一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法及系统与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法及系统。

背景技术：

调度集中系统是我国高速铁路的重要技术装备，其基于调度指挥的业务流程，将调度决策和进路控制集成在一起，有效提高了高速铁路日常行车组织的效率和效益，降低了调度指挥人员的工作强度和压力，同时也极大地提高了列车的接发效率，正确高效的自动进路控制策略是保证列车安全正点运行的重要基础。

高速铁路调度集中系统通过列车走行的实际位置和列车途经车站所需停靠或通过的到发线(站台，折返等)位置来选择特定的进路，并在合适的时机完成该进路的开放过程。进路选取的错误会导致列车进入错误的到发线，影响旅客的上下车以及破坏既定的运输计划，严重情况下会导致人员伤亡的重大事故。而过早或过晚的进路开放时机也会对列车运营造成较大影响，较早的进路开放，会过早的占用车站资源，使得其他车站作业无法使用相关资源，导致作业效率的下降。而较晚的进路开放则会影响线路中运行的列车，导致列车速度曲线的改变，严重情况下会导致列车的晚点，影响行车效率。随着列车运行速度和密度的日益提高，当某辆车运行出现延迟时，其他列车的运行也会受到影响而发生延迟，在特定情况下会使延迟成倍放大传播，并有可能导致晚点列车与该车站正常运营列车争抢车站进路资源，导致列车走行顺序的混乱，严重扰乱运营秩序。

因此在正确的运营计划的指导下，调度集中系统在合适的时机或地点为特定的列车选取和开放正确的进路，实现列车进路的正确高效的自动办理，对复杂环境条件下高速铁路行车指挥安全和效率均具有重要的意义。

目前，采用阶段计划驱动的方式，根据计划内容生成进路办理指令，并以计划约定的车站到发时间和顺序为基准，结合预先固定的或在系统中配置的位置和时间参数作为进路触发办理的时机。

上述方案的缺陷在于：一方面，若阶段计划的调整滞后于相应列车进路办理的时机时，采用计划驱动的方式，以阶段计划做为列车进路自动办理顺序的唯一依据，在极端情况下，如列车的运营顺序已经发生变化的情况下，会导致接发车进路办理错误，或是进路不能正常办理，引发行车秩序的紊乱。另一方面，采用固定参数作为进路触发时机的依据，通常情况下为保证运营中列车的正常速度，会设置较大的参数裕量，这会导致车站资源和能力的部分荒废。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法及系统，能够实现在动态的运营环境下,列车进路安全、可靠以及适时的自动办理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法，包括：

根据高速铁路进路办理的业务流程，结合调度指挥系统的采集数据特征，进行自动进路系统数据结构和相应关联关系的规范化处理；

在规范化处理的基础上，通过对在线列车运营特征分析，采用计划关联列车，列车位置驱动的方式，确定列车进路触发区域，并将处于触发区域内的相应列车加入监视列车序列，以及采用基于时间触发的方式计算相应列车在对应作业车站的进路触发时机；

采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应进路的命令组；

采用规则表的方式，结合调度指挥系统收集到的信号状态，实现对命令组执行状态的监测。

一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理系统，包括：

信息采集及数据规范模块，用于根据高速铁路进路办理的业务流程，结合调度指挥系统的采集数据特征，进行自动进路系统数据结构和相应关联关系的规范化处理；

进路触发检测模块，用于在规范化处理的基础上，通过对在线列车运营特征分析，采用计划关联列车，列车位置驱动的方式，确定列车进路触发区域，并将处于触发区域内的相应列车加入监视列车序列，以及采用基于时间触发的方式计算相应列车在对应作业车站的进路触发时机；

进路命令构造模块，采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应进路的命令组；

命令状态检测模块，采用规则表的方式，结合调度指挥系统收集到的信号状态，实现对命令组执行状态的监测。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用基于列车驱动的自动进路办理方法，能有效降低列车进路误办的几率，提高运营线路的通过能力，保障运输指挥的运营秩序，减少实际运输中进路办理故障对调度员的干扰，优化运营计划和可用资源调度，提升高铁行车指挥系统自动化、智能化程度。

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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的数据关联结构示意图；

图3为本发明实施例提供的进路触发检测的示意图；

图4为本发明实施例提供的进路触发区域计算的示意图；

图5为本发明实施例提供的进路命令的构造流程图；

图6为本发明实施例提供的进路命令监视流程图；

图7为本发明实施例提供的一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理系统的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理方法，能够实现在动态的运营环境下，列车进路安全、可靠以及适时的自动办理。如图1所示，其主要包括：

