城軌列車定位技術

城市軌道交通信號城軌列車定位技術前言城市軌道交通車站間距近、列車運行密度高、安全性要求高。列車自動控制系統(tǒng)需要實時了解列車在線路中的準確位置。列車定位技術作為軌道交通列控系統(tǒng)中的一項關鍵技術,為列控系統(tǒng)進行實時控制提供可靠的實時速度和位置,聯(lián)鎖系統(tǒng)和列車自動防護系統(tǒng)根據(jù)列車的實時速度和位置信息進行運行間隔控制和移動授權，保證列車運行的安全追蹤間隔，車載信號設備獲得列車的位置和速度信息，根據(jù)速度－模式曲線進行控制和優(yōu)化，防止列車超速以及實現(xiàn)到站精確定位。1）軌旁定位技術：軌道電路定位信標（應答器）定位測速定位電纜環(huán)線定位技術裂縫波導定位技術GPS定位技術無線擴頻通信定位技術2）車載定位技術：編碼里程計軌道電路定位軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導體，并用引接線連接信號發(fā)送、接收設備所構成的電氣回路。軌道電路有機械絕緣和電氣絕緣兩種類型。采用機械絕緣的軌道電路,需切斷鋼軌,安裝軌道絕緣節(jié),這對使用長鋼軌線路妨礙很大,不僅需經(jīng)常維修,還降低了安全性。采用電氣絕緣,則無需切斷鋼軌,目前城市軌道交通系統(tǒng)中,普遍采用“S棒”進行電氣隔離的數(shù)字音頻軌道電路。其電氣絕緣節(jié)由S棒和軌旁盒內的調諧單元組成。軌道電路定位數(shù)字軌道電路中,全部有源器件都集中在控制室內,室外設備僅包括由電容、線圈等組成的調諧盒及軌間的S型聯(lián)接導線。調諧盒中有發(fā)射與接收線圈。數(shù)字軌道電路的發(fā)射單元以差分模式向另一端通過鐵軌傳輸一個調制信號,在軌道電路的另一端提取這個信號。接收的信息和傳送的信息經(jīng)逐位比較確認相同時,完成對接收信息的驗證,判斷鋼軌和軌道電路的工作狀態(tài)。當軌道電路內有車占用時,由于列車車軸的分路作用,接收端檢測出信號電平的變化,從而判斷出有車到達該軌道電路。信標（應答器）定位地面應答器與車載ATP設備，軌旁電子單元配合使用來實現(xiàn)列車定位。地面應答器主要分為有源和無源兩種。當列車通過時，地面應答器與車載相應設備對準，實現(xiàn)信息傳遞。城軌多為無源信標。它可以用作連續(xù)式列車速度自動控制系統(tǒng)的列車精確定位設備，也可以用作點式列車速度自動控制系統(tǒng)的列車檢測、定位輔助設備。測速定位在軌道電路定位法和計軸器定位法中，車在區(qū)間的始端還是終端是無法判斷的，對列車定位時的最大誤差就是一個區(qū)段的長度。為了得到較為準確的位置信息，在計算具體位置信息時通常要引入列車的即時速度信息。引人測速信息后大大減小了定位的誤差。目前使用較多的列車測速一般是：通過測量車輪轉速，然后將車輪轉速換算為列車直線速度。以及雷達測速等電纜環(huán)線定位技術在兩根鋼軌之間敷設交叉感應回線：一條線固定在軌道中央的道床上，另一條線固定在鋼軌的頸部下方，它們每隔一定距離作交叉，中央回線就像一個天線。當列車駛過一個交叉點時，利用信號極性的變化引發(fā)地址碼加l，由機車控制中心，根據(jù)地址碼計算出列車的地理位置，并對從列車轉速轉化的里程記錄進行誤差修正。由于感應回線是列車與地面之間的信息通道，利用極性交叉這種方法一方面可實現(xiàn)列車的定位，另一方面也起到了抗牽引電流干擾的作用。裂縫波導定位技術裂縫波導是52.5mm×105mm×2mm中空的鋁質矩形方管,在其頂部每隔60mm開有窄縫,采用2.715GHz的連續(xù)波頻率通過裂縫耦合出不均勻的場強,對連續(xù)波的場強進行采集和處理,并通過計數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù),從而計算出列車走行的距離,確定列車在線路中的位置。GPS定位技術GPS系統(tǒng)主要有GPS導航衛(wèi)星、地面的監(jiān)控監(jiān)測站以及GPS衛(wèi)星接收機組成。利用GPS實現(xiàn)列車定位,優(yōu)點是設備簡單、成本低、體積小、維護方便;缺點是目前運動定位精度遠低于靜止定位精度,當可捕獲衛(wèi)星的數(shù)目少于4顆，將導致定位精度顯著下降，甚至無法應用。在并行線路上易發(fā)生認錯股道的現(xiàn)象,在周圍阻擋物多的地方(例如城市、樹林、山區(qū)等)列車的定位精度受到影響,在隧道等區(qū)段存在定位盲區(qū),并且易受到美國衛(wèi)星政策的影響。無線擴頻通信定位技術利用無線擴展頻譜通信技術確定列車在線路中的位置。利用車站、軌旁和列車上的擴頻電臺;一方面通過這些電臺在列車與軌旁控制室之間傳遞安全信息,另一方面也利用它們對列車進行定位。軌旁電臺的位置是固定不變的,并經(jīng)過精確測量。所有的電臺都由同步時鐘精確同步。軌旁計算機或車載計算機利用不同電臺傳輸信息的時間延時可以精確計算出列車的位置。編碼里程計編碼里程計是ATP/ATO用來測量列車位移，推算速度和加速度。通過測量列車車輪在兩個連續(xù)周期的角位移實現(xiàn)上述測量。為了執(zhí)行這項工作，編碼里程計設置在列車車軸的尾部。一個機械連續(xù)允許一個內部圓盤與列車車軸的相同速度轉動。這一連續(xù)補償可能的對準精度。在內部的圓盤上有一些孔；孔的出現(xiàn)可以被一個由一光電耦合管組成的光設備所讀取。這些耦合器被稱為傳感器。一共有兩組孔：時鐘脈沖孔和編碼孔。編碼里程計

在每個圓盤上的一個圈上有100個時鐘脈沖孔。在時鐘脈沖孔上，有兩個傳感器(C1和C2)可以檢測出旋轉方向和孔的移動。另一個傳感器(C3)的布置是這樣的：在任何時候至少其中有一個傳感器處于通的狀態(tài)而且至少有一個傳感器處于不通的狀態(tài)。這樣安排可測試傳感器的正常工作。在編碼孔上,傳感器C4記錄在其通過狀態(tài)時的實際時鐘孔的數(shù)量。連續(xù)的這些數(shù)目構成一個假隨機順序。對每個時鐘孔使用這些數(shù)字，從1到100，我們可以對每個運行方向關聯(lián)一個編碼值。編碼里程計

在每個周期里對時鐘孔數(shù)量進行計數(shù)，同時在編碼孔傳感器處于通狀態(tài)時讀取時鐘孔數(shù)量。根據(jù)時鐘孔的數(shù)目作索引查出的記錄值與讀取順序作比較。這種比較允許檢測所有不論何種原因造成的計數(shù)錯誤。該處理允許列車位移測量的精確度好于3cm。當在三個周期里沒有位移被測出，