CN110562303A - 一种地铁列车入站车速控制方法及定位监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁列车入站车速控制方法及定位监控***，地铁列车定位监控***包括位于地铁站台区域的定位终端设备和位于控制中心的列车自动控制***，定位终端设备包括雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元、拍摄单元、主控器、无线传输单元，通过定位终端设备采集地铁列车在入站停靠过程中的位置信息、车速信息、停站实时图像信息，列车自动控制***根据采集的地铁列车位置信息和车速信息进行三级PID车速调节计算，发送地铁列车车速调整控制指令，控制地铁列车平稳停靠在安全范围，减少颠簸感，还可以利用上述信息生成地铁列车全方位停站图像，模拟地铁列车的停站状态。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体而言涉及一种地铁列车入站车速控制方法及定位监控***。
背景技术
地铁作为安全、快捷、大运量、低能耗、少污染的城市轨道交通工具，是缓解城市交通压力，减轻空气污染的有效交通工具，如何保障地铁运行安全成为重中之重。
目前地铁列车自动控制***已经很成熟，但是也时常会存在地铁入站时，车速不平缓，乘客会由于惯性的缘故导致站立不稳的情况，而且有时地铁停站位置偏离目标要求位置，使得屏蔽门和地铁门无法完全对齐，轻则导致乘客上下车不便，重则会导致人身安全、交通事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁列车入站车速控制方法及定位监控***，地铁列车定位监控***包括位于地铁站台区域的定位终端设备和位于控制中心的列车自动控制***，定位终端设备包括雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元、拍摄单元、主控器、无线传输单元，通过定位终端设备采集地铁列车在入站停靠过程中的位置信息、车速信息、停站实时图像信息，列车自动控制***根据采集的地铁列车位置信息和车速信息进行三级PID车速调节计算，发送地铁列车车速调整控制指令，控制地铁列车平稳停靠在安全范围，减少颠簸感，还可以利用上述信息生成地铁列车全方位停站图像，模拟地铁列车的停站状态。
为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种地铁列车入站车速控制方法，所述方法包括：
S1：响应于地铁列车行驶至入站监测点，实时监控地铁列车的位置信息和车速信息，设地铁列车通过入站监测点的车速为V1。
S2：采用第一PID调节公式，进行第一次车速调节，直至地铁列车的车速降至第一预设车速V2：
其中，Kp1为第一比例系数，Ti1为第一积分时间常数，Td1为第一微分时间常数，e1(t)为第一控制偏差，e1(0)定义为(V1-V2)。
S3：采用第二PID调节公式，进行第二次车速调节，直至地铁列车的车速降至第二预设车速V3：
其中，Kp2为第二比例系数，Ti2为第二积分时间常数，Td2为第二微分时间常数，e2(t)为第二控制偏差，e2(0)定义为(V2-V3)。
S4：采用第三PID调节公式，进行第三次加速度调节，设定加速度地铁列车接收外部控制指令使加速度稳定在该值，并且以该加速度值匀减速运动至速度为0，直到停靠在目标位置：
其中，Kp3为第三比例系数，Ti3为第三积分时间常数，Td3为第三微分时间常数，g(t)为第三控制偏差，a'加速度调节过程中的实际加速度输出，s为地铁列车在第三次车速调节中的行进距离。
S5：检测并且存储地铁列车的停靠位置信息、实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像。
基于上述方法，结合图2，本发明提出一种地铁列车定位监控***，所述地铁列车定位监控***包括位于地铁站台区域的定位终端设备和位于控制中心的列车自动控制***。
所述定位终端设备包括雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元、拍摄单元、主控器、无线传输单元。