1、根据高速铁路进路办理的业务流程，结合调度指挥系统的采集数据特征，进行自动进路系统数据结构和相应关联关系的规范化处理；

2、在规范化处理的基础上，通过对在线列车运营特征分析，采用计划关联列车，列车位置驱动的方式，确定列车进路触发区域，并将处于触发区域内的相应列车加入监视列车序列，以及采用基于时间触发的方式计算相应列车在对应作业车站的进路触发时机；

3、采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应进路的命令组；

4、采用规则表的方式，结合调度指挥系统收集到的信号状态，实现对命令组执行状态的监测。

下面针对上述方案做详细的介绍。

一、数据结构和相应关联关系的规范化。

本发明实施例中，基于调度指挥系统的自动进路设置过程涉及到系统采集到的动态数据和系统本身提供的静态数据。结合列车进路设置的业务流程，从进路设置所涉及数据的内部关系出发，对动态数据和静态数据构造规范化的数据结构，并建立相应的内部关联关系，作为自动进路系统数据和业务逻辑的实现基础。

本发明实施例中，数据结构和相应关联关系的规范化构造了五种序列结构，如图2所示，主要包括：

1)计划序列，采用<列车、车站、时间>三元对的方式，对原始计划进行分解重构，并将分解后的计划按车站、线路方向以及列车的层次结构依据时间重组计划序列，并结合列车序列中的列车，构建单个计划与列车之间的关联关系。

2)列车序列，为依据各线别在线列车在区间内和车站内的运行顺序构造的序列，分为区间内的列车序列以及车站内的列车序列，并根据站界的划分以及列车位置，实现列车序列内的列车和计划序列内相关计划的双向关联，实现列车与实时阶段计划的映射。

本发明实施例中，所涉及的区间内与车站内的各列车均为在线列车。

3)拓扑元素，依据车站的拓扑特征，将车站整体按联锁系统的信号分割方式，分解为信号单元拓扑元素(信号机，道岔，股道等)的结合，拓扑元素之间根据物理上的连接关系构造元素之间的关联关系，便于确定计划规定的行车路径上拓扑元素的先后占用关系。

4)进路序列，依据列车和该列车在目标车站对应的阶段计划，构造对应的进路序列；进路序列采用进路组的方式进行构造，即进路序列中包含一系列的进路组，每个进路组包含一系列的进路。这是由于部分车站拓扑的特殊性以及站细规章的要求，需要列车进路的排列按照一定的顺序(如先排发车进路，再排接车进路)，以及整体性要求，如部分进路需要一次性排列完成(如存在多个短进路拼接的情况)。采用进路组的方式便于组内进路间的逻辑处理，采用进路序列的方式，便于进路组间的逻辑处理。并构造进路与列车以及计划之间的关联关系，便于根据在线列车和计划的动态变化，及时更新进路组，进路组中明确各进路排列的先后逻辑关系，进路序列中明确了各进路组间的逻辑关系。

5)命令序列，将进路组转化为联锁可执行的进路命令，一个进路对应一个进路命令，构造进路的命令组，并建立进路组与命令组之间的映射关系，以及根据进路的状态来更新命令组的状态。

二、进路触发方案

为维护列车的正常运行秩序，提高列车的运行效率，当列车运行到一定位置或是距离列车进站或发车一定时间时，需要适时开通相应的列车进路，保证列车平稳运行，且不会因为进路开放过晚导致列车过早制动，或是过晚启动，以及不会因为进路的过早开放导致站内与该进路相关的资源被过早占用，造成站内运输资源及能力的浪费。

由于列车运营过程中，阶段计划会随列车的运营情况不断变动，故本发明实施例采用事件驱动结合周期轮询的方式来检测列车进路的触发开放时机。

如图3所示，首先，根据运营状态实现对计划序列和拓扑元素的更新，作为触发检测的环境条件，步骤包括：

p1、根据接收到阶段计划或信号状态，规范化处理后若计划序列为空，则构造生成计划序列，若已存在，则更新既有的计划序列；

p2、根据生成/更新后的计划序列，更新列车序列中列车与计划序列中相应计划的关联关系。

根据接收到的信号状态，确定信号单元拓扑元素所处位置；若处于区间，则更新拓扑元素的区间信号单元(p3)；若处于站内，则更新拓扑元素的站内信号单元(p4)。

然后，在获取到调度指挥系统提供的包含列车位置的列车状态信息后，实现进路的触发检测，包括：

t1、获取到调度指挥系统提供的全部列车的列车状态信息，所述列车状态信息包括：列车位置、车次及速度，其中位置用于定位该列车，车次用于校验列车和计划的关联性，速度用于计算列车的到站时间，以及触发点的位置。触发点指列车到达某一点时，触发对应的进路开放；

