本發明涉及重載鐵路機車與列車控制、自動檢測、人工智能等領域，具體涉及一種重載組合列車虛擬耦合編組的協同控制方法和系統。

背景技術：

1、增加列車編組數量、多個機車同步牽引，是提高重載鐵路運輸能力的常用方法。由多列車經車鉤連接組成的重載組合列車，編組中各單元列車機車同步操控是保證列車安全穩定運行的前提，主控機車實時向從控機車傳遞控制命令，多臺機車同時進行啟動、加速、減速、制動等操作，實現編組內單元列車機車間的同步操控。

2、如果各單元列車機車動作不同步，會引起重載列車車輛之間的擠壓或拉鉤現象，影響鐵路運輸安全。目前解決各機車同步操控問題有兩種技術，分別是采用機車無線同步控制技術locotrol和電控空氣制動技術ecp。

3、列車長度越長，制動控制指令的傳遞時間越長，車輛間縱向沖動越大。對司機操作機車的技術要求高，不當的操作可能引發嚴重的事故。

4、重載鐵路引入虛擬編組技術，突破固定閉塞、準移動閉塞和移動閉塞的基于位置的列車追蹤理念，采用更為先進的列車追蹤理念，提高重載鐵路運輸能力。在虛擬編組中，重載列車在追蹤運行時，不再假定前車靜止，而是通過車車通信獲取前車的位置、速度等狀態信息，后車追蹤前車的速度和位置，實現相對閉塞，極大縮短列車追蹤間隔，提高重載鐵路運輸效率。

5、虛擬編組技術通常是通過無線通信和智能控制實現各單元列車的動態協同運行，突破物理編組的限制，顯著提升鐵路運輸能力與運行效率。該技術已成為重載鐵路和城市軌道交通領域的研究熱點，尤其在解決長大編組列車操控難題、提升運輸密度方面具有顯著潛力。

6、當前研究重載鐵路虛擬編組列車運行控制都是基于車地、車車無線通信，對多輛列車組成的編組列車采用主從式同步控制，是一個采用編組內列車動態協同控制技術、列車自動駕駛技術的復雜系統。車車之間基于速度距離曲線控車追蹤，相比移動閉塞追蹤間隔更小。

技術實現思路

1、本發明為了解決由于多輛列車組成的長大列車群所新帶來的車鉤沖擊力大、小轉彎半徑軌道磨損嚴重等問題，一方面，本發明提出了一種基于目標距離的重載組合列車虛擬耦合編組自律控制方法，所述方法包括：

2、步驟s1：在機車上部署多種異構傳感器，用于全天候主動測距；

3、步驟s2：多傳感器數據融合，輸出實時車距；

4、步驟s3，計算本單元列車制動曲線并預測編組機車與前車列尾安全距離目標值；

5、步驟s4，計算牽引制動力等效的司控器位置指令值，接入機車控制系統，形成以距離為目標的列車閉環控制系統；

6、步驟s5，將以距離為目標的閉環控制與主控機車經車-車通信傳來的控車指令相融合/冗余，保障虛擬耦合編組長大重載列車安全穩定運行。

7、進一步的，所述步驟s1中，所述傳感器包括雙目攝像頭、毫米波雷達、激光雷達及北斗定位模塊；所述雙目攝像頭用于視覺檢測，所述毫米波雷達、所述激光雷達用于主動測距，所述北斗定位模塊用于對所述毫米波雷達、所述激光雷達測距補充。

8、進一步的，所述步驟s2，具體包括，通過卡爾曼濾波或粒子濾波算法對多傳感器數據進行融合，消除單一傳感器誤差；通過插值算法實現時空一致性，獲得實時車距數據；

9、通過訓練端到端的神經網絡模型，輸入多模態傳感器數據，輸出實時車距數據，所述實時車距數據包括前車加減速、緊急制動狀態。

10、進一步地，所述神經網絡模型為cnn-lstm或transformer架構。

11、進一步地，所述步驟s3，具體包括，基于神經網絡模型，根據線路條件、氣候狀況、通信時延、列車運行狀態計算本單元列車制動曲線，動態預測最小安全間距并生成距離控制目標值；

