移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)

陳裕明

移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)

陳裕明

摘 要：在分析單一的列車定位技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)和不同閉塞方式列控系統(tǒng)列車定位要求的基礎(chǔ)上，指出應(yīng)該采用列車集成定位技術(shù)。重點(diǎn)介紹一個(gè)實(shí)用移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)的組成、定位流程及其應(yīng)用效果，說(shuō)明如何應(yīng)用集成技術(shù)手段，綜合各單一的列車定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)、冗余和多信息，從而使在定位精度、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性等方面滿足移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的列車定位要求。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)閉塞;列控系統(tǒng);集成定位技術(shù)

列車定位技術(shù)在城軌交通列控系統(tǒng)中具有十分重要的地位，其主要作用是：①為保證列車安全間隔提供依據(jù);②作為列車在車站停車后打開車門和屏蔽門的依據(jù);③作為CBTC系統(tǒng)無(wú)線基站接續(xù)的依據(jù);④是列車計(jì)算速度曲線和制動(dòng)曲線并實(shí)施控制的主要參數(shù);⑤是地面系統(tǒng)顯示列車運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)信息。單一的列車定位技術(shù)顯然無(wú)法滿足移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的列車定位要求，必須采用集成列車定位技術(shù)。

1 幾種常用列車定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1．軌道電路定位技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、方便、可靠性高;缺點(diǎn)是定位精度取決于軌道區(qū)間的長(zhǎng)度，不精確。

2．測(cè)速定位技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是存在累計(jì)誤差，包括車輪“空轉(zhuǎn)”、“打滑”和“磨耗”等的誤差。在定位精度要求較高時(shí)，需要用其他方法不斷校正其位置信息。

3．多普勒雷達(dá)定位技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是消除了車輪“空轉(zhuǎn)”和“打滑”誤差;缺點(diǎn)是仍存在累計(jì)誤差。在定位精度要求較高時(shí)，需要用其他方法不斷修正。

4．查詢應(yīng)答器定位技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是在應(yīng)答器安裝點(diǎn)定位精度高，維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)，且在惡劣環(huán)境條件下工作穩(wěn)定;缺點(diǎn)是只能給出點(diǎn)式定位信息。

5．電纜環(huán)線定位技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低;缺點(diǎn)是定位精度取決于交叉區(qū)間的長(zhǎng)度，不精確。

2 不同閉塞方式列控系統(tǒng)列車定位要求

1.固定閉塞方式。列控系統(tǒng)采用分級(jí)速度控制模式，運(yùn)行列車安全間隔是若干閉塞分區(qū)。固定閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)為前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，后續(xù)列車從最高速開始制動(dòng)的起點(diǎn)為要求減速的閉塞分區(qū)的始端，列車追蹤運(yùn)行間隔比較大。列車根據(jù)收到的分級(jí)速度信息運(yùn)行，對(duì)列車定位要求較低，一般采用模擬軌道電路定位技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的列車定位要求。

2.準(zhǔn)移動(dòng)閉塞。列控系統(tǒng)采用目標(biāo)距離控制模式 (又稱連續(xù)式一次速度控制)。它根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)速度及列車本身的性能確定列車制動(dòng)曲線，不設(shè)定每個(gè)閉塞分區(qū)的速度等級(jí)，采用一次制動(dòng)方式。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的追蹤目標(biāo)點(diǎn)為前行列車所占用閉塞分區(qū)的始端，而后續(xù)列車從最

高速開始制動(dòng)的起點(diǎn)是動(dòng)態(tài)計(jì)算確定的，列車追蹤運(yùn)行間隔比固定閉塞小一些。由于車載設(shè)備需要根據(jù)本列車自身的實(shí)時(shí)位

置和速度，以及地面軌旁設(shè)備的移動(dòng)授權(quán)，動(dòng)態(tài)計(jì)算列車運(yùn)行速度曲線和制動(dòng)曲線并控制列車運(yùn)行;地面軌旁設(shè)備需要跟蹤網(wǎng)絡(luò)中各列車的位置，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)后續(xù)列車和系統(tǒng)控制中心;因此，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)對(duì)列車定位精度、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性要求較高，必須集成若干單一的列車定位技術(shù)，才能滿足系統(tǒng)的列車定位要求。

