1.本发明涉及信息处理技术领域，具体而言，涉及一种高铁列车调度模拟实训方法和系统。


背景技术：

2.随着我国高速铁路的规划建设和快速发展，运输能力不断提高，这为提高铁路运输服务质量，满足人们对铁路出行的需求提供给了有利条件。为了提高调度员和车站值班员的业务水平，尤其是提高及时处置计划实现过程中的各种问题的能力，各铁路局都高度重视培训工作，为了提高调度员和车站值班员的业务水平，尤其是提高及时处置计划实现过程中的各种问题的能力，搭建了模拟实训系统。在模拟实训系统的使用中，列车群的计划生成和列车群的模拟仿真是基础前提。
3.现有技术中，例如中国发明专利申请公布号cn111859666a，公开了一种列车群生成方法、装置、系统、存储介质及电子设备，根据现实中调度中心下达给各个站点在预设时段内的列车调度运行计划和当前时间，确定出位于预设范围内的每个列车的位置；根据每个列车的位置，在仿真实训系统中模拟调度台的调度范围内生成列车模型，可以保证实训场景列车模型的真实性，提升实训效果。中国发明专利授权公告号cn113204737b公开了一种针对于车站值班员的考核评价系统列车群生成方法，获取列车的运行计划，包括：列车从始发站的出口出发的计划出发时间、列车到达各个中转站的入口的计划时间，从各个中转站的出口出发的计划时间，以及到达终到站的入口的计划时间；控制虚拟的列车以计划出发时间从始发站的出口出发；基于动力学方程、当前时刻虚拟的列车在运行计划中的位置、该位置距离运行计划中的最近的下一个站台之间的距离，以及当前时刻与到达下一个站台的计划时间之间的时间差，实时确定出需要运行的速度；根据需要运行的速度，控制虚拟的列车按照运行计划运行。现有技术根据事先获取的列车运行计划实现列车群的生成，虽然涉及了对列车区间停车、区间折返、列车救援作业等情况的处理手段，但是无法应对由于受到线路条件、设备故障、突发事件等诸多影响所导致的列车运行计划的改变，导致无法真实反映列车运行情况的复杂性和突发性，无法有效地对高铁列车调度人员或车站值班员进行实训。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种高铁列车调度模拟实训方法和系统，以解决上述问题。
5.本发明的高铁列车调度模拟实训方法，包括：获取高铁列车的预设运行计划，其中，所述预设运行计划包括：所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；设置高铁列车群故障；
根据所述预设运行计划、高铁列车群故障，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成实际运行计划；控制模拟地面设备向高铁列车发送实际运行计划，所述实际运行计划包括所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；生成站间区间信息，所述站间区间信息包括当前车站出站信号机位置与最近的下一个车站出站信号机之间的区间长度、区间坡度、区间运行限制速度曲线；控制列车群按照所述实际运行计划的出发时间从所述始发站的出口出发；基于动力学方程、当前时刻所述列车群在所述实际运行计划中的位置、该位置距离所述实际运行计划中的最近的下一个车站出站信号机之间的距离、所述当前时刻与到达所述下一个车站出站信号机的计划时间之间的时间差、所述站间区间信息，实时确定出需要运行的速度；根据所述需要运行的速度，控制所述列车群按照所述实际运行计划运行；根据列车群根据实际运行计划的实时运行情况，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成调整运行计划。
6.进一步，所述设置高铁列车群故障包括：设置高铁列车故障状态，表示为故障时间长度、故障空间长度、故障列车类型的函数 ，，其中i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、表示故障时间长度、表示故障空间长度、表示故障列车类型；设置高铁列车群故障，其中表示高铁列车j在区间i出现故障状态k时的故障数据，i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、j表示列车编号、j表示列车群的全部列车编号。
7.进一步，所述区间运行限制速度曲线是以高铁列车前向每一个区间的出站信号机位置，考虑绝对安全距离，作为实际起始点，以每一个区间的最低运行速度作为目标速度，按照列车类型计算对应目标速度的制动曲线，从而计算出高铁列车在该区间的速度控制曲线，以所述速度控制曲线作为所述区间运行限制速度曲线。
8.进一步，所述实时确定出所述虚拟的列车需要运行的速度，包括基于当前时刻所述高铁列车在所述实际运行计划中的位置，确定出所述位置至所述下一个车站之间的各个闭塞分区的最大运行速度；基于动力学方程、各个闭塞分区的最大运行速度、各个闭塞分区的长度以及所述时间差，实时确定出所述高铁列车需要运行的速度；所述根据所述需要运行的速度，控制所述虚拟的列车按照所述运行计划运行，包括根据所述位置和所述下一个车站的入口信息，确定出位于所述位置和所述下一车站之间的各个闭塞分区；根据所述需要运行的速度，控制所述高铁列车按照所述实际运行计划依次经过各个闭塞分区。
9.进一步，所述获取高铁列车的预设运行计划包括：获取预设运行计划，包括高铁列