设沿地铁列车入站方向的行径路径被划分成依次连接的地铁列车正常行驶区域、地铁列车入站减速区域、地铁列车停站区域。
所述雷达测速仪安装在地铁列车入站减速区域距离地铁列车停靠站点L米的位置，用以实时检测地铁列车入站时的车速信息，将检测到的地铁列车车速信息发送至主控器。
所述第一位置监测单元包括第一光电传感器，设置在地铁列车入站减速区域临近地铁列车正常行驶区域的一端，距离地铁列车停靠站点W米，其所处位置作为地铁列车入站减速区域的起始位置，被定义成地铁列车入站监测点，第一位置监测单元用以检测是否有地铁列车通过入站监测点，将检测结果发送至主控器。
所述第二位置监测单元包括N个第二光电传感器，分布设置在地铁列车入站减速区域的轨道两侧，将地铁列车入站减速区域划分成若干个减速子区域，每个第二光电传感器对应于其中一个减速子区域，每个第二光电传感器用于检测是否有地铁列车经过其所对应的减速子区域，将检测结果发送至主控器。
所述第三位置监测单元包括M个第三光电传感器，分布设置在地铁列车停站区域的轨道两侧，将地铁列车停站区域划分成若干个停站子区域，每个第三光电传感器对应于其中一个停站子区域，每个第三光电传感器组用于检测是否有地铁列车停靠在其所对应的停站子区域，将检测结果发送至主控器。
进一步的，所述第三位置监测单元的M个第三光电传感器被分为六组，分布排列在地铁列车停站区域内，将地铁列车停站区域沿地铁列车行进方向划分成依次连接的第一停站区域、第二停站区域、第三停站区域、第四停站区域、第五停站区域。
优选的，第一停站区域、第二停站区域、第四停站区域、第五停站区域等间距分布。
所述六组传感器用于探测是否有地铁列车经过在自身所在位置，将探测结果发送至主控器。
所述主控器根据六组传感器的探测结果，判断地铁列车最前端的停止位置，将判断结果发送至列车自动控制***。
所述主控器响应于判断得到的地铁列车最前端的停止位置处于第四停站区域或第二停站区域内，生成第一警报信号。
所述主控器响应于判断得到的地铁列车最前端的停止位置处于第五停站区域或第一停站区域内，生成第二警报信号。
根据地铁列车最前端的停止位置，地铁列车停站区域被分为：正常停靠区域范围、临界停靠区域范围、危险停靠区域范围。
(1)当地铁列车最前端停止在第三停站区域时，被定义成停靠在正常停靠区域范围，正常停靠区域范围在地铁列车的全方位停站图像中用绿色表示。
(2)当地铁列车最前端停止在第四停站区域或第二停站区域时，被定义成停靠在临界停靠区域范围，临界停靠区域范围在地铁列车的全方位停站图像中用黄色表示。
(3)当地铁列车最前端停止在第五停站区域或第一停站区域时，被定义成停靠在危险停靠区域范围，危险停靠区域范围在地铁列车的全方位停站图像中用红色表示。
所述主控器通过无线传输单元与位于控制中心的列车自动控制***建立无线通讯链路，将接收到的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息发送至列车自动控制***，列车自动控制***采用前述的地铁列车入站车速控制方法生成车速调节控制指令，将生成的车速调节控制指令发送至主控器，主控器根据车速调节控制指令对地铁列车车速进行调节，直至地铁列车车速降为0，完成停靠。
进一步的，无线传输单元包括LoRa无线传输模块，通过4G、5G网络或者wifi将接收到的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息、地铁列车实时图像信息上传至控制中心。
所述拍摄单元安装在地铁列车入站减速区域内，与主控器相连，用以拍摄地铁列车减速过程和/或停靠时的实时图像信息，将拍摄到的实时图像信息发送至主控器。
所述地铁列车定位监控***还包括一位于控制中心的数据应用***，数据应用***通过无线传输单元与主控器建立无线通讯链路，用于接收主控器发送的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息、地铁列车实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像，将生成的全方位停站图像存储至存储器并通过显示屏进行显示。
