列车定位技术ppt

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第4讲列车定位技术

3、查询-应答器列车定位
基于应答-查询器的定位方法也是广泛采用的列车定位方式，它可以点式地给出列车定位信息。
接收与校验模块
车载查询器天线
机车
地面应答器
地面
查询应答器工作原理
在地面应答器内存储地理位置信息，机车上的查询器经过耦合以后，就可以得到列车的精确位置。显然，为了准确定位就必须大量设置地面应答器。采用应答器定位技术的信息传递是间断的，即当列车从一
是将卫星“挪”到了地面，由无线基站实现了GPS卫星
的功能。
8、IPS列车定位
IPS是惯性列车定位系统(Inertial Positioning System) 的英文简写。它根据牛顿力学定律,通过测量列车的加速度，将加速度进行一次积分后得到列车的运行速度，再进行一次积分即可得到列车的位置(包括经度、纬度和高度)，从而实现了对列车的定位。 IPS定位的显著优点是环境适应性强，它不受天气、电磁场等影响，属于一种高安全性的定位方式。它随时可以采集列车的位置信息(连续采集、连续积分)，在小范围内其测量精度也较高，而且用该种方法获取的信息种类较多，如列车的方向、位置、速度等。
传输距离有限。轨道电路的电气特性是与传输的信息频率
相关的，频率越高，传输衰耗越大，信息传输距离越短。设备维护量大。继电器使用寿命有限(平均为1万次左右)，因此维护费用较大。为了保证轨道电路的良好电气特性，需要经常进行测试与调整。
2、计轴定位
计轴技术是以计算机为核心，辅以外部设备，利用统计车辆轴数来检测相应轨道区段占用或空闲状态的技术。
交叉感应回线定位原理
环线中不同位置的电流方向馈入设备电缆环
25m
车载控制中心

列车定位及精确停车技术探讨

列车定位及精确停车技术探讨摘要：如何动态、精确地检测城市轨道交通列车的位置和速度，是列车控制系统的核心和关键，本文首先对城市轨道交通常见的列车定位技术和其原理进行介绍，并对各项定位技术的优劣进行分析比较。

同时，结合实际，以宁波轨道交通采用的信号系统的列车定位技术为例，深入研究和探讨列车定位对信号系统以及城市轨道交通运营的影响，推动列车定位和精确停车技术的研究。

关键词：信号定位精确停车Abstract：How to dynamically and accurately detect the location of the train and speed，is the core and key of ATC.This paper first introduces the urban rail transitlocation technology and principle，then analyze and compare the advantages and disadvantages of each location technology.At the same time，combining with the actual to the SIGlocation technology adopted by NBRT as an example，in-depth research and discussion SIG location technology and the influence tourban rail transit，to promote the location technology and precise parking technology research.KeyWords：SIG、location technology、precise parking引言信号系统作为城市轨道交通的重要组成系统之一，主要用于指挥和控制列车运行，其所包含的各项技术，对行车安全和高效率运营起着极为重要的作用。

第八讲测速和定位技术(一、二)

②查询应答器或轨道环线采用轨道电路载频变化对测距进行各种修正和校准存在一些问题。首先在整条线路上不可能完全做到载频交叉，这样就可能在分区变化时得不到定位校正；其次车载设备接收绝缘节信息的延迟较长，造成校正信息的提供不及时，甚至造成多绝缘节或少绝缘节的差错情况，使测距系统混乱。因此在列车运行自动控制系统测距定位中采用查询应答器或轨道环线的方法解决测距的校正和准确定位。
②滑行校正若现在的列车速度和 1s 前的列车速度的差值（减速度）过大，如图 5-21 所示，图中速度曲线的尖峰部分，超过了滑行判定加速度，列控车载设备认为出现了滑行，并对列车速度进行校正。校正方法：把滑行校正减速度默认为当前减速度，得出校正速度 v ，当来自速度传感器的检测速度值高于校正速度 v ，校正结束。
（1）测速电机方式测速电机包括一个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。
线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁
力线，在线圈上产生感应电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率 -电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电
为了使地面控制中心和列车本身获知列车当前位置和
向顾客提供信息，必须精确地确定列车的位置。因此，对任何性能良好的列车定位与导航系统来说，精确、可靠的
测距定位是必要的先决条件。
定位是指确定地球表面上车辆的坐标。位置是指车辆相对于路标或其他地面特征（如道路）的方位。通常采用三种定位技术：独立定位技术、
单独的相对传感器不能提供相对于参考坐标
系的绝对方向和位置。相反，绝对传感器可提供
相对于大地的车辆位置信息。
提供绝对位置信息的最常用技术是 GPS 定

