本發(fā)明涉及機車牽引計算技術，尤其涉及一種基于實際運行數(shù)據(jù)的機車牽引計算模型校準方法。
背景技術：
列車牽引計算以鐵道列車的縱向運動為計算對象，并以非穩(wěn)態(tài)運動的牽引和制動工況作為重點，因此涉及有列車編組條件、機車車輛的牽引和制動裝置、線路狀況、司機操縱方法等多方面的因素，是一個復雜的系統(tǒng)工程問題。列車牽引計算模型主要包括列車運行的牽引計算和制動計算，該模型的準確性直接涉及鐵路的運輸能力和運行安全性。
現(xiàn)有列車牽引計算模型主要分為單質點牽引計算模型和多質點牽引計算模型兩類。
單質點牽引計算模型主要是將列車視為一個沒有尺寸的剛性質點，所有的受力都發(fā)生在質點上，因此，單質點模型的受力計算比較簡單，容易實現(xiàn)。
多質點牽引計算模型主要是降列車視為多個質點構成的“質點鏈”，一般情況，以一個機車或車輛為一個質點。多質點模型不但可以計算列車整體的受力情況，也可以計算列車車輛間的縱向力，因此，多質點的列車模型受力分析比較復雜。
上述單質點牽引計算模型有較大的局限性，如計算功能有限，不能精確模擬實際列車的牽引和制動操縱運行，不能精確計算線路縱斷面，不能正確反映列車實際運用的制動減速度變化，不能進行列車縱向動力學的精確計算等。目前多質點牽引計算模型除具有計算速度快和精度高等優(yōu)點，運用日益廣泛，但是現(xiàn)有的列車牽引計算模型基本都是基于列車牽引計算規(guī)程等標準通過實驗得出，由于是根據(jù)運行機車的特性變化進行實驗獲得，標準的列車牽引計算模型都會給定一定的安全閾值，不夠精確，同時由于實驗時實際數(shù)據(jù)較少，不夠準確，不能滿足現(xiàn)場復雜的線路環(huán)境和統(tǒng)計誤差。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于實際運行數(shù)據(jù)的機車牽引計算模型校準方法，其基于實際運行數(shù)據(jù)擬合的機車牽引計算模型能更好的適應現(xiàn)場復雜的線路環(huán)境并減少統(tǒng)計誤差，同時在反向擬合和正向驗證兩種方式的結合下，能夠更好的保證模型的適應性和準確性。
本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)：
一種基于實際運行數(shù)據(jù)的機車牽引計算模型校準方法，其特征在于，所述方法基于機車運行原始數(shù)據(jù)，離線獲得操縱檔位、運行速度參數(shù)，通過反向擬合的方法構建機車牽引計算模型，再通過正向驗證的方式驗證模型的準確性。
在一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，所述的方法包括下述步驟：
步驟S101、提取鐵路機車原始運行數(shù)據(jù)，所述原始運行數(shù)據(jù)至少包括機車日志記錄、LKJ基礎數(shù)據(jù)，其中機車日志記錄至少包括機車實際運行速度；
步驟S102、根據(jù)所述機車日志記錄分段擬合機車牽引力和制動力；
步驟S103、根據(jù)所述LKJ基礎數(shù)據(jù)獲得機車加算阻力；
步驟S104、針對所得到的機車實際運行速度，計算實際運行速度對應的基本阻力；
步驟S105、根據(jù)得到的機車實際運行速度和機車運行的基本阻力，通過擬合的方式構建機車牽引計算模型；
步驟S106、基于離線優(yōu)化算法，使用構建的機車牽引計算模型，將實際運行數(shù)據(jù)中的司機操縱檔位序列作為數(shù)據(jù)輸入，獲得在該檔位序列的下的機車模擬運行速度曲線；
步驟S107、通過對比機車實際運行速度曲線和機車模擬運行速度曲線，找到吻合程度低于預定條件的檔位，根據(jù)該檔位的實際運行數(shù)據(jù)重新擬合該檔位對應的牽引力和/或制動力；
步驟S108、根據(jù)新的牽引力和/或制動力，重新擬合機車牽引計算模型，并獲取運用該機車牽引計算模型計算得到的速度曲線；
步驟S109、重復步驟S107-S108，將多條機車實際運行速度曲線和基于模型計算得到的速度曲線進行比對，對于曲線中吻合程度低于預定條件的區(qū)域，校驗并修正該區(qū)域的加算阻力；
步驟S110、在校準機車牽引力和制動力以及機車加算阻力后，重新擬合機車牽引計算模型。
在另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，機車原始運行數(shù)據(jù)還包括：鐵路機車本身的參數(shù)信息、鐵路機車運行的線路信息、鐵路機車的實際運行數(shù)據(jù)，該鐵路機車的實際運行數(shù)據(jù)包含實時運行檔位信息及實時速度信息。
