CN111994129B - 一种轮轨列车防滑控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种轮轨列车防滑控制方法及系统，包括：获取车头前方的轨道图像，根据轨道图像识别轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；根据期望动力与黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。本实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，利用机器视觉对轨道状态进行识别，以根据最大黏着牵引力和制动力更新列车的牵引制动指令门限值，以实现的在轮轨黏着蠕滑安全工作区内规划ATO的目标速度和牵引制动指令，有效实现了列车ATO的主动防滑控制。

Description

一种轮轨列车防滑控制方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轮轨列车防滑控制方法及系统。

背景技术

轮轨黏着是影响高速列车牵引/制动性能的正常发挥的重要因素之一。轮轨间的黏着力受路面黏着能力限制，当施加在车轮上的牵引或制动转矩超过了轮轨间可提供的最大黏着力时，车轮便会发生空转或滑行现象。这种现象会导致乘客舒适度下降、轮轨擦伤、列车牵引或制动性能下降等不良影响。

轮轨间纵向切向力与其正压力之比定义为黏着系数，并将其作为衡量轮轨黏着特性的重要参数。黏着系数主要与轮轨接触面上引起的摩擦现象有关，受材质、表面状态、接触面的附着物、车辆运行条件、环境条件等的影响。

试验结果表明干态情况下，运营速度在300km/h以内的黏着特性可以很好地满足列车的牵引和制动，而真正对黏着影响较大的是表面状态及接触面的附着物，如由于下雨、露水以及大雾导致的水污染物、车辆及工程器械漏油引起的轨面油污染、秋天落叶、钢轨表面铁锈等，统称其为“第三介质”。当轨道上存在第三介质时，轮轨黏着系数会降低。当牵引力超过黏着极限时，车轮将在钢轨表面打滑，从而灼烧轮轨接触界面；当制动力大于黏着极限时，将会延长制动距离，从而威胁制动，进而影响列车的安全运行。

轮轨之间的可用黏着会受轮轨接触面状况的影响而发生变化，此时若不采取适当的黏着控制改善黏着利用状态，将会影响机车黏着性能，从而无法保证轮轨发挥最大黏着力；因此，如何通过有效的黏着控制达到提高机车黏着性能、获得最优黏着利用的目的，保证机车牵引/制动能力的充分发挥则显得尤为重要；

目前，针对列车的防滑控制采用再黏着控制方式。再黏着控制是在轮对已经发生空转或滑行后，通过有效的黏着控制调节牵引力或制动力，使得轮轨之间再次恢复黏着工作状态，将轮轨工作点从黏着特性曲线的不稳定区调整至稳定区。

由于上述现有的黏着控制方法均属于后调节的方式，采用逻辑门限值控制如速度差、蠕滑率、加(减)速度阈值。当检测到车轮打滑后，迅速降低牵引电机的电磁转矩，使得蠕滑降低，以保证不发生进一步的打滑。上述方式是一种空转或滑行时的“事后动作”控制，不能获得最佳黏着利用，且易受路面条件的影响，控制精度低、适应性差；同时，由于是采用检测到车轮打滑以后再进行的调节，无法避免车轮打滑时对轮轨接触面的损伤。

发明内容

本发明实施例提供一种轮轨列车防滑控制方法及系统，用以改进现有的基于后调节的方式的轮轨列车防滑控制方法，以根据不同的路面条件，及时、准确的通过外部施加力对列车的运行进行有效控制。

第一方面，本发明实施例提供一种轮轨列车防滑控制方法，主要包括：获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

可选地，上述根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，主要包括：若期望动力大于黏着动力阈值，则将黏着动力阈值设为目标动力；若期望动力不大于黏着动力阈值，则将期望动力设为目标动力。

可选地，上述获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上的介质种类，主要包括：利用安装于列车车头前方的摄像头实时的获取所述轨道图像；将轨道图像输入至预先训练好的轨道介质识别网络模型，根据轨道介质识别网络模型输出的结果，获取与轨道图像相对应的介质种类；其中，轨道介质识别网络模型是根据带有介质种类标签的轨道样本图像进行训练后获得的。

