轨道交通信号基础第六章

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第一节 列车定位技术
• 以数字轨道电路为例, 数字轨道电路的发射单元以差分模式向另一端 通过铁轨传输一个调制信号, 在轨道电路的另一端提取这个信号。接 收的信息和传送的信息经逐位比较确认相, 同时, 完成对接收信息的验 证, 判定轨道电路处于空闲状态; 当列车驶入轨道区段, 由于列车轮对 的分路作用, 接收端检测信号发生变化, 判定有车占用该轨道电路。
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第一节 列车定位技术
• 采用应答器(信标) 定位技术的信息传递是间断的, 当列车从一个信息 点获得地面信息后, 到下一个信息点才能更新信息, 若其间地面情况发 生变化, 就无法立即将变化的信息实时传递给列车, 因此应答器(信标) 技术往往作为其他定位技术的补充手段。
• 目前, 在多数城市轨道交通线路中使用信标定位消除累计误差。通过 多组传感器组合防护实现列车的精确定位。在阿尔斯通公司应用于上 海地铁10 号线的URBALISTM 解决方案中, 确认了以下方式:
• ①主动列车检测, 根据每个列车发送的位置信息计算列车位置。 • ②辅助列车检测, 根据轨旁计轴设备或停车场轨道电路检测列车位置
。辅助列车检测用于检测静音列车位置。
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第一节 列车定位技术
• 车载控制器通过读取沿线分布的精确位置信标计算自己的位置。当车 载控制器通过一个信标时, 将获取信标名和位置参数, 并根据该信标计 算其在线路中的位置, 报告给轨旁设备, 车载ATP 周期性地估算本车 的安全位置。在两个定位点之间, 根据一个定位信标的位置, 计算本车 最大和最小可能位置。列车的实际位置总在这两个位置之间, 这两个 可能位置作为定位误差。随着列车的运行, 该误差将由于车轮的空转 、打滑效应而增加。编码里程计连接在车轴上, 位置测量与车轴直径 有关, 用于检测列车的移动数据。
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第一节 列车定位技术
• 裂缝波导管可以根据现场条件安装在隧道底部钢轨旁(适用于地下、 地面、高架或混合线路)、隧道侧墙(仅适用于全地下线路) 或隧道顶 部(仅适用于全地下线路, 且三轨供电)。裂缝波导管的安装位置必须 与车载天线位置对应, 其安装精度要求较高, 对于波导管内部和表面的 维护量较大, 工程施工麻烦, 同时需要解决好防水、热胀冷缩、防止沙 尘侵入和污物覆盖等问题, 后期对线路的养护有影响。
• 6. 1. 2 列车定位技术的分类
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第一节 列车定位技术
• 1. 轨道电路定位法(包括无绝缘音频轨道电路与数字轨道电路) • 从分割方法不同的角度, 轨道电路分为机械绝缘轨道电路和电气绝缘
轨道电路。 • 基于轨道电路设备的列车定位方法是将钢轨分割成不同的区段来实现
, 在每个区段的始端加上发送设备, 终端加上接收设备, 构成信息传输 回路。 • 以无绝缘音频轨道电路为例, 当轨道区段空闲时, 信息由发送端通过轨 道传输至接收端, 接收端轨道继电器励磁吸起, 当有列车进入轨道区段 时, 轮对将两根钢轨短路, 接收端轨道继电器失磁落下, 从而达到列车 检测与定位的目的。
• 轨道电路定位技术的优点是经济、方便、可靠性高, 既可以实现列车 定位, 又可以检测轨道的完好情况; 缺点是定位精度取决于轨道电路 的长度, 定位精度差, 无法构成移动闭塞。
• 2. 计轴器定位法
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第一节 列车定位技术
• 在城市轨道交通信号系统中, 计轴器与轨道电路实现的功能相同。通 过计轴系统实现列车轮对计数, 判断列车占用或出清轨道区段。计轴 设备工作原理如图6-1-1 所示。
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第一节 列车定位技术
• 当列车通过时, 车在天线与波导管通过电磁感应耦合实现信息的实时 传递、双向通信构成了列车和地面轨旁设备的闭环通信数据系统, 既 能传输相关的列车控制信息, 也能精确计算列车位置。具体传输原理 如图6-1-5 所示。
