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摘要本文分析了深圳地铁3号线CBTC信号系统的列车定位技术，阐述基于电子地图的多传感器列车定位系统设备的构成、定位原理和定位过程，并提出技术改进措施完善了系统功能。
关键词移动闭塞；列车定位；信标；测速；重启
中圖分类号：U28 文献标识码：A
1 系统概述
深圳地铁3号线采用基于无线通信技术的移动闭塞系统（CBTC）信号系统。它通过提高列车位置的报告精度和移动授权的更新率来提供更大的通过能力, 并减小列车的间隔距离。该系统包括：ATS列车自动监控子系统、ATP列车自动防护子系统、ATO列车自动运行子系统、联锁子系统、DTS数据传输子系统和TWC车-地通信等子系统。其中每列车的车载控制设备采用二乘二取二的VATC冗余控制系统，且控制设备都集中装于车头一端（TC1车），另一端（TC2车）仅设置人机操作终端（TOD）。
2 列车定位原理
定位的作用即确定列车在系统网络中的地理位置，用于装有车载设备的列车。CBTC 的列车定位系统分为车载定位设备和地面辅助定位设备两部分。车载设备主要包括安装于车轴上的速度传感器(OPG ) 、多普勒雷达、信标读取器、车载ATP 计算机、车地通信设备等，车载信号控制系统VATC结构如图1所示。地面辅助定位设备主要是安装于地面的应答器（信标NP）及无线基站（WNRA）。车载设备根据从测速电机传来的速度和方向信息来确定列车在线路上的位置，多普勒雷达也同时产生速度和位移相对应的信号。车载ATP 计算机通过对速度传感器和多普勒雷达的输出信息进行计算，综合处理后生成行驶距离（位移）、速度和方向的精确表示。由车载定位设备和地面辅助定位设备并结合电子地图（电子网络数据库）的方式来建立列车在运行网络中的实时位置信息，通过车-地通信传输，使地面控制系统不断地更新列车的位置信息，列车定位原理结构如图2所示。
图1 深圳地铁3号线车载信号系统结构图
图2 列车定位原理结构图
3 列车定位过程
在整个CBTC系统中，正常运行的列车的位置信息是由车载ATP设备产生，以报文方式通过车－地通信（TWC）传到地面轨旁ATP设备，再经数据传输（DTS）传到中央列车自动监控子系统（ATS）。通过车-地间不断的循环通信，从而使中央控制系统掌握列车的实时位置信息。
4 车载定位参数
为确定列车位置，VATP采用列车长度来确定列车两端的位置，通过加上每一侧的列车长度和列车每一段的位置误差，VATC确定列车轨迹两端的位置，确保整个列车位于该位置之中。列车向地面ATP 设备报告的列车轨迹位置由列车实测位置、列车前端位置、列车后端位置及位置误差等部分组成，如图3所示。车载定位由列车位置、移动方向和列车极性（列车驾驶室激活的车头位置）等因素来综合确定。其中列车的定位精度主要由测速电机精度、列车两端保护距离余量、车—地通信的周期、轨旁应答器数量和安装精度等几个因素确定。而测速电机的精度主要是按里程的百分数确定，列车两端的保护距离余量则是固定值，取决于车辆的性能。
图3 列车向地面ATP 设备报告的列车轨迹位置
（a-定位误差，由信标定位误差或测速电机测量误差产生；b-列车最大的允许溜车距离（如3 m）；c- 列车后端保护距离余量；①-列车前端保护距离余量；②-车-地通信周期产生的误差；③-定位误差，由信标定位误差或测速电机测量误差产生）
5 应用效果
由于深圳地铁3号线列车的车载控制设备VATC都集中装于TC1车，并且系统重启仅依靠电源开关的分合来控制的特点，在运营应用中发现VATC故障需要重启时，存在司机无法在TC2车进行重启操作的缺点，需司机回到TC1车方能进行断电重启，对司机应急处理带来不便。因此，对VATC控制电路进行技术改造，在TC2端实现VATC重启功能对提高运营服务质量具有重要意义。
利用车辆专业提供的电源回路，在TC1车上增加2个继电器K1和K2，且继电器的电源由TC2车的电源开关提供。在TC1车控制VATC的A、B系统电源线上分别串入由TC2车供电控制的K1、K2继电器前接点，由司机在TC2车分合K1、K2继电器的电源开关来控制K1、K2的吸起和落下，从而达到控制TC1车上VATC控制电源的通断，因此实现TC2车人工重启VATC的功能，VTAC控制电源技术改造原理如图4。通过上述的电路改造后，进行列车运行试验，TC2车的重启控制功能满足运营的安全要求，且采用继电器前接点控制电源的设计方式符合“故障-安全”原则。
图4 VATC电源开关双控设计原理图
6 结语
综上所述，深圳地铁3号线CBTC信号系统的列车定位技术，采用了软件与硬件结合的多传感器综合定位方式，在列车运行的过程中进行精确定位，使列车的位置误差控制在一定的范围内。其车载控制设备VATC都集中装于TC1车的特点，有利于节约前期的工程投资成本，通过后续的电路改造实现了列车两端司机室可重启集中安装于列车一端的VATC设备功能，对后续新线建设的信号车载系统设计具有较高价值的借鉴意义。
参考文献
[1] 董松．论轨道交通列车位置检测设备[J]．都市快轨交通，2005，18(3)．
[2] 浙江浙大网新集团有限公司．深圳市轨道交通二期3号线工程信号系统投标文件[G].第三分册 技术标书.2008．