3.移動(dòng)閉塞。移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)與準(zhǔn)移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)一樣，也采用目標(biāo)距離控制模式。但移動(dòng)閉塞不劃分物理閉塞分區(qū)，而是采用虛擬閉賽分區(qū)。列車的長(zhǎng)度加上其最大的制動(dòng)距離，并在列車后方加上一定防護(hù)距離，便組成了一個(gè)與列車同步移動(dòng)的虛擬閉塞分區(qū)。移動(dòng)閉塞追蹤目標(biāo)點(diǎn)為前行列車所占用，并隨前行列車同步移動(dòng)的虛擬閉塞分區(qū)的始端，即前行列車的尾部 (加上一定防護(hù)距離)，而后續(xù)列車從最高速開始制動(dòng)的起點(diǎn)是動(dòng)態(tài)計(jì)算確定的，列車追蹤運(yùn)行間隔要比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞更小一些，如圖1所示。由于車載設(shè)備需要根據(jù)本列車自身的實(shí)時(shí)位置和速度，以及地面軌旁設(shè)備的移動(dòng)授權(quán)，動(dòng)態(tài)計(jì)算列車運(yùn)行速度曲線和制動(dòng)曲線并控制列車運(yùn)行，同時(shí)將列車自身的實(shí)時(shí)位置和速度報(bào)告地面軌旁設(shè)備，地面軌旁設(shè)備需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各列車的實(shí)時(shí)位置和速度，不斷計(jì)算各列車的移動(dòng)授權(quán)，并連同前行列車的實(shí)時(shí)位置和速度一同發(fā)送給相應(yīng)后續(xù)列車和系統(tǒng)控制中心，因此，移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)對(duì)列車定位精度、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性要求更高。必須根據(jù)自身系統(tǒng)的特點(diǎn)，集成若干單一的列車定位技術(shù)，才能滿足系統(tǒng)的列車定位要求。

圖1 移動(dòng)閉塞列車距離控制示意圖

3 移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)

從以上分析可以看出，每項(xiàng)單一的列車定位技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)，也存在自身難以克服的缺點(diǎn)。另外還存在若自身出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作的風(fēng)險(xiǎn)。因此，單一列車定位技術(shù)無(wú)法在定位精度、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性等方面完全滿足移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的列車定位需要。在實(shí)際運(yùn)用中，必須根據(jù)自身系統(tǒng)的要求和特點(diǎn)，采用集成列車定位技術(shù)才能滿足系統(tǒng)列車定位要求。

下面重點(diǎn)分析移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)的組成、定位流程和應(yīng)用效果，說(shuō)明如何通過(guò)集成技術(shù)手段，綜合各單一的列車定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)、冗余和多信息，滿足移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的列車定位要求。

3.1 組成

在車-地雙向連續(xù)通信環(huán)境的支持下，一個(gè)用于移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)由以下3種單一的定位技術(shù)組成：①查詢應(yīng)答器定位技術(shù)，用于列車位置距離同步化;②測(cè)速定位技術(shù)，用于應(yīng)答器間列車位移、速度測(cè)量和方向識(shí)別;③多普勒雷達(dá)定位技術(shù)，用于應(yīng)答器間列車位移、速度測(cè)量。

3.2 定位流程

1．列車未定位。車載設(shè)備啟動(dòng)，列車開始運(yùn)行，但列車未定位。此時(shí)列車的位移距離和速度由測(cè)速電機(jī)和多普勒雷達(dá)組合連續(xù)測(cè)量。

2．列車初定位。車載計(jì)算機(jī)單元的線路數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存有安裝在線路上各應(yīng)答器的編碼和位置(應(yīng)答器安裝中心點(diǎn)與線路參考點(diǎn)的距離)，一旦列車連續(xù)經(jīng)過(guò)2個(gè)應(yīng)答器，便初始化了列車的位置參數(shù)，完成列車初定位。詳細(xì)過(guò)程如下。

