丁全健 曹德智

摘 要：文章闡述了地鐵列車定位技術(shù)，采用車載測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行精確定位，同時還采用接近傳感器進(jìn)行站臺輔助定位，并詳細(xì)分析列車定位系統(tǒng)的組成和原理，敘述了列車定位功能的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：移動閉塞 列車定位 精確定位

在CBTC下的列車定位在該系統(tǒng)中只能達(dá)到虛擬區(qū)段，即定位到30m（站臺區(qū)段）～250m（區(qū)間區(qū)段）的范圍，并將列車的移動在人機(jī)界面上仍然按照準(zhǔn)移動閉塞的方式映射為逐段跳變，這種延續(xù)準(zhǔn)移動閉塞下的列車定位的設(shè)計思路并未完全利用連續(xù)通信的特點，實時傳輸列車的精確位置并在系統(tǒng)中定位，它與完全意義上的移動閉塞仍有區(qū)別。因為在這種模式下ATS已經(jīng)得到了每列車的具體位置信息，此時的系統(tǒng)內(nèi)部列車定位應(yīng)以實際列車發(fā)送的位置信息為準(zhǔn)，精確地對應(yīng)到軌道拓?fù)鋱D上具體的某一點，而不應(yīng)仍然定位到某個區(qū)段。同時，在實際應(yīng)用中，大范圍或長時間的系統(tǒng)故障后往往不能準(zhǔn)確地重新定位列車也是該系統(tǒng)的局限，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

1 測速電機(jī)和雷達(dá)

測速電機(jī)和雷達(dá)單元一起用于列車速度和距離的精確檢測。測速電機(jī)是一個經(jīng)過廣泛驗證的單元，通過計算經(jīng)車輪旋轉(zhuǎn)在測速電機(jī)里產(chǎn)生的脈沖來測量列車的速度和距離。雷達(dá)則通過評估反射雷達(dá)波的多普勒效應(yīng)來計算列車速度和距離值。雷達(dá)的測算結(jié)果完全不受列車的空轉(zhuǎn)和滑行的影響。兩種傳感方式的有機(jī)結(jié)合得到了更加安全、可靠、精確的速度距離值。列車速度和距離的精確測量是所有與速度有關(guān)的安全功能以及列車定位的先決條件。

2列車定位過程與位置計算

2.1列車位置計算

列車定位系統(tǒng)主要由安裝在車底的多普勒雷達(dá)和信標(biāo)讀取器、安裝在車軸上的速度傳感器以及安裝在軌道中間的信標(biāo)等設(shè)備組成。列車定位系統(tǒng)根據(jù)速度傳感器和多普勒雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行列車位置計算，并判別列車運行方向。列車定位系統(tǒng)中的4個速度傳感器分別安裝在TC1車的4個輪軸上，其中2個連接到VATC A系統(tǒng)，2個連接到VATC B系統(tǒng)。每個速度傳感器會不斷發(fā)送以2個脈沖為一組的信號到VATC。每個脈沖代表列車已運行的一個固定位移， 因此，VATC可連續(xù)地確定列車在系統(tǒng)地圖中的位置以及列車的速度和加速度。列車的運行方向則是通過比較每個速度傳感器的2個順序脈沖的相位關(guān)系來判定。安裝在TC1車車底，根據(jù)多普勒原理通過測量發(fā)送頻率和接收頻率來確定列車運行速度。多普勒雷達(dá)主要用于精確測量5km/h以上的速度，并檢測車輪空轉(zhuǎn)/打滑。多普勒雷達(dá)與速度傳感器測量到的數(shù)據(jù)，最終都將用于列車速度和位置的確定。

