授权下对故障原因和处理方式进行判断并作出故障响应；所述的列车调度指挥单元，具体用于实现如下的功能：v)正线列车运行状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线列车的运行状态信息，通过显示器对各列车的运行状态进行展示，对列车运行的状态进行逻辑处理，检查各列车是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；w)列控设备状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线所有列控设备的状态信息，通过显示器对各设备的运行状态进行展示，对设备运行的状态进行逻辑处理，检查各设备是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示；x)离线运行图生成根据所有列车的运输任务，离线生成列车运行图，确定各列车的运行路径、在各车站的进出站和停站时间等，并以图、表的方式展示；y)列车实际运行与计划运行偏差计算根据正线列车运行状态监控的结果和列车运行图信息，对列车实际运行状态与计划运行状态的偏差情况进行实时计算，并对计算的结果进行显示，当列车实际运行与计划运行出现偏差时进行报警提示；z)冲突管理实时根据列车运行实际状态对列车未来可能的运行状态进行预测，对于潜在的列车运行冲突情况进行预警；aa)进路命令：根据决策阶段生成的进路命令，完成对进路命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；bb)跳停命令：根据决策阶段生成的列车跳停命令，完成对跳停命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；cc)扣车命令：根据决策阶段生成的车站扣车命令，完成对扣车命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统；dd)调整命令：根据决策阶段生成的列车运行调整命令，完成对调整命令的下发，通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。4、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在l2级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于实现如下的功能：k)列车休眠系统中增加了列车休眠/唤醒模块，在接受到列车休眠命令后，休眠/唤醒模块控制列车控制设备以及车上的各相关设备下电，列车控制设备进入休眠状态；l)列车唤醒处于休眠状态的列车控制设备，在接收到列车唤醒命令后，恢复列车运行控制系统的全部功能，并接通车上各用电设备的电源，使列车具备投入正常工作的条件；m)车门安全门间隙探测当列车停靠在站台时，传感器对车门与站台安全门之间的间隙进行实时检测，若检测到车门安全门间隙之间存在异物时，将此异常状态发送给列车运行控制系统，并发出声光报警；n)障碍物被动检测在列车第一轮对前方安装η型板弹簧部件，基于列车与障碍物接触产生的弹簧板载荷-形变原理，结合有限元方法进行对比验证，选取典型碰撞工况分析装置的静力学特征，当列车行进过程中与障碍物接触时，弹簧板受力发生形变，从而将碰撞信息实时发送给列车运行控制系统，由列车运行控制系统记录并处理；o)无人自动运行在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地信息计算自动驾驶曲线，并自动控制列车实现牵引启动、惰行、巡航和制动控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶；p)无人参与下的故障处理系统中预置了常见故障的原因和处理措施，在故障发生后，系统根据故障的状态进行故障原因的判断，并根据故障处理措施的指示自动进行故障处理；所述的列车调度指挥单元，具体用于实现如下的功能：q)环境设备状态监测决策任务是由系统辅助调度员完成的；r)运行模式的转换根据环境设备状态监测的反馈，获知列车运行所处的实际状态，在遇到雨雪天气情况时，自动进入预置的雨雪模式运行，在正常情况下恢复正常模式运行；当列车在车站停车不准或遇到故障需要处理时，自动进入蠕动模式低速运行，便于中心的调度员对列车进行远程控制和进行故障处理；调度员确认紧急情况后，执行任务由系统根据预设处置方案完成；s)休眠唤醒命令中心调度系统根据需要发出列车休眠/唤醒命令，控制列车进入或退出休眠状态，休眠/唤醒命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统；t)蠕动、雨雪模式中央调度控制系统远程控制列车进入或退出蠕动、雨雪模式，列车进入或退出蠕动、雨雪模式的命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统。5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在l3级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制单元，具体用于在完成l2级别的列车运行控制功能单元的基础上，还实现如下的功能：d)障碍物主动检测列车车身安装雷达探测器，通过雷达探测器探测车辆周围存在的物体，通过高频照相机拍摄车辆周围的物体，根据雷达的输出，在车辆行驶过程中进行障碍物的检测，当检测到判断障碍物的可能性高于预设阈值时，向列车运行控制系统发出报警信息；e)客流检测中央调度指挥系统接收乘客售检票系统或相关客流检查传感器的状态，对实时客流状况进行检查和统计；f)考虑客流衔接的运行图生成中央调度指挥系统在生成列车运行图时将检测的客流状态转换为运输需求，根据实时运输需求确定各列车的运行计划，并生成运行图。优选地，所述的列车运行控制功能单元，具体用于进行障碍物主动检测时，利用2台长短焦相机基于双目视觉技术实现对线路环境和目标信息的采集，对长短焦相机进行联合标定，应用基于张正有相机标定算法进行相机内参标定，同时应用相机几何成像原理进行相机外参标定；分别进行长短焦相机环境感知，利用卡尔曼滤波实现对目标的识别及路径预测；在完成各自环境感知的基础上进行长短焦感知信息融合，提取长短焦图像的特征点，进行相机的特征匹配，估算识别目标的车速及车间距；根据当前列车位置和状态以及识别目标的位置和状态，建立列车前方危险场模型，实现对列车的预警或控制。