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摘要：城市轨道交通列车定位技术是保证列车安全、高效行驶的有力保障，当前有关列车的定位技术有很多种，本文从技术应用角度对这些定位技术进行了阐述和说明。
关键词：城市轨道列车；定位技术
中图分类号：G353.11文献标识码： A 文章编号：
城市化进程的推进，城市交通问题日趋凸显，地铁、轻轨具有着客运量大、污染小等特征被我国众多城市所青睐，对于解决城市交通问题起到了良好的效果。当时轨道交通列车运动密度高、车站间距较近，这就对其安全性提高了较高的要求，列车自动控制系统及列车本身需要实时了解列车在线路中的精确位置,分布于轨旁及列车上的列车自动控制系统根据线路中列车的相对位置实时、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,最大限度地提高系统的效率,为乘客提供最佳的服务。
一、列车定位技术的作用
列车位置信息对于列车自动控制技术中具有重要的意义，几乎每个子功能的实现都需要列车的准确位置作为参考数据。列车定位是列控系统中重要的组成部分，并在现代城市轨道车辆安全运营中发挥着作用：
为保证安全列车间隔提供依据;在某些ATC系统中,提供区段占用/出清信息,作为转换轨道检测信息和速度控制信息发送的依据;
为列车自动防护(ATP)子系统提供准确位置信息,作为列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据
为列车自动运行(ATO))子系统提供列车精确位置信息,作为列车计算速度曲线,实施速度自动控制的主要参数;
为列车自动监控(ATS)子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;
二、列车定位技术的现状分析
随着工程技术的发展,人们提出了多种列车定位技术,目前常用的有以下几种:
1 基于轨道电路的列车定位
基于轨道电路的列车定位是一种粗精度检测列车位置的方式，将钢轨分成不同的区段,在每个区段的始端和终端加上发送、接收器件,构成一个信息传输回路，当列车进入区段时,轮对将两根钢轨短路,信息不能到达接收端,接收端继电器失磁落下,达到列车定位的目的，轨道电路定位方式的优点是经济、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,不精确,无法构成移动闭塞。
2 基于里程计累加测距的列车定位
列車上的里程计是根据一记录车轮的累计转数,再乘其周长而计算出列车行驶过的里程，由于列车的轨道线路是一维的,即根据列车在线路上里程位置,可以确定列车的具体位置，所以,里程计可以用作列车的定位系统，而且,用里程作为列车定位系统时,没有数据冗余,不会增加数据处理及通信的额外负担.使用里程计定位时的误差主要来自以下两个方面:计数误差(空转、滑行、蠕滑)和轮径磨耗
3 基于查询/应答器的列车定位
基于查询/应答器的列车定位是世界铁路上运用最为广泛的一种方式,其一般由车载查询器、地面应答器和轨旁电子单元组成，应答器被以一定间隔距离设置在铁路沿线上,列车每经过一个地面应答器,车载查询器就会读取存储其上的数据信息,实现列车的点式定位，这种方式的优点是在地面应答器安装点的定位精度较高,在复线铁路上可以正确区分列车的行驶轨道,并且使用费和维护费用都较低，便于推广。缺点是只能给出点式定位信息,存在设置间距和投资规模的矛盾，目前一般采用混合定位法,即用轮轴编码器累加测距,以查询/应答器纠正累计误差,这种方法在轮径变化!打滑或空转时,累计误差可能很大,临近前方应答器时,累计误差达到最大。
4 卫星导航列车定位方法
属于卫星导航系统的有第一代卫星导航系统“子午仪”；1978 年由法国国家空间研究中心、美国宇航局(NASA)和美国国家和海洋及大气监督局发展起来的多普勒卫星系统(ARGOS)；1985 年由欧洲空间局(ESA)开发的多用途卫星定位系统(NAVSAT)；美国的全球定位系统(GPS)以及前苏联开发的全球导航卫星系统(GLONASS)；还有我国自主研发的“北斗一号”、“北斗二号”卫星定位系统等。对于列车的实时定位而言，卫星定位技术是一种新的手段。这方面使用较为成熟的是美国的GPS 系统，尤其是 2000 年 5 月，美国政府宣布 SA 政策取消后，采用差分 DGPS 则可以达到 3m ~ 5m 的定位精度。缺点是:(l)在周围阻挡物多的地方,例如城市、树林、山区、隧道等地,列车的定位精度受到影响,甚至无法定位,因此在这些地方要加地面设备辅助定位,如回线、BALISE等;(2)装有接收机的列车与差分台的距离不宜太远,否则会影响定位精度,所以要有差分台接续措施;(3)D(;鹅对卫星的故障十分敏感,一旦一颗卫星失效,就会出现DGPS性能恶化,所以不能单一地将DG邢定位信息作为列控安全防护子系统的位置参数。