车从初始始发站的出口出发的初始计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的初始计划时间，从各个中转站的出口出发的初始计划时间，以及到达所述终到站的入口的初始计划时间；获取所述高铁列车开始运行的实际时间；在所述实际时间和所述初始计划出发时间不同时，根据所述实际时间和所述初始计划出发时间，对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划；若所述初始始发站为所述始发站，所述根据所述实际时间和所述初始运行计划出发时间，对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划，包括：在所述实际时间晚于所述初始运行计划出发时间时，根据所述实际时间与所述初始运行计划出发时间之间的差值，将所述初始运行计划中的各个初始运行计划时间向后推移所述差值，以对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划；或在所述实际时间晚早于所述初始运行计划出发时间时，根据所述实际时间述初始运行计划出发时间之间的差值，将所述初始运行计划中的各个初始计划时间向前推移所述差值，以对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划。
10.进一步，所述形成调整运行计划，包括：高铁列车将列车运行的实际情况发送所述行车调度中心系统，所述行车调度中心系统根据高铁列车实际运行情况调整实际运行计划，当高铁列车当前运行情况发生变化时，从所述实际运行计划中删除该高铁列车在当前车站之前的运行计划，以对所述实际运行计划进行调整，得到所述调整运行计划。
11.本发明提供一种高铁列车调度模拟实训系统，所述系统包括获取单元、行车调度中心系统；所述获取单元，用于获取高铁列车的预设运行计划，其中，所述预设运行计划包括：所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；所述行车调度中心系统包括故障设置单元、实际运行计划生成单元、计划发送单元、站间区间信息生成单元、第一控制单元、速度计算单元、第二控制单元、调整单元；所述故障设置单元，用于设置高铁列车群故障；所述实际运行计划生成单元，用于根据所述预设运行计划、高铁列车群故障，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成实际运行计划；所述计划发送单元，控制模拟地面设备向高铁列车发送实际运行计划，所述实际运行计划包括所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；所述站间区间信息生成单元，用于生成站间区间信息，所述站间区间信息包括当前车站出站信号机位置与最近的下一个车站出站信号机之间的区间长度、区间坡度、区间运行限制速度曲线；所述第一控制单元，用于控制列车群按照所述实际运行计划的出发时间从所述始发站的出口出发；所述速度计算单元，用于基于动力学方程、当前时刻所述列车群在所述实际运行
计划中的位置、该位置距离所述实际运行计划中的最近的下一个车站出站信号机之间的距离、所述当前时刻与到达所述下一个车站出站信号机的计划时间之间的时间差、所述站间区间信息，实时确定出需要运行的速度；所述第二控制单元，用于根据所述需要运行的速度，控制所述列车群按照所述实际运行计划运行；所述调整单元，用于根据列车群根据实际运行计划的实时运行情况，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成调整运行计划。
12.进一步，所述故障设置单元用于：设置高铁列车故障状态，表示为故障时间长度、故障空间长度、故障列车类型的函数 ，，其中i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、表示故障时间长度、表示故障空间长度、表示故障列车类型；设置高铁列车群故障，其中表示高铁列车j在区间i出现故障状态k时的故障数据，i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、j表示列车编号、j表示列车群的全部列车编号。
13.本发明提供一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器读取并运行时，执行如上所述的方法。
14.本发明提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行如上所述的方法。
15.本发明的有益效果是：能够应对由于受到线路条件、设备故障、突发事件等诸多影响所导致的列车运行计划的改变，得以在实训过程中真实反映列车运行情况的复杂性和突发性，有效地对高铁列车调度人员或车站值班员进行实训。
附图说明
16.图1为本发明一种高铁列车调度模拟实训方法的流程示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。
18.请参照图1，图1为本技术实施例一提供的一种高铁列车调度模拟实训方法的流程图，下面将对图1所示的流程进行详细阐述，所述方法包括步骤s1
‑
s9。
19.s1.获取高铁列车的预设运行计划，其中，所述预设运行计划包括：所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；s2.设置高铁列车群故障；s3.根据所述预设运行计划、高铁列车群故障，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成实际运行计划；
s4.控制模拟地面设备向高铁列车发送实际运行计划，所述实际运行计划包括所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；s5.生成站间区间信息，所述站间区间信息包括当前车站出站信号机位置与最近的下一个车站出站信号机之间的区间长度、区间坡度、区间运行限制速度曲线；s6.控制列车群按照所述实际运行计划的出发时间从所述始发站的出口出发；s7.基于动力学方程、当前时刻所述列车群在所述实际运行计划中的位置、该位置距离所述实际运行计划中的最近的下一个车站出站信号机之间的距离、所述当前时刻与到达所述下一个车站出站信号机的计划时间之间的时间差、所述站间区间信息，实时确定出需要运行的速度；s8.根据所述需要运行的速度，控制所述列车群按照所述实际运行计划运行；s9.根据列车群根据实际运行计划的实时运行情况，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成调整运行计划。
