轨道交通列车定位技术

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1、伙华。呀犷入丫八丫人吹?气川耸 匀 扮饥少跳从二标认于份性产伙二从资只子长仁广几一少补少介介介井才找气伙?伙叭扭伙冬认认弘拭从从凡丫娜气飞一卜气资一?扮长?不麟龚游排米之资汽二叭书入?省飞乡卜二抓二气、灯傲试么一从试?试“似傲一碱、扮 ? 牛扮一之气久气冤八丫”入?,八袄八?沁入为从以从丸卜叭卜叭刘进吴坟麒摘要概括了轨道交通行车安全和指挥 系统中列车定位技术的作用,介绍了国内外轨道交通中先进的列车定位技术,探讨了我国商速磁悬浮交通列车定位技术的策略。关健字列车定位技术,轨道交通,磁悬浮列车在轨道交通行车安全和指挥系统中,列车定位是一项关键性的技术。准确、及时地获取列车位置信息,是列车安全、有效

2、运行的保障。过去几十年中,人们在研究开发新型信号系统方面取得了富有成效 的进展,铁道信号的功 能不再仅仅局限于对列车的检测、定位、表示等,而 由“表示 型”向“控制型”发展,并逐渐完善成 为一种列车控制系统? ?。但是其信息传输介质基本上是采用轨道电路。近年来,借助于现代通信和计算机领域的成熟技术,一种新型 的基于 通信技术的列车控制系统?肠? ? ? ?助? ? ? !? ?加?,? ?已蓬勃 兴起,并有可能成为? ?世纪列控系统的主流。在这个技术背景下,列车定位技术也得到了长足的发展。?列车定位技术的作用为列车 自动运行?叹?子 系统 提供列车精确位置信息,作为列车计算速度曲线,实施速度

3、自动控制的主要参数?为列车自动监控?铭?子系统提供列车位置信息,作为显示列车运行状态的基础信息?在某些? 戊系统 中,作为无线基站接续的依据?在高速磁悬 浮交通 中,提供位置信息,作为道岔控制、定子绕组供电接续的依据等。列车定位技术的重要作用决定了它首先必须能保证提供正确的列车位置信息?其次,随着轨道交通朝着高速、便捷、舒适的方向发展,对列车定位技术的精密度也提出了更高的要求?第三,由于经过 采集、传输、计算等环节,造成列车位置信息 的时延 是不可避免的?一般都是采用近 似数值?,因此提高信息及时性、减少信息误差就非常重要?在高速运 行的轨道区段这一点尤为突出。此 外,在高速轮轨交通和高速磁悬

4、浮交通中,由于速度高、信息量大以及特殊 的边界条件,已有 的定位技术难以胜任行车安全和指挥系统对它的要求,必须要有适应这一发展趋势的新的列车定位技术。列车定位技术在现代轨道交通行车安全和指挥系统中的作用 主要体现在以下几个方面?为保证安全列车间隔提供依据?在某些?系统中,提供区段占用?出清信息,作为转换轨道检测信息和速度控制信息发送的依据?为列车 自动防护? ?子系统提供准确位置信息,作为列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据?国内外轮轨交通的列车定位技术?无绝缘音颇轨道电路法轨道电路法将钢轨分割成不同的区段实现对列车定位。在每个区段的始端和终端加上发送?接收器件,构成一个信息传输回路。

5、区段空 闲时,信息由发送端通 过回路传输到接受端,接收端继 电器刘进?同济大学交通信息工程与控制研究所,硕士研究生,上海? 刀? ?励磁吸起?当列车进人区段时,轮对将两 根钢轨 短路,信息不能到达接收端,接收端继 电器失磁落下,达到列车检测、定位的 目的。音频无绝缘轨道电路采用自然衰耗、短路线法等电气方法实现轨道区段的分割。早期的短路线法是短路棒连接式轨 道 电路,工作原理如图?所示。短路棒?确保相邻轨道区段 的信号互 不干扰,同时平衡两条钢轨 的牵引回流。在同一区段的音频信号发送端和接收端,由电容器?与两段钢轨 组成调谐于某以轨道信号载频的? ?并联谐振电路,从而使得该载信号能够被加在区段