5 基于无线通信的列车定位
在列车和铁路沿线上设置扩频无线电设备,利用先进的无线扩频通信伪码测距和计算机信息处理技术,可以实现对列车的实时定位跟踪，无线扩频列车定位的优点是定位比较精确,但需要在沿线设置专用扩频基站,投资成本较高，利用GSM数字蜂窝网CDMA码分多址网等地面通信网也可以实现列车的定位,主要包括基于信号到达时间或时间差，基于信号到达角度，基于接收信号场强以及混合定位等基本方式，该技术充分利用现有的通信系统,从而使系统建设和运营维护成本较低;但目前尚不成熟,定位精度不高,定位误差为几十米到儿百米,不能满足列车控制对定位精度的要求。
6 基于感应回线的列车定位
在轨道线路上铺设等距交叉的电缆,当列车经过每个电缆交叉点时,车载设备检测到回线内信号的极性变化,并对极性变化的次数进行计数,从而确定列车行驶过的距离,达到列车定位的目的。交叉感应回线定位方式成本较低,实现也比较简单,但只能实现列车的相对定位,每隔一段距离就要对列车的位置进行修正,而且定位精度受交叉区长度的限制,如果交叉区比较窄,位置脉冲漏计的可能性增大。
总之，轨道定位技术的发展正朝着更加精准，更方便，成本更低的方向发展，但是轨道定位技术的选择要依据实际的情况而定，本文亦只是介绍了几种普遍的定位技术例子，除了本文介绍的几种列车定位方法,还有其它各种列车定位技术,如采用雷达测速、测距的定位方法,采用计轴设备确定列车位置的技术,GPS、GMS-R等技术，并且随着科技信息技术的发展，相信未来还会有更多先进、精确的列车定位技术出现。
参考文献：
[1]吴汶麒主编.城市轨道交通信号与通信系统.中国铁道出版社,1999
[2]蔡爱华,季锦章.地铁信号系统的现状和发展趋势.电子工程师,2000,5
关键词：城市轨道列车；定位技术
中图分类号：G353.11文献标识码： A 文章编号：
城市化进程的推进，城市交通问题日趋凸显，地铁、轻轨具有着客运量大、污染小等特征被我国众多城市所青睐，对于解决城市交通问题起到了良好的效果。当时轨道交通列车运动密度高、车站间距较近，这就对其安全性提高了较高的要求，列车自动控制系统及列车本身需要实时了解列车在线路中的精确位置,分布于轨旁及列车上的列车自动控制系统根据线路中列车的相对位置实时、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,最大限度地提高系统的效率,为乘客提供最佳的服务。
一、列车定位技术的作用
列车位置信息对于列车自动控制技术中具有重要的意义，几乎每个子功能的实现都需要列车的准确位置作为参考数据。列车定位是列控系统中重要的组成部分，并在现代城市轨道车辆安全运营中发挥着作用：
为保证安全列车间隔提供依据;在某些ATC系统中,提供区段占用/出清信息,作为转换轨道检测信息和速度控制信息发送的依据;
为列车自动防护(ATP)子系统提供准确位置信息,作为列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据
为列车自动运行(ATO))子系统提供列车精确位置信息,作为列车计算速度曲线,实施速度自动控制的主要参数;
为列车自动监控(ATS)子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;
二、列车定位技术的现状分析
随着工程技术的发展,人们提出了多种列车定位技术,目前常用的有以下几种:
1 基于轨道电路的列车定位
基于轨道电路的列车定位是一种粗精度检测列车位置的方式，将钢轨分成不同的区段,在每个区段的始端和终端加上发送、接收器件,构成一个信息传输回路，当列车进入区段时,轮对将两根钢轨短路,信息不能到达接收端,接收端继电器失磁落下,达到列车定位的目的，轨道电路定位方式的优点是经济、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,不精确,无法构成移动闭塞。