优选地，所述的列车运行控制单元，具体用于利用2台激光雷达通过扫描前方环境生成点云信息实现对线路环境和目标的采集；2台长短焦相机和2台激光雷达采集的信息共同传输至系统主机，由系统主机根据激光雷达和相机采集的信息采用基于深度学习的列车前向目标识别技术在线完成线路区域和目标物体的辨识，并完成列车到目标物体间距离的计算，将计算结果通过通信接口实时发送给列车运行控制系统，列车运行控制系统根据环境感知系统提供的列车到目标物体间的距离，判断碰撞风险并监控制动距离；系统主机通过采集列车运行环境中的视频，经过数据清洗与加工构建列车运行环境数据库，并搭建出基于caffe框架的深度卷积神经网络算法，利用基于卷积神经网络的轨道区域语义分割算法提取出列车前向运行环境中的轨道区域，为列车运行提供限界范围；系统主机利用基于深度学习的多目标识别算法，应用卷积神经网络实现目标物的提取与分类，结合轨道区域识别，提取出前向运行环境中轨道限界范围内的列车、行人等目标，同时结合列车运行环境的实时性应用需求，在卷积神经网络多目标识别算法基础上结合多目标跟踪算法，对多目标识别算法进行进一步的优化；系统主机利用基于自适应边缘检测级联卷积神经网络的小目标识别算法，应用自适应边缘检测算法对目标区域进行提取，同时应用卷积神经网络对轨道环境中的信号灯实现定位与分类。优选地，所述的列车运行控制功能单元，还用于在完成轨道区域检测算法研究后，采用基于机器视觉同雷达融合的轨道区域目标检测技术，对提取到的生活中典型场景按照单传感器检测的信息进行分类，并根据这些分类建立三种融合方案：以雷达信息为主的融合、以摄像头信息为主的融合以及共同决策的融合；在以雷达信息为主的融合方案中，由雷达的探测目标信息初步确定感兴趣的区域，再进行投影变换，针对roi区域运用图像处理算法进行目标分类检测和特征提取；在以摄像头信息为主的融合方案中，建立基于卷积神经网络的目标识别算法，提取出图像中有效目标的相关信息，结合雷达信息对相关目标信息进行补充；在共同决策的融合方案中，由摄像头和雷达各自做出决策，在完成时空联合标定后，运用马氏距离完成观测值匹配，进而运用联合概率密度算法确定传感器权值分配，完成数据融合，确定前向危险目标的速度、类型和位置相关信息。优选地，在l4级别的城市轨道交通列车运行控制系统中：所述的列车运行控制功能单元，具体用于在完成l3级别的列车运行控制功能单元的基础上，还实现如下的功能：c)资源管理通过列车与列车之间的直接信息交互，以及列车的自主定位，车载设备计算列车自身的移动授权，并根据运行线路情况，自主向轨旁对象控制器发送道岔控制命令；列车通过向对象控制器申请道岔锁的方式实现道岔控制，列车需要扳动道岔时，申请道岔独占锁，该锁同一时间只会被一辆列车占有，当需要经过道岔无需扳动道岔时，需申请道岔共享锁，共享锁能够同时被多车占有；当申请道岔独立锁且道岔扳动到指定位置后，列车将独占锁转为共享锁；双车追踪时，当前车的前方道岔并未被前车占有道岔锁时，后车不得申请该道岔锁；当列车想向轨旁对象控制器申请道岔锁时，需先向智能交通系统its申请能否占有该道岔锁，列车在最小安全后端越过道岔岔后防护距离或岔前道岔区段一定距离后，释放该道岔资源锁；d)考虑调控一体化的动态运行图生成在列车调度指挥系统生成和调整运行图时，根据不同的调整需求，对列车间隔时间、停站时间和列车组运用计划进行调整，结合列车在站间运行过程中的不同加减速控制状况及其对应的结果进行综合考虑，在更大的调整空间内寻找最优解，通过考虑调控一体化的动态运行图生成；所述的列车调度指挥功能单元，具体用于在完成l3级别的列车调度指挥功能单元的基础上，还实现由中心控制系统实现列车调度控制一体化优化，列车运行相关的监控任务、决策任务和执行任务均由系统设备自动化完成。优选地，所述的列车运行控制功能单元，具体用于列车通过向对象控制器申请道岔资源锁的方式实现道岔控制，道岔资源锁分两种：共用锁、独享锁，独享锁同一时间只能有一个使用者，共用锁同一时间能够有多个使用者，结合道岔的定反位状态组合出多种道岔锁：定位共用锁、定位独享锁、反位共用锁和反位独享锁；(5)列车确定运行路径资源锁类型列车需要使用道岔时，先要结合列车规划路径中道岔的计划位置和当前道岔的实际位置确定申请的道岔资源锁类型，列车按道岔锁类型定义原则确定申请道岔锁类型，如表1：表1道岔锁类型定义计划位置实际位置申请的道岔锁类型备注定位定位定位共用锁驶离后释放定位反位定位独享锁道岔到定位后转为定位共用锁定位四开定位独享锁道岔到定位后转为定位共用锁反位定位反位独享锁道岔到反位后转为反位共用锁反位反位反位共用锁驶离后释放反位四开反位独享锁道岔到反位后转为反位共用锁(6)列车向its申请资源锁授权列车向对象控制器oc申请道岔资源锁时，需先向its申请道岔资源锁授权；its接收到道岔资源锁授权申请后，检查满足如下条件方可同意授权：e)申请的列车在its管辖范围内的列车；f)申请的道岔不在前车的运行路径中；g)申请的列车必须已经规划好了列车运行路径；h)双车追踪时，当前车的前方道岔并未被前车占有时，后车不得申请该道岔资源锁；当前车的后方道岔为在前车折返路径中时，后车不得申请该道岔资源锁；(7)列车向oc申请资源锁列车确定需要申请的道岔资源锁类型后，按规划路径由近及远顺序向oc申请道岔资源锁；oc接收列车发送的申请道岔锁指令后，对相关道岔进行加锁操作，进行加锁时，记录锁的使用者、锁的类型、锁定位置和当前锁的个数信息；oc收到独享锁的申请时，处理如下：e)如果该道岔资源状态处于无锁或存在申请者的独享锁时，记录道岔独享锁信息，并回复同意独享锁请求，此时如果道岔位置与计划锁定位置不一致，oc自动扳动道岔到计划锁定位置；f)如果该道岔只存在申请者的共用锁时，将共用锁转为独享锁，记录道岔独享锁信息，并回复同意独享锁请求，此时如果道岔位置与计划锁定位置不一致，oc自动扳动道岔到计划锁定位置；g)如果该道岔存在其他申请者的任意类型的资源锁，则不做任何处理，并回复不同意独享锁请求；h)如果道岔正在转动，则不做任何处理，并回复不同意独享锁请求；oc收到共用锁的申请时，检查被申请的道岔是否满足以下条件：e)道岔位置与申请位置一致；f)道岔上不存在其他申请者的独享锁；