[3]庞巴迪运输集团．深圳市轨道交通二期3号线工程信号系统CBTC系统技术规格书[G]．第九章，2008．
关键词移动闭塞；列车定位；信标；测速；重启
中圖分类号：U28 文献标识码：A
1 系统概述
深圳地铁3号线采用基于无线通信技术的移动闭塞系统（CBTC）信号系统。它通过提高列车位置的报告精度和移动授权的更新率来提供更大的通过能力, 并减小列车的间隔距离。该系统包括：ATS列车自动监控子系统、ATP列车自动防护子系统、ATO列车自动运行子系统、联锁子系统、DTS数据传输子系统和TWC车-地通信等子系统。其中每列车的车载控制设备采用二乘二取二的VATC冗余控制系统，且控制设备都集中装于车头一端（TC1车），另一端（TC2车）仅设置人机操作终端（TOD）。
2 列车定位原理
定位的作用即确定列车在系统网络中的地理位置，用于装有车载设备的列车。CBTC 的列车定位系统分为车载定位设备和地面辅助定位设备两部分。车载设备主要包括安装于车轴上的速度传感器(OPG ) 、多普勒雷达、信标读取器、车载ATP 计算机、车地通信设备等，车载信号控制系统VATC结构如图1所示。地面辅助定位设备主要是安装于地面的应答器（信标NP）及无线基站（WNRA）。车载设备根据从测速电机传来的速度和方向信息来确定列车在线路上的位置，多普勒雷达也同时产生速度和位移相对应的信号。车载ATP 计算机通过对速度传感器和多普勒雷达的输出信息进行计算，综合处理后生成行驶距离（位移）、速度和方向的精确表示。由车载定位设备和地面辅助定位设备并结合电子地图（电子网络数据库）的方式来建立列车在运行网络中的实时位置信息，通过车-地通信传输，使地面控制系统不断地更新列车的位置信息，列车定位原理结构如图2所示。
图1 深圳地铁3号线车载信号系统结构图
图2 列车定位原理结构图
3 列车定位过程
在整个CBTC系统中，正常运行的列车的位置信息是由车载ATP设备产生，以报文方式通过车－地通信（TWC）传到地面轨旁ATP设备，再经数据传输（DTS）传到中央列车自动监控子系统（ATS）。通过车-地间不断的循环通信，从而使中央控制系统掌握列车的实时位置信息。
4 车载定位参数
为确定列车位置，VATP采用列车长度来确定列车两端的位置，通过加上每一侧的列车长度和列车每一段的位置误差，VATC确定列车轨迹两端的位置，确保整个列车位于该位置之中。列车向地面ATP 设备报告的列车轨迹位置由列车实测位置、列车前端位置、列车后端位置及位置误差等部分组成，如图3所示。车载定位由列车位置、移动方向和列车极性（列车驾驶室激活的车头位置）等因素来综合确定。其中列车的定位精度主要由测速电机精度、列车两端保护距离余量、车—地通信的周期、轨旁应答器数量和安装精度等几个因素确定。而测速电机的精度主要是按里程的百分数确定，列车两端的保护距离余量则是固定值，取决于车辆的性能。
图3 列车向地面ATP 设备报告的列车轨迹位置
（a-定位误差，由信标定位误差或测速电机测量误差产生；b-列车最大的允许溜车距离（如3 m）；c- 列车后端保护距离余量；①-列车前端保护距离余量；②-车-地通信周期产生的误差；③-定位误差，由信标定位误差或测速电机测量误差产生）
5 应用效果
由于深圳地铁3号线列车的车载控制设备VATC都集中装于TC1车，并且系统重启仅依靠电源开关的分合来控制的特点，在运营应用中发现VATC故障需要重启时，存在司机无法在TC2车进行重启操作的缺点，需司机回到TC1车方能进行断电重启，对司机应急处理带来不便。因此，对VATC控制电路进行技术改造，在TC2端实现VATC重启功能对提高运营服务质量具有重要意义。
利用车辆专业提供的电源回路，在TC1车上增加2个继电器K1和K2，且继电器的电源由TC2车的电源开关提供。在TC1车控制VATC的A、B系统电源线上分别串入由TC2车供电控制的K1、K2继电器前接点，由司机在TC2车分合K1、K2继电器的电源开关来控制K1、K2的吸起和落下，从而达到控制TC1车上VATC控制电源的通断，因此实现TC2车人工重启VATC的功能，VTAC控制电源技术改造原理如图4。通过上述的电路改造后，进行列车运行试验，TC2车的重启控制功能满足运营的安全要求，且采用继电器前接点控制电源的设计方式符合“故障-安全”原则。
图4 VATC电源开关双控设计原理图
6 结语
综上所述，深圳地铁3号线CBTC信号系统的列车定位技术，采用了软件与硬件结合的多传感器综合定位方式，在列车运行的过程中进行精确定位，使列车的位置误差控制在一定的范围内。其车载控制设备VATC都集中装于TC1车的特点，有利于节约前期的工程投资成本，通过后续的电路改造实现了列车两端司机室可重启集中安装于列车一端的VATC设备功能，对后续新线建设的信号车载系统设计具有较高价值的借鉴意义。
参考文献
[1] 董松．论轨道交通列车位置检测设备[J]．都市快轨交通，2005，18(3)．
[2] 浙江浙大网新集团有限公司．深圳市轨道交通二期3号线工程信号系统投标文件[G].第三分册 技术标书.2008．
[3]庞巴迪运输集团．深圳市轨道交通二期3号线工程信号系统CBTC系统技术规格书[G]．第九章，2008．