可选地，上述根据所述轨道上的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值，主要包括：在预先存储在列车自动驾驶系统中的轮轨黏着蠕滑特性曲线列表中，查找出与轨道上的介质种类相对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线；根据轮轨黏着蠕滑特性曲线，确定在当前车速下运行时的轨道黏着系数；根据轨道黏着系数和列车的载荷重量，确定黏着动力阈值。

可选地，上述根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力，主要包括：获取列车的当前车速和目标车速之间的误差值；根据误差值，确定期望加速度；根据期望加速度结合列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定目标动力。

可选地，上述根据期望加速度结合列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定所述目标动力，主要包括：

获取列车在当前车速下的基本运行阻力和坡度阻力；

若列车的运行状态为牵引状态，则目标动力为目标牵引力，目标牵引力的计算公式为：

F_t＝am+f_s+f_z；

若列车的运行状态为制动状态，则目标动力为目标制动力，目标制动力的计算公式为：

F_b＝-(am+f_s+f_z)；

若列车的运行状态为惰行状态，则目标动力为空，即：

am+f_s+f_z＝0；

其中，a为所述期望加速度，f_s为所述坡度阻力，f_z为所述基本运行阻力，m为列车载荷重量，F_t为所述目标牵引力，F_b为所述目标制动力。

可选地，轨道上的介质种类主要包括：轨道干燥清洁、轨道有油渍、轨道有雨水、轨道有落叶或轨道有积雪。

第二方面，本发明实施例还提供一种轮轨列车防滑控制系统，主要包括：介质种类识别单元、动力阈值确定单元、期望动力运算单元和控制指令输出单元，其中：

介质种类识别单元主要用于获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；动力阈值确定单元主要用于根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；期望动力运算单元主要用于根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；控制指令输出单元主要用于根据期望动力与黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述轮轨列车防滑控制方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述轮轨列车防滑控制方法的步骤。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法及系统，利用机器视觉对轨道状态进行识别，以根据最大黏着牵引力和制动力更新列车的牵引制动指令门限值，以实现的在轮轨黏着蠕滑安全工作区内规划列车自动驾驶系统(ATO)的目标速度和牵引制动指令，有效实现了ATO的主动防滑控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种轮轨列车防滑控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种轮轨列车防滑控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的不同种类介质对应的轮轨黏着-蠕滑特性曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的轮轨黏着蠕滑曲线图中的速度黏着区与非黏着区示意图；

图5为本发明实施例提供的一种轮轨列车防滑控制系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有的轮轨列车防滑控制均属于后调节的方式，在检测到车轮打滑后，通过迅速降低牵引电机的电磁转矩，使得蠕滑降低，控制精度低、适应性差，且由于是采用检测到车轮打滑以后再进行的调节，无法避免车轮打滑时对轮轨接触面的损伤。有鉴于此，本发明实施例提供一种轮轨列车防滑控制方法，如图1所示，主要包括但不限于以下步骤：

步骤S1，获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；

步骤S2，根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；

步骤S3，根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；

步骤S4，根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

由于列车是在轨道上运行的，故由于下雨、露水以及大雾导致的水污染物、车辆及工程器械漏油引起的轨面油污染、秋天落叶、钢轨表面铁锈等附着物或者影响轨道的表面状态(统称轨道上存在“第三介质”)，均会对轮轨的黏着系数造成较大影响。一般来说，当轨道上存在第三介质时，轮轨黏着系数会降低。当牵引力超过黏着极限时，车轮将在钢轨表面打滑，从而灼烧轮轨接触界面；而当制动力大于黏着极限时，将会延长制动距离，因而威胁制动列车安全运行。

在本发明实施例步骤S1中，基于机器视觉方法，首先获取实时采集列车车头前方的轨道图像。作为一种可选的图像采集方式，可以是借助摄像装置不间断的进行摄像，并按预设的周期进行图像采集。其中，预设的周期可以根据列车的行驶速度进行自主调整，行驶速度越快，则进行采用的预设的周期被设置的越短；行驶速度越慢，则进行采用的预设的周期被设置的越长。同时，也可以根据行驶里程进行预设的周期的设置，例如，列车每行进1公里则进行一次图像采样。