g)申请的共用锁与道岔上现有的其他申请者的共用锁不冲突；h)道岔未在转动；满足以上条件时，记录新增的道岔共用锁信息，并回复同意共用锁请求；不满足以上条件时，回复不同意共用锁请求；列车申请道岔锁时，该道岔存在关联道岔，则需在同一周期内，对该关联道岔确定申请道岔锁类型，向oc发送申请道岔锁指令，当列车的规划路径中需要经过交叉渡线区域的道岔反位时，要先在同一周期申请两个关联道岔的锁资源，确保两个关联道岔锁申请通过后再申请交叉渡线锁，同时向oc发送指令，将与本次申请的交叉渡线道岔锁资源非关联的道岔带动到定位，进一步地保证关联道岔安全地获得锁资源；当列车驶离交叉渡线区域后，同一周期向oc申请释放交叉渡线锁和两个关联道岔锁；(8)使用并释放资源锁列车利用资源锁信息计算移动授权，列车在移动授权范围内行使，当列车驶离道岔防护区时，向道岔所在的oc申请释放道岔锁，并持续确认道岔锁是否被释放，否则持续发送申请释放道岔锁指令，除非列车已驶离道岔所在oc区域，该种情况下，列车通知its释放道岔锁。优选地，所述的列车运行控制功能单元，具体用于在生成和调整运行图时，根据不同的调整需求，对列车间隔时间、停站时间和列车组运用计划进行调整，通过中央调度系统与各列车之间的直接信息交互和协同控制，根据线网客流实时检测信息和列车运行状态信息，对列车运行图和列车运行进行一体化调控，实现车辆线路资源与客流的匹配和优化；根据列车早晚点情况和实时调整需求，结合列车在站间运行过程中的加减速度控制状况、线路坡道和限速运行条件，模拟行车调度员进行综合判断，并根据以下场景自动调控列车运行：场景一：如果线路运力无法满足实时运输需求，即式中，和分别表示车站s实时需求和运力，s表示线路车站集合，ε为相应的容忍系数，该场景下，中央调度系统根据优化方法自动计算上线备车数量，并自动安排备车上电；场景二：如果线路运力有一定富裕、客运压力较小，即该场景下，线路运力满足乘客需求，则动态控制、压缩列车在车站的站停时间，此时，列车在车站s的站停时间由以下公示计算其中，分别表示列车调整后的站停时间、计划运行图规定的站停时间和乘客上下车时间，将压缩的站停时间用于列车在下一个区间的运行时间，即其中，和分别表示列车在区间s的调整后的运行时间和计划运行图规定的运行时间，根据运行时间列车在后一区间利用动态规划方法重新计算列车运行速度曲线，降低列车运行速度、增加列车惰行时间。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出的面向智能化的列车运行控制系统重点对各级在智能化方面的功能进行描述，将列车运行控制系统的目的从保障运营安全无感提升到实现运营自动化、智能化方面，从而指导城市轨道交通实现智能化运营。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为本发明实施例提供的一种智能化1级列车运行控制系统示意图；图2为本发明实施例提供的一种智能化2级列车运行控制系统示意图；图3为本发明实施例提供的一种智能化3级列车运行控制系统示意图；图4为本发明实施例提供的一种智能化4级列车运行控制系统示意图；图5为本发明实施例提供的一种障碍物主动感知系统结构图；图6为本发明实施例提供的一种基于双目视觉的障碍物主动检测流程图；图7为本发明实施例提供的一种基于深度学习的列车前向目标识别流程图；图8为本发明实施例提供的一种基于机器视觉同雷达融合的轨道区域目标检测流程图；图9为本发明实施例提供的一种考虑客流衔接的运行图生成流程图；图10为本发明实施例提供的一种道岔资源管理流程图；图11为本发明实施例提供的一种道岔资源管理示意图。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。本
技术领域：
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术领域：
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。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。未来随着新一代信息技术与轨道交通技术的深度融合，城市轨道交通列车运行控制系统一体化管理控制、智能化控制以及系统化安全保障是发展的趋势。因此，本发明结合城市轨道交通网络化运营需求和运输特点，展望城市轨道交通列车运行控制系统智能化的发展方向，提出了一种面向智能化的列车运行控制，重点从列车运行控制系统的运行控制和调度指挥二个角度，将列车运行控制系统的功能从需要由司机或调度员人工实现或参与实现提升到列车全过程自动化、自治化运行的层面上来，为城市轨道交通列车运行控制系统的智能化建设提供技术支撑。城市轨道交通列车运行控制系统的主要作用是保证列车行车安全，满足乘客乘车需求。根据上述需求，本发明实施例将列车运行控制系统功能划分为列车运行控制单元和列车调度指挥单元两部分，这两部分实现的智能化程度决定了列车运行控制系统的整体智能化程度。其中，列车运行控制单元的智能化程度指的是列车运行管控责任中由司机向列车自动控制设备转化的程度。列车调度指挥功能的智能化程度取决于监控、决策和执行这三种任务类型的智能化程度。其中，监控任务指的是远程采集并显示各子系统设备和传感器状态数据，以供智能化应用功能所需；决策任务指的是对采集的数据进行数据分析，基于分析结果得到决策依据或选项，确定下达调度指挥命令的过程；执行任务指的是基于决策确定的调度指挥命令在系统中执行命令的操作和过程。本发明将城市轨道交通列车运行控制系统从列车运行控制和列车调度指挥二个单元实现方式的智能化程度进行分级，为了对列车运行控制系统智能化等级划分方式进行说明，首先对其分级依据中的列车运行控制单元和列车调度指挥单元进行简介。1)列车运行控制单元说明列车运行控制单元包含了保证行车安全，给列车驾驶提供帮助和监督，防止由于列车敌对运行所引起的冲撞，防止由于列车超过土建限制速度或者命令速度而导致对线路的损害或者使列车发生危险。在此基础上，控制列车的起动、巡航、精确停车以及车门和安全门的自动打开关闭，监督乘客乘车安全，实现列车的准点、舒适、节能运行。2)列车调度指挥单元说明调度指挥单元包含了从其他系统获得现场信号设备和列车运行的实时状态信息，为调度人员提供了一个对全线列车和现场信号设备的监控平台。