移動閉塞列控系統集成列車定位技術

陳裕明

移動閉塞列控系統集成列車定位技術

陳裕明

摘 要：在分析單一的列車定位技術優缺點和不同閉塞方式列控系統列車定位要求的基礎上，指出應該采用列車集成定位技術。重點介紹一個實用移動閉塞列控系統集成列車定位技術的組成、定位流程及其應用效果，說明如何應用集成技術手段，綜合各單一的列車定位技術的優點，實現互補、冗余和多信息，從而使在定位精度、實時性、安全性和可靠性等方面滿足移動閉塞列控系統的列車定位要求。

關鍵詞：移動閉塞;列控系統;集成定位技術

列車定位技術在城軌交通列控系統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;②作為列車在車站停車后打開車門和屏蔽門的依據;③作為CBTC系統無線基站接續的依據;④是列車計算速度曲線和制動曲線并實施控制的主要參數;⑤是地面系統顯示列車運行狀態的基礎信息。單一的列車定位技術顯然無法滿足移動閉塞列控系統的列車定位要求，必須采用集成列車定位技術。

1 幾種常用列車定位技術的優缺點

1．軌道電路定位技術。優點是經濟、方便、可靠性高;缺點是定位精度取決于軌道區間的長度，不精確。

2．測速定位技術。優點是技術成熟、經濟、簡單;缺點是存在累計誤差，包括車輪“空轉”、“打滑”和“磨耗”等的誤差。在定位精度要求較高時，需要用其他方法不斷校正其位置信息。

3．多普勒雷達定位技術。優點是消除了車輪“空轉”和“打滑”誤差;缺點是仍存在累計誤差。在定位精度要求較高時，需要用其他方法不斷修正。

4．查詢應答器定位技術。優點是在應答器安裝點定位精度高，維護費用低，使用壽命長，且在惡劣環境條件下工作穩定;缺點是只能給出點式定位信息。

5．電纜環線定位技術。優點是比較簡單、費用較低;缺點是定位精度取決于交叉區間的長度，不精確。

2 不同閉塞方式列控系統列車定位要求

1.固定閉塞方式。列控系統采用分級速度控制模式，運行列車安全間隔是若干閉塞分區。固定閉塞的追蹤目標點為前行列車所占用閉塞分區的始端，后續列車從最高速開始制動的起點為要求減速的閉塞分區的始端，列車追蹤運行間隔比較大。列車根據收到的分級速度信息運行，對列車定位要求較低，一般采用模擬軌道電路定位技術就可滿足系統的列車定位要求。

2.準移動閉塞。列控系統采用目標距離控制模式 (又稱連續式一次速度控制)。它根據目標距離、目標速度及列車本身的性能確定列車制動曲線，不設定每個閉塞分區的速度等級，采用一次制動方式。準移動閉塞的追蹤目標點為前行列車所占用閉塞分區的始端，而后續列車從最

高速開始制動的起點是動態計算確定的，列車追蹤運行間隔比固定閉塞小一些。由于車載設備需要根據本列車自身的實時位

置和速度，以及地面軌旁設備的移動授權，動態計算列車運行速度曲線和制動曲線并控制列車運行;地面軌旁設備需要跟蹤網絡中各列車的位置，并將其發送給網絡中相應后續列車和系統控制中心;因此，準移動閉塞列控系統對列車定位精度、實時性、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，才能滿足系統的列車定位要求。

3.移動閉塞。移動閉塞列控系統與準移動閉塞列控系統一樣，也采用目標距離控制模式。但移動閉塞不劃分物理閉塞分區，而是采用虛擬閉賽分區。列車的長度加上其最大的制動距離，并在列車后方加上一定防護距離，便組成了一個與列車同步移動的虛擬閉塞分區。移動閉塞追蹤目標點為前行列車所占用，并隨前行列車同步移動的虛擬閉塞分區的始端，即前行列車的尾部 (加上一定防護距離)，而后續列車從最高速開始制動的起點是動態計算確定的，列車追蹤運行間隔要比準移動閉塞更小一些，如圖1所示。由于車載設備需要根據本列車自身的實時位置和速度，以及地面軌旁設備的移動授權，動態計算列車運行速度曲線和制動曲線并控制列車運行，同時將列車自身的實時位置和速度報告地面軌旁設備，地面軌旁設備需要根據網絡中各列車的實時位置和速度，不斷計算各列車的移動授權，并連同前行列車的實時位置和速度一同發送給相應后續列車和系統控制中心，因此，移動閉塞列控系統對列車定位精度、實時性、安全性和可靠性要求更高。必須根據自身系統的特點，集成若干單一的列車定位技術，才能滿足系統的列車定位要求。

