淺談廣州APM線的列車定位技術(shù)

摘 要：廣州市珠江新城核心區(qū)市政交通項目旅客自動輸送系統(tǒng)（廣州APM線）使用的是龐巴迪運輸公司最新一代的信號系統(tǒng)CITYFLO 650TM，文章以廣州APM線為現(xiàn)有條件，主要探討了CITYFLO 650TM信號系統(tǒng)的定位原理，可對城市軌道交通列車定位系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：APM線；CITYFLO 650TM信號系統(tǒng)；列車定位

列車定位是指將列車的實時位置信息、運行狀態(tài)以及行駛速度等關(guān)鍵信息通過傳輸媒介傳送到行車指揮中心的技術(shù)，是列車自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對列車定位技術(shù)進(jìn)行研究分析，有利于城市軌道交通自動運行控制系統(tǒng)的發(fā)展，文章基于這一現(xiàn)實意義，對廣州APM線使用的信號系統(tǒng)進(jìn)行分析，深入探討其列車定位技術(shù)。

1 APM線信號系統(tǒng)

廣州APM線信號系統(tǒng)使用的是龐巴迪運輸公司新一代的CITYFLO 650TM信號系統(tǒng)。與一般的固定閉塞系統(tǒng)區(qū)別，該信號系統(tǒng)沒有標(biāo)準(zhǔn)的軌道電路，列車與軌旁設(shè)備之間的通信不是通過固定的軌道電路進(jìn)行，而是通過“非接觸式”的可雙向傳輸?shù)耐ㄐ琶劫|(zhì)進(jìn)行。

1.1 簡介

CITYFLO 650TM是“基于通信”的列車控制系統(tǒng)，是龐巴迪的“移動閉塞”系統(tǒng)。移動閉塞是指列車的“占位”信息隨列車運動一起變化?！盎谕ㄐ拧敝噶熊嚳刂菩畔⑼ㄟ^射頻信號鏈接列車和軌旁設(shè)備。在廣州APM線，使用的是漏泄同軸電纜（漏纜）的傳輸方式。

1.2 CITYFLO 650TM區(qū)段和軌道建模

CITYFLO 650TM系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)備的位置通過軌道布置圖來確定，用“移動閉塞坐標(biāo)系統(tǒng)（MBCS）”來表示設(shè)備在區(qū)段內(nèi)的位置。如列車位置就由區(qū)域號、區(qū)段號和在該區(qū)段內(nèi)的偏移三個元素確定。區(qū)段偏移按列車正常運行方向來計算。例如，假設(shè)一列車已在系統(tǒng)的正向方向通過R1S4區(qū)段25英尺，而該區(qū)段為100英尺長。則MBCS中列車位置為R1、S4、O25，表示區(qū)域1、區(qū)段4和偏移25。列車的位置也是使用MBCS來定位的。

2 APM線列車定位系統(tǒng)

列車定位需多項設(shè)備配套使用，以下將詳細(xì)介紹轉(zhuǎn)速計、位標(biāo)、位標(biāo)讀取器等設(shè)備，逐層剖析，詳細(xì)闡述了APM線列車位置處理過程。

2.1 APM線列車定位系統(tǒng)設(shè)備介紹

列車的實時位置通過車載ATP計算確定。圖2顯示了車載ATP對列車位置的處理過程。

2.1.1 轉(zhuǎn)速計

每一節(jié)列車有五個轉(zhuǎn)速計。1號端轉(zhuǎn)向架的牽引電機(jī)上有三個測速傳感器，2號端牽引電機(jī)上有兩個測速傳感器。轉(zhuǎn)速計向車輛ATC系統(tǒng)提供車輛速度和方向輸入信號，來確定位移和方向。每個轉(zhuǎn)速計包括一個磁性檢測單元，安裝在靠近電機(jī)軸上齒輪的位置（如圖3所示為轉(zhuǎn)速計和齒輪的安裝位置）。齒輪轉(zhuǎn)過檢測單元時會產(chǎn)生輸出脈沖，此脈沖等同于車輪行駛過的位移，其頻率與電機(jī)軸轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速信號之間有一定相位關(guān)系，在向前行駛時轉(zhuǎn)速計A的信號比轉(zhuǎn)速計B的信號超前90度。來自各轉(zhuǎn)速計的信號都通過XA3和XA10從功能IO部件冗余地輸入給兩個車載ATP通道。

2.1.2 位標(biāo)

位標(biāo)（如圖4所示） 在列車運行的軌道上沿線布置，是一種內(nèi)部儲存有“位置數(shù)據(jù)”的標(biāo)簽卡。位標(biāo)在2.4GHz頻率下工作，可提供車輛ATC信息，如位標(biāo)的區(qū)域ID、區(qū)段ID和區(qū)段偏移。