进一步地，可以对每一帧采集的图像依次进行识别，通过定位到每帧图像中所存在的轨道，并进一步识别出轨道上的是否存在第三介质。若轨道上存在第三介质，还可以获取到该介质的具体种类。

需要说明的，由于本发明实施例的技术方案中实时根据采集的轨道图像进行轨道上存在的介质的介质种类识别，因此，所获取到的轨道状态也是实时的。

进一步地，在步骤S2中，若判断出当前轨道上存在第三介质，且已经获取到该第三介质的具体种类后，则可以在ATO中所存储的不同轨道状态下对应的轮轨黏着-蠕滑特性曲线列表中，查询与该第三介质相对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线。

其中，轮轨黏着蠕滑特性曲线列表是在实验状态下，通过在试验轨道上进行不同的介质铺设，并根据不同的车速所构建的不同介质的轮轨黏着蠕滑特性曲线所组成的列表。

进一步地，在本发明实施例中可以通过编码里程表、速度传感器或者雷达测速装置等实时检测到列车的当前车速。将列车的当前车速输入至列车的当前轮轨黏着蠕滑特性曲线中，则可以计算当前车速所对应的最大黏着牵引力或制动力(统称为黏着动力阈值)。其中，当列车处于牵引状态时，则黏着动力阈值为最大黏着牵引力；当列车处于制动状态时，则黏着动力阈值为最大黏着制动力。

进一步地，在步骤S3中，首先根据列车的当前车速以及输入至列车ATO中的目标车速，计算出列车在当前状态下的期望加速度。然后，根据该加速度，则可以计算出列车要从当前速度调整至目标车速所需的期望动力。其中，若目标车速大于当前速度时，则期望加速度为正，所施加的期望动力为牵引力；若目标车速小于当前速度时，则期望加速度为负，所施加的期望动力为制动力；若目标车速等于当前速度，则无需进行期望动力的施加。

最后，在步骤S4中，将在步骤S3中实时计算到的列车由当前运动状态调整至下一运动状态下所需的期望动力，与步骤S2中所获取的黏着动力阈值进行比较。

作为可选地一种比较方式为：判断ATO所计算的期望牵引力F_t或期望的制动力F_b是否在轨道的当前轮轨黏着蠕滑特性曲线的黏着区。若在黏着区内，则按当前计算的期望牵引力或制动力输出列车控制指令。若超出黏着区，则根据所述轮轨黏着蠕滑特性曲线获取列车当前速度v₁对应的最大黏着系数u_max。并根据最大黏着系数u_max确定出黏着动力阈值，并按照黏着动力阈值计算出列车在当前运行时所需要的目标动力，即确定对应的最大牵引力F_tmax或制动F_bmax为目标动力。最后，ATO根据计算得到的目标动力，并将其转化为列车的控制指令。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，利用机器视觉实时的对轨道状态进行识别，以根据最大黏着牵引力和制动力更新列车的牵引制动指令门限值，以实现的在轮轨黏着蠕滑安全工作区内规划ATO的目标速度和牵引制动指令，有效实现了列车ATO的主动防滑控制。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述步骤S4中所述的根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，主要包括但不限于：若期望动力大于黏着动力阈值，则将黏着动力阈值设为目标动力；若所述期望动力不大于所述黏着动力阈值，则将所述期望动力设为目标动力。

如图2所示，本发明实施例提供了另一种轮轨列车防滑控制方法，包括但不限于以下步骤：

首先，基于机器视觉识别方法，通过车头摄像机所拍摄的实时轨道图像，对轨道状态进行识别，包括：

先判断前方轨道上是否存在第三介质，若不存在第三介质时，则不改变ATO中输出的列车控制指令，以保持列车继续按当前状态进行运行。

若判断前方轨道上存在第三介质，则可以根据预先训练好的轨道介质识别网络模型，实现对判断前方轨道上所存在的第三介质的介质种类。

进一步地，调取ATO中存储的不同轨道状态下对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线。

进一步地，根据识别到的轨道状态，具体包括轨道上所存在的第三介质的介质种类后，调用相应的轮轨黏着蠕滑特性曲线，计算当前车速对应的黏着动力阈值，即在保证轮轨不发生空转或者滑行时所允许最大黏着牵引力或制动力。

