冶金工厂铁水运输物流仿真系统中的机车自动避碰方法

技术领域

本发明涉及物流系统仿真方法，具体是一种冶金工厂铁水运输物流仿真系统中的机车自 动避碰的方法。

背景技术

铁水运输物流仿真系统的建立是为了对冶金工厂中的铁水运输系统进行仿真分析，以优 化和合理调配资源，从而达到节能减排的目的。铁水运输物流仿真系统分为多个模块，其中 最为重要的模块为机车自动避碰模块。

在钢铁厂的实际生产过程中，机车的调度与避碰是由调度员操作信号机完成的，机车的 避碰行为完全取决于调度员的工作方式。而铁水运输物流仿真模型是按照计算机程序的逻辑 在计算机中自动完成的，无法人工的干预其中的机车避碰行为。所以应该建立让机车在运行 过程中自动的预测碰撞，并选择合理的方式躲避碰撞的机车自动避碰模块。从而使机车自动 避碰方式与实际情况相一致，既要遵循机车信号调度的基本规则，又要从调度员的行为方式 中总结一般的规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：在铁水运输物流仿真系统中建立一个机制，可以使机车 在运行过程中自动的预测可能发生的碰撞，并根据实际情况，合理的决定躲避碰撞所应该采 取的行为。

冶金工厂铁水运输物流仿真系统中机车自动避碰方法，首先由系统设置铁路路段、机车 运行方式、机车运行路段；其次在机车运行过程中，系统对机车运行方式和机车运行路段进 行分析，将可能产生碰撞行为的两辆机车设为碰撞对，通过判断碰撞对的两辆机车的优先级 和判断碰撞对的碰撞模式来决定应该采取的避碰行为，并由系统将判断结果通过发送相应的 信号指令给碰撞对的两辆机车，从而使碰撞对机车根据信号指令自动避碰。

各部分具体步骤如下：

步骤一、预处理：

根据铁路信号机的位置，将铁路分成路段，每一路段内只能有一辆机车在行驶，并对每 一路段都设定一个独有的编号；

将机车运行方式设置为先预约路段，预约成功后，再行驶，直至到达指定位置，机车通 过一个路段后，立即解除对该路段的预定；机车的行驶由出发路段编号、出发路段起始位置、 到达路段编号、到达路段停车位置这四个参数决定的。中间路段集的选择由最短路径算法决 定。命名机车一次行驶所经历的包括起始路段、到达路段和中间路段集的所有路段为总路段 集。对于正在行驶的机车，总路段集可分为两部分，已通过路段集和未通过路段集(Lf)；

机车预约的路段数为动态的，机车在不同的铁路区域，预约的路段数是不同的。比如， 在高炉区域、倒罐区域等机车数量多、铁路道岔多、工作繁忙而且机车经常换向的区域，预 约的路段数少；而在长距离行驶、铁路道岔少、机车不换向的路段，预约的路段数多。

步骤二、机车运行路段设置：

根据机车的运行状况，将机车运行路段分成如下三种情况：

1)当前行驶路段(Lc)：一列机车在其行驶方向上的最前端点所在的那一条路段；

2)避碰行为路段集(La)：在机车行驶方向上与当前行驶路段相连的两条路段；

3)动态预定路段集(Ld)：在机车行驶方向上与避碰行为路段集相连的路段；

所述最前端点是机车的行驶方向上的最前端，由机车的行驶方向和机车与罐车的相对位 置决定的。比如，机车拉动一个罐车从左向右行驶，那么这个最前端点就在机车的最右端。 如果机车推动一个罐车从右向左行驶，那么这个最前端点就在罐车的最左端。

步骤三、当一辆机车发现需要预约的路段被其他机车预约，那么这两辆机车将被设为碰 撞对，并通过计算优先级和判断碰撞模式来决定应该采取的避碰行为；

机车只在当前行驶路段(Lc)发生变化的瞬间来预判碰撞是否会发生，并计算合理的避碰 方式。

避碰方式选择：

首先，碰撞对在决策避碰行为时先计算两辆机车的优先级；

其次，判断碰撞模式，碰撞模式分为两种：

碰撞模式A：当前行驶的机车在预约避碰行为路段集的其中一个路段时，发现该路段为 另一辆机车的当前行驶路段；

碰撞模式B：当前行驶的机车在预约避碰行为路段集的其中一个路段时，发现该路段为 另一辆机车的避碰行为路段集或动态预定路段集中的一个路段；

再次，根据碰撞对获得的优先级和碰撞模式，选择不同的避碰行为：

在碰撞模式A时，默认当前行驶的机车的优先级低于另一辆机车，判断另一辆机车的未 通过路段集是否包含当前行驶的机车的当前行驶路段，如果不包含，则当前行驶的机车临时 停车，等待另一辆机车通过后再预约行驶，如果包含，则判断当前行驶的机车前方是否有岔 道，如果有则当前行驶的机车通过岔道避碰，如果没有则当前行驶的机车停止并反向行驶， 以绕行另一辆机车或临时停车；