2.2列車定位過程

為確定列車精確位置，系統(tǒng)采用列車長度來確定列車兩端位置。通過處理速度傳感器和多普勒雷達(dá)的輸出信息，得到行駛距離（位移）、速度和方向。由于考慮到誤差的普遍存在，系統(tǒng)針對特定距離設(shè)有一個誤差范圍，如列車每運行100m最大允許誤差為儀a%（a為定值），累計誤差不得超過N（N為定值）。只要不超過誤差范圍，系統(tǒng)即認(rèn)為列車位置正確。為了防止位置誤差累計過大，系統(tǒng)沿軌道設(shè)置若干信標(biāo)。當(dāng)遇到信標(biāo)時，系統(tǒng)先檢查信標(biāo)的位置坐標(biāo)是否在當(dāng)前計算的列車位置誤差范圍之內(nèi)。如果信標(biāo)坐標(biāo)不在當(dāng)前計算得到的位置（超過位置誤差范圍）、信標(biāo)的坐標(biāo)錯誤或其坐標(biāo)位置不在軌道數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)即認(rèn)為列車位置錯誤，并采取緊急制動。只有在檢查通過后，系統(tǒng)才會根據(jù)信標(biāo)位置信息更新列車位置，并重置位置誤差。此外，當(dāng)列車連續(xù)通過2個有效信標(biāo)后，VATP會自動校準(zhǔn)輪徑，以消除人為輸入車輪直徑所產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)根據(jù)上一個信標(biāo)的位置，不斷計算從上一個信標(biāo)開始的位移和位置誤差，并以此來計算列車當(dāng)前位置（包括列車前端和后端的位置誤差）。這樣就可以確保列車始終在系統(tǒng)計算得到的虛擬占用區(qū)域內(nèi)。在確定列車位置之后，車載信號系統(tǒng)會將信息實時發(fā)給軌旁。軌旁信號系統(tǒng)擁有與車載信號系統(tǒng)相同的軌道物理地圖，這樣軌旁就可以實時校驗并更新列車位置，從而實現(xiàn)軌旁信號系統(tǒng)對列車位置的實時追蹤。通過以上方法，信號系統(tǒng)就可以實時得到列車精確位置，進(jìn)而維持區(qū)間列車追蹤運行間隔，并實現(xiàn)列車站臺精確停車功能。

3位置誤差校正

3.1利用信標(biāo)校正列車位置

信標(biāo)安裝在軌旁，存儲著線路絕對物理位置數(shù)據(jù)信息。當(dāng)列車駛近信標(biāo)，讀取器傳輸一個無線電載波頻率給信標(biāo)，并接收當(dāng)讀取器越過信標(biāo)時由信標(biāo)反射回來的調(diào)制信號。來自信標(biāo)的反射信號為讀取器提供一個線路精確位置，與列車物理地圖的一點相對應(yīng)。每個信標(biāo)的數(shù)據(jù)都會通過讀取器來驗證，以確保其準(zhǔn)確性。然后，該數(shù)據(jù)會通過一個RS-485串口連接傳輸?shù)矫總€車載ATP通道上。ATP處理器根據(jù)這些數(shù)據(jù)對通過速度傳感器和多普勒雷達(dá)得到的列車位置進(jìn)行校正，從而得到列車在系統(tǒng)中的準(zhǔn)確位置。全線設(shè)有若干個信標(biāo)，這樣系統(tǒng)就可以不斷校正列車位置，從而保證列車位置的準(zhǔn)確性。

3.2采用輪徑校準(zhǔn)技術(shù)保證精確性

由于速度傳感器需根據(jù)列車輪徑值大小，及車輪轉(zhuǎn)速計算列車走行距離，從而確定列車位置，因此，當(dāng)列車更換新輪或車輪磨損時，系統(tǒng)還需及時校正車輪輪徑值大小以保證列車位置的精確性。列車定位系統(tǒng)采用2個信標(biāo)之間的已知距離進(jìn)行輪徑值校準(zhǔn)，即當(dāng)列車在平直軌道上連續(xù)通過2個有效信標(biāo)，并及時讀取其中有效位置信息后，系統(tǒng)將根據(jù)2信標(biāo)間的有效距離計算出當(dāng)前列車車輪的輪徑值。采用多普勒雷達(dá)防止因空轉(zhuǎn)/打滑而導(dǎo)致的列車位置誤差。多普勒雷達(dá)能精確測量5km/h以上的速度，以防止因雨、雪天氣等外界因素，導(dǎo)致車輪空轉(zhuǎn)/打滑而使系統(tǒng)得不到準(zhǔn)確的列車運行速度。

4結(jié)束語

在實際應(yīng)用中，這套系統(tǒng)對測速電機(jī)、雷達(dá)的安裝工藝要求較高，在運營過程中曾多次出現(xiàn)因兩者的安裝精度不夠而使列車失去定位而降級運行，極大降低了運營效率。另外，因沈陽地鐵1號線采用的是直線電機(jī)車組，這樣就使得車載應(yīng)答器通道有時會由于EMC問題而無法正常工作，也會使列車無法定位。通過對電機(jī)及車載應(yīng)答器天線加裝屏蔽來改善EMC問題，取得了顯著效果，但仍有部分車存在EMC問題，需繼續(xù)查找原因整改。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳新，周俊，林必毅.地鐵列車定位技術(shù)的研究[J].微計算機(jī)信息，2012