[发明专利]一种交互式高速铁路列车运行仿真系统

权利要求书

1.一种交互式高速铁路列车运行仿真系统，其特征在于，包括：

仿真交互接口模块，用于与系统外部的负责列车调度工作并给出调度方案的调度人员或者运行于计算机上的用于给出调度方案的智能调度算法进行实时的数据交互，且将调度人员和智能调度算法均视为待验证的调度算法，将该系统视作服务端，待验证的调度算法视作客户端；向客户端发送客户端所需数据，包括仿真时刻、车次号、列车当前运行速度和位置、列车状态，并接收客户端反馈的其根据当前列车状态和线路状态所计算生成的列车运行时刻表和调度指令，并将所接收的调度指令直接插入仿真内核模块的指令队列中，将所接收的列车运行时刻表导入仿真内核模块进行存储；所述列车状态包括准备状态、运行状态、停车状态、等待状态和到达状态；所述线路状态，包括闭塞区间占用情况、接车进路状态以及发车进路状态；

仿真内核模块，用于按照列车的运行时刻表和调度指令对路网中的车辆运行进行仿真；接收所设置的仿真倍速N后，会在实际时间的1秒内，执行N次循环，每次循环视为仿真时间的1秒，在每次循环内对线路状态进行更新、根据当前的线路状态和列车运行时刻表对列车状态进行更新、以及查询并执行指令队列中的调度指令；

运行场景显示与控制模块，具有操作界面和显示装置，用于人机交互，可通过操作界面设置仿真倍速设定值，将所述调度指令加入仿真内核模块中的指令队列，还可以通过操作界面进行线路布局图绘制、手动安排列车进路、办理列车转线作业和设置临时限速；通过显示装置对列车当前所在位置、运行速度、晚点时间和运行状态进行显示；

列车运行控制模块，用于根据列车状态对列车的运行进行控制：当列车状态为准备状态或者停车状态时，需计算下一区段的列车运行时间和运行距离，并将其传输给运行曲线生成模块用于计算列车在下一区段内的列车运行曲线，同时等待接收下一区段的列车运行曲线；当列车状态转为运行状态时，则根据列车当前位置按照列车运行曲线对列车速度进行赋值；当列车遇到前方闭塞区间被占用而需要紧急制动时，需根据停车位置计算紧急制动曲线，并控制列车忽略列车运行曲线而按照紧急制动曲线进行减速停车；

运行曲线生成模块，用于根据从列车运行控制模块接收的下一区段的运行时间和运行距离以及在运行场景显示与控制模块中设置的临时限速信息生成列车运行曲线；

所述准备状态即列车在发车时刻前的状态；所述运行状态即列车按照列车运行曲线运行的状态；所述停车状态即列车在站内停车的状态；所述等待状态即列车等待前方闭塞区间解除占用的状态；所述到达状态即列车到达终点站的状态；

所述列车运行时刻表，包含列车到站时间、发车时间和停车车站；所述调度指令，包括对列车的加减速指令、仿真开始与暂停指令、仿真重启指令、更新时刻表指令、仿真速度调节指令和线路信号灯控制指令；

所述对列车状态进行更新的内容为：当未到达发车时间时，将列车状态更新为准备状态；当到达发车时刻时，将列车状态更新为运行状态，列车开始行驶；当列车在运行中遇到前方闭塞区间占用时，会减速制动，在被占用闭塞区间前方停车，并将列车状态更新为等待状态，直至前方的闭塞区间解除占用，列车状态恢复为运行状态；当列车行驶到下一停车站时，自动安排接车进路，并在进站后将列车状态更新为停车状态，且记录停车时间，更新晚点情况；当列车到达终点时，将列车状态更新为到达状态；

所述列车运行曲线的生成方法为：将所述列车运行曲线分为牵引加速、匀速巡航、制动减速三个阶段；确定列车匀速巡航阶段的行驶速度，并根据位置与速度的关系确定匀速巡航阶段对应的曲线；通过牵引模型确定牵引合力与速度的关系，并结合列车位置与速度的关系确定牵引加速阶段对应的曲线；通过制动模型确定列车制动力与速度的关系，并结合列车位置与速度的关系确定制动减速阶段对应的曲线；若存在线路限速，则将列车运行曲线拆分为限速区段以前的部分和限速区段以后的部分，每部分按照上述方法分别计算牵引加速阶段、匀速巡航阶段、制动减速阶段对应的曲线，再合并限速段直线，即可得到最终的列车运行曲线；

所述牵引模型用于描述列车在牵引力作用下加速运行过程，如式(1)所示：

上式中，F(v)为牵引合力；a₀₀，a₀₁，a₀₂，a₁₀，a₁₁，a₁₂为常数，v表示列车运行速度，v_t表示恒转矩区与恒功率区的转换速度，所述恒转矩区与恒功率区为组成牵引特性曲线的两段；

所述制动模型用于描述列车减速运行过程，如式(2)所示：

上式中，B(v)为列车制动力的大小，由式(2)所示的两阶段的函数描述；b₀₀，b₀₁，b₀₂，b₁₀，b₁₁，b₁₂为常数，v表示列车运行速度，v_b表示模型中两阶段的切换速度；

所述列车位置与速度的关系如式(3)所示：

上式中，m为列车质量；f为列车所受合力。