城市軌道交通智能控制系統(tǒng)第三次作業(yè).ppt

城市軌道交通 第三次作業(yè) CHENGSHIGUIDAOJIAOTONG 制作 電車二班2010 xxxx文xx Page2 目錄 測速原理及技術 01 速度控制 02 列車定位 04 CBTC 05 06 閉塞技術 03 Page3 一 測速原理及技術 城市規(guī)帶交通中的列車速度信息在ATC系統(tǒng)中具有重要的地位 對列車的控制需要檢測列車的速度 并由即時速度測算出列車位置 將這些信息匯集到控制中心 控制中心根據(jù)線路上列車流量的情況 生成對車流中各列車和地面設備的控制命令 店面設備接收到控制命令后完成相應操作 列車更根據(jù)控制命令 結合列車的速度信息 位置信息 線路地理以及列車狀況等信息 對列車上的各種設備進行具體的控制 由此可見 幾乎所有的ATC功能的實現(xiàn)都需要列的速度信息的支撐 Page4 測速發(fā)電機測速 在車輪外側安裝測速發(fā)電機 發(fā)電機所產生的交流電壓的頻率與列車速度 主輪的速度 成正比 經過頻率 電壓的變換 把列車的實際運行速度變化為電壓 脈沖測速傳感器測速 在軸承蓋上安裝脈沖傳感器 車輪每轉一周 傳感器輸出一定數(shù)量的脈沖或方波信號 對輸出信號計數(shù)測出脈沖或方波的頻率 便可換算得出列車的運行速度 多普勒雷達測速 在車頭位置安裝多普勒雷達 雷達向地面發(fā)射一定頻率的信號 并檢測反射回來的信號 由信號之間的頻率差便可以計算出列車運行方向和運行速度 常用的列車測速方法有 測速發(fā)電機測速 脈沖速度傳感器測速 多普勒雷達測速 Page5 1 測速發(fā)電機測速 輸出電動勢與轉速成比例的微型電機 測速發(fā)電機的繞組和磁路經精確設計 其輸出電動勢E和轉速n成線性關系 即E kn 其中k是常數(shù) 改變旋轉方向時輸出電動勢的極性即相應改變 當被測機構與測速發(fā)電機同軸聯(lián)接時 只要檢測出輸出電動勢 即能獲得被測機構的轉速 故又稱速度傳感器 測速發(fā)電機廣泛應用于各種速度或位置控制系統(tǒng) 測速發(fā)電機是速度信號電機的代表 其工作原理實質上是一種將轉速變換為電信號的機電磁元件 其輸出電壓與轉速成正比 從工作原理上講 它屬于 發(fā)電機 的范疇 Page6 現(xiàn)代的列車控制功能需要監(jiān)督列車的速度和確定列車與參考點的距離 同時應提供有用的與列車加速度 速度 車軸旋轉方向有關的數(shù)據(jù) 因此 電子測速電機得到了使用 它安裝在車軸上 快速的檢測轉速 數(shù) 分 的變化和旋轉的方向 測速電機給ATP功能提供輸入信息 該信息對于計算列車的速度 距離 方向信息和保證列車安全都是必需的 每個駕駛室 車載計算機單元配置一個測速電機 也就是說每列車需要裝備兩個測速電機 Page7 測速發(fā)電機安裝在車輪外側 發(fā)電機所產生的交流電壓的頻率與列車速度 主輪的速度 成正比 經過頻率 電壓的變換 把列車的實際運行速度變化為電壓 測速發(fā)電機所產生的頻率與機車速度之間的關系是 所以由測速發(fā)電機頻率可得機車速度 式中f 測速發(fā)電機產生的頻率 Hz V 列車速度 km h D 車輪直徑 mZ 發(fā)電機的齒數(shù) Page8 為了確保發(fā)電機線圈斷線的故障 安全 在頻率變換電路中使機車速度為零時也產生一定的頻率 這樣就可以區(qū)分機車速度為零還是故障 當頻率為零時 或某頻率以下 設備就可以報警或自動停車 頻率 電壓變換電路的原理如下圖所示 在速度增長時 即交流信號增大 這時多諧振蕩器為發(fā)射極耦合觸發(fā)器 其輸出與測速發(fā)電機同步 當列車速度低于一定值 近似為零 時 電路由射極耦合觸發(fā)器變?yōu)樽约ざ嘀C振蕩器 車輪直徑越大輸出速度電壓頻率越低 反之越高 因此需設置一個車輪直徑補償電路 已消除不同直徑的車輪所產生的差異 Page9 