城轨列车定位技术

无线扩频通信定位技术
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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。
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。
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. 715GH z 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。

列车运行控制系统PPT课件

第一章基本概念与术语（3）
n 准移动闭塞 (Distance-To-Go)：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个闭塞分区（一般为几十米—几百米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。
点式列控系统
连续式列控系统-轨道电路方式
连续式列控系统-轨道电缆方式
连续式列控系统-无线方式
点连续式列控系统-轨道电路+点式应答器
第三章列控系统基本工作原理
n 概述
n 基本功能 n 间隔控制 n 速度控制
n 基本原理：地面信息——传输通道——车载设备 n 根据传输通道不同分为
n 点式列车运行自动控制系统 n 连续式列车运行自动控制系统
n 组成
n 地面应答器
n 轨旁电子单元（LEU）
n 车载设备
速度传感器
中央处理单元天线应答器
LEU
车载设备地面设备
信号机或联锁设备
第三章列控系统基本工作原理
v v = v(s) s
ETCS
联锁
现场单元控制轨道占用 TD-SP-
MA
轨旁电子单元
欧洲应答器
占用轨道区段的末端
欧洲应答器
第三章列控系统基本工作原理
讲授内容ห้องสมุดไป่ตู้
n 基本概念与术语 n 概述 n 列车运行自动控制系统基本工作原理 n 地—车信息传输技术
第一章基本概念与术语（1）

定位技术

9．航位推算系统定位
航位推算系统由测量航向角的传感器和测量距离的传感器构成。典型的航位推算系统传感设备能够测量出正在行驶的车辆的运行距离、速度和方位，在短时间内这些传感器的精度较高，但如果
时间长就需采取措施，以避免累计误差。
但是由于城市轨道交通所处的特殊环境决定了需要对上述多种定位方法的合理性和适用性综合比
第3章列车运行控制的主要技术与方法
3.1
测速技术列车定位技术
3.2
3.3
无线通信技术
3.4 3.5
闭塞方式
速度控制模式
列车位置信息在列车自动控制系统中具有重要的地位，几乎每个子功能的实现都需要列车的位置
信息作为参数之一。所以说列车定位是列车控制
系统中一个非常重要的环节，它使得调度指挥和行性。
4．测速定位
轨道电路、计轴器定位技术的定位精度都比较低，在对列车运行速度、位移实施精确控制时是远远不够的。为了提高列车定位的精度，目前在现场上比较广泛地应用了测速定位作为辅助定位方式。测速定位就是通过不断测量列车的即时运行速度，对列车的即时速度进行积分（或求和）的方法得到列车的运行距离。由于测速定位获取列车位置的方法是对列车运行速度进行积分或求和，故其误差是积累的，而且测得的速度值误差对最终距离值的影响也是非常直接。因此，该方法关键在于速度测量的准确性和求位移算法的合理性。
通过在列车上安装GPS接收机，接收太空中4颗以上卫星信号，根据这些信号及信号传输过程中的时间延迟或相位延迟，计算出三维空间中列车所处的绝对位置。
利用GPS实现列车定位，优点是设备简单、接收机技术成熟、成本低、体积小、维护方便。但也存在不少缺点：目前运动定位精度远低于静止定位精度，在并行线路上易发生认错股道的现象。接收器处应有开阔的天空，视场内阻碍物的高度的仰角应小于12°～15°，以减弱对流层对卫星信号折射的影响，而列车不可避免地要穿过隧道、密林和城市，在这些地方存在定位盲区，极大地影响了列车的定位精度，在通过遂道、密林时，根本接收不到信号，在通过高楼林立的城市时，也会因视场不开阔而接收不到信号。恶劣的天气也会对GPS的工作产生重大的干扰，而列车的运行却不能因为天气恶劣而停止。