对所获取的实时状态数据进行处理，产生相应控制命令，实现列车进路控制和命令下达。在城市轨道交通正常运营时，能够面向乘客的需求制定运行图，并根据实际情况对运行图进行调整；在现场监测到故障时，具备故障报警、诊断、定位及维护管理的功能；在发生紧急情况时，通过界面进行报警，确认发生紧急情况后，控制中心做出决策，联动子系统对紧急情况进行处理。列车调度指挥单元中的监控任务指的是现场采集各子系统设备和传感器的状态数据，以供智能化应用功能所需，并在控制中心对状态数据进行实时显示和监控处理。监控处理包含了对列车运行状态的监督、车门及站台门状态的监测、前方障碍物监测、火灾信号的监测等。当监测状态和采集信息出现异常时，需向控制中心对紧急情况信息或故障信息进行报警。调度指挥单元中决策任务指的是通过对监测和采集的数据进行分析，基于分析结果得到决策依据或选项，确定下达调度指挥命令的过程。决策任务包含了在正常运营情况下，为列车授权下达运行作业的命令；在发生紧急情况时，控制中心需确认报警信号，通过远程对列车进行实施紧急制动或缓解等操作，下达命令进行紧急处理。调度指挥单元中执行任务指的是基于决策确定的调度指挥命令在系统中执行命令的操作和过程。执行任务包含了在正常运营情况下，将控制中心下达的命令发送至相应的车载信号系统，由车载信号系统与车辆交互共同完成命令；在控制中心确认发生紧急情况时，能够联动子系统对紧急情况进行处理。执行任务的智能化等级由系统控制的对象以及操作的复杂程度决定。本发明将城市轨道交通列车运行控制系统从面向智能化角度分为4级，从低到高依次命名为l1～l4。本发明提出的面向智能化的城市轨道交通列车运行控制系统中，各级具体描述如下：l1：图1为本发明实施例提供的一种智能化1级列车运行控制系统示意图。在列车运行控制方面，实现列车自动运行控制功能，列车运行过程中的牵引、巡航、制动等功能由车载设备完成，但是列车运行过程仍需要司机参与，用于监视列车运行前方的轨道状态和启动列车自动运行控制功能等。为了实现列车运行过程的自动安全防护和自动运行控制功能，车载设备中安装列车自动防护(automatictrainprotection,atp)和列车自动运行(automatictrainoperation,ato)模块。在列车调度方面，列车运行状态的监控任务由人工和系统共同完成，列车调度指挥的决策任务完全由人工完成，决策命令的执行任务完全由系统完成，因此，在控制中心需要调度员的参与和决策。l2：图2为本发明实施例提供的一种智能化2级列车运行控制系统示意图。在列车运行控制方面，列车运行过程中的常规操作均由车载设备完成，无需司机参与，但为提升乘客服务质量和在发生紧急突发事件时能够及时处理，可在列车内配置部分乘务人员。为了实现列车司机的职责向车载控制设备和中心调度员的转移，车载设备中新增自动休眠唤醒模块，实现列车投入运营任务前和退出运营任务后的自动上下电，同时新增雨雪模式控制模块和蠕动模式列车辅助驾驶等模块，用于实现列车在异常天气下的运行控制以及列车在进站停车对位不准时的自动调整，同时，在车上安装用于乘客与中心调度员进行通话的语音或视频电话，用于紧急突发事件发生时的应急处理。为了提升行车调度的效率，降低中心调度员的工作量，中心控制设备通过软件实现列车进路触发等任务的自动控制功能，从而使列车监控任务和执行任务完全由系统完成，调度指挥的决策任务可在系统辅助下由人工完成，从而以较低的成本和技术代价实现列车行车智能化程度的提升。l3：图3为本发明实施例提供的一种智能化3级列车运行控制系统示意图。列车运行控制方面，通过在车载控制设备中应用智能感知技术并安装主动及被动环境感知设备，结合车车通信技术，通过智能算法处理，实现对列车运行周边障碍物以及列车脱轨状态的高可靠感知和列车运行的自主决策，从而实现自治列车运行控制；受益于车载控制设备智能化程度的提升，列车运行过程中无需司机和车载乘务人员的参与。在列车调度指挥方面，监控任务和执行任务完全由系统完成，通过提升中心控制设备的自动化处理能力，将各种正常决策任务通过流程化梳理后预置到控制设备中，从而实现正常决策任务由系统实现，异常情况由人工进行决策的自动化程度；为了便于异常情况的处理，在控制中心需配置少量调度员参与列车调度控制。l4：图4为本发明实施例提供的一种智能化4级列车运行控制系统示意图。列车运行控制方面，车载控制系统实现自治列车运行控制，列车运行过程无需司机和乘务人员参与。在列车调度指挥方面，中心控制系统实现列车调度控制一体化优化，列车运行相关的监控任务、决策任务和执行任务均由系统设备自动化完成，正常情况下可不需要中心调度员参与，或仅作为系统运行状况的监督人员。在上述基础上，下面对本发明实施例所提出的城市轨道交通列车运行控制系统智能化等级的划分方式进行详细说明：在本发明提出的智能化等级体系中，不同智能化等级的列车运行控制系统中列车运行控制单元和调度指挥单元是有区别的，下面对列车运行控制系统不同智能化等级下的详细方案进行了说明。1)智能化1级列车运行控制系统列车运行控制由系统设备对列车进行超速防护，自动控制列车的起动、巡航和精确停车，保证列车的间隔控制等基本功能。需要由司机监督乘客乘车安全，监控列车运行安全以及处理故障。其中：ee)列车测速列车根据安装的速度传感器、多普勒雷达等设备进行列车速度的实时测量，为列车定位和速度防护等提供基础。ff)列车定位系统在地面固定位置安装应答器设备，所有应答器的id和位置信息都存储在数据库中。列车在经过应答器时，可以根据应答器的信息获得列车的位置。在经过两个应答器获得列车初始位置和方向后，列车可以根据测速信息实时计算列车位置信息，并在下一次经过应答器时对列车定位信息进行校正，从而始终保持安全、准确的列车定位功能。gg)速度防护列车结合自身的位置信息、速度信息以及其他列车和轨旁设备的状态信息，计算防护速度曲线，当列车速度超过防护曲线速度时实施制动使列车减速或停车，实现速度防护的目的。hh)有司机参与下的自动运行系统在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地等信息计算自动驾驶曲线，并自动控制列车实现牵引启动、惰行、巡航、制动等控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶。必要的情况下，还可以实现列车车门的自动开关控制等。