2 脈沖速度傳感器測速 在軸承蓋上安裝脈沖傳感器 車輪每轉一周 傳感器輸出一定數(shù)量的脈沖或方波信號 對輸出信號計數(shù)測出脈沖或方波的頻率 便可換算得出列車的運行速度 采用霍爾效應原理實現(xiàn)的一種測速方法 其基本原理是對車輪旋轉計數(shù) Page10 脈沖速度傳感器的基本原理是對車輪旋轉計數(shù) 因此需在軸承蓋上安裝信號發(fā)生器 車輪每轉一周 發(fā)生器輸出一定數(shù)量的脈沖或方波信號 對信號發(fā)生器輸出信號計數(shù) 測出脈沖或方波的頻率即可得出列車運行速度 V 列車實際運行速度 km hD 機車輪徑N 脈沖速度傳感器車輪每轉1圈的脈沖數(shù)f 測出的傳感器輸出的脈沖頻率 Page11 霍爾脈沖速度傳感器由鋁盤和霍爾傳感器探頭組成 鋁盤外緣有規(guī)則粘接了若干磁鋼片 鋁盤安裝在機車動輪軸頭的頂端 傳感器探頭安裝在軸箱蓋上 據(jù)采用的霍爾元件不同 一個探頭可以輸出一路或兩路速度信號 霍爾脈沖傳感器是采用霍爾效應原理測量轉速的 當磁鋼片在霍爾元件下方時 霍爾元件可以探測到霍爾電勢 不在下方時就無霍爾電勢 當鋁盤轉動時 霍爾元件就會產生與鋁盤轉速成正比的霍爾電勢脈沖 通過對比脈沖分析計算就可測得鋁盤轉速 霍爾傳感器示意圖 Page12 3 多普勒雷達測速 多普勒雷達測速裝置 該方法利用多普勒效應測量列車的運行速度 在車頭位置安裝多普勒雷達 雷達向地面發(fā)送一定頻率的信號 并檢測反射回來的信號 由于列車的運動會產生多普勒效應 所以檢測的信號頻率與發(fā)射的信號頻率是不完全相同的 如果列車在前進狀態(tài) 反射的信號頻率高于發(fā)射信號頻率 反之 則低于發(fā)射信號頻率 而且 列車的運行速度越快 兩個信號之間的頻率差越大 通過測量兩個信號之間的頻率差就可以獲取列車的運行方向和即時運行速度 多普勒效應 物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產生變化 在運動的波源前面 波被壓縮 波長變得較短 頻率變得較高 藍移blueshift 當運動在波源后面時 會產生相反的效應 波長變得較長 頻率變得較低 紅移redshift 波源的速度越高 所產生的效應越大 根據(jù)波紅 藍 移的程度 可以計算出波源循著觀測方向運動的速 Page13 雷達傳感器和測速電機一起用于速度和距離的測量 通過使用雷達傳感器 可以提高速度測量的精度 如將F 24 125GHz微波輻射到軌道 然后經過反射后被雷達傳感器檢測到 根據(jù)多普勒效應 將會發(fā)生隨列車速度變化的頻率漂移 由此檢測實際列車速度和行駛距離 并且不受車輪空轉 打滑的影響 多普勒雷達測速方法對于列車測速的精度和頻率要求都比較高 采用此種方法的設備相對于采用脈沖速度傳感器方法的較為復雜 如果地面不平導致電波的散射較厲害時 測量難度會加大 但它的優(yōu)點在于克服了車輪磨損 空轉 滑行等造成的誤差 可以連續(xù)測速 Page14 二 速度控制 速度控制模式 在城市軌道交通領域中 列車運行自動控制系統(tǒng)主要是依靠控制列車運行的速度來實現(xiàn)的 其特點是列車從地面獲取信息和命令 控制列車運行 確保在安全的前提下實現(xiàn)最小列車運行間隔 從列車速度控制方式的角度 列車運行自動控制系統(tǒng)可分為階梯式控制和速度 距離模式曲線控制兩種 階梯式控制分超前式和滯后式兩種 速度 距離模式曲線控制分分段曲線控制和目標 距離控制 Page15 1 階梯式控制模式 階梯式控制模式是按照制動性能最差列車安全制動距離要求 以一定的速度等級將軌道劃分成若干固定區(qū)段 一旦這種劃分完成 每一列車無論其制動性能如何 其最小追蹤距離至于其運行速度 區(qū)段劃分有關 對于制動性能好的列車其運力將得不到充分的發(fā)揮 所以 這種速度控制模式一般用在運量不大 運行速度不高的固定閉塞線路 如 日本新干線ATC和法國TVM 