所述地铁列车的全方位停站图像包括地铁列车减速过程和/或停靠时的实时图像信息、地铁列车实际停靠位置与第三停站区域的位置误差模拟图像，数据应用***对地铁列车的全方位停站图像进行存储及分析，并根据分析结果对光电传感器的位置设置、车速调节过程进行优化调整。
所述地铁列车定位监控***还包括警报单元。
所述警报单元设置在控制中心内，与列车自动控制***连接。
所述控制中心响应于以下条件任意一个成立：1)主控器生成第二警报信号，2)在设定时间范围内主控器生成的第一警报信号的次数大于设定次数阈值，驱使警报单元发出声光警报、以及发送警报信息至指定客户端。
所述地铁列车定位监控***还包括一电源降压模块，将220V交流电压转换为12V直流电压，用于给雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元提供正常工作所需电能。
以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：
(1)实时检测地铁列车入站位置信息和车速信息，采用三级PID车速调节控制算法，对入站车速进行分级降速，实现地铁列车的平稳入站，减少颠簸感。
(2)具有显示地铁列车在停靠站点位置的模拟显示功能，可以实时查看地铁列车实际停靠位置相对于目标停靠位置的位置误差，并在处于危险位置误差范围提供报警。
(3)本***独立于地铁专用列车定位设备和供电模块，不受专用设备信号及供电故障的影响。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的地铁列车入站车速控制方法的流程图。
图2是本发明的地铁列车定位监控***的结构示意图。
图3是本发明的地铁列车定位监控***的模拟显示画面停靠区域范围示意图。
图4是本发明的地铁列车入站车速控制方法的三级PID速度控制示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1、图4，本发明提出一种地铁列车入站车速控制方法，所述方法包括：
S1：响应于地铁列车行驶至入站监测点，实时监控地铁列车的位置信息和车速信息，设地铁列车通过入站监测点的车速为V1。
S2：采用第一PID调节公式，进行第一次车速调节，直至地铁列车的车速降至第一预设车速V2：
其中，Kp1为第一比例系数，Ti1为第一积分时间常数，Td1为第一微分时间常数，e1(t)为第一控制偏差，e1(0)定义为(V1-V2)。
本实施例中，Kp1取值为18，Ti1取值为3，Td1取值为16。
S3：采用第二PID调节公式，进行第二次车速调节，直至地铁列车的车速降至第二预设车速V3：
其中，Kp2为第二比例系数，Ti2为第二积分时间常数，Td2为第二微分时间常数，e2(t)为第二控制偏差，e2(0)定义为(V2-V3)。
本实施例中，第二次调节的调节系数，Kp2取值为8，Ti2取值为1.6，Td2取值为19。
S4：采用第三PID调节公式，进行第三次加速度调节，设定加速度地铁列车接收外部控制指令使加速度稳定在该值，并且以该加速度值匀减速运动至速度为0，直到停靠在目标位置：
其中，Kp3为第三比例系数，Ti3为第三积分时间常数，Td3为第三微分时间常数，g(t)为第三控制偏差，a'加速度调节过程中的实际加速度输出，s为地铁列车在第三次车速调节中的行进距离。
s的值根据实际测试结果可进行修改，例如在本实施例中将之预设为50m，即在进行第三次调节时地铁列车的位置与地铁列车最终速度降为0时的位置的距离。
本实施例中，第三次调节的调节系数，Kp3取值为5，Ti3取值为0.6，Td3取值为12。
S5：检测并且存储地铁列车的停靠位置信息、实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像。
基于上述方法，结合图2本发明提出一种地铁列车定位监控***，所述地铁列车定位监控***包括位于地铁站台区域的定位终端设备100和位于控制中心的列车自动控制***200。
所述定位终端设备100包括雷达测速仪10、第一位置监测单元20、第二位置监测单元30、第三位置监测单元40、拍摄单元50、主控器60、无线传输单元70。
所述定位终端设备100还包括一电源降压模块WA3-220S05A3，将220V交流电压转换为12V直流电压，为雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元、无线传感单元提供正常工作所需电能。