12、所述神經網絡模型為多層感知機，所述神經網絡模型輸入參數包括線路坡度、曲率、雨雪天氣、列車載重，輸出動態調整的最小安全間距。

13、進一步地，所述步驟s4，具體包括，將所述實時車距數據作為反饋量，以所述距離控制目標值作為給定值，構成本單元列車與前車距離為目標的閉環控制系統，根據給定值與反饋量值的偏差修正跟車距離；

14、根據實時車距偏差，計算牽引制動力等效的司控器位置指令值，接入機車控制系統，形成以距離為目標的控制閉環。

15、進一步地，所述步驟s4，具體包括，將距離閉環控制與主控機車經車-車通信傳來的控車指令進行冗余融合，實現編組內單元列車同步執行加速、減速及緊急制動操作，按照給定目標采用自律柔性控制策略調節本務機車牽引制動力，快速調整編組機車與前車列尾距離，牽引本單元列車安全編組運行。

16、進一步地，當車-車通信如locotrol系統通信中斷時，所述閉環控制指令獨立維持編組內單元列車的安全距離，并在通信恢復后與主控指令重新同步。

17、另一方面，本發明還提出了一種基于目標距離的重載組合列車虛擬耦合編組自律控制系統，包括：

18、多模異構傳感器模塊，部署于機車上，用于采集前車列尾距離、軌道狀態、環境數據；

19、電子控制單元，包括強算力處理器、存儲器和輸入輸出接口，用于執行上述的一種基于目標距離的重載列車虛擬耦合編組自律控制方法的步驟；

20、通信模塊，支持v2x通信及locotrol系統協議，用于主控機車與從控機車間的指令傳輸；

21、機車控制系統，接收電子控制單元生成的牽引制動力指令，并控制機車執行加速、減速及制動操作。

22、進一步的，所述電子控制單元通過車輛總線或編組網絡與機車控制系統連接，并集成傳感器信號預處理模塊，用于濾波、時空對齊及數據壓縮。

23、本發明的有益效果：

24、(1)虛擬耦合編組列車內單元列車機車以自律柔性控制跟車距離為主要控制手段，實現了將長大重載組合列車等效分解為獨立的自動駕駛單元列車運行，消除了長大重載列車的縱向沖動力，顛覆了重載鐵路長大重載列車和虛擬編組列車的運行與控制模式。

25、(2)虛擬耦合編組列車內單元列車機車主動直接測量與前車列尾距離，跟車距離短，進一步提高了運輸組織效率。在列車運行控制、調度指揮等方面，與采用車鉤聯掛的傳統萬噸組合列車無異。

26、(3)虛擬耦合編組列車內單元列車機車無論是直接測距還是控制各單元列車之間的距離，均不依賴“車-車通信”、不依賴“地-空-時”等復雜手段對各編組單元列車“精準定位”，不依賴地面信號系統，不受地面設施(如通信基站)等外界條件約束和影響，極大地簡化了虛擬編組列車系統控制結構。

27、(4)本發明的自律柔性控制方法與系統允許編組列車內單元列車采用不同型號和類型機車牽引，如直流機車、交流機車等任意混編組成的虛擬耦合編組重載列車。

28、(5)本發明的自律柔性控制方法與系統不要求編組列車采用某特定或統一的制動系統或制動方式，允許保留編組前各列車既有的制動系統和制動方式(如空氣管路制動或ecp制動)。

29、(6)本發明的自律柔性控制方法與系統與整編組列車的locotrol控制有相冗余的功能作用，即使機車與機車遠程通信短時中斷等異常發生，也不影響整個編組列車正常運行，運行安全性、可靠性更高。