300就分別用的這種模式中的超前式控制和滯后式控制 Page16 2 速度 距離模式曲線控制 在速度 距離模式曲線控制中 列控地面設備向車載設備傳送目標 線路參數(shù) 限制信息等信息 列控車載設備依據(jù)列車制動模型實際計算當前最大允許速度 并與列車運行比較 實時監(jiān)控列車運行速度 由于車載設備按本車實際性能實時計算控制模式曲線 可以根據(jù)列車實際性能自行控制其追蹤間隔 使各個列車的性能得到充分的發(fā)揮 其中的曲線式分級速度控制模式只適用于運行一種性能列車的情況 而對中 高速混跑運行的線路 如果列車制動性能相差較大 采用這種模式要想達到較高的通過能力是比較困難的 法國TVM 430列車控制系統(tǒng)就是采用這種控制模式 目標 距離控制模式適用于各種不同性能列車和不同運行速度的混合線路 Page17 超前速度控制模式 超前速度控制模式示意圖 Page18 滯后速度控制模式 滯后速度控制模式示意圖 Page19 目標 距離模式曲線控制方式 目標 距離模式曲線控制方式 Page20 三 閉塞技術 列車運行自動控制系統(tǒng)是依靠控制列車運行速度的方式來保證列車按照空間間隔制運行的 運行列車間必須保持的空間間隔首先是滿足制動距離的需要 同時還要考慮適當?shù)陌踩嗔亢痛_認信號時間內的運行距離 列車間的追蹤運行間隔越小 運輸能力就越大 由此可見 閉塞技術是解決縮小列車運行間隔提高線路的運輸效率并保證列車安全運行的問題 目前用于城市軌道交通系統(tǒng)的閉塞方式有三種 固定閉塞 準移動閉塞和移動閉塞 Page21 固定閉塞 由于以固定的閉塞分區(qū)為單位作為追蹤列車間的安全間隔 現(xiàn)已不適合城市軌道交通發(fā)展的要求 準移動閉塞 閉塞分區(qū)是用軌道電路或計軸裝置來劃分的 它具有列車定位和占用軌道的檢查功能 在城市軌道交通中使用較普遍 移動閉塞 代表目前閉塞技術的發(fā)展方向 正在發(fā)展完善之中 在我國城市軌道交通系統(tǒng)中已有應用 如武漢輕軌一期 廣州地鐵3號線 北京地鐵10號線等 Page22 移動閉塞 準移動閉塞與固定閉塞比較 Page23 Page24 移動閉塞技術的優(yōu)勢 基于通信的移動閉塞列車控制技術是發(fā)展方向 代表了國際最先進水平 可實現(xiàn)雙向 連續(xù)通信 且信息量大 進一步縮短行車間隔 提高載客量 可以節(jié)省基建投資 短車 高密度 短站臺 最大限度減少不必要的制動 平衡全線加速 或減速 停站時間等 實現(xiàn)節(jié)能 支持無人駕駛 可靠性高 通過對三種閉塞制式的比較 可以看出相比其他兩種閉塞形式移動閉塞具有諸多優(yōu)點 隨著社會經濟的不斷發(fā)展和生產規(guī)模的不斷擴大 軌道交通所承擔的運輸任務也將不斷加大 這要求在軌道交通運行控制中不斷縮小行車間隔 提高運行速度 以達到提升運輸能力的目的 由此必然需要更安全有效的線路閉塞技術 移動閉塞具有諸多優(yōu)點 可以在保證行車安全的基礎上使線路運輸能力得到很大的提升 所以 在閉塞技術中移動閉塞是目前主要的發(fā)展方向 Page25 移動閉塞主要技術特征 線路沒有被固定劃分的閉塞分區(qū) 列車間的間隔是動態(tài)的 并隨前一列車的移動而移動 該間隔是按后續(xù)列車在當前速度下的所需制動距離 加上安全余量計算和控制的 確保不追尾 采用速度 目標距離控制模式 一次控制模式 制動的起始和終點是動態(tài)的 后行列車從最高速開始制動的計算點是根據(jù)目標距離 目標速度及列車本身的性能計算決定的 目標點是前行列車的尾部 與前行列車的走行和速度有關 是隨時變化的 軌旁設備的數(shù)量與列車運行間隔關系不大 Page26 移動閉塞基本原理 移動閉塞系統(tǒng)中列車和軌旁設備必須保持連續(xù)的雙向通信 列車不間斷地向軌旁控制器傳輸其標識 位置 方向和速度 軌旁控制器根據(jù)來自列車的信息計算 