一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法

摘要

本发明涉及一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，属于高速铁路信号系统技术领域。本方法通过建立基于参数方程的曲线坐标系簇和轨道区段模型，构建完整的高速铁路线路模型，并且在地理线路模型上给出了小跨度设备和大跨度设备的表达方法。本发明给出了地理线路的几何拓扑结构模型的构建方法，建立的模型具有简洁、完备、准确和可扩展等特点，可与高速列车动力学模型及其它信号设备模型一起用于高速铁路运行控制系统的仿真测试和验证。

主权项

1.一种基于元模型的高速铁路信号系统地理线路建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立高速铁路的地理线路模型，建立过程如下：(1-1)将高速铁路网划分为多个基本线路l_i，每一段基本线路赋予一个唯一的标识，在每一段基本线路上建立一维曲线坐标系，形成以基本线路为基准的一维曲线坐标系，所有基本线路形成基本线路簇，则地理线路模型的坐标系统Γ为一个三元组：Γ＝(ξ，Λ，Θ)，其中，ξ为三维直角坐标或三维地球坐标，Λ为高速铁路网划分为基本线路簇的方式，Θ为基于ξ和Λ的基本线路坐标系簇；基本线路上任意一点的坐标为(i，x)，其中i表示基本线路标识号，x表示基本线路上的一维曲线坐标；(1-2)将高速铁路地理线路的轨道区段划分为无岔区段和道岔区段，用基本线路表示无岔区段，每个无岔区段包含多条基本线路，用三段基本线路表示道岔区段；(1-3)当上述基本线路簇中的基本线路为首尾相连时，将与基本线路l_i的起点相连的基本线路称为上一条基本线路l_pre，与l_i的终点相连的基本线路则称为下一条基本线路l_next，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为：I_i＝{(l_pre，l_next)|l_pre，l_next∈L}Ω＝{I_i|i∈W}其中，L为高速铁路网中所有基本线路组成的集合，W为与高速铁路网中每个基本线路相对应的上述标识的集合；当上述基本线路簇中的基本线路为首尾不相连时，将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的起点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为正连接；将基本线路l_i与相邻基本线路的连接端为相邻基本线路的终点时，定义基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i为反连接，则基本线路l_i与相邻基本线路的连接关系I_i和高速铁路网的拓扑结构Ω分别为：I_i＝{[(l_pre，dir_pre)，(l_next，dir_next)]|l_pre，l_next∈L}其中dir为布尔量，(l_pre，dir_pre)表示基本线路l_i的上一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_pre的起点或终点相连；(l_next，dir_next)表示基本线路l_i的下一条基本线路为基本线路l_pre，基本线路l_i与基本线路l_next的起点或终点相连；(2)根据高速铁路网中基本线路与设备之间的位置关系，将设备分为小跨度设备和大跨度设备，其中大跨度设备为跨越高速铁路网的拓扑结构中互相平行的多条基本线路的设备，小跨度设备为一条基本线路上由一维曲线坐标表示的设备；将小跨度设备划分为点设备和区段设备，点设备用(j，s-Δs/2，s+Δs/2)表示，区段设备用(j，s_j1，s_j2)表示，其中，j表示小跨度设备的标识号，s表示点设备在基本线路上的位置，Δs表示点设备的长度，s_j1，s_j2分别表示区段设备在基本线路上的起点和终点位置；(3)将高速铁路网划分为多个虚拟线路，每一段虚拟线路赋予一个唯一的标识，在每一段虚拟线路上建立一维曲线坐标系，形成以虚拟线路为基准的一维曲线坐标系，所有虚拟线路形成虚拟线路簇Θ′，用(k，y)表示虚拟线路上任意一点的坐标，其中k表示虚拟线路标识号，y表示虚拟线路上的一维曲线坐标；设基本线路上的点(i，x₁)和(i，x₂)分别对应虚拟线路上的点(j，y₁)和(j，y₂)，t为大跨度设备上任意一点在基本线路上的位置，建立上述基本线路与上述虚拟线路之间的映射关系为：根据上述映射关系，由大跨度设备在基本线路上的起点位置t₁和终点位置t₂分别得到大跨度设备在虚拟线路上的起点位置y₁和终点位置y₂，大跨度设备在虚拟线路上的位置为(n，y₁，y₂)，其中，n表示大跨度设备的标识号，y₁，y₂分别表示大跨度设备在虚拟线路上的起点和终点位置。