t2、根据列车位置进行列车分组，分组时会考虑更新后的列车与计划的关联关系：

t31、区间内的列车以下一接入车站为分组单位并按照接发车线别进行分组，即确定每个车站即将接入的列车序列，从而更新区间内的列车序列，并同步更新进路序列。如图3所示，结合更新后的区间拓扑元素更新区间内的列车序列，并同步更新进路序列。

t32、站内列车依据股道进行分组，且列车满足在股道上应具备停车作业的需求，这是由于列车在股道停车时存在长时间作业的可能，不应立即开放发车进路，应该依据站细要求并结合计划发车时间，确定发车进路的触发开放时机；从而更新车站内的列车序列，并同步更新进路序列。如图3所示，结合更新后的车站拓扑元素更新车站内的列车序列，并同步更新进路序列。

t41、根据更新后的区间内的列车和进路序列，按以下步骤计算列车是否处于进路的触发点位置：

1)确定列车为目标车站即将接入的首列列车，否则不予处理；

2)根据该列车进路序列，确定接车/发车信号从而开放关键进路；

3)计算列车的触发区域，公式如下：

sset＝sgreen+sadd＝sgreen+δtset·vlimit

如图4所示，上式中，sset表示进站信号机至触发点的距离，sgreen为车站进路未开放前，进站信号机与距离进站方向最近的第一个开放绿灯的信号机的距离；sadd为反应距离；δtset为系统的动作时间，包括系统的运算处理时间和进路开放的动作时间；vlimit为列车正常行驶至信号切换点(即开放进路时，信号变化不会主动影响列车速度曲线的位置，本发明实施例中，选择sgreen处，实际上准确的切换点应该在图4中s2和s3之间，但为了固定闭塞下计算方便，将该点近似至sgreen处)的速度。则其中a为列车的常规制动加速度，vin为车站接入的入口速度限制。

4)若列车当前位置在触发区域内，且满足目标车站之间的接车条件，即列车与车站之间该范围内所有的闭塞分区处于空闲且非锁闭，非故障状态，闭塞分区相关联的信号机处于允许状态(进站信号机除外)；若满足，则将相应列车加入监视列车序列，在进路命令构造模块中生成相应进路命令；否则等待下一周期的再次检测。

t42、当车站内的列车序列更新后，获取车站内停车作业列车的计划发车时间，并采用基于时间触发的方式，计算列车进路触发时机：tset＝tplan-δtbuff，其中，tset为将列车加入监视列车序列的时刻，tplan为计划发车时间，δtbuff为附加时间，包括系统的运算处理时间、进路开放的动作时间以及列车的启动时间。

本发明实施例中，计划发车时间是给定数值，附加时间也是可确定的参数。列车进路触发时机的公式中，要计算的是站内发车进路的开放时间。由于是在车站内发车，应严格遵循列车计划的约定，不能提前发车，也不能晚于计划时间，否则会造成晚点，在本发明中，列车在区间运行时，对应接车进路的开放，这个是根据所计算的列车位置，决定对应进路的开放时机。而在站内发车的话，采用的时间方式，即需要满足列车在发车股道，并同时时间满足计划的约定。

三、进路命令构造。

进路命令构造模块采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应的进路组命令，如图5所示，主要实现步骤如下：

c1、从监视列车序列中，获取轮询到的目标列车状态；

c2、获取与目标列车的关联计划信息；

c3、若目标列车未生成命令组，则根据计划序列中的计划，按计划规定的车站作业方式，以及相应的站细，构造进路的命令组；如通过列车，则构造包含接车进路命令和发车进路命令的命令组；多个基本进路构成的长进路就构造多个基本进路命令的命令组；命令组的中命令执行的先后顺序和机制以站细和运输细则为准。若目标列车已生成命令组，但存在未执行指令，则根据计划更新命令组中未执行的命令。