所述定位终端设备100独立于地铁专用列车定位设备和供电模块，不受专用定位设备信号及供电故障的影响，对地铁运行安全提供了多一层保障。
设沿地铁列车入站方向的行径路径被划分成依次连接的地铁列车正常行驶区域、地铁列车入站减速区域、地铁列车停站区域。
所述雷达测速仪10安装在地铁列车入站减速区域距离地铁列车停靠站点L米的位置，用以实时检测地铁列车入站时的车速信息，将检测到的地铁列车车速信息发送至主控器60。
本实施例中，在地铁列车入站方向距离地铁停靠站点200米的位置安装型号为SVR400雷达测速传感器，该雷达测速传感器的测速准确度达±0.1km/h，测速笵围在0-321km/h。
所述第一位置监测单元20包括第一光电传感器，设置在地铁列车入站减速区域临近地铁列车正常行驶区域的一端，距离地铁列车停靠站点W米，其所处位置作为地铁列车入站减速区域的起始位置，被定义成地铁列车入站监测点，第一位置监测单元20用以检测是否有地铁列车通过入站监测点，将检测结果发送至主控器60。地铁列车通过第一光电传感器所在的入站监测点时开始启动车速减速控制，并且将该车速作为入站车速控制方法的初始车速，W取值可根据实际运营需要进行设置。
所述第二位置监测单元30包括N个第二光电传感器，分布设置在地铁列车入站减速区域的轨道两侧，将地铁列车入站减速区域划分成若干个子区域，每个第二光电传感器对应于其中一个子区域，每个第二光电传感器用于检测是否有地铁列车经过其所对应的子区域，将检测结果发送至主控器60。根据入站减速区域的距离长短，N的取值不同，子区域长短不同。例如：若距离较短，N可设置为1组，若距离较长，N可以设置为2～3组。在每个减速子区域内，列车自动控制***200采用地铁列车入站车速控制方法对地铁列车实行分段减速。
所述第三位置监测单元40包括M个第三光电传感器，分布设置在地铁列车停站区域的轨道两侧，将地铁列车停站区域划分成若干个子区域，每个第三光电传感器对应于其中一个子区域，每个第三光电传感器组用于检测是否有地铁列车停靠在其所对应的子区域，将检测结果发送至主控器60。
当地铁列车经过这些光电传感器时，触发了光敏元件的感光性，导致光电传感器产生的电信号与列车未经过时产生的电信号不一样，由此用于采集地铁列车运行和停站时的位置信息。本实施例中所述的光电传感器采用的欧姆龙E3Z-T61型号对射型光电开关，功率大小足够支持地铁列车的轨道宽度。
地铁列车停站区域沿地铁列车行进方向被划分成依次连接的第一停站区域、第二停站区域、第三停站区域、第四停站区域、第五停站区域。优选的，第一停站区域、第二停站区域、第四停站区域、第五停站区域的长度相等。
第三位置监测单元40的M个第三光电传感器被分为六组，一一对应地设置在第一停站区域、第二停站区域、第三停站区域、第四停站区域、第五停站区域的交接点，每个第三光电传感器分别用于探测是否有地铁列车经过自身所对应的位置，将探测结果发送至主控器60。
在本实施中，考虑到地铁列车定位精度的要求，设置M＝6，具体设置如下：
第一组光电传感器设置在地铁停站区域起始位置，此位置作为第一停站区域的开始，在间隔5cm的第一停站区域结束位置设置第二组光电传感器，接着在间隔5cm的第二停站区域结束位置设置第三组光电传感器。
第四组光电传感器设置在第三停站区域结束位置，在间隔5cm的第四停站区域结束位置设置第五组光电传感器，接着在间隔5cm的第五停站区域结束位置设置第六组光电传感器，此位置作为地铁停站区域结束位置。
如果第六组光电传感器能够探测到有地铁列车经过其所在位置，说明本班次地铁列车已经大幅超出其所应该停放的正常位置，可以通知工作人员立即着手处理，例如暂停地铁列车车门开启，回调车身，避免人员上下车时由于地铁列车车门和屏蔽门严重错位导致的事故等等。
在前述例子中，第一停站区域、第二停站区域、第四停站区域、第五停站区域的长度均为5cm，如此密集安装保证了地铁列车在停靠站点时位置监测的准确度。
主控器60结合第三位置监测单元40的六组传感器的探测结果，判断地铁列车最前端的停止位置，将判断结果发送至列车自动控制***200。
地铁列车停站区域被分为正常停靠区域范围、临界停靠区域范围、危险停靠区域范围：