在碰撞模式B时，首先判断两辆机车的优先级：

如果当前行驶的机车的优先级大于另一辆机车，则判断另一辆机车的未通过路段集是否 包含当前行驶的机车的当前行驶路段，如果不包含，则当前行驶的机车停止等待另一辆机车 通过后再行驶，如果包含，则当前行驶的机车直接预约当前行驶的机车的避碰行为路段集， 同时解除另一辆机车对当前行驶的机车已经预约的避碰行为路段集的预约；

如果当前行驶的机车的优先级小于等于另一辆机车，则判断另一辆机车的未通过路段集 是否包含当前行驶的机车的当前行驶路段，如果不包含，则当前行驶的机车停止等待另一辆 机车通过后再行驶，如果包含，则判断当前行驶的机车前方是否有岔道，如果有则当前行驶 的机车采用换线避碰的避碰行为，如果没有则判断另一辆机车的行驶前方是否有可以换线的 道岔，如果另一辆机车的行驶前方有换线的道岔，另一辆机车采用换线避碰，同时当前行驶 的机车采用等待避碰的避碰行为，如果另一辆机车的行驶前方没有换线的道岔，当前行驶的 机车采用躲闪避碰的避碰行为。

更进一步的方案是：所述临时停车时，机车只能停到信号机的位置。

更进一步的方案是：优先级的大小由机车当前正在执行的任务决定。基本原则是配罐优 先，即正在执行配罐任务的机车优先级高于其他机车。

本发明的有益效果：

有效的让仿真模型中行驶的机车自动预测碰撞并采取合理的避碰措施，避免了机车在仿 真模型中的碰撞、穿越、单路段超车等与实际情况不符的错误。

机车的调度行为与钢铁场中调度员的调度行为类似，这样可以保证仿真结果的准确。

和现有技术相比，机车不会死板的遵循优先级低的机车一定要等待或绕行优先级高的机 车的原则，在某些时刻，在特定的铁路路段条件下，优先级高的机车也会等待或绕行优先级 低的机车。这是与现场调度员的灵活的调度方式相一致的。

和现有技术相比，设定了动态预定段(Ld)，这样可以使机车能够更早的预测到碰撞，更 早的决策避碰行为，极大的降低了躲闪避碰行为的发生，这也是与钢铁厂的实际调度情况相 一致的。

附图说明

图1为机车预约路段的划分。

图2为机车自动避碰方法的逻辑流程图。

图3为机车自动避碰算法的流程图。

图4为实施例一机车等待避碰示意图。

图5、6为实施例二机车换线避碰示意图。

图7、8、9为实施例三机车躲闪避碰示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

冶金工厂铁水运输物流仿真系统中机车自动避碰方法，首先由系统设置铁路路段、机车 运行方式、机车运行路段；其次在机车运行过程中，系统对机车运行方式和机车运行路段进 行分析，将可能产生碰撞行为的两辆机车设为碰撞对，通过判断碰撞对的两辆机车的优先级 和判断碰撞对的碰撞模式来决定应该采取的避碰行为，并由系统将判断结果通过发送相应的 信号指令给碰撞对的两辆机车，从而使碰撞对机车根据信号指令自动避碰。

如图1所示，显示了机车预约路段的划分示意图，图中粗线部分为机车10的行进路线， 箭头方向为机车的行驶方向。目前机车行进方向上的最前端点位于线路1上，所以线路1为 机车10的当前行驶路段；在机车10行驶方向上与当前行驶路段1相连的两条路段为路段2 和路段3，所以路段2和路段3为机车10的避碰行为路段集；在机车行驶方向上与避碰行为 路段集相连的路段3、4、5、6、7为机车10的动态预定路段集。

图2为机车自动避碰方法的逻辑流程图。

机车行驶前，首先预约一个路段，当预约成功后，机车可行驶；

如果预约不成功，则表示需要预约的路段被其他机车预约，那么这两辆机车将被设为碰 撞对，并通过计算优先级和判断碰撞模式来决定应该采取的避碰行为；

避碰行为选择：

首先，碰撞对在决策避碰行为时先计算两辆机车的优先级；

其次，判断碰撞模式，碰撞模式分为两种：

碰撞模式A：当前行驶的机车在预约避碰行为路段集的其中一个路段时，发现该路段为 另一辆机车的当前行驶路段；

碰撞模式B：当前行驶的机车在预约避碰行为路段集的其中一个路段时，发现该路段为 另一辆机车的避碰行为路段集或动态预定路段集中的路段；

再次，根据碰撞对获得的优先级和碰撞模式，选择不同的避碰行为：

避碰行为分为三种：

1)等待避碰，即当前行驶的机车停止，等到另一辆机车直接通过或改变路线之后，当前 行驶的机车再通过；等待避碰时需要计算等待位置，临时停车在有信号灯的位置；

2)换线避碰，即当前行驶的机车继续向前行驶，但是需要通过道岔的变换改走其他线路 来绕过另一辆机车；

3)躲闪避碰，即当前行驶的机车不得不停下来并向当前行驶的反方向行走一些路段，寻 找最优躲闪岔道，以绕行另一辆机车或者等待另一辆机车通过后再通过。

图3为机车自动避碰算法的流程图，该流程详细介绍了算法的步骤和结构逻辑关系。

步骤一、预定失败和数据准备。当机车1预定避碰行为路段集(La1)中的一个路段失败的 时候，说明该路段已经被机车2预定，此时需要进行计算的数据如下：机车1当前行驶路段 (Lc1)、机车2当前行驶路段(Lc2)、机车2避碰行为路段集(La2)、机车2动态预定路段集 (Ld2)、机车2未通过路段集(Lf2)。