四、进路命令状态监控

进路命令监控模块采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列中的每个命令组，以及每个命令组中的进路命令，并根据运营环境中的信号状态和时间来实现对进路指令变化状态的设定和处理，如图6所示，具体实现步骤如下：

s1、按顺序从监视列车序列中依次取出列车的命令组；

s2、对命令组的状态进行设置，采用如表1所示的规则：

表1命令组的状态设置规则

表1中给出了本方法定义的命令组的生存周期，即当命令组被构造出时，命令组处于“等待启动”的状态；当命令组中的进路命令在触发距离或是时间上具备执行条件时，将命令设为“启动”状态；当命令组中的部分进路命令已下发执行时，命令组处于“执行中”状态；当命令组中的所有进路命令已下发执行，命令组处于“执行成功”状态；当命令组中的所有进路命令已执行完毕，且对应进路已解锁时，命令组处于“执行完毕”状态，此时，该命令组可以删除。

当命令组状态处于等待状态时，根据列车位置和进路的排列情况对命令组状态进行设置，规则如下：

1)若列车已占用命令组中的某一条进路，则设置命令组状态为执行中状态，并设置命令组中应在占用的相应进路之前执行的进路命令为执行完毕状态，对应列车所占用进路的命令状态为列车占用状态；

2)若列车仍未行驶至命令组第一条进路指令对应进路位置，若对应进路已锁闭且信号机开放，则设置命令组状态为执行中状态，对应进路命令状态为执行成功状态，否则设置进路状态为启动状态。

s3、当命令组的状态处于启动状态条件下，通过对命令组内的进路命令对应列车的位置和进路的排列状态实现对进路指令状态的设置，进而实现对命令组内进路命令执行状态的监控；对进路命令的状态进行设置，采用表2所示规则：

表2进路命令的状态设置规则

表2中给出了本方法定义的进路命令的生存周期，即当进路命令被构造出时，命令组处于“等待启动”的状态；当进路命令处于“等待启动”状态，且联锁条件满足时，进路命令过渡为“启动”状态；当进路命令已下发时，其处于“执行中”状态；当对应进路排列成功，进路命令过渡为“执行成功”状态；当列车占用该进路，进路处于“列车占用”状态；当列车驶出，进路解锁，进路设置为“执行完毕”状态；

s4、当某一列车所关联的命令组均处于执行完毕状态时，将相应列车从监视列车序列中删除，更新更新监视列车序列。

本发明另一实施例还提供一种基于列车驱动的高速铁路进路自动办理系统，该系统用于实现前述实施例提供的方法，该系统的逻辑如图7所示，主要包括：

信息采集及数据规范模块，用于根据高速铁路进路办理的业务流程，结合调度指挥系统的采集数据特征，进行自动进路系统数据结构和相应关联关系的规范化处理；

进路触发检测模块，用于在规范化处理的基础上，通过对在线列车运营特征分析，采用计划关联列车，列车位置驱动的方式，确定列车进路触发区域，并将处于触发区域内的相应列车加入监视列车序列，以及采用基于时间触发的方式计算相应列车在对应作业车站的进路触发时机；

进路命令构造模块，采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应进路的命令组；

命令状态检测模块，采用规则表的方式，结合调度指挥系统收集到的信号状态，实现对命令组执行状态的监测。

本发明实施例中，数据结构和相应关联关系的规范化构造了五种序列结构：

计划序列，采用<列车、车站、时间>三元对的方式，对原始计划进行分解重构，并将分解后的计划按车站、线路方向以及列车的层次结构依据时间重组计划序列，并结合列车序列中的列车，构建单个计划与列车之间的关联关系；

列车序列，为依据各线别在线列车在区间内和车站内的运行顺序构造的序列，并根据站界的划分以及列车位置，实现列车序列内的列车和计划序列内相关计划的双向关联，实现列车与实时阶段计划的映射；

拓扑元素，依据车站的拓扑特征，将车站整体按联锁系统的信号分割方式，分解为信号单元拓扑元素的结合，拓扑元素之间根据物理上的连接关系构造元素之间的关联关系；

进路序列，依据列车和该列车在目标车站对应的阶段计划，构造对应的进路序列；进路序列采用进路组的方式进行构造，并构造进路与列车以及计划之间的关联关系；进路组中包含各进路排列的先后逻辑关系，进路序列中包含各进路组间的逻辑关系；

命令序列，将进路组转化为联锁可执行的进路命令，构造进路的命令组，并建立进路组与命令组之间的映射关系，以及根据进路的状态来更新命令组的状态。

本发明实施例中，所述通过对在线列车运营特征分析，采用计划关联列车，列车位置驱动的方式，确定列车进路触发区域，并将处于触发区域内的相应列车加入监视列车序列，以及采用基于时间触发的方式计算相应列车进路触发时机包括：