20.其中，根据动力学方程、所述多个时间切片、所述距离以及预先确定的该位置至所述下一站台的入口之间的最大行驶速度，确定出所述虚拟的列车需要运行的速度的具体实施方式为本领域熟知技术。例如:速率运算规则：将启动过程的时间按照时间片拆分，依据加速度计算公式计算每个时间片执行后的最终数据，作为下一个时间片的初始速度。
21.其中，n为自然数表示每个时间片对应的初始速度，即为上一个时间片的最终速度表示每个时间片对应的加速度表示每个时间片对应的时间跨度。因为每个时间片是等长的，即
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
—— (2)整合公式（1）可得：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
—— (3)在列车运行过程中，列车的加速度一定是由大到小，因此在满足的前置条件下，设定加速的关系为线性递减，则= 1*a
temp
/(n*(n
‑
1))
=2*a
temp
/(n*(n
‑
1))
……
=(n
‑
1)*a
temp
/(n*(n
‑
1))依据上述规则，在设定列车启动，在5分钟达到速度峰值v目标速度整个启动过程中，每个时间片内加速度，再根据时间片中的加速度值获取每秒速度的瞬时速率。v目标速度由列控系统和rbc系统实时决定，其中列控系统会给出每个区间的最大运行速度，rbc系统会根据环境进路排列情况和设备状况，实时反馈列车可运行最大位移(ma)，并依据ma计算最高速度，rbc计算结果优先级高于列控系统。列车再运行过程中，从速率计算公式中，实时获取当前速度。当列车达到峰值速率后，如果剩余时间小于于列车到达时间与当前时间的差值，列车运行速率会自动降低到平均速率（剩余距离/（列车到达时间
‑
当前时间））。
22.由于列车的行驶速度不会一直保持不变，在行驶过程中会存在加速或者减速的过程，因此，在上述实现过程中，在获取到列车的运行计划之后，基于动力学方程、当前时刻所述虚拟的列车在所述运行计划中的位置、该位置距离所述运行计划中的最近的下一个站台之间的距离，以及所述当前时刻与到达所述下一个站台的计划时间之间的时间差，实时确定出所述虚拟的列车需要运行的速度，以保证根据所述需要运行的速度，能够控制所述虚拟的列车按照所述运行计划中所规定的计划时间到达各个站台，同时，由于本技术考虑到了列车的行驶速度不会一直保持不变，在行驶过程中会存在加速或者减速的过程，最终使得所模拟的列车的运行视频更贴近真实情况。
23.其中，所述设置高铁列车群故障包括：设置高铁列车故障状态，表示为故障时间长度、故障空间长度、故障列车类型的函数 ，，其中i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、表示故障时间长度、表示故障空间长度、表示故障列车类型；设置高铁列车群故障，其中表示高铁列车j在区间i出现故障状态k时的故障数据，i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、j表示列车编号、j表示列车群的全部列车编号。
24.通过设置故障时间长度，可以将故障分为实时故障和延时预设置故障。故障空间长度参数表示故障的空间区域，用于反映例如天气因素导致的故障或者基础设施故障，天气因素具体包括雨雪、大雾、大风天气，基础设施故障包括信号机故障关闭、进路不能完全解锁、轨道区段停电和失去分路等，故障列车类型参数包括列车故障停车。
25.其中，所述区间运行限制速度曲线是以高铁列车前向每一个区间的出站信号机位置，考虑绝对安全距离，作为实际起始点，以每一个区间的最低运行速度作为目标速度，按照列车类型计算对应目标速度的制动曲线，从而计算出高铁列车在该区间的速度控制曲线，以所述速度控制曲线作为所述区间运行限制速度曲线。
26.其中，所述实时确定出所述虚拟的列车需要运行的速度，包括基于当前时刻所述高铁列车在所述实际运行计划中的位置，确定出所述位置至所述下一个车站之间的各个闭塞分区的最大运行速度；基于动力学方程、各个闭塞分区的最大运行速度、各个闭塞分区的长度以及所述
时间差，实时确定出所述高铁列车需要运行的速度；所述根据所述需要运行的速度，控制所述虚拟的列车按照所述运行计划运行，包括根据所述位置和所述下一个车站的入口信息，确定出位于所述位置和所述下一车站之间的各个闭塞分区；根据所述需要运行的速度，控制所述高铁列车按照所述实际运行计划依次经过各个闭塞分区。
27.其中，所述获取高铁列车的预设运行计划包括：获取预设运行计划，包括高铁列车从初始始发站的出口出发的初始计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的初始计划时间，从各个中转站的出口出发的初始计划时间，以及到达所述终到站的入口的初始计划时间；获取所述高铁列车开始运行的实际时间；在所述实际时间和所述初始计划出发时间不同时，根据所述实际时间和所述初始计划出发时间，对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划；若所述初始始发站为所述始发站，所述根据所述实际时间和所述初始运行计划出发时间，对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划，包括：在所述实际时间晚于所述初始运行计划出发时间时，根据所述实际时间与所述初始运行计划出发时间之间的差值，将所述初始运行计划中的各个初始运行计划时间向后推移所述差值，以对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划；或在所述实际时间晚早于所述初始运行计划出发时间时，根据所述实际时间述初始运行计划出发时间之间的差值，将所述初始运行计划中的各个初始计划时间向前推移所述差值，以对所述初始运行计划进行更新，得到所述预设运行计划。