6、上,并被选择接收。这种电气绝缘的方法有一个致命的缺陷,是存在一个信号“盲区”。目前广 为采 用 的是?型 连接音频轨道 电路?如图?所示?,其实现 电气隔离的原理与短路棒连接方式相仿,但是很好地解决了信号“盲区”问题川。段的分界点安装计轴点。计轴点是 一个车轮识别装置。当车轮驶过计轴点时,在计轴点中形成脉冲或其它信号,通 过电缆传输到控制中心,由控制 中心联锁设备中计数装置根据这些信号对车轮计数。中央处理单元根据计数情况判断列车的占用?出清,实现 列车检测和定位功 能。显然,就其功 能而言,电子计轴器是 与轨道 电路相 同。传感器轨道区段传感器不不不?。支支件, , ,夕夕? ? ? ? ?

7、? ? ? ? ? ? ? ?门门门门, ,可可可? ?列车运行方 向劝二关图?电子计轴器法的基本结构电子计轴 器本身不具备向列车传输 信息的通道,机车上要 获取位置信息除了依靠司机了望信号机外,必须要 另外增 加信道。例如可以采用 查询?应答器作为数据通道。和前述 的轨道 电路法一样,这种方 法的定位安全性 较高,精度 较差,通常 也需与测速装置结合起来使用。?一发送器?一发送器? 一接收器?,一接收器?测速定位法图?短路棒连接式音频轨道电路工作原理在轨道电路定位 法和计轴 器定位法 中,车在区间的始端还是 终端是 无法判断 的,对列车定位时 的最大误 差就是 一个区段的长度。为了得到较为准

8、确的位置信息,在计算具体位置信息时通常要引人列车的即时速 度信息。如 在某 一个 速度采样时 间点?。上测得 列车的 即时速度为。?。?,则 列车的即时位 置?。?艺?。?图?型连接音频轨道电路原理轨道 电路法 既 可以实现 列车检测、定位,又可以检测 轨道 的完好情况,满足故障一安全 原则,是一种 高安全、高可靠的列车检测、定位方法,所以目前依然得到 广泛使用。但是使用这 种方法 的缺 点是?由它所实现的定位是以轨道电路长度作为最小定位单元,无法构成真正意义上 的移动闭塞?为了实现精确定位,还需 同列车测速装置结合使用。?电子计轴器法图?为电子计轴器法基本结构。它在轨道区式中?。为初始位置?

9、为列车速度 采 样 时 间 间隔。引入测速信息后大大减小 了定位的误 差。目前使用较多的列车测 速一般是?通 过 测 量车轮转速,然 后将车轮转速换算为列车直线速度。用这种方 式计算列车位 置信息的缺点是? 因车轮的磨损导致通过车轮直径获得路程数据的误差大。按车轮直径为? ? ? ? ? ?型 机车?计算,车轮表面磨损? ? ?时,车每行驶? ?就会产生? ?的误差。? 这 种误 差 是线性累计的,即随着行驶里程 的增加其绝 对误差会越来越大。在精度要求较高的地点,可以通过加标志位的方法不?班单级、期灌奏奏 葬升基鑫麦奎羹鑫 奏貉象鑫派舞成葬葬鑫准拱鑫舞毅攀葬葵井撼幸、雄?象碌淞息接收器,就

10、可以通过 导航卫星实现列车的精确定位。这种方法 的优点是 只需 在机车上安装接收机即可,维 护方便。缺点是? ?在周 围阻挡物 多 的地方,例 如城市、树林、山区、隧道 等地,列车的定位 精度受到影响,甚至无 法定 位,因此 在这 些 地方要加地面设 备辅助定 位,如回线、?等? ? 装 有 接收机 的列车与差分台的距 离不宜 太远,否则会影 响定位精度,所以要 有 差分台接续 措施?鹅对卫星的故障十分 敏 感,一 旦 一 颗卫星失效,就会出现? ?性能恶 化,所以不 能单一 地将?邢定位信息作为列控 安全 防护 子系统 的位置参数。?无线扩频定位法在 美国旧金山海湾城市快捷运输系统 中,安装