然后，根据ATO计算由列车的当前车速和列车进入至下一状态时的目标速度，获取期望加速度，并根据期望加速度计算出与之对应的目标动力，即期望的牵引力或制动力。

进一步地，将ATO计算的期望牵引力或制动力输出与最大黏着制动力或牵引力进行对比。若期望牵引力或制动力小于最大黏着牵引力或制动力，则按照期望牵引力或制动力输出列车控制指令；若期望牵引力或制动力大于当前速度对应的最大黏着牵引力或制动力，则按照当前速度大于黏着牵引力或制动力输出列车控制指令。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，根据列车在当前状态下的当前车速与列车即将进入下一个运动状态下的目标速度进行比较，并根据比较结果，选择适当的牵引力或制动力，以实现在保证列车的轮轨不发生空转或滑行，保证轮轨发挥最大黏着力的前提下，对列车的速度进行自动控制，保障了列车高速、稳定、安全的运行。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，步骤S1中所述的获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上的介质种类，主要包括但不限于以下步骤：

利用安装于列车车头前方的摄像头实时的获取所述轨道图像；将轨道图像输入至预先训练好的轨道介质识别网络模型，根据轨道介质识别网络模型输出的结果，获取与轨道图像相对应的介质种类；其中，轨道介质识别网络模型是根据带有介质种类标签的轨道样本图像进行训练后获得的。

作为一种可选的轨道介质识别网络模型，可以包括卷积层、池化层，全连接层和逻辑回归层。首先将列车车头前方的轨道图像输入至该神经网络的卷积层和池化层，利用卷积层和池化层对轨道图像进行特征提取，输出与轨道图像对应的二维特征向量；再将二维特征向量输入至预设神经网络的全连接层，利用全连接层将二维特征向量转化为一维特征向量，并输出一维特征向量；最终将一维特征向量输入至该神经网络的逻辑回归层，输出介质种类对应的预测概率，根据预测概率获得轨道图像对应的介质种类。

作为可选的实施例，在将轨道图像输入至轨道介质识别网络模型之前还包括对该网络模型进行预训练的过程，主要包括以下步骤：

首先，获取多个轨道样本图像和每个轨道样本图像所对应的介质种类标签，即每个轨道样本图像对应的介质种类是已知的，且已通过介质种类标签进行标注。其中，介质种类标签可以包括干燥状态、有雨水覆盖、有树叶覆盖和有积雪覆盖等。

进一步地，将每个轨道样本图像和介质种类标签的组合作为一个训练样本，即将每个带有介质种类标签的轨道样本图像作为一个训练样本，由此即可获得多个训练样本。在获得多个训练样本之后，再将多个训练样本依次输入至待训练的神经网络，即将每个训练样本中的轨道样本图像和介质种类标签同时输入至该神经网络，根据神经网络的每一次输出结果对预设神经网络中的模型参数进行调整，最终完成预设神经网络的训练过程。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，通过预设在列车车头部位的摄像装置实时获取列车轨道的接触面的状态，并利用神经网络模型识别到轨道上存在第三介质以及介质种类，以实时更新列车的黏着蠕滑特性曲线。根据更新后的黏着蠕滑特性曲线的峰值点计算得到列车最大黏着牵引力和制动力，根据最大黏着牵引力和制动力更新列车的牵引制动指令门限值。同时在更新后的轮轨黏着蠕滑安全工作区内规划ATO的目标速度和牵引制动指令，从而实现列车ATO的主动防滑控制，有效的实现了将神经网络模型识别的实时性、快捷性与根据黏着蠕滑特性曲线进行最大黏着牵引力和制动力确定的精确性相结合，实现了轮轨列车预先调整，以防止轮轨空转或滑行状态的发生，提高了列车的行车安全性，防止因轮轨空转或滑行造成铁轨或轮轨的磨损情况的发生。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，步骤S2中所述的根据轨道上的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值，包括但不限于：