(1)第三停站区域定义为正常停靠区域范围，设定地铁列车最前端的停止位置与第三停站区域中心的位置误差范围为第一预设范围[-x，x]，在地铁列车的全方位停站图像中用绿色表示。
(2)第二停站区域和/或第四停站区域定义为临界停靠区域范围，设定地铁列车最前端的停止位置与第三停站区域中心的位置误差范围为第二预设范围[-y，y]，在地铁列车的全方位停站图像中用黄色表示。
(3)第一停站区域和/或第五停站区域定义为危险停靠区域范围，设定地铁列车最前端的停止位置与第三停站区域中心的位置误差范围为第三预设范围[-z，z]，在地铁列车的全方位停站图像中用红色表示。
其中，x<y<z，数值越小，表明地铁列车停靠越精确。
如前述例子中，第一预设范围设置为±5cm，表明地铁列车最前端的停止位置处于正常停靠区域范围，第二预设范围设置为±10cm，表明地铁列车最前端的停止位置处于临界停靠区域范围，第一预设范围设置为±15cm表明地铁列车最前端的停止位置处于危险停靠区域范围，地铁门与屏蔽门可能有较为严重的错位现象。
地铁列车最前端的停止位置位于第三停站区域，表明地铁列车停靠在正常停靠区域，地铁列车最前端的停止位置位于第二停站区域和/或第四停站区域，表明地铁列车停靠在临界停靠区域，地铁列车最前端的停止位置位于第一停站区域和/或第四停站区域，表明地铁列车停靠在危险停靠区域。
在实际使用中，预设范围大小可根据地铁列车长度进行调整。
在另一些例子中，主控器60结合第二位置监测单元30、第三位置监测单元40的传感器的共同探测结果，根据处于不同子区域的光电传感器的阻断和连通状态，能够判断地铁列车最前端的停止位置以及最末端的停止位置，也就是地铁列车整个车身所处位置。
所述主控器60通过无线传输单元70与位于控制中心的列车自动控制***200建立无线通讯链路，将接收到的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息发送至列车自动控制***200，列车自动控制***200采用前述的地铁列车入站车速控制方法生成车速调节控制指令，将生成的地铁列车车速调节控制指令发送至主控器60，主控器60根据地铁列车车速调节控制指令对地铁列车车速进行调节，直至地铁列车车速降为0，完成停靠。
具体过程说明如下：
当第一位置监测单元20监测到地铁列车经过入站监测点时，雷达测速仪10将当前地铁列车车速信息V1发送至主控器60，经由无线传输单元70发送至列车自动控制***200。
设置第一预设车速V2为第一次调节的目标车速，列车自动控制***200结合车速信息和位置信息进行计算，发送车速控制指令至主控器60，并接收实时列车位置和车速反馈信息，不断调整车速控制指令发送至主控器60，最终将地铁列车的车速调节至第一预设车速V2。
当地铁列车实际车速降至V2时，设置第二预设车速V3为第二次调节的目标车速，列车自动控制***200结合车速信息和位置信息进行计算，发送车速控制指令至主控器60，并接收实时列车位置和车速反馈信息，不断调整车速控制指令发送至主控器60，最终将地铁列车的车速调节至第二预设车速V3。
当地铁列车实际车速降至V3时，设置列车加速度为作为第三次调节的目标加速，地铁列车将以该加速度实现匀速减速至速度为0，列车自动控制***200结合车速信息和位置信息进行计算，发送加速度控制指令至主控器60，并接收实时列车位置和车速反馈信息，不断调整加速度控制指令发送至主控器60，最终控制地铁列车匀速减速至速度为0，完成停靠。
根据地铁列车入站车速逐渐减少至0的过程可知，初始车速V1>第一预设车速V2>第二预设车速V3。
以上车速调节过程在地铁列车入站减速子区域内分段进行，车速调节控制指令采用三级控制指令，实现地铁列车停站过程中的平缓降速，有助于减少地铁列车停靠在目标位置时的颠簸感。
本实施例的主控器60采用的控制模块为STM32F103RGT6芯片，该芯片为增强型系列，数据传输速度快，数据传输量大，用于将接收到的检测数据和实时画面信息进行打包、整合、发送。
所述无线传输单元70包括无线数据传输模块，与主控器60相连，接收主控器60发送的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息以及地铁列车停靠的实时画面，并通过无线传输方式发送至列车自动控制***200。
