基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法，系统包括实物子系统、控制子系统和管理子系统，实物子系统包括转辙机、减速器、测速雷达、测长模块、信号机等；控制子系统包括控制接口柜、组合架、智能电源屏，控制接口柜中设置COM接口、I/O接口、减速器模块、进路模块，组合架中设置驼峰信号继电器组合装置、调车信号组合装置、控制减速器继电器组合装置；管理子系统包括溜放进路/速度控制终端、调车进路控制终端、作业过程监控终端、电务维修管理终端。本发明专利技术采用计算机模拟和现场实物设备相结合的方式，实现按照完整调车计划进行溜放作业全过程的作业仿真推演的功能，为轨道交通信号与控制实践教学提供先进的实验手段。

Data-driven Hump Automation Hardware-in-the-loop Simulation Experimental System and Its Algorithms

The present invention discloses a data-driven hump automation hardware-in-the-loop simulation experiment system and its algorithm, which includes physical subsystem, control subsystem and management subsystem, physical subsystem includes switch machine, reducer, speed radar, length measurement module, signal machine, etc. Control subsystem includes control interface cabinet, combination frame, intelligent power supply screen, and control interface cabinet. COM interface, I/O interface, decelerator module, route module, hump signal relay combination device, shunting signal combination device and control decelerator relay combination device are installed in the combination frame; the management subsystem includes sliding route/speed control terminal, shunting route control terminal, operation process monitoring terminal, and electrical maintenance management terminal. The method of combining computer simulation with field physical equipment realizes the function of simulation and deduction of the whole process of running operation according to the complete shunting plan, and provides advanced experimental means for the practical teaching of rail transit signal and control.

