[發明專利]基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法

有效

• 申請號: 202110557913.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113147843B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 倪捷
• 申請（專利權）人: 上海電氣泰雷茲交通自動化系統有限公司
• 主分類號: B61L27/20
• 分類號: B61L27/20;B61L27/04;B61L23/00
• 代理公司: 上海灣谷知識產權代理事務所(普通合伙) 31289
• 代理人: 肖進

1.一種基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法，其特征在于，包括：

步驟S1，每相鄰兩站之間的區段劃定為一個軌道區段，每個軌道區段的中心位置部署氣象站；

步驟S2，每個氣象站獲取相應氣象數據，通過網絡發送給數據處理服務器；

步驟S3，數據處理服務器根據各軌道區段的氣象數據，對每個軌道區段進行軌道濕滑分析，獲得各個軌道濕滑指數，并通過網絡發送給ATS系統；所述的氣象數據包括：實時測量的分鐘級雨量、每分鐘實時更新的當日的累計測量雨量、過去一小時測量雨量、有無雨雪狀態以及溫濕度；

步驟S4，ATS系統根據軌道濕滑指數決定此區段合適的列車加速度、制動率等級與運行等級；

步驟S5，ATS系統在列車在當前站臺準備發車時對車載子系統發送前方軌道區段所對應的加速度、制動率等級與運行等級命令；

步驟S3中，數據處理服務器采用卡爾曼濾波方法，將累計測量雨量和實時測量的分鐘級雨量作為輸入，通過閉環控制，計算當前的實時預估雨量；

數據處理服務器建立函數閉環控制模型，數據處理服務器初始化時，根據氣象數據計算并輸出初次的軌道濕滑指數，并將當前輸出作為下一輪計算的輸入；數據處理服務器運行時，根據上一輪計算的軌道濕滑指數和實時預估雨量以及氣象站提供的其它數據更新當前的軌道濕滑指數，并將當前輸出作為下一輪計算的輸入；

數據處理服務器采用卡爾曼濾波方法計算實時預估雨量：

關于累計雨量及其增加/減弱速度的狀態X_k和累計雨量觀測值y_k方程：

其中，F＝[1?0]

W_k為系統的過程噪音序列，v_k為觀測噪音序列，為累計雨量增加/減弱速度，狀態一步預測方程為：

其中，和分別表示k-1時刻雨量最優狀態估計值以及基于k-1時刻雨量信息預測出的k時刻的軌道區段累計雨量狀態；

均方誤差一步預測方程為：

P_k|k-1＝H×P_k-1×H^T+Q_k-1

以上Q_k-1為過程噪音方差，P_k-1和P_k|k-1分別為k-1時刻雨量信息最優均方誤差以及基于k-1時刻雨量信息最優均方誤差預測之k時刻的軌道區段雨量均方誤差，T為矩陣轉置；

卡爾曼濾波增益方程為：

K_k＝P_k|k-1×F^T×[F×P_k|k-1×F^T+r_k]^-1

以上r_k為觀測噪音方差，K_k為k時刻的卡爾曼增量；

濾波估計方程為：

y_k為k時刻的累計雨量觀測值；

均方誤差更新矩陣為：

P_k＝[I-K_k×F]×P_k|k-1

I為單位矩陣；

設置系統初始值為但P₀矩陣內的值不能全為0，由于Q_k取決于w_k，可將Q_k設為q作為常數可根據具體情況設定；由于r_k取決于v_k，與測量效果與儀器的精度有關，r_k可設為常量。

2.根據權利要求1所述的基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法，其特征在于，步驟S4中，ATS系統中預存有軌道濕滑指數范圍與加速度、制動率等級以及運行等級的對應關系表。

3.根據權利要求1所述的基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法，其特征在于，將氣象數據中各數據作為變量，通過函數閉環控制模型進行模擬和實驗，通過調整參數和權重進行模型的優化，計算軌道濕滑指數。

4.根據權利要求1所述的基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法，其特征在于，實時預估雨量包括累計預估雨量和分鐘級預估雨量。

5.根據權利要求1所述的基于環境感知與信號系統的列車自動控制方法，其特征在于，

如果在k時段不更新，觀測到的值依舊為y_k-1，則：