11、了一 种先进的列车自动 控 制 系 统? ? ? ? ? ? ? ?。伽?。? ? ? ?,? ?。该 系 统中采用了无线扩频定位法? ? ?。?哪? ? ?,。这 种方法采用先进 的无线 扩频通信、伪码测距和计算 机信息 处理技术,实现了对复 杂 环 境 中列 车 的 实 时 准 确 定位、跟踪。其基 本原理为?地 面设 置测距 基站和中心控制站,在列车两 端 安装无线扩频通信 发 射机?发射机 向地 面 测距基 站 发射定 位信息?测距基 站?采用 全数字解扩 方式?收到定位信息后,使用?信息处理技术计 算出伪距,并通 过无线或 有线链路送至中心控制 站进行信 息处理,其定位结 果显示 在

12、电子 地图上,并以无线方式传递 到机车上。这种 方法的价格较高,但定 位比较 精 确,而且是 一套完全独立 的定位系 统,不象?巧系统要受制于统 一 的空间卫星和地 面站,因此不会出现一旦导航卫星或地面站 故障导致 系统瘫痪的问题。位技术方案时,大致 应遵循以下几条原则?系 统符合故障一安 全原 则,在发生丢失信息等故障时,能够有可靠替代方式或降速直至停车?系统要求具有高可靠性,采 用多种检测方式相结合的冗余定位、检测方 式?技 术实现要具有可行 性,采 用无 线通信方式的定位方 法和信息传输方法,实现车一地通信?技 术要求 能够满足高速 运行的需求,即适用列车速度能够达 到磁悬浮列车的最高运

13、行速 度?定位准确性和精密度 进一步提高?在 尽量采用已经成 熟的轨道 交通定 位、检测手段的 同时,大胆吸收和引进航空航 天等领域经实践效果比较好的定 位、检测手段。根据以上原则,在吸收 成熟的轮轨交通定位技术经验基础上,结合德国已有磁悬 浮交通 定位技术方案,提出我国建设 磁悬浮 交通系统的列车定 位实施方案的设想如下。?“信标?极距检测”法目前,德国高 速磁 悬浮交 通的列车定位、测速是采用信标与极距检测相结合的方式 ?如图? ?。这种方法 与轮轨 交通 中用应 答器和车 轮测速相结合定 位、测速的方 法 相类 似,在线路的特 定 位 置上固定 设置信标,作为绝对 地理位置 标识?在 相

14、邻两个信标之 间,通过 检测同步电动机定子绕组的极距作为列车相对位置标识。信标和定 子绕组 极 距检测的适用 速 度 达 到磁 悬浮最高时速 要求的 标 准。当发生极 距漏检和速度计算误差时,位置信息可以在信标处得 到修正?当在第?个信标未检测 到信息 时,继续通过检测 极距计算 位 置信息,在第?十? ?个信标处对位 置信息修正。?我国高速磁悬浮交通列车定位方案探讨与轮轨交通 相比,高速磁悬 浮交通 的特殊边 界条件对其列车定位技术提 出了新 的要求闭。例如,磁悬 浮不是通 过车轮前进,用车轮转速获取列车运行里程的方法显 然无法实现,故 必须选用 无线信息传输作 为车一地之间 的信息通 道?