但是，列车在站台出站发车时仍需要得到司机的授权，列车上下电以及在车辆段运行过程仍需要司机手动完成。ii)计算移动授权系统根据线路上各列车的位置信息、前方进路信息等状态，为每列车生成移动授权信息，指示列车可以在移动授权规定的范围内安全运行，后续运行列车的移动授权终点不超过前行列车的车尾位置。jj)司机参与下的故障处理在列车运行过程中出现任何故障时，由司机负责对故障原因和处理方式进行判断并作出故障响应。系统可以根据存储的故障码对故障的位置、可能原因和建议的处理措施给出建议，但最终决策有司机负责。调度指挥单元中所有决策任务均由调度员完成，在系统正常运营时，调度员根据需求加载运行图；当运行状况与计划发生偏差时，系统进行报警，由调度员进行决策，下达调度命令以缓解偏差；当运行过程中出现异常时，需要完全由调度员进行处理。调度指挥功能中监控任务由系统完成根据列车识别号自动完成列车运行状态的跟踪，并显示在控制中心的工作屏幕中，由调度员监视列车的运营过程。kk)正线列车运行状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线列车的运行状态信息，一方面通过显示器对各列车的运行状态进行展示，便于调度员了解列车运行状态，另一方面对列车运行的状态进行逻辑处理，检查各列车是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示。ll)列控设备状态监控中央的列车调度指挥系统接收全线所有列控设备的状态信息，一方面通过显示器对各设备的运行状态进行展示，便于调度员了解设备运行状态，另一方面对设备运行的状态进行逻辑处理，检查各设备是否存在需要处理的故障信息，并在有故障的时候进行报警提示。mm)离线运行图生成系统根据所有列车的运输任务，离线生成列车运行图，确定各列车的运行路径、在各车站的进出站和停站时间等，并以图、表的方式展示，便于相关运维人员和乘客获知列车运行计划。nn)列车实际运行与计划运行偏差计算系统根据正线列车运行状态监控的结果和列车运行图信息，对列车实际运行状态与计划运行状态的偏差情况进行实时计算，并对计算的结果进行显示。当列车实际运行与计划运行偏差较大时进行报警提示。oo)冲突管理列车运行冲突在铁路运营中不可避免，尤其是在复杂路网上，一列车的干扰将可能引起整个路网大量列车的晚点。系统在离线运行图生成时以及列车运行过程中，实时根据列车运行实际状态对列车未来可能的运行状态进行预测，对于潜在的列车运行冲突情况进行预警，从而为调度员人工或系统自动进行冲突化解提供基础。调度指挥单元中所有执行任务均由系统完成，根据运行图为列车开放路权，使列车按计划完成运营任务；在发生紧急情况时，将调度命令下达至相应的子系统，完成调度员对紧急情况的处理。pp)进路命令：系统根据决策阶段生成的进路命令，完成对进路命令的下发，主要是通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。qq)跳停命令：系统根据决策阶段生成的列车跳停命令，完成对跳停命令的下发，主要是通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。rr)扣车命令：系统根据决策阶段生成的车站扣车命令，完成对扣车命令的下发，主要是通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。ss)调整命令：系统根据决策阶段生成的列车运行调整命令，完成对调整命令的下发，主要是通过网络将进路命令发送给相应的列车控制系统。2)智能化2级列车运行控制系统运行控制单元是在列车运行控制系统1级基础上，针对正常运营的场景下，系统增加了休眠唤醒等功能；针对运营出现的特殊情况和紧急情况，设置了雨雪模式、蠕动模式辅助列车驾驶，增加了障碍物监测以及更多紧急状态的监测，并在系统中预设了更多异常场景的运行处置，以提升系统抗干扰能力及故障恢复能力。u)列车休眠为了减轻司机劳动量，同时减少司机操作过程中可能出现的认为错误，系统中增加了列车休眠/唤醒模块。在接受到列车休眠命令后，休眠/唤醒模块控制列车控制设备以及车上的各相关设备下电，列车控制设备进入休眠状态。处于休眠状态的控制设备关闭了大部分功能，但保留与控制中心系统设备的通信功能。v)列车唤醒处于休眠状态的列车控制设备，在接收到列车唤醒命令后，恢复列车运行控制系统的全部功能，并接通车上各用电设备的电源，使列车具备投入正常工作的条件。列车唤醒过程中对列车控制设备和列车上的相关用电设备进行自检，确保设备正常后才能投入运营任务。w)车门安全门间隙探测当列车停靠在站台时，传感器对车门与站台安全门之间的间隙进行实时检测，若检测到车门安全门间隙之间存在异物时，将此异常状态发送给列车运行控制系统，并发出声光报警，通知站台工作人员，直至异常情况排除之后，列车方可正常行驶。x)障碍物被动检测在列车第一轮对前方安装η型板弹簧部件，基于列车与障碍物接触产生的弹簧板载荷-形变原理，结合有限元方法进行对比验证，选取典型碰撞工况分析装置的静力学特征，当列车行进过程中与障碍物接触时，弹簧板受力发生形变，从而将碰撞信息实时发送给列车运行控制系统，由列车运行控制系统记录并处理。y)无人自动运行系统在速度防护功能的监控下，根据列车位置、速度和运行目的地等信息计算自动驾驶曲线，并自动控制列车实现牵引启动、惰行、巡航、制动等控制，实现列车在站间运行过程的自动驾驶。由于列车具备了休眠唤醒等模块，列车可以实现在车辆段内的自动上下电控制，通过在车辆段安装相应的列车控制设备，使列车包括上下电、车辆段和正线运行的全过程都可以实现无人自动运行。z)无人参与下的故障处理系统中预置了常见故障的原因和处理措施，从而在故障发生后，系统可以根据故障的状态进行故障原因的判断，并根据故障处理措施的指示自动进行故障处理。列车运行控制系统2级是在列车运行控制系统1级调度指挥单元的基础上，监控任务增加了在控制中心推送cctv系统、pis系统、火灾自动报警系统等子系统的监测信息，且在以上的监控过程均由系统完成。当控制中心出现报警信息时，需要调度员通过系统辅助确认报警位置、报警内容等信息。aa)环境设备状态监测决策任务是由系统辅助调度员完成的。bb)运行模式的转换系统根据环境设备状态监测的反馈，可以获知列车运行所处的实际状态。在遇到雨雪天气等情况时，可以自动进入预置的雨雪模式运行，在正常情况下恢复正常模式运行。