首先，根据运营状态实现对计划序列和拓扑元素的更新，作为触发检测的环境条件，步骤包括：根据接收到阶段计划或信号状态，规范化处理后若计划序列为空，则构造生成计划序列，若已存在，则更新既有的计划序列；根据生成的或者更新后的计划序列，更新列车序列中列车与计划序列中相应计划的关联关系；根据接收到的信号状态，确定信号单元拓扑元素所处位置；若处于区间，则更新拓扑元素的区间信号单元；若处于站内，则更新拓扑元素的站内信号单元；

然后，在获取到调度指挥系统提供的包含列车位置的列车状态信息后，实现进路的触发检测，包括：

获取到调度指挥系统提供的全部列车的列车状态信息，所述列车状态信息包括：列车位置、车次及速度；其中，列车位置用于定位列车，车次用于校验列车和计划的关联性，速度用于计算列车的到站时间，以及触发点位置；触发点位置是指触发进路开放的位置点；

根据列车位置进行列车分组：区间内的列车以下一接入车站为分组单位并按照接发车线别进行分组，即确定每个车站即将接入的列车序列，从而结合更新后的区间拓扑元素更新区间内的列车序列，并同步更新进路序列；站内列车依据股道进行分组，且列车满足在股道上应具备停车作业的需求，从而结合更新后的车站拓扑元素更新车站内的列车序列，并同步更新进路序列；

根据更新后的区间内的列车序列和进路序列，按以下步骤计算列车是否处于进路的触发点位置：确定列车为目标车站即将接入的首列列车，否则不予处理；计算列车的触发区域；根据该列车进路序列，确定接车信号或者发车信号开放关键进路；若列车当前位置在触发区域内，且满足目标车站之间的接车条件，即列车与车站之间该范围内所有的闭塞分区处于空闲且非锁闭，非故障状态，闭塞分区相关联的信号机处于允许状态；若满足，则将相应列车加入监视列车序列；否则等待下一周期的再次检测；其中，计算列车的触发区域的公式为：sset＝sgreen+sadd＝sgreen+δtset·vlimit；式中，sset表示进站信号机至触发点的距离，sgreen为车站进路未开放前，进站信号机与距离进站方向最近的第一个开放绿灯的信号机的距离；sadd为反应距离；δtset为系统的动作时间，包括系统的运算处理时间和进路开放的动作时间；vlimit为列车正常行驶至信号切换点的速度；

当车站内的列车序列更新后，获取车站内停车作业列车的计划发车时间，并采用基于时间触发的方式，计算列车进路触发时机：tset＝tplan-δtbuff，其中，tset为将列车加入监视列车序列的时刻，tplan为计划发车时间，δtbuff为附加时间，包括系统的运算处理时间、进路开放的动作时间以及列车的启动时间。

本发明实施例中，所述采用周期性轮询的方式，检查监视列车序列，并根据列车和关联的计划信息构造相应进路的命令组包括：

从监视列车序列中，获取轮询到的目标列车状态；

获取与目标列车的关联计划信息；

若目标列车未生成命令组，则根据计划序列中的计划，按计划规定的车站作业方式，以及相应的站细，构造进路的命令组；若目标列车已生成命令组，但存在未执行命令，则根据计划更新指令组中未执行的命令。

本发明实施例中，所述采用规则表的方式，结合调度指挥系统收集到的信号状态，实现对命令组执行状态的监测包括：

按顺序从监视列车序列中依次取出列车的命令组；

当命令组状态处于等待状态时，根据列车位置和进路的排列情况对命令组状态进行设置，规则如下：若列车已占用命令组中的某一条进路，则设置命令组状态为执行中状态，并设置命令组中应在占用的相应进路之前执行的进路命令为执行完毕状态，对应列车所占用进路的命令状态为列车占用状态；若列车仍未行驶至命令组第一条进路指令对应进路位置，若对应进路已锁闭且信号机开放，则设置命令组状态为执行中状态，对应进路命令状态为执行成功状态，否则设置进路状态为启动状态；

当命令组的状态处于启动状态条件下，通过对命令组内的进路命令对应列车的位置和进路的排列状态实现对进路指令状态的设置，进而实现对命令组内进路命令执行状态的监控；

当某一列车所关联的命令组均处于执行完毕状态时，将相应列车从监视列车序列中删除，更新更新监视列车序列。

上述系统在实现过程中的相关技术细节已经在前述方法实施例中进行了详细的说明，故不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，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所述的方法。

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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。

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