15、又如,磁悬浮列车运行速 度很 高,接口也很 复 杂,要 同驱 动、悬 浮、制 动、导 向、地面供电、车载供电等子系统接口,对列车 定位技术的安全性、精确性和及时性 提 出了更高的要求。根据高速磁悬浮交 通的技术特点,在制订其定信标? ?信标?列车所在位呈?一极距?图?信标和极距检测结合对列车定位列 车 两端各 装设 移 动通信站与沿线分布 的无线基站以双工方式进行通 信,实现车一地 通信。列车检测到 的位置信息经此信息通道传输到地 面后,作为列车运行指挥中心以及分中心进行列车控制的依据?如果由于故障列车位置信息未被 受到,列?车运行指挥分中心就会切 断该列车所在区段的驱动电源,列车以制动方式或

16、惰行方式在危险点以外停下,符合安全一故障原则。? ?玲定位法?“? ? ?巴?伪即血 雷达测速”法这种方案用? ? ?作为列车绝对定位标识,并用多普勒雷达 测速求取列车相对位置 的方式,来取代?节中的信标和极距检测。这种方式在前 面已经论述 过,这里只说明一下 它的可行性。? ? ? ?在欧洲已经广泛适用,积累了丰富的实践经验,并且? ? !? ? ?公司 的? ?型?发短码时的适用范围已经达到?加七可? ?由? ? ?生产的?凡刃?型? ? 雷达可以适用于?一以刃 拓?的列 车 测速。这种产品在德国? ?高速列车上已经 采 用,并且在 上 海也有合资公司。其产品测 速 误 差 在?以下。将?

17、 ? ?和伪?坛雷达结合起来,完全具有应 用 于?加拓可?以下高速磁悬浮交通线路的能力。在我国地域开 阔 的平原、沙 漠等地带,适用?巧方法定位,与前两种方法相比,?玲法具有节省投资、维护方便等优点。?巧定位只需在列车两端安装?玲 接收 机就可以实现列车定位,不 用在 沿线布置大量信标或应答器,也省去了维护这些装置 的费用。用? ?玲法实现 列车定位在轮轨交通 中已经有了充分的实践经验。这 种 定位是一种连续高精度的定位,定位精度也完全满足高速磁悬浮列车的需 要。在磁悬 浮交通中没有地面信号,所以在轮轨交通中采用的定位手段在这 里并不 可行。笔者的观点是?采用在 列车 上 安装? ? ?测 速

18、雷达和长距离间 隔应答器的方法作为辅助信号,一旦?玲系统故障,保障磁 悬 浮 在降低 效率的状态 下 安全运行。参考文献吴汉麒?国外铁路信号新技术?北京?中国铁道出版社,? ? ?汪希时?铁路信号发展新纪元基于通信技术的列车控制系统?见?铁道 工程建设科技动态报 告文集?铁路通信信号工程分册 ?,铁路通信 信号工程科技信息中心,?以? ?吴汉麒?高速磁悬浮交通的运行安全与指挥系统?见?铁道工程建设科技 动态报告文集?铁路通信信号工程分册,铁路通信信号工程科技信息中心,? !? ? !? ? ?恤? ? ? ! 帕】 峨罗? ? 心? ?翻弱肠侧璐?几“孙脆俄叼?恤? ? ? 剧? ?卯? ?如

19、? ?玩肠? ?公助咖忱动吧山记 ?川切?,介咱? ?垃?,?皿必?以刃? ?加。习? ?止? ? ? 丘? ? ?咖? 冶? ? ? ? ? ? ? ? ? ?魄? ? ? ? ?。阳?七? ? ? ? ? ? ? ?,朋? ?双刁? ? ? ? ? ?耐? ? ? ? ? ? ! # ?%哈e s i n do姗s t ica n d in t emat ion以而腼ya n dt n叮旧i ti nt h isPap er.Ont h eb a siso ft h is,w ed is cu s。山att hep ol lc yo f画n】x刀i t io浏n gt e cl molo群o fo urh ig h一 sp ee de dn料g ne t i以I l lyle vi t at e dt r af f ic.K灼用阳nl st l ai nr阴i t io n in gt e ch nol卿,面1训叮阴dt.压 n sit,h ig h”伴曰司m哪笋et i ca l l rle v it at司tr a f f i。(收稿日期:2( X X )一1 2一2 8)