在预先存储在列车自动驾驶系统中的轮轨黏着蠕滑特性曲线列表中，查找出与轨道上的介质种类相对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线；根据轮轨黏着蠕滑特性曲线，确定在当前车速下运行时的轨道黏着系数；根据轨道黏着系数和列车的载荷重量，确定黏着动力阈值。

图3为本发明实施例提供的不同介质对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线示意图(横纵为列车的蠕滑速度，纵轴为纵向切向力系数，即轮轨黏着系数)，如图3所示，其中示出了轨道干燥时、轨道上有油渍、轨道上有积雪等3种状态下的轮轨黏着蠕滑特性曲线。类似于图3的示意图，可以通过实验的方式，获取在轨道上存在不同种类介质的情况下的轮轨黏着蠕滑特性曲线，并将所有的蠕滑特性曲线预先存储至ATO中，以满足每次进行当前车速和目标速度匹配时的调取需求。

根据轨道上的介质种类在ATO中调取对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线。在获取到列车的当前运行速度后，在轮轨黏着蠕滑特性曲线中找出与当前运行速度相对应的轨道黏着系数。

进一步地，可以根据轨道黏着系数和列车的载荷重量，确定所述黏着动力阈值，具体地计算公式可以是：

F_tmax＝u*mg 公式1

F_bmax＝-u*mg 公式2

其中，F_tmax为最大黏着牵引力，F_bmax为最大黏着制动力，u为轨道黏着系数，m为列车的载荷重量，g为重力加速度。

在列车处于牵引状态下，可以利用上述公式1，根据输入的轨道黏着系数以及列车的载荷重量计算出能够施加给列车的最大黏着牵引力；在列车处于制动状态下，可以利用上述公式2，根据输入的轨道黏着系数以及列车的载荷重量计算出能够施加给列车的最大黏着制动力。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，仅仅需要根据列车车头前方的轨道图像，就能实时的获取列车在当前状态下的黏着动力阈值，以实时的提供预防轮轨列车发生空转或者滑动的理论数据，保证了列车的行车安全，

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，步骤S3中所述的根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力，包括但不限于以下步骤：

获取所述列车的当前车速和目标车速之间的误差值；根据误差值，确定期望加速度；根据期望加速度结合所述列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定所述目标动力。

其中，根据期望加速度结合列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定所述目标动力，可以包括但不限于以下步骤：

获取列车在当前车速下的基本运行阻力和坡度阻力；若列车的运行状态为牵引状态，则目标动力为目标牵引力，目标牵引力的计算公式为：

F_t＝am+f_s+f_z 公式3.1

若列车的运行状态为制动状态，则所述目标动力为目标制动力，所述目标制动力的计算公式为：

F_b＝-(am+f_s+f_z) 公式3.2

若所述列车的运行状态为惰行状态，则所述目标动力为空，即：

am+f_s+f_z＝0 公式3.3

其中，a为所述期望加速度，f_s为所述坡度阻力，f_z为所述基本运行阻力，m为列车载荷重量，F_t为所述目标牵引力，F_b为所述目标制动力。

具体地，列车ATO能够根据当前车速与目标速度的误差求解出期望加速度，并按照公式3.1-公式3.3计算期望加速度对应的期望的牵引力F_t或制动力F_b，

其中，列车基本运行阻力的计算公式可以是：

f_z＝A+B×v+C×v² 公式4

坡度阻力的计算公式可以是：

f_s＝mgsinθ 公式5

其中，A、B、C为运行阻力的阻力系数，v为列车的当前速度，θ为坡度角。

首先，可以根据列车的当前运行状态，将计算列车在当前车速下的基本运行阻力和坡度阻力所需要的各个参数，例如：A、B、C的确定可以根据当前的天气状态、风力状态、温湿度情况以及列车的荷载状态进行确定；坡度角θ则可以根据车载的倾斜角度测量装置进行测量。

在计算出列车在当前状态下的基本运行阻力和坡度阻力后，判断列车是处于牵引状态、自动状态或者惰行状态，以选择运用公式3.1-3.3中的相对应的公式进行目标动力的计算。