列車經(jīng)過(guò)第1個(gè)應(yīng)答器瞬間，車載設(shè)備應(yīng)答器天線向應(yīng)答器發(fā)送能量電磁波，激發(fā)該應(yīng)答器立即向車載設(shè)備應(yīng)答器天線發(fā)送事先儲(chǔ)存在應(yīng)答器中，包括該應(yīng)答器編碼在內(nèi)的應(yīng)答器報(bào)文;車載設(shè)備計(jì)算機(jī)單元通過(guò)解調(diào)，并比較該報(bào)文中的應(yīng)答器編碼和其線路數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的應(yīng)答器編碼，對(duì)列車的位置進(jìn)行初始化。但此時(shí)列車不知道它在線路上的運(yùn)行方向。

列車經(jīng)過(guò)第2個(gè)應(yīng)答器瞬間 (過(guò)程同上)，車載設(shè)備計(jì)算機(jī)單元通過(guò)解調(diào)，并比較報(bào)文中應(yīng)答器編碼的順序和其線路數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的應(yīng)答器編碼順序，確定它在線路上的運(yùn)行方向，完成列車初始化定位。

3．位移和速度測(cè)量。已定位列車在2個(gè)應(yīng)答器間的位移和速度由測(cè)速電機(jī)和多普勒雷達(dá)組合連續(xù)測(cè)量，并經(jīng)車載設(shè)備計(jì)算機(jī)單元評(píng)估，不斷更新列車實(shí)時(shí)位置和速度。2種測(cè)量傳感器的結(jié)合并通過(guò)車載計(jì)算機(jī)單元評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了傳感器的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和冗余，不但消除了由于車輪“空轉(zhuǎn)”、 “打滑”和“磨耗”所帶來(lái)的位移和速度測(cè)量的誤差，提高了測(cè)量精度，而且提高了列車定位的可靠性。

4．位置距離同步化。已定位列車每經(jīng)過(guò)一個(gè)應(yīng)答器時(shí)，列車位置距離同步化，即將列車此時(shí)位置調(diào)整為該應(yīng)答器與線路參考點(diǎn)的距離，從而消除了測(cè)速電機(jī)和多普勒雷達(dá)在2個(gè)應(yīng)答器間位移測(cè)量的累計(jì)誤差，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度 (達(dá)到應(yīng)答器安裝精度)。

5．定位信息傳輸。通過(guò)車-地雙向連續(xù)通信，在線路上運(yùn)行的所有列車不斷將本列車的實(shí)時(shí)位置和速度報(bào)告地面控制系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)不斷評(píng)估各列車的進(jìn)路，并將移動(dòng)授權(quán)和前行列車的實(shí)時(shí)位置和速度發(fā)送給相應(yīng)后續(xù)列車和系統(tǒng)控制中心。就這樣，地面控制系統(tǒng)知道在線路上運(yùn)行的所有列車的實(shí)時(shí)位置和速度;在線路上運(yùn)行的所有列車不但知道自身的實(shí)時(shí)位置和速度，而且同時(shí)知道其前行列車的實(shí)時(shí)位置和速度，從而為列控系統(tǒng)提供精確的、實(shí)時(shí)的、安全的、可靠的列車定位信息，保證列車安全、高效和平穩(wěn)運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果

上述移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)集成列車定位技術(shù)，在廣州、北京、南京等城市地鐵的應(yīng)用中，證明完全滿足列控系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督、控制和安全防護(hù)的列車定位要求。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最小列車追蹤運(yùn)行間隔為 90 s，運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)自動(dòng)停車精度：±0.25 m內(nèi)為99.95%; ±0.5 m內(nèi)為99.9998%。在多年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中，完全達(dá)到了上述設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

［1］傅世善．鐵路信號(hào)論文集－閉塞與列控概論－第一講區(qū)間閉塞［M］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

Abstract:In this article，the advantages and disadvantages of individual train positioning technology and the train positioning requirement of train control systems with different block modes are briefed．Furthermore，it is pointed out that the integrated train positioning technology should be adopted．It focuses on the composition，positioning process and application effects of a practical train positioning of train control system with moving block and explains how to use integrated technical means to combine the advantages of individual train positioning technologies，which can achieve complementarities，redundancy and multiple data for attaining desired positioning preciseness，realtimeness，safety and reliability of train positioning of the train control system with moving block．

Key words:Moving block;Train control system;Integrated positioning technology

陳裕明：西門子信號(hào)有限公司 工程師 710016 西安

2013-07-03

(責(zé)任編輯：溫志紅)