在另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，獲取機車的牽引力和制動力的過程包括：(1)基于列車牽引計算規(guī)程標準通過實驗獲得；或者(2)根據(jù)機車日志記錄中記錄的扭矩擬合獲得。
在另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，所述牽引計算模型通過Matlab程序擬合獲得。
在另一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，在步驟S104中，具體使用的求基本阻力的計算公式如下：
合力的計算公式如下：
在上述公式中，m代表機車重量，Δv代表速度差，Δt代表時間差。
單位合力的計算公式如下：
在上述公式中，m代表機車重量，Δv代表速度差，Δt代表時間差。
單位牽引力的計算公式如下：
在上述公式中，F(xiàn)(t)代表手柄位所對應的牽引力或制動力。
基本阻力的計算公式為：
fb＝ft-wr-fc其中wr為加算阻力。
有益效果
與現(xiàn)有的機車牽引計算模型校準方法相比，本發(fā)明基于實際運行數(shù)據(jù)擬合的機車牽引計算模型能更好的適應現(xiàn)場復雜的線路環(huán)境并減少統(tǒng)計誤差，同時在反向擬合和正向驗證兩種方式的結合下，能夠更好的保證模型的適應性和準確性
附圖說明
圖1為本發(fā)明的實施流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明更為清晰，下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細地說明：如圖1 所示是本發(fā)明提供的一種基于實際運行數(shù)據(jù)的機車牽引計算模型校準方法的流程示意圖。
總體而言，本發(fā)明的模型校準過程包括反向擬合和正向驗證兩部分的內容：
反向擬合部分包含收集機車原始運行數(shù)據(jù)，根據(jù)機車原始運行數(shù)據(jù)獲取機車牽引力和制動力，并進一步獲取機車加算阻力，再通過分析鐵路機車運行數(shù)據(jù)獲取司機操縱鐵路機車的速度曲線，計算相應的速度和檔位下的基本阻力，最后通過擬合曲線，獲得相應的機車牽引計算模型。
正向驗證部分是將經(jīng)過反向擬合部分所獲得的牽引計算模型，運用到鐵路機車的離線優(yōu)化算法中，以在反向擬合部分中從鐵路機車原始運行數(shù)據(jù)中提取的司機操縱鐵路機車的檔位序列作為輸入，通過離線優(yōu)化算法調用新的牽引計算模型，得到在給定的司機操縱鐵路機車的檔位序列的情形下運用新的牽引計算模型得到的速度序列。
最后，通過對比由實際運行數(shù)據(jù)中的速度序列畫出的速度曲線與通過新的牽引計算模型計算得到的速度序列畫出的速度曲線的吻合程度，來判斷新的牽引計算模型是否準確。在判斷牽引計算模型是否準確的過程中，主要從整條曲線的吻合程度出發(fā)，通過對比多條實際運行的速度曲線和由牽引計算模型計算得到的速度曲線的吻合程度，來評估所使用的牽引計算模型是否正確。首先對于吻合程度不高的檔位，根據(jù)該檔位的實際運行數(shù)據(jù)重新擬合該檔位對應的機車牽引力或制動力。然后重新擬合機車牽引計算模型，再次對比由實際運行數(shù)據(jù)中的速度序列畫出的速度曲線與通過新的牽引計算模型計算得到的速度序列畫出的速度曲線的吻合程度，對于吻合程度不高的局部區(qū)域，校驗并修正該區(qū)域的加算阻力，并同時使用專利工具進行測量。在校準機車牽引力和制動力以及機車加算阻力后，重新擬合機車牽引計算模型。
可以看出，本發(fā)明在反向擬合部分首先獲取機車牽引力和制動力，然后獲取機車加算阻力，再結合鐵路機車實際運行數(shù)據(jù)，通過使用抽取的操縱檔位序列，按照已有的計算公式得到相應速度和檔位下的基本阻力，最后通過擬合得到牽引計算模型；正向驗證部分將反向擬合部分得到的牽引計算模型運用到已有的離線優(yōu)化算法中，并將實際運行數(shù)據(jù)中的操縱檔位序列作為離線部分的數(shù)據(jù)輸入，通過離線算法得到在該牽引計算模型下計算得到的速度序列。最后通過對比實際運行數(shù)據(jù)中的速度曲線和牽引計算模型計算得到的速度曲線的吻合程度，校驗和修正機車牽引力和制動力以及加算阻力，確保模型的準確性。反向擬合和正向驗證形成閉環(huán)能夠不斷的對牽引計算模型進行運用和優(yōu)化，最終獲得最準確的機車牽引計算模型，這種反向擬合和正向驗證相結合的方式能夠使得鐵路機車牽引計算模型更適應于現(xiàn)場復雜的線路環(huán)境以及減小統(tǒng)計誤差。