在具体实施例中，本发明无线传输单元70采用型号为WH-L101-L-C的LoRa无线传输模块。该模块能将接收到的数字信息打包转发，通过4G、5G网络或者wifi，上传至控制中心，无线传输方式使得整个数据传输环节相比以往的布线方式更加地信息化、智能化及简单化。
所述拍摄单元50安装在地铁列车入站减速区域内的轨道两侧，用以拍摄地铁列车减速过程以及完成停靠时的实时图像信息，根据实际需要可设置一组和/或多组拍摄单元50，设置多组拍摄单元50的情况下，可将一组拍摄单元50设置于入站减速区域内，另一组拍摄单元50设置于停站区域，拍摄单元50的摄像头可以360度旋转，能够实现不同角度的拍摄。拍摄单元50将拍摄到的地铁列车实时图像信息发送至主控器60，操作人员可以在控制中心的显示屏幕上实时查看所拍摄到的监控画面。
所述地铁列车定位监控***还包括一位于控制中心的数据应用***300，数据应用***300通过无线传输单元70与主控器60建立无线通讯链路，用于接收主控器60发送的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息、地铁列车实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像，将生成的全方位停站图像存储至存储器并通过显示屏进行显示。
拍摄单元50发送的实时监控画面，可以对地铁列车入站和/或停靠情况进行实时监看，但通常情况下，在地下光线较弱，且有抖动，画面质量不佳，并且实时监控画面并不能很精确地反应地铁列车停靠位置，因此在本发明中，数据应用***300可生成地铁列车的全方位停站图像，包括地铁列车停站时刻的实时图像信息、地铁列车实际停靠位置相对于第三停站区域中心位置的误差模拟图像。
在模拟图像中，能够显示地铁列车实际停靠在前述地铁列车停站区域中的三个停靠区域范围：正常停靠区域范围、临界停靠区域范围、危险停靠区域范围。
(1)地铁列车停靠于正常停靠区域范围，用绿色表示。
(2)地铁列车停靠于临界停靠区域范围，用黄色表示。
(3)地铁列车停靠于危险停靠区域范围，用红色表示。
数据应用***300通过对地铁列车的全方位停站图像进行存储，通过大量数据分析可结合实际运营对光电传感器的位置设置、车速调节过程进行优化调整，使本发明所提及的入站车速控制更加精准。
例如，若工作人员多次发现地铁列车最前端的停止位置处于处于第二停站区域和/或第一停站区域，说明地铁列车实际停靠于临界停车位置范围和/或危险位置范围，并且停车位置于最佳停靠位置相差一定距离，属于减速区域过长或者车速下降过快，导致地铁列车少行径若干距离，从而未能停靠至处于第三停站区域的安全位置，此时应该将光电传感器的位置设置向停靠站点方向移动，减少地铁列车减速运行区域，或者，将目标车速提升，使地铁列车以相对较快的速度经过减速区域、停站区域，实现停靠，这样之前少行径的若干距离就可以得到弥补。
同样，若工作人员多次发现地铁列车最前端的停止位置处于第四停站区域和/或第五停站区域，说明地铁列车实际停靠于临界停车位置范围和/或危险位置范围，并且停车位置于最佳停靠位置超过了一定距离，属于减速区域过短或者车速下降过慢，导致地铁列车多行径若干距离，从而超过了第三停站区域的安全位置一定距离，此时应该将光电传感器的位置设置向远离停靠站点方向移动，增加地铁列车减速运行区域，或者，将目标车速降低，使地铁列车以相对较慢的速度经过减速区域、停站区域，实现停靠，这样之前多行径的若干距离就可以得到减少。
因此通过长期累积的地铁列车全方位停站图像的分析可对光电传感器、预设车速的设置进行优化，实现更加精准的停靠和更加平稳的降速。
图3所示为雷达测速仪10、第一位置监测单元20、第二位置监测单元30、第三位置监测单元40、拍摄单元50设置位置的一种实施例，第三位置监测单元40将停车区域分为正常、临界、危险停靠区域范围。
但应当理解的，本发明提及的地铁列车定位监控***并不局限于这一种设置布局方式。
地铁列车定位监控***还包括一警报单元，警报单元设置在控制中心内，与列车自动控制***200连接。
地铁列车最终完成停站操作后，主控器60对地铁列车的最前端的停止位置进行判断：