当列车在车站停车不准或遇到故障需要处理时，可以自动进入蠕动模式低速运行，从而便于中心的调度员对列车进行远程控制和进行故障处理。调度员确认紧急情况后，执行任务可由系统根据预设处置方案完成。cc)休眠唤醒命令中心调度系统可以根据需要发出列车休眠/唤醒命令，从而控制列车进入或退出休眠状态。休眠/唤醒命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统。dd)蠕动、雨雪模式中央调度控制系统可以远程控制列车进入或退出蠕动、雨雪模式。列车进入或退出蠕动、雨雪模式的命令由中央调度指挥系统通过网络发送给列车控制系统。3)智能化3级列车运行控制系统运行控制功能在实现l2列车自动运行控制功能的基础上，增加了智能感知技术，利用主动及被动环境感知设备，通过智能算法处理，实现对前方障碍物以及列车脱轨状态的高可靠感知，能够自动适应环境、恶劣天气和异常事件。g)障碍物主动检测列车车身安装雷达探测器，通过雷达探测器探测车辆周围存在的物体，通过高频照相机等摄像部拍摄车辆周围的物体，当根据所拍摄图像的图像信息判断出障碍物存在的可能性高时设定低的判断阈值，当判断出障碍物存在的可能性低时设定高的判断阈值，利用上述阈值，根据雷达的输出，在车辆行驶过程中进行障碍物的检测，当检测到判断障碍物的可能性高于预设阈值时，向列车运行控制系统发出报警信息。智能化等级l3的列车运行控制系统在完成l2的列车运行控制系统调度指挥功能的基础上，主要针对的是互联互通跨线运营的线网间进行协同调度指挥。系统根据各线网间乘客乘车需求进行调度，能够促进轨道交通性能提升。当系统监测到异常情况时，为其输入需要的环境信息，如果系统中有其预先定义的规则和执行任务序列，那么系统可以实现自动化的调度指挥；如果系统没有预设处理方案，则由调度员决策进行处理。列车车身安装雷达探测器，测知车辆周围存在物体，通过高频照相机等摄像部拍摄车辆周围的物体，当根据所拍摄图像的图像信息判断出障碍物存在的可能性高时设定低的判断阈值，当判断出障碍物存在的可能性低时设定高的判断阈值，利用上述阈值，根据雷达的输出，在车辆行驶过程中进行障碍物的检测，当检测到判断障碍物的可能性高于预设阈值时，向列车运行控制系统发出报警信息。图5为本发明实施例提供的一种障碍物主动感知系统的结构图，其中，2台相机基于双目视觉技术实现对线路环境和目标信息的采集，2台激光雷达通过扫描前方环境生成点云信息实现对线路环境和目标的采集，二者采集的信息共同传输至系统主机，由系统主机完成数据的存储。系统主机基于在线采集的数据，应用深度学习技术和多模态感知融合技术，离线完成对线路和目标样本库的训练建模工作。在实际运行中，由系统主机根据激光雷达和相机采集的的信息，在线完成线路区域和目标物体的辨识，并完成列车到目标物体间距离的计算，将计算结果通过通信接口实时发送给列车运行控制系统(图中未标出)。列车运行控制系统可根据环境感知系统提供的列车到目标物体间的距离，判断碰撞风险并监控制动距离，在必要时可采取制动措施停车。显示器主要用于提升系统可测试性和成果展示，实际工程中可作为全自动运行系统的辅助设备，在系统故障需要人工驾驶列车时，为司机提供障碍物接近预警。系统涉及关键处理技术包含a、基于双目视觉的障碍物主动检测技术图6为本发明实施例提供的一种基于双目视觉的障碍物主动检测流程图，具体处理过程包括：首先需要对长短焦相机进行联合标定，从而实现长短焦坐标信息的统一，主要应用基于张正有相机标定算法进行相机内参标定，同时应用相机几何成像原理进行相机外参标定；完成相机联合标定后，分别进行长短焦相机环境感知，利用卡尔曼滤波实现对目标的识别及路径预测；在完成各自环境感知的基础上进行长短焦感知信息融合，提取长短焦图像的特征点，进行相机的特征匹配，估算识别目标的车速及车间距；此外，根据当前列车位置和状态以及识别目标的位置和状态，建立列车前方危险场模型，进而进一步实现对列车的预警或控制。b、基于深度学习的列车前向目标识别技术图7为本发明实施例提供的一种基于深度学习的列车前向目标识别流程图，系统主机通过采集列车运行环境中的视频，经过数据清洗与加工构建列车运行环境数据库，数据库内容主要包括覆盖有轨道线、列车、信号灯等信息，并在深度学习专用平台进行样本的标注与训练，并搭建出基于caffe框架的深度卷积神经网络算法。开发出基于卷积神经网络的轨道区域语义分割算法，提取出列车前向运行环境中的轨道区域，为列车运行提供精准的限界范围，同时结合轨道区域中道岔的特性，应用轨道区域的道岔几何特性及角点特征开发出轨道区域道岔识别算法；开发出基于深度学习的多目标识别算法，应用卷积神经网络实现目标物的提取与分类，结合轨道区域识别，提取出前向运行环境中轨道限界范围内的列车、行人等目标，同时结合列车运行环境的实时性应用需求，在卷积神经网络多目标识别算法基础上结合多目标跟踪算法，对多目标识别算法进行进一步的优化；开发出基于自适应边缘检测级联卷积神经网络的小目标识别算法，应用自适应边缘检测算法对目标区域进行精准提取，同时应用卷积神经网络对轨道环境中的信号灯实现精准的定位与分类。c、基于机器视觉同雷达融合的轨道区域目标检测技术图8为本发明实施例提供的一种基于机器视觉同雷达融合的轨道区域目标检测流程图，视觉与雷达融合检测能结合视觉和雷达各自的优点，解决视觉传感器易受光照条件以及障碍物遮挡等影响问题，实现多场景下的环境检测，具体研究方案如下图所示：本发明实施例在完成轨道区域检测算法研究后，结合雷达进行视觉与雷达融合的目标识别技术研究。运用深度学习技术，对提取到的生活中典型场景，如正常、弯道、暴雨以及黑夜等，按照单传感器检测的信息进行分类，并根据这些分类建立三种融合方案：以雷达信息为主的融合、以摄像头信息为主的融合以及共同决策的融合。以雷达信息为主的融合方面，由雷达的探测目标信息初步确定感兴趣的区域(roi)，紧接着进行投影变换，针对roi区域，运用图像处理算法，进行目标分类检测和特征提取。以摄像头信息为主的融合方面，建立基于卷积神经网络的目标识别算法，提取出图像中有效目标的相关信息，并且，结合雷达信息对相关目标信息进行补充。共同决策的融合方面，由摄像头和雷达各自做出决策，在完成时空联合标定后，运用马氏距离完成观测值匹配，进而运用联合概率密度算法确定传感器权值分配，完成数据融合，从而确定前向危险目标的速度、类型、位置等相关信息。