確定列車安全行車間隔 并將相關信息 如先行列車位置 移動授權等 傳遞給列車 控制列車運行 基于移動閉塞的ATC系統(tǒng)通過車 地之間雙向 連續(xù) 高效的信息通道 使車載信號設備的信息能夠和地面軌旁設備信息進行交換 從而有效地確定列車位置 并計算出前后列車間的相對距離 列車間隔是按后續(xù)列車在當前速度下所需的制動距離 加上設定的安全距離計算和控制的 最終確定前后列車的安全追蹤間隔 列車定位 列車位置報告 軌道空閑檢測及車 地雙向通信是實現(xiàn)移動閉塞技術的基礎 列車追蹤是一個軌旁的安全功能 該功能根據(jù)列車的位置報告 計算線路可變空閑狀態(tài) 為移動授權提供依據(jù) Page27 移動閉塞的基本原理 列車定位 列車位置報告 軌道空閑檢測及車 地雙向通信是實現(xiàn)移動閉塞技術的基礎 列車追蹤是一個軌旁的安全功能 該功能根據(jù)列車的位置報告 計算線路可變空閑狀態(tài) 為移動授權提供依據(jù) 移動閉塞速度控制曲線示意圖 移動閉塞系統(tǒng)的速度曲線是連續(xù)的 不是階梯形的 因為系統(tǒng)信息傳遞不依靠軌道電路 線路不用被固定劃分成閉塞分區(qū) 列車間的間隔是動態(tài)的 并隨著前一列車的移動而移動 制動的起始點和終點是動態(tài)的 列車間隔確保不追尾 Page28 移動閉塞列車定位 列車定位是移動閉塞的基礎 要實現(xiàn)閉塞區(qū)間的動態(tài)移動 首先必須實時 準確地掌握列車的位置信息 確定列車間的相對距離 系統(tǒng)不斷地將該距離與所要求的運行間隔距離相比較 確定列車的安全運行速度 可以說 沒有準確的列車定位 就沒有移動閉塞 1 軌道電路或輪軸傳感器2 應答器 里程標 3 衛(wèi)星定位 GPS 4 無線定位5 環(huán)線 交叉 定位6 輔之以車載測速計程 Page29 四 列車定位 列車位置信息在列車自動控制技術中具有重要的地位 幾乎每個子功能的實現(xiàn)都需要列車的位置信息作為參數(shù)之一 所以說列車定位是列車控制系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié) 使得調度指揮和行車控制一體化新的綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能 更加有效地提高行車效率和安全度 目前 在世界各國軌道交通列車自動控制系統(tǒng)中使用的列車定位方式主要有軌道電路定位 計軸器定位 測速定位 查詢 應答器定位 交叉感應回線定位 衛(wèi)星定位 包括GPS定位和GNSS定位 擴頻無線電定位 慣性定位 信標 極距定位等種類 Page30 列車位置信息在列車自動控制技術中具有重要的地位 幾乎每個子功能的實現(xiàn)都需要列車的位置信息作為參數(shù)之一 列車定位是列控系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié) 為保證安全列車間隔提供依據(jù) 為列車自動防護 ATP 子系統(tǒng)提供準確位置信息 作為列車計算速度曲線 列車在車站停車后打開車門以及站內屏蔽門的依據(jù) 為列車自動運行 ATO 子系統(tǒng)提供列車精確位置信息 作為實施速度自動控制的主要參數(shù) 為列車自動監(jiān)控 ATS 子系統(tǒng)提供列車位置信息 作為顯示列車運行狀態(tài)的基礎信息 Page31 1 軌道電路定位 在線路設計時 根據(jù)用戶對列車運行密度的要求 將整個線路用S棒分割成若干個軌道區(qū)段 并對所有軌道區(qū)段進行統(tǒng)一編號 對線路地形及線路設備進行數(shù)字化描述后形成線路地圖 儲存在軌旁和 或車載計算機中 對軌道電路占用狀態(tài)的連續(xù)跟蹤 就實現(xiàn)了對列車在線路中所處位置的連續(xù)跟蹤 Page32 軌道電路定位的特點 優(yōu)點 1 軌道電路原理簡單 安全性較高 既可以實現(xiàn)列車定位 又可以檢測軌道的完好情況 滿足故障 安全原則 2 軌道電路采用列車的運行軌道 鋼軌作為列車定位的信息傳輸通道 這個通道同時又可以作為列車ATC信息傳輸?shù)耐ǖ?