需要说明的是，在列车惰行状态下，是无须施加外部作用力，即无须施加牵引力或者制动力。对此本实施例不作赘述。

图4所示为本发明实施例提供的轮轨黏着蠕滑曲线中的速度黏着区与非黏着区的示意图，如图4所示，判断ATO计算的期望牵引力F_t或期望的制动力F_b是否在轮轨黏着蠕滑特性曲线的黏着区，若在黏着区内，则按当前计算的期望牵引力或制动力输出列车控制指令；若超出黏着区，则查黏着曲线得到列车当前速度v₁对应的最大黏着系数u_max，然后按照公式1或公式2计算对应的最大牵引力F_tmax或制动F_bmax。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制方法，，通过将列车的当前车速和目标速度进行比较，以根据两者之间的误差确定出列车进行状态切换的期望加速度；根据期望加速度以及列车的当前运行状态，实时确定出列车的目的动力的大小；最后将确定的列车的目的动力化为列车的控制指令，以实现对列车的自动化控制，在有效的提高了列车的自动化调控水平的基础上，实现了轮轨列车预先调整，以防止轮轨空转或滑行状态的发生，提高了列车的行车安全性，防止因轮轨空转或滑行造成铁轨或轮轨的磨损情况的发生。

基于上述实施例所述的内容，作为一种可选实施例，轨道上的介质种类包括：轨道干燥清洁、轨道有油渍、轨道有雨水、轨道有落叶或轨道有积雪等状态。

需要说明的是，上述实施例中所指出的介质种类仅仅为比较常见的轨道被第三介质覆盖的状态，其不作为对本发明实施例保护范围的具体的限定。例如，还可以包括：轨道有砂砾、轨道上有树枝、树叶覆盖等待。

图5为本发明实施例提供的一种轮轨列车防滑控制系统，如图5所示，包括但不限于：介质种类识别单元1、动力阈值确定单元2、期望动力运算单元3和控制指令输出单元4，其中：

介质种类识别单元1用于获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；动力阈值确定单元2用于根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；期望动力运算单元3用于根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；控制指令输出单元4用于根据期望动力与黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

具体地，在介质种类识别单元1中，先基于机器视觉识别方法，通过车头摄像机所拍摄的实时轨道图像，对轨道状态进行识别，包括：

先判断前方轨道上是否存在第三介质，若不存在第三介质时，则不改变ATO中输出的列车控制指令，以保持列车继续按当前状态进行运行；

若判断前方轨道上存在第三介质，则可以根据预先训练好的轨道介质识别网络模型，实现对判断前方轨道上所存在的第三介质的介质种类。

进一步地，利用动力阈值确定单元2调取ATO中存储的不同轨道状态下对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线。可以根据识别到的轨道状态，具体包括轨道上所存在的第三介质的介质种类后，调用相应的轮轨黏着蠕滑特性曲线，计算当前车速对应的黏着动力阈值，即在保证轮轨不发生空转或者滑行时所允许最大黏着牵引力或制动力。

然后，期望动力运算单元3根据ATO计算由列车的当前车速和列车进入至下一状态时的目标速度，获取期望加速度，并根据期望加速度计算出与之对应的目标动力，即期望的牵引力或制动力。

进一步地，控制指令输出单元4将ATO计算的期望牵引力或制动力输出与最大黏着制动力或牵引力进行对比。若期望牵引力或制动力小于最大黏着牵引力或制动力，则按照期望牵引力或制动力输出列车控制指令；若期望牵引力或制动力大于当前速度对应的最大黏着牵引力或制动力，则按照当前速度大于黏着牵引力或制动力输出列车控制指令。

本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制系统，根据列车在当前状态下的当前车速与列车即将进入下一个运动状态下的目标速度进行比较，并根据比较结果，选择适当的牵引力或制动力，以实现在保证列车的轮轨不发生空转或滑行，保证轮轨发挥最大黏着力的前提下，对列车的速度进行自动控制，保障了列车高速。稳定、安全的运行。