2024版CTCS列车运行控制系统ppt课件

2024/1/24
15
案例分析：某高铁线路运行控制实践
线路概况
介绍某高铁线路的基本情况，包括线路长度、设计速度、车站数量等。
控制策略应用
阐述在该高铁线路上应用的列车运行控制策略，包括基于速度曲线的控制、基于时间间隔的控制和节能优化控制等。
实施效果评估
对该高铁线路应用上述控制策略后的实际效果进行评估，包括运行安全性、准点率、能耗降低等方面的指标。
时间间隔的动态调整
根据线路条件和列车运行状况，对时间间隔进行动态调整，以适应不同运行场景和需求。
14
节能优化控制策略
牵引力优化
在保证列车安全、准点运行的前提下，通过优化牵引力控制策略，降低列车运行能耗。
制动力回收
利用列车制动时产生的能量进行回收再利用，提高能源利用效率。
空调系统节能控制
根据车厢内外温度和乘客舒适度需求，对空调系统进行节能控制，减少不必要的能源消耗。
ATC
实现列车自动控制，包括速度控制、定位、车门控制等。
ATP
确保列车运行安全，防止超速、碰撞等危险情况。 2024/1/24
ATO
实现列车自动驾驶，减轻驾驶员负担，提高运行效率。
ATS
监控列车运行状态，提供实时数据和故障诊断。
20
系统架构设计与实现
系统架构设计
01
02
采用分布式架构，实现模块化、可扩展性。
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04
车载设备与系统架构
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车载设备组成及功能
车载设备主要组成
列车自动控制系统（ATC）
列车自动防护系统（ATP）
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《城市轨道交通行车组织》课件——任务三移动闭塞

三、移动闭塞的关键技术
4.移动闭塞分区
制动距离S
安全距离
移动闭塞分区示意图
三、移动闭塞的关键技术
4.移动闭塞分区
闭塞分区长度的可变性和可移动性
闭塞分区特性
不是固定在某一区段,而是随车变闭塞分区长度是变动的,可变的决定因素：
列车速度列车载重列车制动能力线路坡度弯道程度及某种限速值等等
V2 V1
V3
LM AS 1
LM AS 2
LMA S3
四、实训1 CBTC移动闭塞使用特点
任务单
1．操作使用CBTC模拟系统，组织模拟列车运行。 2．试指出CBTC移动闭塞系统使用特点？
四、实训1 CBTC移动闭塞使用特点
1. CBTC系统架构和组成
接入交换机 X
ZC 区域控制器
X
车载无线接入AP
B 1. 基于轮速传感器和多普勒雷达，列车B连续
的计算其位置() （经过信标点时重置其误差），生成虚拟占用。
三、移动闭塞的关键技术
4.移动闭塞分区移动闭塞的线路
取消了物理层次上的闭塞分区划分，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元。
移动闭塞分区的长度与位置
均不是固定的，是随前方目标点（前行列车）的位置、后续列车的实际速度以及线路参数而不断改变，这个“闭塞分区”是移动的。
四、实训1 CBTC移动闭塞使用特点
2. CBTC使用特点
1 系统配置有信号机。信号机具有显示与隐藏设置；
车载区设域备控发制送器列发车送位更隐置远藏和的信隐移号藏动机信授显号权示机给请显列求示车给授联权锁给设区备域控制器
车位载置
列车定位隐藏信号机显示授权
区移域动控授权制区器域控制器状态