節(jié)省了大量設備 具有較高的性價比 3 技術成熟 軌道電路是目前使用最多 使用時間最長的列車定位方法 經過幾十年的發(fā)展 積累了豐富的施工 維護經驗 4 地理環(huán)境適應性強 在隧道 地下都可以使用該方法 5 適用速度范圍寬 無論高速還是低速均可使用該方法 缺點 1 定位誤差大 由它所實現(xiàn)的定位是以軌道電路長度 作為最小定位單元 車在區(qū)段的始端還是終端是無法判斷的 在需要對列車實施精確控制的場合 必須輔之以其他的列車定位方式 如測速定位 設置信標等 2 傳輸距離有限 軌道電路的電氣特性是與傳輸?shù)男畔㈩l率相關的 頻率越高 傳輸衰耗越大 信息傳輸距離越短 3 設備維護量大 繼電器使用壽命有限 平均為1萬次左右 因此維護費用較大 為了保證軌道電路的良好電氣特性 需要經常進行測試與調整 Page33 2 計軸定位 計軸技術是以計算機為核心 輔以外部設備 利用統(tǒng)計車輛軸數(shù)來檢測相應軌道區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的技術 Page34 計軸系統(tǒng)工作原理 電子計軸器列車定位系統(tǒng)主要包括室內和室外兩部分 室內部分包括信號處理電路和計數(shù)器處理電路 室外部分主要包括地面?zhèn)鞲衅?電纜盒 傳輸電纜等 計軸點是計軸系統(tǒng)的車輪識別點 它位于軌道區(qū)段分界點處 裝在這個位置上的傳感元件 軌旁設備 電纜接線盒組成一個功能單元 稱為計數(shù)點 因車輪作用而在計數(shù)點中形成的脈沖或信號經由區(qū)間電纜傳送至位于控制中心計數(shù)單元 通過對區(qū)段兩端傳感器計數(shù)值的比較就可以得到占用情況并判斷出列車的位置 就其功能而言 電子計軸器是與軌道電路相同 電子計軸器本身不具備向列車傳輸信息的通道 機車上要獲取位置信息必須要另外增加信道 Page35 計軸定位特點 計軸定位技術的關鍵在于車輪識別點 計軸點 的可靠工作 要求車輪識別點能夠適應列車高速運行的機械應力 牽引電流 磁軌制動造成的電磁干擾等 計軸定位繼承了軌道電路定位的很多特點 和前述的軌道電路法一樣 這種方法的定位安全性較高 精度較差 通常也需與測速裝置結合起來使用 由于不依賴于軌道電路 對環(huán)境的適應性更強 維護量相對較小 但不能作為車 地通信的通道 也無法檢測斷軌故障 Page36 3 查詢 應答器列車定位 基于應答 查詢器的定位方法也是廣泛采用的列車定位方式 它可以點式地給出列車定位信息 Page37 查詢應答器工作原理 在地面應答器內存儲地理位置信息 機車上的查詢器經過耦合以后 就可以得到列車的精確位置 顯然 為了準確定位就必須大量設置地面應答器 采用應答器定位技術的信息傳遞是間斷的 即當列車從一個信息點獲得地面信息后 要到下一個信息點才能更新信息 若期間地面情況發(fā)生變化 就無法立即將變化的信息實時傳遞給列車 因此 應答器定位技術往往作為其他定位技術的補充手段 如與測速設備配合 用地面應答器來校準因測速設備產生的累積誤差 Page38 查詢應答器定位的特點 可以提供準確的初始位置信息 精度是可以調節(jié)的 根據(jù)不同的精度需要安裝應答器 但是精度的提高是以犧牲成本為代價的 維護量大 沿線分布大量的應答器 需要大量的人工 且不便于設備的維護保養(yǎng)和線路的養(yǎng)護 查詢應答器既可以實現(xiàn)列車定位 也可以作為點式信息傳輸?shù)耐ǖ?