1)若地铁列车最前端的停止位置处于处于第二停站区域和/或第四停站区域，表明地铁列车处于临界停靠区域范围，主控器60生成第一警报信号。
2)若地铁列车最前端的停止位置处于处于第一停站区域和/或第五停站区域，表明地铁列车处于危险停靠区域范围，主控器60生成第二警报信号。
主控器60将第一警报信号、第二警报信号发送至警报单元，控制中心作出如下响应：
1)第一警报信号，控制中心将第一警报信号发生次数与预先设置的地铁列车能够位于临界停靠区域范围的每日最大允许次数阈值，若发生的第一警报信号次数超过该阈值，驱使警报单元发出相应的声光告警，以及通过短信、微信等形式通知调度人员。
2)第二警报信号，控制中心立即驱使警报单元发出相应的声光告警，并通过短信、微信形式通知调度人员以及地铁列车运行人员。
本发明针对地铁列车进站停靠时，由于地铁列车车速减速不平缓而提出三级地铁列车入站车速调节控制方法，通过先对地铁列车速度进行两次比例积分微分调节，最后对加速度进行比例积分微分调节来实现地铁列车平稳停靠至精准停靠位置的效果。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种地铁列车入站车速控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：响应于地铁列车行驶至入站监测点，实时监控地铁列车的位置信息和车速信息，设地铁列车通过入站监测点的车速为V1；
S2：采用第一PID调节公式，进行第一次车速调节，直至地铁列车的车速降至第一预设车速V2：
其中，Kp1为第一比例系数，Ti1为第一积分时间常数，Td1为第一微分时间常数，e1(t)为第一控制偏差，e1(0)定义为(V1-V2)；
S3：采用第二PID调节公式，进行第二次车速调节，直至地铁列车的车速降至第二预设车速V3：
其中，Kp2为第二比例系数，Ti2为第二积分时间常数，Td2为第二微分时间常数，e2(t)为第二控制偏差，e2(0)定义为(V2-V3)；
S4：采用第三PID调节公式，进行第三次加速度调节，设定加速度地铁列车接收外部控制指令使加速度稳定在该值，并且以该加速度值匀减速运动至速度为0，直到停靠在目标位置：
其中，Kp3为第三比例系数，Ti3为第三积分时间常数，Td3为第三微分时间常数，g(t)为第三控制偏差，a'加速度调节过程中的实际加速度输出，s为地铁列车在第三次车速调节中的行进距离；
S5：检测并且存储地铁列车的停靠位置信息、实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像。
2.一种地铁列车定位监控***，其特征在于，所述地铁列车定位监控***包括位于地铁站台区域的定位终端设备和位于控制中心的列车自动控制***；
所述定位终端设备包括雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元、拍摄单元、主控器、无线传输单元；
设沿地铁列车入站方向的行径路径被划分成依次连接的地铁列车正常行驶区域、地铁列车入站减速区域、地铁列车停站区域；
所述雷达测速仪安装在地铁列车入站减速区域距离地铁列车停靠站点L米的位置，用以实时检测地铁列车入站时的车速信息，将检测到的地铁列车车速信息发送至主控器；
所述第一位置监测单元包括第一光电传感器，设置在地铁列车入站减速区域临近地铁列车正常行驶区域的一端，距离地铁列车停靠站点W米，其所处位置作为地铁列车入站减速区域的起始位置，被定义成地铁列车入站监测点，第一位置监测单元用以检测是否有地铁列车通过入站监测点，将检测结果发送至主控器；
所述第二位置监测单元包括N个第二光电传感器，分布设置在地铁列车入站减速区域的轨道两侧，将地铁列车入站减速区域划分成若干个减速子区域，每个第二光电传感器对应于其中一个减速子区域，每个第二光电传感器用于检测是否有地铁列车经过其所对应的减速子区域，将检测结果发送至主控器；
所述第三位置监测单元包括M个第三光电传感器，分布设置在地铁列车停站区域的轨道两侧，将地铁列车停站区域划分成若干个停站子区域，每个第三光电传感器对应于其中一个停站子区域，每个第三光电传感器组用于检测是否有地铁列车停靠在其所对应的停站子区域，将检测结果发送至主控器；