高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位

高速铁路设备系列介绍之七——列车运行控制系统的列车测速与定位：2008年在世界高速铁路大会上,与会代表在最后讨论中，达成一个新的共识。

就是把高速铁路定义为：必须新建的专用铁路并在这个线路上开行运营时速达到250公里以上的动车组和采用了专用的列车控制系统的铁路。

也就是说高速铁路有了三个标准。

一是新建的专用铁路。

所谓的“专用”含义就是新建客运的专用铁路。

既有的铁路线跑的客车速度达到也不能算。

当然也没必要、没可能在铁路线上要开行超高速度的货运列车。

二是开行250公里以上的动车组列车。

三是高速铁路最核心、关键的技术是铁路信号设备的新功能——列车的运行控制系统。

我们知道，铁路信号原先比喻为是火车的眼睛，经过上百年的历史发展，为保证列车开行的安全和效率，铁路信号早已开始做到由机器控制和人控制相结合，已比喻成为是火车的神经系统了。

但这火车的神经系统，普速铁路仅是以人控为主,机器做辅助。

而高速铁路是一个电脑化的控制系统，与普速铁路相比是反过来了,机器控制优先为主,人是辅助。

只有高速铁路必须要用这样一个最先进的高速列车运行控制系统,最后才能认定，这条线路是高速铁路。

列车运行控制技术关键技术之一是列车的测速与定位。

为确实保证列车距离与速度的安全控制，首要是及时获取列车运行中的速度与位置，测速和定位的正确程度从根本上制约着列车运行控制系统的控制正确程度，测速测距的正确程度过低，不仅会增加列车的不安全因素，并且会造成列控系统预留的安全防护距离过大，从而影响运输效率。

目前有多种列车测速方式。

按照速度信息获取的来历，可以把测速方式分成两大类，一类是利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法。

轮轴旋转测速方法又有机电测速方式和脉冲转速传感器方式之分。

有机电测速方式正处于被逐步淘汰过程中，不介绍了。

脉冲转速传感器方式，其脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转一周，传感器输出一定目标的脉冲，保证脉冲的频率与轮轴的每转速度完成正比。

输出脉冲经过断绝和整形后，直接输入到微处置惩罚器进行频率测量并换算成速度和走行距离。

全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术

系统及列车本身需要实时了解列车在线路中的精确位置。列车在线路上的位置是由列车本身确定的。准确、时地获取列车位置信息，列车安全、效及是有
运行的保障。因此，车定位是全自动无人驾驶轨列
道交通的一项关键性技术。分布于轨旁及列车上的
维普资讯
｛｛潮｛｛ｉ｛搂｝ｉ｝ｌ
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茔自动无人驾驶车追交通列车定位技市７ｌ
田学薇刘晓娟
（兰州交通大学自动化与电气工程学院，０７，７００兰州∥第一作者，３硕士研究生）
的前提。经对国内外轨道交通中的多种定位技术进行比较后，建议选用ＧＳ列车定位技术中常用的差分ＧＳ定位技ＰＰ术，作为全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术。关键词城市轨道交通，自动无人驾驶，列车定位技术，全
Ｕ３．．；２．２９５６Ｐ２８４全球定位系统中图分类号
ＴａｎＰｏｉｉｎＴｃｎｑｅｉＦｒｉｓｔｏｅｈｉｕｎＡＯｏｆＲａｌａｓｔｉＴｒｎｉ
列车自动控制系统，据线路中列车的相对位置，根实时、动态地对每一列车进行监督、控制、调度及安全防护，在保证列车运行安全的前提下，大限度地提最
摘
要
在全自动无人驾驶轨道交通中，时、确地确定实精
佳服务的前提。在全自动无人驾驶系统中，由于列车运行密度高、站间距近、全性要求高，车安因此列车自动控制