提供車 地通信 Page39 4 測速定位 測速定位就是通過不斷測量列車的即時運行速度 對列車的即時速度進行積分 或求和 的方法得到列車的運行距離 由于測速定位獲取列車位置的方法是對列車運行速度進行積分或求和 故其誤差是累積的 而且測得的速度值誤差對最終距離值的誤差影響也非常直接 利用該種定位方法的關鍵在于兩點 速度測量的準確性和求位移算法的合理性 測速定位法總體來說屬于相對定位 它無法獲取列車的初始位置 要獲得列車的絕對位置僅僅依靠這種方法本身幾乎是不可能的 Page40 5 交叉感應回線定位 通常采用的方法是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 通過車載設備檢測環(huán)線內信號的相位變化 并對相位變化的次數(shù)進行計數(shù) 利用信號極性的變化引發(fā)地址碼加1 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 Page41 6 GPS定位 利用GPS實現(xiàn)列車定位已是一種比較成熟的技術 只要在列車兩端安裝GPS接收機和差分誤差信息接收器 接收多顆導航定位衛(wèi)星發(fā)送來的定位信息 就可以計算出自己確切的位置 從而通過導航衛(wèi)星實現(xiàn)列車的精確定位 衛(wèi)星發(fā)射出無線電信號 該信號包括載波信號 測距碼 待定位的物體 如列車 上的接收器可以同時接收四顆以上衛(wèi)星的信號 根據(jù)測定這些信號傳播的單程時間延遲或相位延遲 進而確定從觀測點至GPS衛(wèi)星間的距離 就可計算出觀測點位置 Page42 7 無線擴頻列車定位 擴展頻譜通信 SpreadSpectrumCommunication 簡稱擴頻通信 其特點是傳輸信息所用的帶寬遠大于信息本身帶寬 擴頻通信技術在發(fā)送端以擴頻編碼進行擴頻調制 在接收端以相關解調技術收信 這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性 抗干擾性能好 隱蔽性強 干擾小 易于實現(xiàn)碼分多址和抗多徑干擾 擴頻通信是以各用戶使用不同的擴頻編碼來共用同一頻率 采用擴頻通信多址方式的頻譜利用率高于采用頻分多址方式的頻譜利用率 而且擴頻碼分多址還易于解決增加新用戶的問題 在地面沿線路設置無線基站 無線基站不斷發(fā)射帶有其位置信息的擴頻信號 列車接收到由無線基站發(fā)送的擴頻信息后 求解列車與信息之間的時鐘差 并根據(jù)該時鐘差求出與無線基站之間的距離 同時接收3個以上無線基站的信息就可以求出列車的即時位置 可以看出 擴頻無線電定位與GPS定位原理幾乎完全一樣 只是將衛(wèi)星 挪 到了地面 由無線基站實現(xiàn)了GPS衛(wèi)星的功能 Page43 8 IPS列車定位 IPS是慣性列車定位系統(tǒng) InertialPositioningSystem 的英文簡寫 它根據(jù)牛頓力學定律 通過測量列車的加速度 將加速度進行一次積分后得到列車的運行速度 再進行一次積分即可得到列車的位置 包括經度 緯度和高度 從而實現(xiàn)了對列車的定位 IPS定位的顯著優(yōu)點是環(huán)境適應性強 它不受天氣 電磁場等影響 屬于一種高安全性的定位方式 它隨時可以采集列車的位置信息 連續(xù)采集 連續(xù)積分 在小范圍內其測量精度也較高 而且用該種方法獲取的信息種類較多 如列車的方向 位置 速度等 這種方法是一種相對定位方式 必須獲得列車的初始位置信息后方可得到列車的即時位置 與其他相對定位方式一樣 它也存在誤差積累的缺陷 所以 這種定位方式一般都是與其他定位方式 如查詢一應答器定位 GPS定位等結合起來使用 可以作為提高定位精度的手段或用來解決某些定位方法固有的缺陷 Page44 9 航位推算系統(tǒng)定位 航位推算系統(tǒng)定位 DeadReckoning 簡稱DR 該定位方法基于相對位置修正 由于列車的運動可以看作是在二維平面上的運動 因此如果已知車輛的起始點和初始航行角 通過實時測量和遞增積累列車的行駛距離和航向角的變化 