• 波导管作为微波传输的一种载体, 其本质是一种连续加长天线。一方 面, 控制中心通过通信网络与车站及轨旁无线接入点AP 联系通信, 无 线接入点AP 将信息送到波导管, 通过裂缝传输给车载设备; 另一方面, 车载计算机接收地面信息, 计算列车具体位置, 通过波导管向控制中心 传送列车相关信息, 从而实现了列车定位功能。
• 在轨道电路定位法和计轴器定位法中, 列车是在区间的始端还是终端 是无法判断的, 对列车定位时的最大误差就是一个区段的长度。为了 得到较为准确的位置信息, 在计算具体位置信息时, 通常要引入列车的 即时速度信息。如在某点一个速度采样时间点tn 上测得列车的即时速 度为v(tn ) , 列车的即时位置:
第六章 列车定位与车-地通信技术
• 第一节 列车定位技术 • 第二节 车-地通信方式
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第一节 列车定位技术
• 6. 1. 1 列车定位技术的作用
• 列车定位技术在现代轨道交通行车安全和指挥系统中的作用主要体现 在以下几个方面:
• ①为保证列车安全间隔提供依据; • ②提供区段占用/ 空闲信息, 作为转换轨道检测信息和速度控制信息发
• 上海地铁8 号线、北京地铁10 号线及广州地铁4、5 号线等项目均采 用此方式。根据IEEE 802. 11 无线局域网的标准, 目前广泛采用的是 基于2. 4 GHz 的ISM 频带, 无线电台方式传输的最大距离约为400 m 。由于轨道交通线路多穿行于城市区域, 其弯道和坡道较多, 增加了无 线电台的体积较小, 安装比较灵活, 受其他因素的影响小, 可以根据现 场条件和无线场强覆盖需要进行设计和安装, 且安装和维护容易, 成本 低。无线电台在隧道内传输受弯道和坡道影响较大, 同时隧道内的反 射比较严重, 需要考虑多径干扰等问题。无线电台在地面和高架线路 安装比较容易, 但无法做到一次性预先设计, 容易受周围无线环境的影 响和同频干扰。
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第一节 列车定位技术
• 引入测速信息后, 减少了定位误差。目前使用较多的列车测速一般是 通过测量车轮转速, 然后将车轮转速换算为列车直线速度。
• 3. 查询-应答器(信标) 定位法 • 应答器(信标) 是短程无线传输设Leabharlann Baidu, 沿轨道交通线路布置, 反映线路绝
对位置。有源应答器(信标) 可实现车-地双向通信, 无源应答器在列车 经过其所在位置时, 车载天线发射电磁波激励地面应答器工作, 并传递 绝对位置信息给列车。由于应答器(信标) 提供的位置精度很高, 达到 厘米量级, 常用应答器(信标) 作为修正列车实际运行距离的手段。
送的依据; • ③为列车自动防护(ATP) 系统提供准确位置信息, 作为列车车站停车
、打开车门及屏蔽门的依据; • ④为列车自动驾驶(ATO) 系统提供精确位置信息, 作为列车计算速度
曲线, 实施速度自动控制的主要参数;
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第一节 列车定位技术
• ⑤为列车自动监控(ATS) 系统提供列车位置信息, 作为显示列车运行 状态的基础信息;
Cable), 简称漏缆。所谓漏泄电缆, 就是在同轴电缆的外导体上, 沿纵 向开有用作辐射的周期性槽孔, 由于这种电缆具有同轴电缆盒线型天 线的双重功能, 有时又被叫作辐射电缆(Radiating Cable), 或同轴天 线, 它主要由内导体、绝缘介质、带槽孔外导体和电缆护套等组成。 • 按漏泄原理的不同, 漏泄电缆分为耦合型、辐射型和漏泄型3 种。漏 泄电缆作为解决无线电波在隧道中传输的最佳途径之一, 已经在地铁 建设中得到了很好的应用。
• 北京首都国际机场CBTC 信号系统, 采用阿尔斯通(ALSTON) 公司的 无线裂缝波导传输技术, 确保车载信号ATP / ATO 设备和地面轨旁 ATP / ATO 设备之间的双向连续大容量的通信信息传输。
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第一节 列车定位技术
• 7. 漏泄电缆定位法 • 漏泄电缆(Leaky Coaxial), 全称漏泄同轴电缆(Leaky Coaxial
• 5. 无线扩频定位法 • 无线扩频定位法采用无线扩频通信、伪码测距和计算机信息处理技术
, 实现对复杂环境中列车的实时准确定位、跟踪。 • 无线扩频定位法基本原理: 地面设置测距基站和中心控制站, 在列车