【技术实现步骤摘要】
基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法
本专利技术属于轨道交通信息与控制实验教学系统
，尤其涉及一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法。
技术介绍
编组站是铁路运输的枢纽，驼峰是编组站中最关键的环节，驼峰作业过程的安全和效率对编组站的改编能力有极大的影响。随着自动化控制技术在驼峰中的推广应用，国内的驼峰已拥有了溜放进路控制、推送进路控制和溜放速度控制等自动化功能，编组站的解编能力得到了极大的提高。但在轨道交通信号与控制专业课程的实践教学环节中，存在学生现场实践安全性难以保证，实际操作及系统维护方面的训练不够，因此在工程教育方面存在不足，影响学生工程实践与应用创新能力的提升。近年来，与轨道交通领域相关的许多高校非常重视虚实结合的半实物仿真系统的开发与研制，周妍等(铁道学报,2012,34(6):1-7)设计了以电子实物沙盘和行车调度指挥相结合的高速铁路行车调度指挥仿真实验平台。白紫熙等(中国铁道科学,2015,36(4):139-144)、宋术全等(中国铁道科学,2012,33(20):138-144)、刘可安等(铁道学报,2016,38(11):50-56)分析了半实物仿真系统在地铁系统、铁路设备和铁路系统上的发展。李士平等(电化教育研究,2018,03:1-6)、李知菲等(计算机教育,2015,08:8-11)研究了数据驱动系统在实践教学环节中的设计。杜兴元等(城市轨道交通研究,2012,21(10):60-62)研究了以有向图为基础而形成的列车自动监控站场图以此来描述线路信息。但是上述仿真系统或方法并不是数据驱动下的动态仿真，且系统中不包括现场实物设备，而纯仿真模拟难以达到教学培养对实践教育的要求。因此，以调车作业计划为数据驱动源，通过半实物仿真系统实现对现场设备的控制过程，同时执行调车作业计划、信号控制及溜放作业过程控制，实现对驼峰溜放作业的调度以及作业过程的智能可视化半实物仿真，分析不同状态下故障处理的方案，验证设备工作的主要性能参数等，在轨道交通信号与控制类专业培养中具有重大的影响力。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法，可以直观地仿真自动控制模式下的溜放作业全过程，实现调车作业计划的自动执行并对作业过程中的设备状态数据进行实时监控，为驼峰自动化控制过程的教学提供了实验手段。本专利技术是这样实现的，基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统，包括实物子系统、控制子系统和管理子系统，所述实物子系统包括转辙机、减速器、轨道电路、测速雷达、踏板、车轮传感器、测长模块、信号机、控制台；所述控制子系统包括控制接口柜、组合架、智能电源屏，所述控制接口柜中设置COM接口、I/O接口、减速器模块、进路模块，所述组合架中设置驼峰信号继电器组合装置、调车信号组合装置、控制减速器继电器组合装置，所述智能电源屏中设置开关电源模块、直流电源模块、交流电源模块；所述管理子系统包括溜放进路控制终端、溜放速度控制终端、调车进路控制终端、作业过程监控终端、电务维修管理终端；所述实物子系统通过电缆与控制子系统连接，所述控制子系统与管理子系统的主机之间通过COM接口互连，所述控制子系统采集实物子系统的状态信息，所述状态信息包括道岔位置、轨道电路占用状态、信号机开闭状态，所述状态信息通过COM接口传输给管理子系统，管理子系统根据接收到的信息及调车计划下达联锁指令，管控实物子系统中各设备的动作。本专利技术进一步提供了基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统的算法，具体步骤如下：S101、初始化(1)将管理子系统、控制子系统、实物子系统初始化，并输入数据进行子系统交互测试；(2)对实物设备模型化，形成抽象的线路模型、减速器模型、信号机模型、车组模型，并建立模型间的逻辑关联关系，并对调车计划中的进路进行编码；S102、将同步模拟时钟分别设立在三个子系统中，然后开始仿真；S103、启动管理子系统、控制子系统和实物子系统：首先，管理子系统运行：(1)控制子系统将各溜放车组的实时作业数据传输给管理子系统；(2)管理子系统对溜放进路和速度实施控制；其次，控制子系统运行：(1)管理子系统通过控制子系统获得车组模型的当前运行数据；(2)管理子系统传输控车指令给各实物模型，控制其完成动作。再次，实物子系统运行：(1)收到来自控制子系统的下达的指令message(zi,con)；(2)按照控制指令message(zi,con)动作；(3)记录车组模型zi的作业信息，并将该数据传输给控制子系统；S104、判断仿真是否结束；S105、结束仿真。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用计算机模拟和现场实物设备结合的架构进行设计，提出了基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统及其算法，针对以往仿真系统仅有演示功能的局限性，通过构建管控一体化的驼峰自动化半实物仿真实验系统，实现按照完整调车计划进行溜放作业全过程的作业仿真推演的功能，该系统可直观仿真不同控制模式下的溜放作业的全过程，包括场间联系、溜放进路控制、调车进路控制、去禁溜线控制、速度控制等多场景下的溜放作业过程，并对作业过程各数据进行记录和监控，为轨道交通信号与控制专业实践教学提供先进的实验手段。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统的结构框架图。图2是本专利技术实施例提供的一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统的算法框架图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统，包括实物子系统、控制子系统和管理子系统，所述实物子系统包括转辙机、减速器、轨道电路、测速雷达、踏板、车轮传感器、测长模块、信号机、控制台。所述控制子系统包括控制接口柜、组合架、智能电源屏，所述控制接口柜中设置COM接口、I/O接口、减速器模块、进路模块；所述组合架中设置驼峰信号继电器组合装置、调车信号组合装置、控制减速器继电器组合装置；所述智能电源屏中设置开关电源模块、直流电源模块、交流电源模块。所述管理子系统包括溜放进路控制终端、溜放速度控制终端、调车进路控制终端、作业过程监控终端、电务维修管理终端；所述实物子系统通过电缆与控制子系统连接，所述控制子系统与管理子系统的主机之间通过COM接口互连，在此基础上构建出管控一体化的闭环系统。所述控制子系统采集实物子系统的状态信息，所述状态信息包括道岔位置、轨道电路占用状态、信号机开闭状态，所述状态信息通过COM接口传输给管理子系统，管理子系统根据接收到的信息及调车计划下达联锁指令，管控实物子系统中各设备的动作。所述管理子系统是实现驼峰自动化控制半实物仿真的核心，其主要功能包括：①将实物子系统中的各实体设备等效为模型，建立与实物子系统相对应的且表现实物对象之间的逻辑关系的可视化线路拓扑图；②实时跟踪溜放车组的运行过程，记录车组溜放的过程数据，为车组进路控制和速度调整提供决策依据；③将调车作业计划转化为二进制进路编码，为进路控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统，其特征在于，包括实物子系统、控制子系统和管理子系统，所述实物子系统包括转辙机、减速器、轨道电路、测速雷达、踏板、车轮传感器、测长模块、信号机、控制台；所述控制子系统包括控制接口柜、组合架、智能电源屏，所述控制接口柜中设置COM接口、I/O接口、减速器模块、进路模块，所述组合架中设置驼峰信号继电器组合装置、调车信号组合装置、控制减速器继电器组合装置，所述智能电源屏中设置开关电源模块、直流电源模块、交流电源模块；所述管理子系统包括溜放进路控制终端、溜放速度控制终端、调车进路控制终端、作业过程监控终端、电务维修管理终端；所述实物子系统通过电缆与控制子系统连接，所述控制子系统与管理子系统的主机之间通过COM接口互连，所述控制子系统采集实物子系统的状态信息，所述状态信息包括道岔位置、轨道电路占用状态、信号机开闭状态，所述状态信息通过COM接口传输给管理子系统，管理子系统根据接收到的信息及调车计划下达联锁指令，管控实物子系统中各设备的动作。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的驼峰自动化半实物仿真实验系统，其特征在于，包括实物子系统、控制子系统和管理子系统，所述实物子系统包括转辙机、减速器、轨道电路、测速雷达、踏板、车轮传感器、测长模块、信号机、控制台；所述控制子系统包括控制接口柜、组合架、智能电源屏，所述控制接口柜中设置COM接口、I/O接口、减速器模块、进路模块，所述组合架中设置驼峰信号继电器组合装置、调车信号组合装置、控制减速器继电器组合装置，所述智能电源屏中设置开关电源模块、直流电源模块、交流电源模块；所述管理子系统包括溜放进路控制终端、溜放速度控制终端、调车进路控制终端、作业过程监控终端、电务维修管理终端；所述实物子系统通过电缆与控制子系统连接，所述控制子系统与管理子系统的主机之间通过COM接口互连，所述控制子系统采集实物子系统的状态信息，所述状态信息包括道岔位置、轨道电路占用状态、信号机开闭状态，所述状态信息通过COM接口传输给管理子系统，管理子系统根据接收到的信息及调车计划下达联锁指令，管控实物子系统中各设备的动作。2.一种基于数据驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振海，张雁鹏，林俊亭，贺清，尹晓珍，姚婕，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62