所述主控器通过无线传输单元与位于控制中心的列车自动控制***建立无线通讯链路，将接收到的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息发送至列车自动控制***，列车自动控制***采用如权利要求1中所述的地铁列车入站车速控制方法生成车速调节控制指令，将生成的车速调节控制指令发送至主控器，主控器根据车速调节控制指令对地铁列车车速进行调节，直至地铁列车车速降为0，完成停靠。
3.根据权利要求2所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述定位终端设备还包括拍摄单元，拍摄单元与主控器相连；
所述拍摄单元安装在地铁列车入站减速区域内，用以拍摄地铁列车减速过程和/或停靠时的实时图像信息，将拍摄到的实时图像信息发送至主控器；
所述地铁列车定位监控***还包括一位于控制中心的数据应用***，数据应用***通过无线传输单元与主控器建立无线通讯链路，用于接收主控器发送的地铁列车车速信息、地铁列车位置信息、地铁列车实时图像信息，生成地铁列车的全方位停站图像，将生成的全方位停站图像存储至存储器并通过显示屏进行显示。
4.根据权利要求2所述的地铁列车定位监控***，其特征在于所述第三位置监测单元的M个第三光电传感器被分为六组，分布排列在地铁列车停站区域内，将地铁列车停站区域沿地铁列车行进方向划分成依次连接的第一停站区域、第二停站区域、第三停站区域、第四停站区域、第五停站区域；
所述六组传感器用于探测是否有地铁列车经过在自身所在位置，将探测结果发送至主控器，主控器根据六组传感器的探测结果，判断地铁列车最前端的停止位置，将判断结果发送至列车自动控制***。
5.根据权利要求4所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述主控器响应于判断得到的地铁列车最前端的停止位置处于第四停站区域或第二停站区域内，生成第一警报信号；
所述主控器响应于判断得到的地铁列车最前端的停止位置处于第五停站区域或第一停站区域内，生成第二警报信号。
6.根据权利要求4或5所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述第一停站区域、第二停站区域、第四停站区域、第五停站区域等间距分布。
7.根据权利要求4或5所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述第三停站区域被定义成正常停靠区域范围，在地铁列车的全方位停站图像中用绿色表示；
所述第四停站区域和第二停站区域被定义成临界停靠区域范围，在地铁列车的全方位停站图像中用黄色表示；
所述第五停站区域和第一停站区域被定义成危险停靠区域范围，在地铁列车的全方位停站图像中用红色表示。
8.根据权利要求2所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述定位终端设备包括一电源模块，用于给雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元提供正常工作所需电能。
9.根据权利要求3所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述地铁列车的全方位停站图像包括地铁列车减速过程和/或停靠时的实时图像信息、地铁列车实际停靠位置与第三停站区域的位置误差模拟图像，数据应用***对地铁列车的全方位停站图像进行存储及分析，并根据分析结果对雷达测速仪、第一位置监测单元、第二位置监测单元、第三位置监测单元的位置设置、车速调节过程进行优化调整。
10.根据权利要求5所述的地铁列车定位监控***，其特征在于，所述地铁列车定位监控***还包括警报单元；
所述警报单元设置在控制中心内，与列车自动控制***连接；
所述控制中心响应于以下条件任意一个成立：1)主控器生成第二警报信号，2)在设定时间范围内主控器生成的第一警报信号的次数大于设定次数阈值，驱使警报单元发出声光警报、以及发送警报信息至指定客户端。
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