列车定位技术 ppt课件

自然衰耗式，利用轨道电路的自然衰耗和不同的信号特征（频率、相位等），实现轨道电路的互相隔离，在接收端直接接收或通过电流传感器接收。钢轨中的电流可沿正反两个方向自由传输，基本上靠轨道的自然衰耗作用来衰减信号。道口信号所用的道口控制器就采用这种方式的无绝缘轨道电路。
强制衰耗式是在自然衰耗式的基础上，吸收电气隔离式的长处（谐振回路的强制性衰耗）而形成的。它采用电压发送、电流接收的方式，接收端由电流传感器接收信号。
1、划分原则
（1）有信号机的地方必须设置绝缘节
（2）满足行车、调车作业效率的提高
（3）一个轨道电路区段的道岔不能超过3组
（4）为了提高咽喉使用效率，把轨道电路区段适当划短，使道岔能及时解锁，立即排列别的进路。但提速区段，为了保证机车信号的连续显示，轨道电路区段不能过短。
2、命名：道岔区段和无岔区段命名方式不同（1）道岔区段：根据道岔编号来命名。在所示站场中，只包含一组道岔的，用其所包含的道岔编号来命名，如1DG、3DG。包含两组道岔的用两组道岔编号连缀来命名，如7－9DG、13－19DG。若包
含三组道岔，则以两端的道岔编号连缀来命名，如11－
27DG，包含了11、23、27号三组道岔。
第五章列车定位技术
1.轨道电路
第一节轨道电路概述
一、轨道电路的基本原理
组成：钢轨、绝缘节、轨端接续线、发送端、接受端（轨道继电器）
等
二、轨道电路的作用
1、监督列车的占用，反映线路的空闲状况，为开放信号，建立进路或构成闭塞提供依据；
2、传递行车信息，如移频自动闭塞利用轨道电路传递不同的频率信息来反映列车的位置，决定通过信号机的显示或决定列车运行的目标速度，从而控制列车运行。

《列车定位技术》课件

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THANKS
通过无线通信技术实现列车与地面设备间的信息交换，根据通信时延、信号强度等信息计算列车位置。
列车与地面设备建立通信连接，地面设备根据接收到的信号计算列车位置。
优点
缺点
可以实现列车精确定位，不受轨道电路限制。
需要建立完善的通信网络，成本较高。
基于感应环线的列车定位原理
01
02
03
04
感应环线原理
工作过程
列车安装卫星导航接收器，接收卫星信号并处理，从而确定列车位置。
优点
可以实现列车精确定位，定位精度高。
缺点
受卫星信号遮挡、干扰等因素影响较大，稳定性有待提高。
04
列车定位技术发展前景与挑战
列车定位技术的发展前景
列车定位技术是铁路运输智能化、自动化发展的重要支撑，随着科技的进步和应用需求的增加，列车定位技术将迎来更
定位精度较高，结构简单。
缺点
03
需要铺设感应环线，维护成本较高。
基于卫星导航的列车定位
卫星导航定位原理
利用全球卫星导航系统（如GPS、北斗等）接收卫星信号，通过解析信号确定列车的位置。
优点
定位精度高，覆盖范围广。
缺点
易受卫星信号遮挡和干扰，需要额外安装卫星接收设备。
03
列车定位技术原理
基于轨道电路的列车定位原理
上海磁悬浮列车定位系统应用案例
总结词
高速稳定、技术成熟
详细描述
上海磁悬浮列车定位系统采用了磁悬浮技术，实现了列车的高速稳定运行。该系统能够实时监测列车位置，确保列车安全、准时、高效地运送乘客，为上海交通发展做出了重要贡献。
欧洲铁路货运列车定位系统应用案例

基于GSM—R网络的列车GPS／DR组合定位技术

（０ｏＸ，）Ｙ
图２航位推算原理图
ｘ、向上的位移量，从而推算出行驶列车的位置。Ｙ方
如图２示。所
在Ｔｎ时刻，列车的位置（，ｎ和方向０ＸｎＹ）ｎ可按
下列公式计算：
ｎ一１
地参考信号与卫星信号的测距码同步，载波同频，由
研究所（ＴＩＥＳ为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的）技术标准，是加入铁路专用通信功能的ＧＭ通信系Ｓ
统。它以ＧＳ技术为基础，Ｍ结合铁路通信的需求，在ＧＳ标准中引人了多优先级管理、急呼叫、呼、Ｍ紧组
即
２列车定位技术
空间星座部分可以提供星历和时间信息、发射伪距和
载波信号并提供其它辅助信息。ＧＳ卫星的地面监控部分是由分布在全球的５Ｐ个地面站组成，中包括卫星监测站、其主控站和信息注入站三大部分，成中心控制、现时间同步以及完实跟踪卫星进行定轨等功能。
２１ＧＳ位技术．Ｐ定
１１Ａ．．ＦＳ固定网络２
ＦＳ固定网络实际上是一个专用自动交换机Ａ
（Ｕ）ＰＸ为平台的有线调度通信网络，Ａ现有的干、局线
区段有线调度网络所采用的数字调度设备是以电路
１１移动终端和固定终端．．３ＧＭ— 应用的用户终端类型包括移动终端和ＳＲ固定终端，适应于铁路运输指挥通信，路运输管理铁通信及数据传输通信的不同用户终端类型。１．２列车定位系统结构基于ＧＭ— 的列车定位系统有三个组成部分：ＳＲ调度指挥中心，据通信设备以及车载定位设备。车数载定位设备接收到列车定位信息，通过ＧＭ— 无线ＳＲ