圖1 移動閉塞列車距離控制示意圖

3 移動閉塞列控系統集成列車定位技術

從以上分析可以看出，每項單一的列車定位技術都有其優點，也存在自身難以克服的缺點。另外還存在若自身出現故障會導致整個系統無法正常工作的風險。因此，單一列車定位技術無法在定位精度、實時性、安全性和可靠性等方面完全滿足移動閉塞列控系統的列車定位需要。在實際運用中，必須根據自身系統的要求和特點，采用集成列車定位技術才能滿足系統列車定位要求。

下面重點分析移動閉塞列控系統集成列車定位技術的組成、定位流程和應用效果，說明如何通過集成技術手段，綜合各單一的列車定位技術的優點，克服其缺點，實現互補、冗余和多信息，滿足移動閉塞列控系統的列車定位要求。

3.1 組成

在車-地雙向連續通信環境的支持下，一個用于移動閉塞列控系統集成列車定位技術由以下3種單一的定位技術組成：①查詢應答器定位技術，用于列車位置距離同步化;②測速定位技術，用于應答器間列車位移、速度測量和方向識別;③多普勒雷達定位技術，用于應答器間列車位移、速度測量。

3.2 定位流程

1．列車未定位。車載設備啟動，列車開始運行，但列車未定位。此時列車的位移距離和速度由測速電機和多普勒雷達組合連續測量。

2．列車初定位。車載計算機單元的線路數據庫中儲存有安裝在線路上各應答器的編碼和位置(應答器安裝中心點與線路參考點的距離)，一旦列車連續經過2個應答器，便初始化了列車的位置參數，完成列車初定位。詳細過程如下。

列車經過第1個應答器瞬間，車載設備應答器天線向應答器發送能量電磁波，激發該應答器立即向車載設備應答器天線發送事先儲存在應答器中，包括該應答器編碼在內的應答器報文;車載設備計算機單元通過解調，并比較該報文中的應答器編碼和其線路數據庫中儲存的應答器編碼，對列車的位置進行初始化。但此時列車不知道它在線路上的運行方向。

列車經過第2個應答器瞬間 (過程同上)，車載設備計算機單元通過解調，并比較報文中應答器編碼的順序和其線路數據庫中儲存的應答器編碼順序，確定它在線路上的運行方向，完成列車初始化定位。

3．位移和速度測量。已定位列車在2個應答器間的位移和速度由測速電機和多普勒雷達組合連續測量，并經車載設備計算機單元評估，不斷更新列車實時位置和速度。2種測量傳感器的結合并通過車載計算機單元評估，實現了傳感器的優勢互補和冗余，不但消除了由于車輪“空轉”、 “打滑”和“磨耗”所帶來的位移和速度測量的誤差，提高了測量精度，而且提高了列車定位的可靠性。

4．位置距離同步化。已定位列車每經過一個應答器時，列車位置距離同步化，即將列車此時位置調整為該應答器與線路參考點的距離，從而消除了測速電機和多普勒雷達在2個應答器間位移測量的累計誤差，進一步提高了測量精度 (達到應答器安裝精度)。

5．定位信息傳輸。通過車-地雙向連續通信，在線路上運行的所有列車不斷將本列車的實時位置和速度報告地面控制系統，地面控制系統不斷評估各列車的進路，并將移動授權和前行列車的實時位置和速度發送給相應后續列車和系統控制中心。就這樣，地面控制系統知道在線路上運行的所有列車的實時位置和速度;在線路上運行的所有列車不但知道自身的實時位置和速度，而且同時知道其前行列車的實時位置和速度，從而為列控系統提供精確的、實時的、安全的、可靠的列車定位信息，保證列車安全、高效和平穩運行。

4 應用效果

上述移動閉塞列控系統集成列車定位技術，在廣州、北京、南京等城市地鐵的應用中，證明完全滿足列控系統對列車運行進行監督、控制和安全防護的列車定位要求。該系統的設計最小列車追蹤運行間隔為 90 s，運營停車點自動停車精度：±0.25 m內為99.95%; ±0.5 m內為99.9998%。在多年的運營實踐中，完全達到了上述設計指標要求。

［1］傅世善．鐵路信號論文集－閉塞與列控概論－第一講區間閉塞［M］．北京：中國鐵道出版社，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：西門子信號有限公司 工程師 710016 西安

2013-07-03

(責任編輯：溫志紅)