列車經(jīng)過某個位標(biāo)時，位標(biāo)通過接收列車車底的位標(biāo)讀取器發(fā)出的射頻能量，從而被激發(fā)，列車的位標(biāo)讀取器便讀取該位標(biāo)的數(shù)據(jù)。列車讀取位標(biāo)的MBC數(shù)據(jù)并進(jìn)行下述工作：

（1）核對列車位置；

（2）清除列車位置誤差。

位標(biāo)的第一個用途是“核對”列車位置。列車沿路行駛時，定期地讀取位標(biāo)信息。列車讀到位標(biāo)標(biāo)簽內(nèi)的MBC信息，并將該MBC與其根據(jù)轉(zhuǎn)速計計算得到的位置進(jìn)行核對。圖5所示為列車?yán)梦粯?biāo)核對其位置。

位標(biāo)的第二個用途是“清除”列車?yán)鄯e位置誤差。列車沿路運動時，用其車載定位系統(tǒng)不斷地計算自己的位置。該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速計構(gòu)成，而轉(zhuǎn)速計則有誤差。列車沿路運行時，該位置誤差會累積起來。車輛ATP要求位置誤差必須不超過一個最大值。位標(biāo)被用來將不超過最大誤差的位置誤差“復(fù)位”到校準(zhǔn)后的最小誤差。圖6為誤差累積消除示意圖。

2.1.3 位標(biāo)讀取器

位標(biāo)用來校準(zhǔn)列車的實際位置，所有位標(biāo)都具有唯一的標(biāo)識，對應(yīng)與車輛物理地圖上的一個地理位置。所有配備ATC的車輛都配有位標(biāo)讀取器，此讀取器安裝在列車車底。列車駛進(jìn)系統(tǒng)時，讀取器詢問碰到的位標(biāo)，給車載ATC提供精確的參考地理位置。讀取器天線向經(jīng)過的位標(biāo)發(fā)送2.4GHz的射頻載波信號，并接收從位標(biāo)返回的調(diào)制信號。各位標(biāo)的返回信號向讀取器提供與車輛物理地圖上某點所對應(yīng)的準(zhǔn)確位置。讀取器驗證來自位標(biāo)的數(shù)據(jù)精確度，然后通過RS-232串行鏈路將其轉(zhuǎn)發(fā)給各車輛ATP通道。ATP處理器利用此數(shù)據(jù)確定車輛在系統(tǒng)中的準(zhǔn)確位置。

2.1.4 列車長度指示器

每輛車都配備了特殊的列車線，稱為列車長度列車線。根據(jù)列車線信息，各車載ATP可計算出編組內(nèi)車輛數(shù)及其在編組中的位置。

2.2 列車位置處理

列車ATC讀取轉(zhuǎn)速計的輸出，為確保讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，列車ATC會將轉(zhuǎn)速計的輸出進(jìn)行對比，不同轉(zhuǎn)速計的輸出在4秒內(nèi)允許有2.4公里/小時（1.5英里/小時）的偏差，如果偏差在范圍內(nèi)，則得到列車的距離位移和行駛方向。如果偏差超過4秒，列車將產(chǎn)生“轉(zhuǎn)速計故障”報警，同時列車將施加緊急制動停車。

列車的位標(biāo)讀取器讀取軌道上位標(biāo)的信息，同時將該位置信息與車載ATC處理得到的轉(zhuǎn)速計輸出進(jìn)行對比，如果兩者的誤差在2%的范圍內(nèi)，列車將更新位置信息并清除校準(zhǔn)轉(zhuǎn)速計的位置誤差。如果兩者的誤差超過2%的范圍，或者讀取到的位標(biāo)信息不在車載物理地圖上，列車將施加緊急制動停車。

車載ATC更新讀取到的位標(biāo)位置信息后，再加上列車長度指示器給出的列車頭尾兩端的長度，同時保留位置誤差，通過對比車載物理地圖，車載ATC就可以確定列車的占位信息，也就是整個列車編組在軌道區(qū)間的位置。

3 列車位置精度

廣州APM線全線軌道共布置了175個位標(biāo)，能夠精確定位列車的位置信息，同時為避免列車在持續(xù)沒有讀取到位標(biāo)的情況下運行（如連續(xù)多個位標(biāo)失效或位標(biāo)讀取器故障），如果車載ATC累計的位置誤差超過40英尺（約12米），列車將實施緊急制動停車，保障了列車的安全運行。

此外，在站臺區(qū)域位標(biāo)的布置密度要遠(yuǎn)大于區(qū)間，軌道通過合理布置位標(biāo)，列車可在站臺達(dá)到±6英寸（約15厘米）的停車精度，確保了車門與屏蔽門的正常聯(lián)動開關(guān)。

4 結(jié)束語

通過對廣州APM線采用的信號系統(tǒng)進(jìn)行分析，深入探討其列車定位技術(shù)，可知該定位系統(tǒng)具有安全性、可靠性、精確性等特點，能夠?qū)崟r監(jiān)測列車位置，保證了列車運行的準(zhǔn)點率，具有一定的現(xiàn)實意義，文章可對城市軌道交通列車定位系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

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