[发明专利]一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法

说明书

本发明公开了一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法。本发明方法考虑协同运行的高速列车存在车间通信的情况，根据高速列车车载传感器实际配置情况，以列车实际运行动力学模型为基础，构建多列车协同运行连续时间状态空间模型并进行可观性分析，结合隆伯格估计方法和领导‑跟随一致性协调方法，利用每趟列车本地传感器量测信息以及通过车间通信网络与邻居列车交互的信息，构建多列车协同运行行驶状态分布式观测器，保证每趟列车能够对协同运行的所有列车的行驶状态进行实时有效估计。本发明实现了基于局部量测和局部通信对协同运行列车行驶状态的全局估计，为处于复杂快速多变、信息交互、实时强扰动环境下的多列车协同安全运行提供保障。

技术领域

本发明涉及多列车协同运行优化控制领域，特别涉及一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法。

背景技术

高速列车以其高速度、低污染、大载客量和良好的经济效益等特性，近年来得到了广泛的重视和蓬勃的发展，已成为我国绿色交通发展的优先方向，是体现我国工业化发展水平的卓越代表之一。随着列车运行速度的不断提升、列车发车密度的不断增大，以节能、准时、减少乘客等待时间、降低牵引供电网峰值和优化目标自动调整运行图为目标的多列车协同运行控制及其相关技术已成为该领域的研究重点。列车状态估计是多列车协同运行控制的关键一环，准确的获取列车行驶状态对于加强冲突管理、提高安全保障至关重要。但由于高速列车运行过程受到车辆特性、线路特性、天气状况、载客量等因素影响，运行环境存在强非线性和强干扰性，仅依靠单一传感器量测技术得到列车行驶状态的估计值这一方法存在可靠性低、估计准确性差等问题，已远远不能满足多列车协同运行优化控制的需求。目前，在列车行驶状态估计领域，国内外学者已关注到基于多传感器数据融合的列车行驶状态估计技术。但是，大多数现有基于多传感器融合的估计方法都属于集中式估计算法，即由一个中心收集到所有列车车载传感器的量测信息后利用集中式估计器进行统一计算得到协同运行的所有列车的行驶状态估计值。这种设计缺乏鲁棒性，一旦运行集中式估计方法的中心发生故障，将会导致整个列车监测系统瘫痪。并且，由于所有列车传感器量测信息的收集和处理任务都由中心完成，这对中心的数据存储能力、计算能力、通信能力提出了很高的要求，不利于算法在实际场景中的应用。因此，亟需研究能够保证在强非线性和强干扰性的高速列车运行环境下对协同运行的高速列车行驶状态进行实时有效监测的且易被实际应用的多列车协同运行行驶状态估计方法。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，能够保证每趟列车在强非线性和强干扰性的运行环境中得到对协同运行的所有列车行驶状态的有效估计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多列车协同运行行驶状态分布式估计方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1：考虑高速列车车载传感器感知量测情况，结合图论知识建立多列车协同运行车间输出耦合关系图，以列车实际运行动力学模型为基础，构建多列车协同运行连续时间状态空间模型；

步骤2：对多列车协同运行连续时间状态空间模型进行可观性分析；

步骤3：结合车间通信网络拓扑关系，将多列车协同运行车间输出耦合关系图进行有向无环化处理，得到有向无环多列车协同运行车间输出耦合关系图；

步骤4：结合可观性分析结果，每趟列车根据有向无环多列车协同运行车间输出耦合关系图中指定的局部量测信息，构建类隆伯格观测器，得到对本趟列车的行驶状态估计值；

步骤5：结合可观性分析结果，根据车间通信网络拓扑关系，每趟列车利用与通信网络中邻居列车的局部通信信息，构建基于领导-跟随一致性协调方法的一致性观测器，得到对其他协同运行列车的行驶状态估计值；类隆伯格观测器和一致性观测器共同构成了多列车协同运行行驶状态分布式观测器。