高速铁路列车定位技术的研究

高速铁路列车定位技术的研究闫剑平　步　兵(北方交通大学电子信息工程学院,北京100044)摘　要　给出了高速铁路列车定位技术的一般概念,阐述了高速铁路中常用的列车定位技术.最终提出了一种崭新的列车定位模型,综合利用基于卫星的列车定位技术和基于查询/应答器的定位技术,大量减少了地面的查询/应答器.并对这些定位技术进行了比较.关键词　高速铁路　列车定位　查询/应答器　基于卫星的列车定位分类号　U284.21Study on T rain Locating of High Speed R ail w ayYan Jianping Bu Bing(College of Electronics and Information Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044)Abstract This paper deals with the common concepts for high speed train locating.The main train locating technologies in the worldwide are discussed ,and a new typemethod of train locating are proposed finally.The method combines balises and satellitebased location modules with low requirements concerning trackside equipment.Theproperties of the above mentioned methods are also given.K ey w ords high speed railway train locating balise satellite based train locating高速铁路列车运行控制系统的定位模型的基本功能是在任何时刻、任何地方能决定列车的具体位置,包括列车行车安全的相关间隔、速度、加速度及轨旁设备和车载设备资源的分配.从传统来讲,列车运行控制系统中的信息传输媒体主要是轨道电路.但是利用轨道电路作为高速铁路的控制,还存在着一定的局限性[1],主要是因为:(1)系统控制要求有更多的信息并且要缩短信息响应时间,这自然要求提高传送信息的频率,而频率的提高使电信息在轨道中衰耗增大,即轨道电路只能是缩短或增加补偿的措施.这就会增加投资和维修费用.(2)移动列车与地面控制之间应该有双向的信息传输通道,以利于构成真正的闭环控制系统.但轨道电路作为信息传输的媒体,只能完成地面到列车方向的信息传输.(3)利用轨道电路一般只能构成固定自动闭塞,而难以构成移动自动闭塞系统,就不能显著地缩短列车运行间隔.基于上述原因,高速铁路列车运行控制系统的发展必将取消地面轨道电路,同样,列车定本文收到日期1999201218　闫剑平男1972年生博士生　email yjp @1999年10月第23卷第5期北　方　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Oct.1999　Vol.23No.547北　方　交　通　大　学　学　报第23卷位方式也必须不依赖轨道电路.为此,世界范围内发展研究了一系列新型的列车定位方式,并取得了可喜的成果.1　列车定位的一般概念(1)列车定位信息的产生①基于离散的方式　信息在预先排列的一些点上产生(如定位查询/应答器).②基于闭塞的方式　信息在闭塞区间或者分区内产生(如车轴计数器).③基于连续的方式　信息在任何点上都能够连续地产生(如德国L Z B系统中的轨间电缆,基于卫星的定位方式等).(2)定位信息在列车运行控制系统的不同部分产生①完全基于轨旁设备的定位　不依赖于车载设备,所有定位的有源器件都安装在轨道上(如欧洲安装在较低运输密度铁路线上的防护系统的定位系统).②完全基于车载设备的定位　不依赖于轨旁设备,所有定位的有源器件都安装在列车上(例如基于卫星的定位系统).