城轨列车定位技术

城市轨道交通信号城轨列车定位技术前言城市轨道交通车站间距近、列车运行密度高、安全性要求高。列车自动控制系统需要实时了解列车在线路中的准确位置。列车定位技术作为轨道交通列控系统中的一项关键技术,为列控系统进行实时控制提供可靠的实时速度和位置,联锁系统和列车自动防护系统根据列车的实时速度和位置信息进行运行间隔控制和移动授权，保证列车运行的安全追踪间隔，车载信号设备获得列车的位置和速度信息，根据速度－模式曲线进行控制和优化，防止列车超速以及实现到站精确定位。1）轨旁定位技术：轨道电路定位信标（应答器）定位测速定位电缆环线定位技术裂缝波导定位技术GPS定位技术无线扩频通信定位技术2）车载定位技术：编码里程计轨道电路定位轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，并用引接线连接信号发送、接收设备所构成的电气回路。轨道电路有机械绝缘和电气绝缘两种类型。采用机械绝缘的轨道电路,需切断钢轨,安装轨道绝缘节,这对使用长钢轨线路妨碍很大,不仅需经常维修,还降低了安全性。采用电气绝缘,则无需切断钢轨,目前城市轨道交通系统中,普遍采用“S棒”进行电气隔离的数字音频轨道电路。其电气绝缘节由S棒和轨旁盒内的调谐单元组成。轨道电路定位数字轨道电路中,全部有源器件都集中在控制室内,室外设备仅包括由电容、线圈等组成的调谐盒及轨间的S型联接导线。调谐盒中有发射与接收线圈。数字轨道电路的发射单元以差分模式向另一端通过铁轨传输一个调制信号,在轨道电路的另一端提取这个信号。接收的信息和传送的信息经逐位比较确认相同时,完成对接收信息的验证,判断钢轨和轨道电路的工作状态。当轨道电路内有车占用时,由于列车车轴的分路作用,接收端检测出信号电平的变化,从而判断出有车到达该轨道电路。信标（应答器）定位地面应答器与车载ATP设备，轨旁电子单元配合使用来实现列车定位。地面应答器主要分为有源和无源两种。当列车通过时，地面应答器与车载相应设备对准，实现信息传递。城轨多为无源信标。它可以用作连续式列车速度自动控制系统的列车精确定位设备，也可以用作点式列车速度自动控制系统的列车检测、定位辅助设备。测速定位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。为了得到较为准确的位置信息，在计算具体位置信息时通常要引入列车的即时速度信息。引人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。以及雷达测速等电缆环线定位技术在两根钢轨之间敷设交叉感应回线：一条线固定在轨道中央的道床上，另一条线固定在钢轨的颈部下方，它们每隔一定距离作交叉，中央回线就像一个天线。当列车驶过一个交叉点时，利用信号极性的变化引发地址码加l，由机车控制中心，根据地址码计算出列车的地理位置，并对从列车转速转化的里程记录进行误差修正。由于感应回线是列车与地面之间的信息通道，利用极性交叉这种方法一方面可实现列车的定位，另一方面也起到了抗牵引电流干扰的作用。裂缝波导定位技术裂缝波导是52.5mm×105mm×2mm中空的铝质矩形方管,在其顶部每隔60mm开有窄缝,采用2.715GHz的连续波频率通过裂缝耦合出不均匀的场强,对连续波的场强进行采集和处理,并通过计数器确定列车经过的裂缝数,从而计算出列车走行的距离,确定列车在线路中的位置。GPS定位技术GPS系统主要有GPS导航卫星、地面的监控监测站以及GPS卫星接收机组成。利用GPS实现列车定位,优点是设备简单、成本低、体积小、维护方便;缺点是目前运动定位精度远低于静止定位精度,当可捕获卫星的数目少于4颗，将导致定位精度显著下降，甚至无法应用。在并行线路上易发生认错股道的现象,在周围阻挡物多的地方(例如城市、树林、山区等)列车的定位精度受到影响,在隧道等区段存在定位盲区,并且易受到美国卫星政策的影响。无线扩频通信定位技术利用无线扩展频谱通信技术确定列车在线路中的位置。利用车站、轨旁和列车上的扩频电台;一方面通过这些电台在列车与轨旁控制室之间传递安全信息,另一方面也利用它们对列车进行定位。轨旁电台的位置是固定不变的,并经过精确测量。所有的电台都由同步时钟精确同步。轨旁计算机或车载计算机利用不同电台传输信息的时间延时可以精确计算出列车的位置。编码里程计编码里程计是ATP/ATO用来测量列车位移，推算速度和加速度。通过测量列车车轮在两个连续周期的角位移实现上述测量。为了执行这项工作，编码里程计设置在列车车轴的尾部。一个机械连续允许一个内部圆盘与列车车轴的相同速度转动。这一连续补偿可能的对准精度。在内部的圆盘上有一些孔；孔的出现可以被一个由一光电耦合管组成的光设备所读取。这些耦合器被称为传感器。一共有两组孔：时钟脉冲孔和编码孔。编码里程计

在每个圆盘上的一个圈上有100个时钟脉冲孔。在时钟脉冲孔上，有两个传感器(C1和C2)可以检测出旋转方向和孔的移动。另一个传感器(C3)的布置是这样的：在任何时候至少其中有一个传感器处于通的状态而且至少有一个传感器处于不通的状态。这样安排可测试传感器的正常工作。在编码孔上,传感器C4记录在其通过状态时的实际时钟孔的数量。连续的这些数目构成一个假随机顺序。对每个时钟孔使用这些数字，从1到100，我们可以对每个运行方向关联一个编码值。编码里程计

在每个周期里对时钟孔数量进行计数，同时在编码孔传感器处于通状态时读取时钟孔数量。根据时钟孔的数目作索引查出的记录值与读取顺序作比较。这种比较允许检测所有不论何种原因造成的计数错误。该处理允许列车位移测量的精确度好于3cm。当在三个周期里没有位移被测出，