需要说明的是，本发明实施例提供的轮轨列车防滑控制系统，在具体执行时，可以基于上述任一实施例所述的轮轨列车防滑控制方法来实现，对此本实施例不作赘述。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communication interface)620、存储器(memory)630和通信总线(bus)640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行轮轨列车防滑控制方法，该方法包括：获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的轮轨列车防滑控制方法，该方法包括：获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的以执行轮轨列车防滑控制方法，该方法包括：获取列车车头前方的轨道图像，以根据轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；根据轨道上介质的介质种类，获取轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；根据期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与目标动力对应的列车控制指令。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，包括：

获取列车车头前方的轨道图像，以根据所述轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；

根据所述轨道上介质的介质种类，获取所述轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；

根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；

根据所述期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与所述目标动力对应的列车控制指令。

2.根据权利要求1所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述根据所述期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，包括：

若所述期望动力大于所述黏着动力阈值，则将所述黏着动力阈值设为所述目标动力；

若所述期望动力不大于所述黏着动力阈值，则将所述期望动力设为所述目标动力。

3.根据权利要求1所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述获取列车车头前方的轨道图像，以根据所述轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类，包括：

利用安装于列车车头前方的摄像头实时的获取所述轨道图像；

将所述轨道图像输入至预先训练好的轨道介质识别网络模型，根据所述轨道介质识别网络模型输出的结果，获取与所述轨道图像相对应介质的介质种类；

其中，所述轨道介质识别网络模型是根据带有介质种类标签的轨道样本图像进行训练后获得的。

4.根据权利要求1所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述根据所述轨道上介质的介质种类，获取所述轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值，包括：

在预先存储在列车自动驾驶系统中的轮轨黏着蠕滑特性曲线列表中，查找出与所述轨道上介质的介质种类相对应的轮轨黏着蠕滑特性曲线；

根据所述轮轨黏着蠕滑特性曲线，确定在当前车速下运行时的轨道黏着系数；

根据所述轨道黏着系数和列车的载荷重量，确定所述黏着动力阈值。

5.根据权利要求1所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力，包括：

获取所述列车的当前车速和目标车速之间的误差值；

根据所述误差值，确定所述期望加速度；

根据所述期望加速度结合所述列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定所述目标动力。

6.根据权利要求5所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述根据所述期望加速度结合所述列车在当前车速下的运行环境和运行状态确定所述目标动力，包括：

获取列车在当前车速下的基本运行阻力和坡度阻力；

若所述列车的运行状态为牵引状态，则所述目标动力为目标牵引力，所述目标牵引力的计算公式为：

F_t＝am+f_s+f_z；

若所述列车的运行状态为制动状态，则所述目标动力为目标制动力，所述目标制动力的计算公式为：

F_b＝-(am+f_s+f_z)；

若所述列车的运行状态为惰行状态，则所述目标动力为空，即：

am+f_s+f_z＝0；

其中，a为所述期望加速度，f_s为所述坡度阻力，f_z为所述基本运行阻力，m为列车载荷重量，F_t为所述目标牵引力，F_b为所述目标制动力。

7.根据权利要求1所述的轮轨列车防滑控制方法，其特征在于，所述轨道上介质的介质种类包括：轨道有油渍、轨道有雨水、轨道有落叶或轨道有积雪。

8.一种轮轨列车防滑控制系统，其特征在于，包括：

介质种类识别单元、动力阈值确定单元、期望动力运算单元和控制指令输出单元；

所述介质种类识别单元用于获取列车车头前方的轨道图像，以根据所述轨道图像识别位于轨道上介质的介质种类；

所述动力阈值确定单元用于根据所述轨道上介质的介质种类，获取所述轨道的轮轨黏着蠕滑特性曲线，以确定出列车在当前车速下运行时的黏着动力阈值；

所述期望动力运算单元用于根据列车的当前车速和目标速度，确定期望加速度，以获取列车在当前车速下运行的期望动力；

所述控制指令输出单元用于根据所述期望动力与所述黏着动力阈值，确定列车的目标动力，以输出与所述目标动力对应的列车控制指令。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述轮轨列车防滑控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述轮轨列车防滑控制方法的步骤。

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