28.其中，所述形成调整运行计划，包括：高铁列车反馈列车运行的实际情况，根据高铁列车实际运行情况调整实际运行计划，当高铁列车当前运行情况发生变化时，从所述实际运行计划中删除该高铁列车在当前车站之前的运行计划，以对所述实际运行计划进行调整，得到所述调整运行计划。
29.本发明实施例二涉及一种高铁列车调度模拟实训系统，所述系统包括获取单元、行车调度中心系统；所述获取单元，用于获取高铁列车的预设运行计划，其中，所述预设运行计划包括：所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；所述行车调度中心系统包括故障设置单元、实际运行计划生成单元、计划发送单元、站间区间信息生成单元、第一控制单元、速度计算单元、第二控制单元、调整单元；所述故障设置单元，用于设置高铁列车群故障；所述实际运行计划生成单元，用于根据所述预设运行计划、高铁列车群故障，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成实际运行计划；所述计划发送单元，控制模拟地面设备向高铁列车发送实际运行计划，所述实际运行计划包括所述高铁列车从始发站的出口出发的计划出发时间、所述高铁列车到达各个中转站的入口的计划时间、从各个中转站的出口出发的计划时间、到达终到站的入口的计划时间、列车到发股道；
所述站间区间信息生成单元，用于生成站间区间信息，所述站间区间信息包括当前车站出站信号机位置与最近的下一个车站出站信号机之间的区间长度、区间坡度、区间运行限制速度曲线；所述第一控制单元，用于控制列车群按照所述实际运行计划的出发时间从所述始发站的出口出发；所述速度计算单元，用于基于动力学方程、当前时刻所述列车群在所述实际运行计划中的位置、该位置距离所述实际运行计划中的最近的下一个车站出站信号机之间的距离、所述当前时刻与到达所述下一个车站出站信号机的计划时间之间的时间差、所述站间区间信息，实时确定出需要运行的速度；所述第二控制单元，用于根据所述需要运行的速度，控制所述列车群按照所述实际运行计划运行；所述调整单元，用于根据列车群根据实际运行计划的实时运行情况，基于动力学方程，对高铁列车运行信息进行调整，形成调整运行计划。
30.其中，所述故障设置单元用于设置高铁列车故障状态，表示为故障时间长度、故障空间长度、故障列车类型的函数 ，，其中i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、表示故障时间长度、表示故障空间长度、表示故障列车类型；设置高铁列车群故障，其中表示高铁列车j在区间i出现故障状态k时的故障数据，i表示具体运行区间、i表示全部运行区间、j表示列车编号、j表示列车群的全部列车编号。
31.本发明实施例三涉及一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器读取并运行时，执行如实施例一所述的方法。所述电子设备可以为个 pc、平板电脑、智能手机、(personal digital assistant，pda) 个人数字助理等。
32.电子设备可以包括：存储器、处理器、通信接口和通信总线，通信总线用于实现这些组件的连接通信。
33.存储器用于存储本技术实施例一提供的方法所对应的计算程序指令等各种数据，其中，存储器可以是，但不限于， (random access memory，ram) 随机存取存储器， (read only memory，rom) 只读存储器，(programmable read
‑
only memory，prom) 可编程只读存储器，(erasable programmable read
‑
only memory，eprom) 可擦除只读存储器，(electric erasable programmable read
‑
only memory，eeprom) 电可擦除只读存储器等。
34.所述处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，可以是通用处理器，包括(central processing unit，cpu)中央处理器、(network processor，np)网络处理器等；还可以是 (dsp) 数字信号处理器、(asic) 专用集成电路、(fpga) 现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器等。
35.通信接口，用于接收和发送数据等。
36.本发明实施例四涉及一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被计算机读取并运行时，执行如实施例一所述的方法。
37.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的装置来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
38.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
39.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。