就可以實時推算列車的位置 Page45 航位推算系統(tǒng)原理 航位推算系統(tǒng)由測量航向角的傳感器和測量距離的傳感器構成 典型的航位推算系統(tǒng)包括位移和航向傳感器 常用的位移傳感器有加速度計 里程計等 航向傳感器為陀螺 這些傳感器都稱為慣性傳感器 陀螺測得的是角速度 需積分得出角度 加速度計的情況也類似 需2次積分才得到位移 從成本 應用環(huán)境和現(xiàn)實條件等方面考慮 一般采用角速度陀螺和里程儀組成了航位推算系統(tǒng) 航位推算系統(tǒng)傳感設備能夠測量出正在行駛的車輛的運行距離 速度和方位 在短時間內這些傳感器的精度較高 但如果時間長就需采取措施 以避免累積誤差 Page46 10 地圖匹配定位 地圖匹配是一種基于軟件技術的定位修正方法 其基本思想是將列車定位軌跡與數(shù)字地圖中的道路網信息聯(lián)系起來 并由此確定列車相對于地圖的位置 地圖匹配技術的應用基于以下兩條假設 用于匹配的數(shù)字化地圖包含高精度的道路位置坐標 以及被定位列車正在道路上行駛 要得到精確的地圖匹配結果 下列三個基本要素必須加以考慮 距離要素 即當前估計位置到所匹配路段的距離應為最短 方向要素 即相鄰兩匹配位置的連線具有與對應估計位置連線最接近的方向 連通性要素 即如果前一時刻的匹配結果在某一路段 則當前時刻的匹配結果應在同一路段 Page47 地圖匹配定位原理 當上述條件滿足時 就可以把定位數(shù)據(jù)和列車運行軌跡同數(shù)字地圖中的道路位置信息相比較 通過適當?shù)哪Ｊ阶R別和匹配過程 確定出列車最可能的行駛路段以及列車在該路段中的最大可能位置 一般認為用于匹配的數(shù)字地圖誤差不應超過15m 由于陸地車輛在除進入停車場等地之外的絕大多數(shù)時間內都處于路網中 因此應用地圖匹配技術的條件是滿足的 采用地圖匹配技術不僅可以滿足導航功能的需要 還可以利用較高精度的道路信息來修正定位系統(tǒng)的誤差 從而使得系統(tǒng)性能得到改善 其精度取決于地圖的精度和地形的變化情況 Page48 五 CBTC CBTC是基于通信的列車控制系統(tǒng) 借助于先進的車 地無線通信技術 使得列車運行擺脫對傳統(tǒng)軌道電路的依賴 甚至可以突破新型數(shù)字軌道電路行車運行間隔的瓶頸 實現(xiàn)真正意義的移動閉塞 行車間隔大大縮減 增加系統(tǒng)在線實時性 從而提高運行與安全性 CBTC以列車與地面的傳輸信息方式來劃分 分無線 環(huán)線 漏纜及波導管等幾種 CBTC系統(tǒng)是一個連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng) 利用高精度的列車定位 不依賴軌道電路 實現(xiàn)雙向連續(xù) 大容量的車 地通信 能夠執(zhí)行ATP ATO ATS 常見的CBTC系統(tǒng)一般由車載設備 軌旁設備 通信網絡 控制中心組成 CBTC目前完全被國際上少數(shù)幾個公司壟斷 帶環(huán)線的CBTC技術最成熟的是阿爾卡特 無線CBTC技術最成熟的是龐巴迪 已有較好的開通業(yè)績 西門子 阿爾卡特號稱已有無線CBTC技術 但實際情況是 阿爾卡特剛開了一條獨軌 拉斯維加斯機場線無線CBTC系統(tǒng) 但問題較多 已停運 尚在完善之中 業(yè)主方有更換系統(tǒng)的意圖 阿爾卡特中標的上海地鐵8號線信號系統(tǒng)因故比原計劃推遲開通一年 西門子是兼并了法國馬特拉公司而擁有了CBTC技術 環(huán)線的CBTC已有業(yè)績 無線的CBTC至今尚未開通過一個 在紐約地鐵CBTC系統(tǒng)的改造中 進展不快 Page49 CBTC的特點 CBTC相比傳統(tǒng)的鐵路信號系統(tǒng)有著諸多特性 比如 1 以無線通信系統(tǒng)代替 減少電纜鋪設 軌旁設備 降低維護成本 2 可以實現(xiàn)車輛與