上述三种融合算法均以特征融合方法为基础，对现有融合方法进行改进及组合，在对应不同的场景下选择最合适的融合方案进行环境检测，提高对前向物体的检测精度和可靠性的同时，提升对不同场景的适应能力。h)客流检测中央调度指挥系统可以接收乘客售检票系统或相关客流检查传感器的状态，从而对实时客流状况进行检查和统计。中央调度指挥系统可以接收乘客售检票系统的客流数据，并根据车站通道传感器以及站台监控视频中的视频数据进行智能客流分析，通过深度学习中的特征学习方法和批归一化(bachnormalization)方法，对各线路实时客流状态和分布进行检测、统计；中央调度指挥系统可以收到外网中的线路附近天气、赛事、重大活动等信息，结合历史的客流数据统计，对未来三十分钟的站厅候车乘客数量进行预测。i)考虑客流衔接的运行图生成中央调度指挥系统在生成列车运行图时将检测的客流状态转换为运输需求，根据实时运输需求确定各列车的运行计划，并生成运行图。图9为本发明实施例提供的一种考虑客流衔接的运行图生成流程图，中央调度指挥系统在生成列车运行图时，将检测的客流预测信息转换为实时运输需求即车站s在时刻t的运输需求，并根据网络拓扑结构和各条线路的线间换乘时间，利用改进的k-最短路径算法、网络流优化方法以及并行计算技术，将运输需求均衡地分配至各条线路。当实时运输需求大于线路当前运力(列车数量*载客量*满载率阈值)时，提前由中央调度指挥系统发出大客流预警，并自动触发动态运行图功能。动态运行图功能根据线路运输需求和运力的时空分布，利用动态规划等决策方法，评判运行图动态调整策略的优劣，并给出临时加开备车或改变运行交路等决策指导和态势评估结果，由调度员评判之后，一键下达至各条线路执行。4)智能化4级列车运行控制系统运行控制单元在实现l3列车自动运行控制功能的基础上，增加了智能感知技术，利用主动及被动环境感知设备，通过智能算法处理，实现对前方障碍物以及列车脱轨状态的高可靠感知，能够自动适应环境、恶劣天气和异常事件。运行控制单元可实现自治列车的运行控制，利用智能感知技术自适应不同的环境，利用车车通信技术智能化控制列车运行，完成自动系统向自治系统的升级。e)资源管理通过列车与列车之间的直接信息交互，以及列车的自主定位，车载设备灵活计算列车自身的移动授权，并根据运行线路情况，自主向轨旁对象控制器发送道岔控制命令，实现高效、灵活、安全的列车运行。为避免出现资源争抢的情况，引入道岔资源管理机制，即道岔锁的概念，列车通过向对象控制器申请道岔锁的方式实现道岔控制。具体地，列车需要扳动道岔时，申请道岔独占锁，该锁同一时间只会被一辆列车占有；当需要经过道岔无需扳动道岔时，需申请道岔共享锁，共享锁可同时被多车占有；当申请道岔独立锁且道岔扳动到指定位置后，列车将独占锁转为共享锁；双车追踪时，当前车的前方道岔并未被前车占有道岔锁时，后车不得申请该道岔锁；当列车想向轨旁对象控制器申请道岔锁时，需先向its(intelligenttrafficsystem，智能交通系统)申请能否占有该道岔锁。列车在最小安全后端越过道岔岔后防护距离或岔前道岔区段一定距离(最大后溜距离)后，释放该道岔资源锁。列车运行控制系统可以实现相邻列车的实时、双向、直接通信，从而使后车可以更加及时、准确的获得前车运行的安全状态。智能化等级l4的列车运行控制系统在完成l3的列车运行控制系统调度指挥功能的基础上，通过信息融合技术面向乘客服务驱动，根据当前的运行图，智能调整调度策略。系统具有管理领悟、环境分析及决策功能，能够下达智能调度命令，实现调度指挥和运行控制一体化，无需调度员进行干预。f)考虑调控一体化的动态运行图生成在列车调度指挥系统生成和调整运行图时，根据不同的调整需求，不仅对列车间隔时间、停站时间和列车组运用计划等进行调整，还结合列车在站间运行过程中的不同加减速等控制状况及其对应的结果进行综合考虑，在更大的调整空间内寻找最优解，通过考虑调控一体化的动态运行图生成，实现系统运行优化的目的。列车从its获取列车运行时所需的路径资源信息，主要包括应答器、道岔、区段、保护区段等。通过列车与列车之间的直接信息交互，以及列车利用应答器资源自主定位，车载设备根据运行线路情况，自主向轨旁对象控制器(oc)申请道岔资源，并根据列车锁定的运行路径资源灵活计算自身的移动授权，实现高效、灵活、安全的列车运行。道岔是一种使列车从一股道转入另一股道的线路连接设备，是列车运行路径中的关键设备。为避免出现列车运行路径中道岔资源争抢的情况，引入道岔资源管理机制，即道岔资源锁的概念。列车通过向对象控制器申请道岔资源锁的方式实现道岔控制。道岔资源锁分两种：共用锁、独享锁。道岔的独享锁同一时间只能有一个使用者，共用锁同一时间可以有多个使用者。结合道岔的定反位状态，可以组合出多种道岔锁：定位共用锁、定位独享锁、反位共用锁、反位独享锁。图10为本发明实施例提供的一种道岔资源管理流程图，包括如下的处理过程：(9)列车确定运行路径资源锁类型列车需要使用道岔时，先要结合列车规划路径中道岔的计划位置和当前道岔的实际位置确定申请的道岔资源锁类型，列车按道岔锁类型定义原则确定申请道岔锁类型，如表1。表1道岔锁类型定义(10)列车向its申请资源锁授权列车向oc申请道岔资源锁时，需先向its申请道岔资源锁授权。its接收到道岔资源锁授权申请后，检查满足如下条件方可同意授权：i)申请的列车在its管辖范围内的列车j)申请的道岔不在前车的运行路径中k)申请的列车必须已经规划好了列车运行路径l)双车追踪时，当前车的前方道岔并未被前车占有时，后车不得申请该道岔资源锁；当前车的后方道岔为在前车折返路径中时，后车不得申请该道岔资源锁。(11)列车向oc申请资源锁列车确定需要申请的道岔资源锁类型后，按规划路径由近及远顺序向oc申请道岔资源锁。oc接收列车发送的申请道岔锁指令后，对相关道岔进行加锁操作。进行加锁时，需要记录锁的使用者、锁的类型、锁定位置和当前锁的个数等道岔锁信息。oc收到独享锁的申请时，处理如下：i)如果该道岔资源状态处于无锁或存在申请者的独享锁时，记录道岔独享锁信息，并回复同意独享锁请求，此时如果道岔位置与计划锁定位置不一致，oc自动扳动道岔到计划锁定位置。j)如果该道岔只存在申请者的共用锁时，将共用锁转为独享锁，记录道岔独享锁信息，并回复同意独享锁请求，此时如果道岔位置与计划锁定位置不一致，oc自动扳动道岔到计划锁定位置。