城軌列車定位技術(shù)

城市軌道交通信號(hào)城軌列車定位技術(shù)前言城市軌道交通車站間距近、列車運(yùn)行密度高、安全性要求高。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)了解列車在線路中的準(zhǔn)確位置。列車定位技術(shù)作為軌道交通列控系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),為列控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制提供可靠的實(shí)時(shí)速度和位置,聯(lián)鎖系統(tǒng)和列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)列車的實(shí)時(shí)速度和位置信息進(jìn)行運(yùn)行間隔控制和移動(dòng)授權(quán)，保證列車運(yùn)行的安全追蹤間隔，車載信號(hào)設(shè)備獲得列車的位置和速度信息，根據(jù)速度－模式曲線進(jìn)行控制和優(yōu)化，防止列車超速以及實(shí)現(xiàn)到站精確定位。1）軌旁定位技術(shù)：軌道電路定位信標(biāo)（應(yīng)答器）定位測速定位電纜環(huán)線定位技術(shù)裂縫波導(dǎo)定位技術(shù)GPS定位技術(shù)無線擴(kuò)頻通信定位技術(shù)2）車載定位技術(shù)：編碼里程計(jì)軌道電路定位軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導(dǎo)體，并用引接線連接信號(hào)發(fā)送、接收設(shè)備所構(gòu)成的電氣回路。軌道電路有機(jī)械絕緣和電氣絕緣兩種類型。采用機(jī)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(jìn)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(nèi)的調(diào)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(nèi),室外設(shè)備僅包括由電容、線圈等組成的調(diào)諧盒及軌間的S型聯(lián)接導(dǎo)線。調(diào)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(gè)調(diào)制信號(hào),在軌道電路的另一端提取這個(gè)信號(hào)。接收的信息和傳送的信息經(jīng)逐位比較確認(rèn)相同時(shí),完成對接收信息的驗(yàn)證,判斷鋼軌和軌道電路的工作狀態(tài)。當(dāng)軌道電路內(nèi)有車占用時(shí),由于列車車軸的分路作用,接收端檢測出信號(hào)電平的變化,從而判斷出有車到達(dá)該軌道電路。信標(biāo)（應(yīng)答器）定位地面應(yīng)答器與車載ATP設(shè)備，軌旁電子單元配合使用來實(shí)現(xiàn)列車定位。地面應(yīng)答器主要分為有源和無源兩種。當(dāng)列車通過時(shí)，地面應(yīng)答器與車載相應(yīng)設(shè)備對準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信息傳遞。城軌多為無源信標(biāo)。它可以用作連續(xù)式列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)的列車精確定位設(shè)備，也可以用作點(diǎn)式列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)的列車檢測、定位輔助設(shè)備。測速定位在軌道電路定位法和計(jì)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(shí)的最大誤差就是一個(gè)區(qū)段的長度。為了得到較為準(zhǔn)確的位置信息，在計(jì)算具體位置信息時(shí)通常要引入列車的即時(shí)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(zhuǎn)速，然后將車輪轉(zhuǎn)速換算為列車直線速度。以及雷達(dá)測速等電纜環(huán)線定位技術(shù)在兩根鋼軌之間敷設(shè)交叉感應(yīng)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(gè)天線。當(dāng)列車駛過一個(gè)交叉點(diǎn)時(shí)，利用信號(hào)極性的變化引發(fā)地址碼加l，由機(jī)車控制中心，根據(jù)地址碼計(jì)算出列車的地理位置，并對從列車轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化的里程記錄進(jìn)行誤差修正。由于感應(yīng)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(shí)現(xiàn)列車的定位，另一方面也起到了抗?fàn)恳娏鞲蓴_的作用。裂縫波導(dǎo)定位技術(shù)裂縫波導(dǎo)是52.5mm×105mm×2mm中空的鋁質(zhì)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(qiáng),對連續(xù)波的場強(qiáng)進(jìn)行采集和處理,并通過計(jì)數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù),從而計(jì)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(shù)GPS系統(tǒng)主要有GPS導(dǎo)航衛(wèi)星、地面的監(jiān)控監(jiān)測站以及GPS衛(wèi)星接收機(jī)組成。利用GPS實(shí)現(xiàn)列車定位,優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、成本低、體積小、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是目前運(yùn)動(dòng)定位精度遠(yuǎn)低于靜止定位精度,當(dāng)可捕獲衛(wèi)星的數(shù)目少于4顆，將導(dǎo)致定位精度顯著下降，甚至無法應(yīng)用。在并行線路上易發(fā)生認(rèn)錯(cuò)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(kuò)頻通信定位技術(shù)利用無線擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)確定列車在線路中的位置。利用車站、軌旁和列車上的擴(kuò)頻電臺(tái);一方面通過這些電臺(tái)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(jìn)行定位。軌旁電臺(tái)的位置是固定不變的,并經(jīng)過精確測量。所有的電臺(tái)都由同步時(shí)鐘精確同步。軌旁計(jì)算機(jī)或車載計(jì)算機(jī)利用不同電臺(tái)傳輸信息的時(shí)間延時(shí)可以精確計(jì)算出列車的位置。編碼里程計(jì)編碼里程計(jì)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(gè)連續(xù)周期的角位移實(shí)現(xiàn)上述測量。為了執(zhí)行這項(xiàng)工作，編碼里程計(jì)設(shè)置在列車車軸的尾部。一個(gè)機(jī)械連續(xù)允許一個(gè)內(nèi)部圓盤與列車車軸的相同速度轉(zhuǎn)動(dòng)。這一連續(xù)補(bǔ)償可能的對準(zhǔn)精度。在內(nèi)部的圓盤上有一些孔；孔的出現(xiàn)可以被一個(gè)由一光電耦合管組成的光設(shè)備所讀取。這些耦合器被稱為傳感器。一共有兩組孔：時(shí)鐘脈沖孔和編碼孔。編碼里程計(jì)

在每個(gè)圓盤上的一個(gè)圈上有100個(gè)時(shí)鐘脈沖孔。在時(shí)鐘脈沖孔上，有兩個(gè)傳感器(C1和C2)可以檢測出旋轉(zhuǎn)方向和孔的移動(dòng)。另一個(gè)傳感器(C3)的布置是這樣的：在任何時(shí)候至少其中有一個(gè)傳感器處于通的狀態(tài)而且至少有一個(gè)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(shí)的實(shí)際時(shí)鐘孔的數(shù)量。連續(xù)的這些數(shù)目構(gòu)成一個(gè)假隨機(jī)順序。對每個(gè)時(shí)鐘孔使用這些數(shù)字，從1到100，我們可以對每個(gè)運(yùn)行方向關(guān)聯(lián)一個(gè)編碼值。編碼里程計(jì)

在每個(gè)周期里對時(shí)鐘孔數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)在編碼孔傳感器處于通狀態(tài)時(shí)讀取時(shí)鐘孔數(shù)量。根據(jù)時(shí)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(jì)數(shù)錯(cuò)誤。該處理允許列車位移測量的精確度好于3cm。當(dāng)在三個(gè)周期里沒有位移被測出，