本發(fā)明的具體實施流程如圖1所示，包括：
步驟S101，提取鐵路機車原始運行數(shù)據(jù)。
機車原始運行數(shù)據(jù)包括：鐵路機車本身的參數(shù)信息、鐵路機車運行的線路信息、鐵路機車的實際運行數(shù)據(jù)，這些實際運行數(shù)據(jù)包含實時運行檔位信息及實時速度信息等。
鐵路機車本身的參數(shù)信息及線路信息通過鐵路局獲得，而鐵路機車的實際運行數(shù)據(jù)通過鐵路機車的LKJ(列車運行控制記錄裝置)獲得。
步驟S102，獲取機車牽引力和制動力。
在步驟S102中有兩種方法獲取機車的牽引力和制動力，一種是基于列車牽引計算規(guī)程等標準通過實驗獲得機車的牽引力和制動力，一種根據(jù)機車日志記錄中記錄的扭矩擬合機車牽引力和制動力，在擬合過程中還需根據(jù)曲線特征進行分段擬合。
步驟S103，獲取機車加算阻力，該加算阻力指的是與加算坡度對應的阻力值，加算坡度是指將線路縱斷面上某一坡段的坡度值和該坡道上的曲線、隧道等附加阻力的等量坡度加在一起的坡度值。
在步驟S103中主要是根據(jù)LKJ基礎數(shù)據(jù)或線路建造數(shù)據(jù)中提供的原始坡度值，通過預處理將該坡道上的曲線、隧道等附加阻力的等量坡度加到坡度值上，獲取機車加算阻力。
步驟S104，根據(jù)推算公式計算實際運行速度對應的基本阻力。
在步驟S104中，具體使用的求基本阻力的計算公式如下：
合力的計算公式如下：
在上述公式中，m代表機車重量，Δv代表速度差，Δt代表時間差。
單位合力的計算公式如下：
在上述公式中，m代表機車重量，Δv代表速度差，Δt代表時間差。
單位牽引力的計算公式如下：
在上述公式中，F(xiàn)(t)代表手柄位所對應的牽引力或制動力。
基本阻力的計算公式為：
fb＝ft-wr-fc
其中wr為加算阻力。
步驟S105，通過擬合的方式構建機車牽引計算模型。
在步驟S105中，通過步驟S104得到的相應的檔位和速度序列下對應的基本阻力序列，然后在matlab環(huán)境下運用回歸分析等方法擬合相應的牽引計算模型。
步驟S106，獲取機車牽引計算模型下的速度序列。
在步驟S106中，根據(jù)已有的離線優(yōu)化算法，在離線優(yōu)化算法中運用步驟S105中得到的機車牽引計算模型，并將S101中得到的鐵路機車實際運行數(shù)據(jù)中的操縱檔位序列作為數(shù)據(jù)輸入。在使用離線優(yōu)化算法根據(jù)計算模型提供的檔位序列獲取速度序列的過程中，若計算得到的速度與實際速度的差值大于α，則標記該處吻合程度不高，按照當前實際速度繼續(xù)進行計算。
步驟S107，校準機車牽引力和制動力。
在步驟S107中，根據(jù)機車實際運行數(shù)據(jù)中的速度序列畫出實際速度曲線，再根據(jù)由步驟S106得到的速度序列畫出基于擬合出的牽引計算模型得到的速度曲線，對比這兩條速度曲線的吻合程度，若速度差大于值α(比如，α可以為3km/h)即視為吻合程度不高。通過多次對比機車實際運行速度曲線和基于模型計算得到的速度曲線，對于吻合程度不高的檔位，根據(jù)該檔位的實際運行數(shù)據(jù)重新擬合該檔位的機車牽引力或制動力。
步驟S108，重新擬合機車牽引計算模型，獲取機車牽引計算模型下的速度曲線。
在步驟S108中，使用由步驟S107校準后的機車牽引力和制動力，按照步驟S104和S105重新擬合機車牽引計算模型，然后按照步驟S106重新獲取由機車牽引計算模型計算得到的速度曲線。
步驟S109，校驗并修正局部區(qū)域的加算阻力。
通過多次分析機車實際運行速度曲線和基于牽引計算模型計算得到的速度曲線，對于多次出現(xiàn)不吻合的局部區(qū)域，校驗并修正該區(qū)域的加算阻力值，并同時使用專業(yè)工具進行測量。
步驟S110，重新擬合牽引計算模型。
在步驟S110中，使用由S107和S109校準的機車牽引力和制動力以及加算阻力，按照步驟S104和S105重新擬合機車牽引計算模型，確保機車牽引計算模型的準確性。
雖然上面結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的原理進行了詳細的描述，本領域技術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發(fā)明的示意性實現(xiàn)方式的解釋，并非對本發(fā)明包含范圍的限定。實施例中的細節(jié)并不構成對本發(fā)明范圍的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本發(fā)明保護范圍之內。