k)如果该道岔存在其他申请者的任意类型的资源锁，则不做任何处理，并回复不同意独享锁请求；l)如果道岔正在转动，则不做任何处理，并回复不同意独享锁请求；oc收到共用锁的申请时，检查被申请的道岔是否满足以下条件：i)道岔位置与申请位置一致；j)道岔上不存在其他申请者的独享锁；k)申请的共用锁与道岔上现有的其他申请者的共用锁不冲突(比如：已有共享定位锁时，不能申请共享反位锁)；l)道岔未在转动(控制命令开始输出至转动到位/转动到位超时之前为正在转动)。满足以上条件时，记录新增的道岔共用锁信息，并回复同意共用锁请求；不满足以上条件时，回复不同意共用锁请求。当oc在同一运行周期收到多个资源锁操作时，为避免同一道岔的多个请求之间产生冲突，不同使用者按预先定义的优先级进行处理。列车申请道岔锁时，该道岔存在关联道岔，则需在同一周期内，对该关联道岔确定申请道岔锁类型，向oc发送申请道岔锁指令。图11为本发明实施例提供的一种道岔资源管理示意图，当列车的规划路径中需要经过交叉渡线区域的道岔反位时(如图11所示)，要先在同一周期申请两个关联道岔(道岔1和道岔3)的锁资源，确保两个关联道岔锁申请通过后再申请交叉渡线锁。同时为了确保安全，向oc发送指令将另一组与本次申请的交叉渡线道岔锁资源非关联的道岔(道岔5和道岔7)带动到定位。本发明通过oc向非关联的道岔发送指令，避免了交叉渡线一组道岔在反位时，另一组道岔也在反位，而导致交叉渡线处形成“十字”冲撞，防止发生测冲事故，可以进一步地保证关联道岔安全地获得锁资源。当列车驶离交叉渡线区域后，同一周期向oc申请释放交叉渡线锁和两个关联道岔锁。(12)使用并释放资源锁列车利用资源锁信息计算移动授权，列车在移动授权范围内行使。当列车驶离道岔防护区时，向道岔所在的oc申请释放道岔锁，并持续确认道岔锁是否被释放，否则持续发送申请释放道岔锁指令，除非列车已驶离道岔所在oc区域，该种情况下，列车通知its释放道岔锁。列车运行控制系统可以实现相邻列车的实时、双向、直接通信，从而使后车可以更加及时、准确的获得前车运行的安全状态。智能化等级l4的列车运行控制系统在完成l3的列车运行控制系统调度指挥单元的基础上，通过信息融合技术面向乘客服务驱动，根据当前的运行图，智能调整调度策略。系统具有管理领悟、环境分析及决策功能，能够下达智能调度命令，实现调度指挥和运行控制一体化，无需调度员进行干预。1)考虑调控一体化的动态运行图生成在列车调度指挥系统生成和调整运行图时，根据不同的调整需求，不仅对列车间隔时间、停站时间、列车组运用计划等进行调整，还结合列车在站间运行过程中的不同加减速等控制状况及其对应的结果进行综合考虑，在更大的调整空间内寻找最优解，通过考虑调控一体化的动态运行图生成，实现系统运行优化的目的。通过中央调度系统与各列车之间的直接信息交互和协同控制，根据线网客流实时检测信息和列车运行状态信息，对列车运行图和列车运行进行一体化调控，从而实现车辆线路资源与客流的精准匹配和优化。具体地，中央调度系统需要根据列车早晚点情况和实时调整需求，结合列车在站间运行过程中的加减速度控制状况、线路坡道、限速等运行条件，利用层次分析、注意力网络等认知学习方法，模拟行车调度员，进行综合判断是否调控线上列车运行，并根据以下场景自动调控列车运行：场景一：如果线路运力无法满足实时运输需求，即式中，和分别表示车站s实时需求和运力，s表示线路车站集合，ε为相应的容忍系数。该场景下，中央调度系统根据优化方法自动计算上线备车数量，并自动安排备车上电；进一步的，无人驾驶系统控制备车从车辆段或存车线驶入正线，同时中央调度系统根据间隔均一的原则，根据多智能体协同控制方法动态调节其他车辆的运行间隔、停站方案、停站时间、车底周转计划和区间运行速度，备车自动利用跳站、快跑等方式，在最短时间内到达运力紧张的区段，疏散站台拥挤乘客，实现运力资源精准匹配乘客运输需求；场景二：如果线路运力有一定富裕、客运压力较小，即该场景下，线路运力可以满足乘客需求，则动态控制、压缩列车在车站的站停时间，此时，列车在车站s的站停时间由以下公示计算其中，分别表示列车调整后的站停时间、计划运行图规定的站停时间和乘客上下车时间。同时，将压缩的站停时间用于列车在下一个区间的运行时间，即其中，和分别表示列车在区间s的调整后的运行时间和计划运行图规定的运行时间。之后，根据运行时间列车在后一区间利用动态规划方法重新计算列车运行速度曲线，降低列车运行速度、增加列车惰行时间，这种方法既能实现列车准点到达车站、也可降低列车区间运行能耗，实现节能和准点的要求。通过上述介绍可以看出，各智能化等级的列车运行控制系统在运行控制单元和调度指挥单元上有明显差异。本发明所提出的低智能化等级列车运行控制系统向高智能化列车运行控制系统的过渡可以通过设备功能扩展的方式来实现。各等级列车运行控制系统的智能化程度划分清晰，能够实现城市轨道交通智能化发展的目的。为了举例说明本发明的列车运行控制系统智能化等级分级方法，描述了各智能化等级列车运行控制系统的列车运行控制单元和调度指挥单元的实现方式对比，但本发明的其他变化和修改，对本领域技术人员是显而易见的，本发明并不局限于所描述的具体实施方式。因此，在本发明所公开内容的真正实质和基本原则范围内的任何修改、变化或等效变换，都属于本发明的权利保护范围。综上所述，本发明提出的面向不同智能化等级的城市轨道交通列车运行控制系统，对城市轨道交通智能化提升具有重要的指导意义。用户在初期时间和成本不足或有其他困难的情况下，可选择先行开通智能化等级较低的系统满足基本需求，在后期资源具备后可通过较小的投入来升级设备形成智能化等级较高的系统，保证服务的持续良好提供。本发明实施例提出了一种面向不同智能化等级的列车运行控制系统，重点对各级在智能化方面的功能进行描述，将列车运行控制系统的功能从需要由司机或调度员人工实现或参与实现提升到列车全过程自动化、自治化运行的层面上来，为城市轨道交通列车运行控制系统的智能化建设提供技术支撑。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。通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。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。当前第1页1 2 3 

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