判断碰撞模式。根据前面的介绍，碰撞模式分为两种。

步骤二、碰撞模式A(La1＝Lc2)下的避碰方法。

2.1碰撞模式A描述为机车1预约失败的路段为机车2的当前行驶路段，这时，两机车 相隔路段数较少，不必判断机车的优先级，默认为机车1的优先级低于机车2的优先级。

2.2判断机车2的未通过路段是否包括机车1的当前行驶路段。如果不包括，说明机车2 不会行驶到机车1的当前位置。机车1只需等待机车2通过之后再通过即可。如果包括，说 明机车2过一段时间就会行驶到机车1的当前位置，那么需要进行步骤2.3的计算。

2.3判断计算机车1的行驶前方是否存在可以换线的道岔，如果存在，机车1进行换线 避碰，如果不存在，机车1进行躲闪避碰。

步骤三、碰撞模式B(La1＝La2或Ld2)下的避碰方法。

3.1碰撞模式B描述为机车1预约失败的路段为机车2避碰行为路段集(La2)或动态预定 路段集(Ld2)上的一个路段，这时，两机车相隔路段数较多，需要判断机车的优先级。优先级 的比较分为两种情况，第一种情况为机车1的优先级P1≤机车2的优先级P2，由以下步骤 3.1.1，3.1.2，3.1.3来实现。

3.1.1如果机车1的优先级小于或等于机车2(P1≤P2)，需要判断机车2的未通过路段 是否包括机车1的当前行驶路段。如果不包括，说明机车2不会行驶到机车1的当前位置。 机车1只需等待机车2通过之后再通过即可。如果包括，说明机车2过一段时间就会行驶到 机车1的当前位置，那么需要进行步骤3.1.2的计算。

3.1.2判断机车1的行驶前方是否存在可以换线的道岔，如果存在，机车1进行换线避 碰，如果不存在，那么需要进行步骤3.1.3的计算。

3.1.3判断机车2的行驶前方是否存在可以换线的道岔，如果存在，机车2进行换线避 碰，同时机车1进行等待避碰；如果不存在，机车1进行躲闪避碰。

3.2第二种情况为机车1的优先级P1＞机车2的优先级P2，由步骤3.2.1来实现。

3.2.1如果机车1的优先级大于机车2(P1＞P2)，需要判断机车2的未通过路段是否包 括机车1的当前行驶路段。如果不包括，说明机车2不会行驶到机车1的当前位置。机车1 只需等待机车2通过之后再通过即可。如果包括，说明机车2过一段时间就会行驶到机车1 的当前位置，由于机车1的优先级较高，机车1直接预约机车1的避碰行为路段集La1，并 同时解除机车2对La1的预约。

实施例一

如图4所示，机车11从路段3向路段4行驶，当机车11行驶在路段6的时候，机车12 开始从路段1向路段2行驶。机车11的优先级小于机车12的优先级。当机车11的当前行驶 路段发生变化的瞬间，机车11检测到其将要预定的路段5已经被机车12预定。而后的逻辑 判断如下：

1)碰撞模式为碰撞模式B(La11＝La12或Ld12)；

2)优先级计算P11＜P12；

3)判断机车12的未通过路段不包括机车11的当前行驶路段；

4)机车11等待避碰，即待机车12通过路段5后，机车11再通过。

实施例二

如图5、6所示，机车11从路段1向路段2行驶，当机车11行驶在路段1的时候，机车 12开始从路段3的某个位置向路段1行驶。机车11的优先级小于机车12的优先级。当机车 11的当前行驶路段发生变化的瞬间，机车11检测到其将要预定的路段3已经被机车12预定。 而后的逻辑判断如下：

1)碰撞模式为碰撞模式A(La11＝Lc12)；

2)判断机车12的未通过路段包括机车11的当前行驶路段；

3)通过计算发现机车11可以通过道岔4换线；

4)机车11进行换线避碰。

实施例三

如图7至图9所示，机车11从路段2向路段1行驶，当机车11行驶在路段4向路段1 行驶时，机车12开始从路段1的某个位置向路段2行驶。当机车11的当前行驶路段发生变 化的瞬间，机车11检测到其将要预定的路段1已经被机车12预定。而后的逻辑判断如下：

1)碰撞模式为碰撞模式A(La11＝Lc12)；

2)判断机车12的未通过路段包括机车11的当前行驶路段，默认机车11的优先级大于 机车12的优先级；

3)通过计算发现无法找到可以换线避碰的道岔；

4)机车11进行躲闪避碰：机车11反向行驶至路段3，等机车12通过后再通过。