③基于轨旁设备和车载设备的定位　定位信息由轨旁设备和车载设备综合产生,定位的有源器件一部分安装在列车上(如里程计、查询/应答器识别装置等),另一部分安装在轨道上(例如查询/应答器).(3)列车定位系统必须满足的技术要求[2]①精确性　列车定位的精确性需满足两种不同的要求,一个是列车在同一轨道上纵向的定位精确性,另一个是列车在不同轨道之间横向的定位精确性.在纵向的定位精度必须不低于10m,在横向的定位精度必须不低于1m(保证轨道选择的正确性).②对于时间的可用性　定位系统必须具有执行列车定位而不发生任何间断的能力,即有很好的连续性.③对于空间的可用性　不管列车运行在任何地理领域内,定位信息必须不间断地提供给列车运行控制系统,即有良好的覆盖性.④可靠性和安全性　定位系统与列车运行控制系统的其它子系统相互独立,并能检测和报告本身发生的失效和故障.⑤可维护性　定位系统的设计和使用必须综合考虑预防性维护和校正性维护等因素,从而使定位系统的生命周期成本最小.2　高速铁路采用的定位方式高速铁路已在发达国家取得了很大发展,所采用的列车定位技术是各种各样的[3].如法国ASTREE系统采用多普勒雷达进行定位;北美ARES、PTC、PTS系统采用GPS(全球定位系统)进行定位;欧洲ETCS、日本CARA T系统采用查询/应答器和里程计进行定位;德国L Z B系统采用轨间电缆进行列车定位;美国AA TC系统采用无线测距进行定位等.下面简单介绍基于卫星的列车定位、基于查询/应答器和里程计的列车定位.2.1　基于卫星的列车定位这种定位方式比较成熟的系统是GPS.GPS利用低轨道多颗卫星进行全球导航定位,卫星处在距地面高度约20000km、相互间隔120°的三条轨道上.每个轨道上有6～8颗卫星,即总共有18颗到24颗卫星围绕地球运转,每12h 绕地球一周.其目的是保证地球上任何一个用户终端能同时看到4颗卫星,以进行4颗卫星的无源定位,获得三维空间的位置参数.由于电磁波的传播速度是固定不变的光速,如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间,也就等于测量出两个物体之间的距离.测量的精度取决于扩频通信中码片的宽度.码片越窄,扩展的频谱越宽,精度就越高.利用C/A 码(民用码、粗码),定位精度约45m ,通过一些措施可将定位误差限制在高速铁路允许范围内,如差分GPS (D GPS )定位精度可达10m [4].利用GPS 实现列车定位,优点是设备简单、成本低、体积小.缺点是:定位精度较低;列车在隧道中无法接收卫星信号;不能区分两组并行的轨道.2.2　基于查询/应答器和里程计的列车定位基于查询/应答器和里程计的列车定位是世界铁路上运用最为广泛的一种方式.其原理是首先在铁路干线的沿线上安装间隔一定距离的查询/应答器作为列车绝对位置的识别,列车每经过一个查询/应答器都会获得一个新的绝对位置;在两个查询/应答器之间,列车的具体位置通过里程计计算而得出,即得到列车对于绝对位置的相对距离.其原理和结构如图1所示.图1　基于查询/应答器和里程计的定位每一个查询/应答器都存储着它本身的识别号码,还存储着下一个查询/应答器的识别号码、到达下一个查询/应答器的距离以及绝对可靠和安全的列车行车间隔.列车一旦读取了定位查询/应答器的识别号码,就可以通过存储在列车上电子地图的辅助,得到列车在轨道上的绝对位置信息.查询/应答器内部的信息由列车上的查询/应答器识别装置来读取,由车载计算机判别一个查询/应答器的信息是否被成功地读取,处理后送到里程计.里程计对列车在相临两个查询/应答器之间已经走行的距离进行计算,并综合绝对位置信息,产生一个完整的列车位置信息,再送往车载计算机,作为列车运行控制的依据.