两端安装无线扩频通信发射机。
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第一节 列车定位技术
• 发射机向地面测距基站发射定位信息, 测距基站收到定位信息后, 使用 DSP信息处理技术计算出伪距, 并通过无线或在线链路送至控制中心 进行信息处理, 其定位结果显示在电子地图上, 并通过无线方式传递至 列车上。这种方法定位较精确, 是一套完全独立的定位系统。
信号覆盖均匀、传输频带宽、传输损耗小、可靠性高、抗干扰能力强 的特点, 并能同时传输多媒体信息。漏泄波导管为中空铝质矩形管, 顶 部朝车辆天线方向等间隙开有窄缝, 使得无线载频信息沿波导管裂缝 向外均匀辐射。
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第一节 列车定位技术
• 在波导管附近适当位置设置无线接收器, 可以接收波导管裂缝辐射的 信号, 并通过处理得到有用的数据。
• 波导管沿轨道沿线铺设, 其顶部固定距离(约6 cm) 开有裂缝(宽2 mm, 长3 mm),让无线电波从裂缝中向外泄漏出来, 因其波导物理特性和衰 减性能较好, 传输距离较远, 最大传输距离可达到1 600 m, 且沿线场 强均匀覆盖, 呈现良好的方向性分布, 抗干扰能力较强。适合于地下隧 道内使用, 传输距离优于同轴电缆, 可减少列车在各个无线接入点AP 之间的漫游和切换, 提高了无线传输的连续性和可靠性。相对于无线 自由波传输方式, 波导管无线电波主要在波导管中传输, 并且局限在一 个很小的反位, 因此这种方式产生的无线电干扰小, 受到的干扰也小。
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第一节 列车定位技术
• 图6-1-4 为基于无线扩频通信的列车定位原理图。分布的电台构成无 线通信网, 站间可以通过无线电可靠覆盖且有冗余, 这种冗余是一种自 愈式结构, 当其中一个电台故障时,系统可以重新组织, 并自动报告故 障电台位置或者编号, 不会影响通信和对列车的控制。通常一个电台 的信息会有两个甚至三个电台接收, 无线扩频技术在恶劣电磁环境下 具有可靠的信息传输能力。
• 无线扩频通信定位技术每隔0. 5 s 对每辆车的位置进行检测, 对列车 的定位精度可达到±0. 5 m。
• 目前, 采用无线扩频技术实现车-地双向通信的系统供货商有加拿大阿 尔卡特公司、法国阿尔斯通公司、德国西门子公司、美国USSI 公司 和庞巴迪公司。
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第一节 列车定位技术
• 无线扩频技术利用车站、轨旁盒列车上的扩频电台, 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系统精确同步。轨旁计算机或车载计算机利用 不同电台传递信息的时间延时可以精确计算出列车的位置。
• ⑥在某些CBTC 系统中, 作为无线基站接续的依据。 • 列车定位技术的重要作用决定了它首先必须能够保证提供正确的列车
位置信息, 随着轨道交通朝着高速、便捷、舒适的方向发展, 对列车定 位技术的精密度提出了更高的要求, 任何列车定位技术都需要经过信 息数据的采集、传输、计算等环节, 造成列车位置信息的时延是不可 避免的, 因此提高信息及时性、减少信息误差显得十分重要。
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第一节 列车定位技术
• 无线电台的传输距离小, 为保证在一个轨旁电台故障时, 通信不中断的 可靠性, 往往需要在同一个地点设置双网覆盖, 进一步缩短了轨旁电台 布置间距, 列车在各个轨旁电台之间的漫游和切换特别频繁, 大大降低 了无线传输的连续性和可靠性。
• 6. 漏泄波导定位法 • 微波漏泄波导管是一种车-地双向数据传输的无线信号传输媒介, 具有
• 4. 电缆环线定位法 • 图6-1-2 为利用电缆环线进行列车定位的原理图。
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第一节 列车定位技术
• 沿着轨道线路中间铺设电缆环线,每隔25 m 交叉一次。列车经过电缆 交叉点时, 通过车载设备检测环线内信号的相位变化,相位变化原理如 图6-1-3 所示。车载ATP 系统根据相位变化的次数进行计数, 从而确 定列车运行的距离, 达到对列车进行定位的目的。