2 基于里程计累加测距的列车定位
列車上的里程计是根据一记录车轮的累计转数,再乘其周长而计算出列车行驶过的里程，由于列车的轨道线路是一维的,即根据列车在线路上里程位置,可以确定列车的具体位置，所以,里程计可以用作列车的定位系统，而且,用里程作为列车定位系统时,没有数据冗余,不会增加数据处理及通信的额外负担.使用里程计定位时的误差主要来自以下两个方面:计数误差(空转、滑行、蠕滑)和轮径磨耗
3 基于查询/应答器的列车定位
基于查询/应答器的列车定位是世界铁路上运用最为广泛的一种方式,其一般由车载查询器、地面应答器和轨旁电子单元组成，应答器被以一定间隔距离设置在铁路沿线上,列车每经过一个地面应答器,车载查询器就会读取存储其上的数据信息,实现列车的点式定位，这种方式的优点是在地面应答器安装点的定位精度较高,在复线铁路上可以正确区分列车的行驶轨道,并且使用费和维护费用都较低，便于推广。缺点是只能给出点式定位信息,存在设置间距和投资规模的矛盾，目前一般采用混合定位法,即用轮轴编码器累加测距,以查询/应答器纠正累计误差,这种方法在轮径变化!打滑或空转时,累计误差可能很大,临近前方应答器时,累计误差达到最大。
4 卫星导航列车定位方法
属于卫星导航系统的有第一代卫星导航系统“子午仪”；1978 年由法国国家空间研究中心、美国宇航局(NASA)和美国国家和海洋及大气监督局发展起来的多普勒卫星系统(ARGOS)；1985 年由欧洲空间局(ESA)开发的多用途卫星定位系统(NAVSAT)；美国的全球定位系统(GPS)以及前苏联开发的全球导航卫星系统(GLONASS)；还有我国自主研发的“北斗一号”、“北斗二号”卫星定位系统等。对于列车的实时定位而言，卫星定位技术是一种新的手段。这方面使用较为成熟的是美国的GPS 系统，尤其是 2000 年 5 月，美国政府宣布 SA 政策取消后，采用差分 DGPS 则可以达到 3m ~ 5m 的定位精度。缺点是:(l)在周围阻挡物多的地方,例如城市、树林、山区、隧道等地,列车的定位精度受到影响,甚至无法定位,因此在这些地方要加地面设备辅助定位,如回线、BALISE等;(2)装有接收机的列车与差分台的距离不宜太远,否则会影响定位精度,所以要有差分台接续措施;(3)D(;鹅对卫星的故障十分敏感,一旦一颗卫星失效,就会出现DGPS性能恶化,所以不能单一地将DG邢定位信息作为列控安全防护子系统的位置参数。
5 基于无线通信的列车定位
在列车和铁路沿线上设置扩频无线电设备,利用先进的无线扩频通信伪码测距和计算机信息处理技术,可以实现对列车的实时定位跟踪，无线扩频列车定位的优点是定位比较精确,但需要在沿线设置专用扩频基站,投资成本较高，利用GSM数字蜂窝网CDMA码分多址网等地面通信网也可以实现列车的定位,主要包括基于信号到达时间或时间差，基于信号到达角度，基于接收信号场强以及混合定位等基本方式，该技术充分利用现有的通信系统,从而使系统建设和运营维护成本较低;但目前尚不成熟,定位精度不高,定位误差为几十米到儿百米,不能满足列车控制对定位精度的要求。
6 基于感应回线的列车定位
在轨道线路上铺设等距交叉的电缆,当列车经过每个电缆交叉点时,车载设备检测到回线内信号的极性变化,并对极性变化的次数进行计数,从而确定列车行驶过的距离,达到列车定位的目的。交叉感应回线定位方式成本较低,实现也比较简单,但只能实现列车的相对定位,每隔一段距离就要对列车的位置进行修正,而且定位精度受交叉区长度的限制,如果交叉区比较窄,位置脉冲漏计的可能性增大。
总之，轨道定位技术的发展正朝着更加精准，更方便，成本更低的方向发展，但是轨道定位技术的选择要依据实际的情况而定，本文亦只是介绍了几种普遍的定位技术例子，除了本文介绍的几种列车定位方法,还有其它各种列车定位技术,如采用雷达测速、测距的定位方法,采用计轴设备确定列车位置的技术,GPS、GMS-R等技术，并且随着科技信息技术的发展，相信未来还会有更多先进、精确的列车定位技术出现。
参考文献：
[1]吴汶麒主编.城市轨道交通信号与通信系统.中国铁道出版社,1999
[2]蔡爱华,季锦章.地铁信号系统的现状和发展趋势.电子工程师,2000,5