当列车每经过一个查询/应答器,都得到一个新的绝对位置信息,同时校正里程计的测距误差1基于查询/应答器和里程计的定位方式的特点是:定位精度比较高,可以达到5m ;成本比较昂贵,需要在轨道每间隔1km 处、每一个道岔及道口处安装查询/应答器;由于拥有大量的地面设备,所以不利于设备的维护和保养[2,4].3　卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的列车定位通过对上述两种列车定位方式及其特点的阐述,其中基于查询/应答器和里程计的定位方式比较精确,但是这是以很高的成本和维护量为代价的1为了降低成本和维护量,通过适当引入卫星的定位方式,产生一种崭新的列车定位方式———卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的列车定位,可互相取长补短,达到最佳的效益/成本比率1首先,由于引入了基于卫星的列车定位方式,因此,需在列车上安装通过传感器(卫星定位模块)以接收卫星信息1基于卫星的定位模块在该方式中只是根据电子地图按一定距离间隔(例如1km )提供列车的绝对位置,即具有同查询/应答器一样的功能1绝对位置之间的相对位置也是由里程计测距得出,每隔一定的距离则由卫星定位模块根据电子地图进行校正1采用里程计而不使用卫星进行列车的连续定位,可以有效避免卫星定位误差的累积,因此该定位57第5期闫剑平等:高速铁路列车定位技术的研究方式的精度比卫星定位高1另外,要进一步提高精度,相应缩短卫星的定位模块提供绝对位置信息的间隔即可,因此具有高灵活性1其次,考虑到有些地方接收不到卫星发出的定位信息(例如隧道),在这些地方应安装查询/应答器,并切换到基于查询/应答器和里程计的定位方式进行工作1为了保证定位方式之间的切换和兼容,需要在车载计算机和卫星定位模块之间安装调节器,把卫星定位模块提供的绝对位置信息转化为查询/应答器的报文形式1另外为了进一步提高精度,还需在线路上按一定间隔安装查询/应答器以对列车的绝对位置进行精确的调整,这个间隔比基于查询/应答器和里程计的定位方式中的间隔要大得多1综上所述,卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的定位方式利用卫星定位模块代替了大多数查询/应答器,大大减少了查询/应答器的数量;其定位精度低于基于查询/应答器和里程计的定位方式,高于卫星定位1其原理和结构参见图21图2　卫星辅助基于查询/应答器和里程计定位当卫星定位模块能够接收到卫星信息时,卫星信息经过调节器转化为查询/应答器的报文形式,送往车载计算机,与内部存储的电子地图结合,把绝对位置信息送到里程计1里程计综合绝对位置信息和本身的测距,产生一完整的列车位置信息,再送往车载计算机作为列车运行控制的依据1里程计的误差由卫星定位模块按一定距离间隔或由查询/应答器校正1当卫星定位模块接收不到卫星信息时,调节器通知查询/应答器识别装置,并开始工作,读取查询/应答器的内容作为列车的绝对位置,通过调节器不加变化地送往车载计算机,此后的工作过程与基于查询/应答器和里程计的定位方式相同14　结论卫星辅助的基于查询/应答器和里程计的定位方式具有如下特点:(1)安装的基于卫星的定位模块的数量远远低于节省的查询/应答器,而安装一个基于卫星的定位模块的费用与安装一个查询/应答器的费用基本相同,所以可大大节约成本.(2)节省了大量的轨旁查询/应答器,而代之于少量的列车上的基于卫星的定位模块,使设备所处的环境得到了改善,提高了定位设备的可靠性.(3)设备数量减少,并且大部分位于列车上,所以利于维护.(4)定位精度对比于基于卫星的定位来说有较大的提高,可完全地满足高速铁路的需要.参考文献1　汪希时.高速铁路行车安全控制系统概论.世界铁路报道,1997,(2):33～372　Rover S.Satellite Based Locating in Guided Traffic.Lisbon :COMPRAIL ’98,19981622～6323　Howard G M.Advanced Train Control System.ASME/IEEE Joint Railroading ,1997,(5):36～404　William C V.Do Y ou Know Where Y our Train Is.Railway Age ,1996,(2):41～4267北　方　交　通　大　学　学　报第23卷。