《列车定位技术研究》PPT课件
第4讲 列车定位技术ppt课件
❖ 全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三 大部分组成。
❖ 该系统的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星 组成卫星星座。 21+3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期 约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上（每轨道面四 颗），轨道倾角为 55 度。
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5
1. 轨道电路定位
❖ 轨道电路是最简单的列车定位设备，其优点是无需对当 前设备做大的改动即可实现列车定位。
❖ 它的定位精度取决于轨道电路的长度。 ❖ 轨道电路分为机械绝缘和电气绝缘两种类型。 ❖ 目前城市轨道交通系统中普遍采用 “S棒”进行电气隔
离的数字音频轨道电路。 ❖ 利用数字音频轨道电路对列车进行定位是目前城市轨道
列车定位技术
主讲人：刘晓娟
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1
Contents
31
列车定位的作用和要求
2 常用列车定位方法
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2
列车定位的作用
列车位置信息在列车自动控制技术中具有重要的
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。列车定位是列控系统中一个非常重要的环节。
❖ 为保证安全列车间隔提供依据。
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4
列车定位技术要求
❖ 可靠性和安全性：定位系统与列车自动控制系统的其他 子系统相互独立，其具有连续正常工作的能力，并能够 检测和报告本身发生的失效和故障。
❖ 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。
地铁列车定位技术的研究
网络与通信
地铁列车定位技术的研究
MTR train positioning technology research
(1.郑州轻工业学院;2. 深圳市赛为智能有限公司) 陈 新 1 周 俊 1 林 必 毅 2
创
移动闭塞可以得到每一列车连续的位置信息和列车运行
的其他信息,并据此计算出每一列车的运行权限,并动态更新,发
制订了 CTCS(中国列车运行控制系统标准)系列技术标准体系。 本文作者创新点:分析了各种列车定位技术,并从实际工程
新 送给列车, 列车根据收到的运行权限和自身的运行状态计算出 列 车 运 行的 速 度 曲线,车 载 设备 保 证 车在 该 速 度曲 线 下 运 行,A-
考 虑, 提 出了 一 个 能够 完 全 满足 CBTC 系 统 和 PIS 系 统 功 能 需 求的共建方案。
TO(列 车 自动 驾 驶)在 ATP(列 车 自 动 保 护)保 护 下 控 制 列 车 的 牵
项目经济效益:根据作者实际工程设计和施工经验,如果此
引、巡航及惰性、制动。
共建方案项目得以实施, 可以节省的设备费用约为每条地铁线
上海地铁六、八、九号线的列车信号都将采用上海贝尔阿
技
尔卡特的无线 CBTC 信号系统,而 四 号线 则 采 用西 门 子 的 CBTC 信号系统。
术
图 3 无线扩频通信系统框图
中国铁路人参照欧洲通用的 ETCS(欧洲列车运 行 控 制系 统 标 准),结 合 我 国 既 有 设 备 现 状 和 功 能 需 求 量 身 打 造,自 行 设 计 、
术 创
的行车安全性,还可以使列车追踪间隔小,适应大客流重型轨道 交通,并且维护费用低等等,最终实现地铁系统在保障乘客安全
城市轨道交通封闭曲线线路列车定位技术
城市轨道交通封闭曲线线路列车定位技术摘要:针对城市轨道交通中列车在线路上循环运行的特点,在分析现有列车定位方法的基础上,提出具有封闭曲线特征轨道线路基于绝对位置编码的列车定位技术。
在轨道线路沿线每个待定位置上设置一个0或1的二值标记,对待定的绝对位置进行编码,通过检测唯一的绝对位置编码值来实现列车的定位。
结合封闭曲线线路的特点,线路上的二值标记按照序列布置,绝对位置编码序列由n次本原多项式生成。
根据封闭线路待定位置的总数,对序列采用截短或补零的方法,确定绝对位置编码序列的长度。
当列车在线路上运行时,通过车载阅读器顺序检测二值标记,在移位存储器中构成绝对位置编码值,利用生成绝对位置编码序列的反馈逻辑函数进行容错处理,输出定位信息。
二值标记采用附加的扣件螺母或射频电子标签等方式实现。
该技术可以实现高精度、低成本和高可靠性的列车定位。
关键词:城市轨道交通;列车定位;绝对位置编码;序列实时、精确的列车定位技术是实现城市轨道交通移动闭塞的前提,可以减少连发列车间隔时分,缩短追踪列车间隔时间,增加行车密度,提高线路输送能力[1];同时也有利于在车站实现定点停车,以便在站台设立屏蔽门,确保乘客安全。
目前在国内外城市轨道交通中有多种列车定位方法[2-4]。
基于轨道电路的列车定位精度取决于轨道电路的长度,不能实现精确定位,无法构成移动闭塞。
基于查询/应答器的列车定位,在地面应答器安装点的定位精度较高,但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。
交叉感应回线定位方式既可以实现列车定位,又能实现列车与地面之间的双向通信,但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,在感应回线交叉点之间可以采用转速计测距,以达到更高的定位精度。
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。
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。
城市轨道交通的列车定位技术
２ 车 载定 位技 术 的应用
对于城市轨道交通 系统进行列车定位需要 重点借助于相 应 定位技 术手段 进行有效 处理 ， 其 中车载列 车定位技术 可 以 说 是 比较 重要 的一 类技术 手段 ， 其能够 针对列 车进行有 效定 位装置 的安装 和处 理 ， 促使其 能够实 现较为理 想 的实施 定位 处 理 。在 当前实 际应用过 程 中， 这种 车载定位设 备 的运 用得 到了较为理 想 的普 及运用 ， 也 在很多方 面发挥 出了较为 理想 的作 用效 果 ， 并且 不仅仅适用于城市轨 道列 车 ， 在其 它很多车 辆行驶 中也能够得到较好运 用。相对于其它车辆 中车载定位 技术 的应用来 看 ， 在城 市轨道列 车的具体应 用 中存 在着一些 不 同的方式 和运用机制 ， 其主要运 用安全 型编码里 程计进行 操作 ， 促使其能够较好借 助于光电传感器进行合理处 理 ， 最终 也就能够保 障相应 城市轨道交通运行 中列 车的具体位置 能够 得到较好明确 。 这种车载列车定位 技术的运用主要就是借 助于相应光 电 传感器来 产生相 应脉 冲序列 ， 而这 一脉冲序列 的呈 现又和列 车的运行 速度存 在着较 为密切 的联 系 ， 正是 因为其能够 直接 反映 出列车 的速度 ， 进 而也 就能够确定其距离位置 ， 达到定位 效果 。车载定位技术 的运用主要就是结合列 车的车轮运动进 行 编码处理 ， 进而也就能够在列 车车轮运行一周后 ， 得到相应 的速度 以及距离数 值 。从 实际应用 中来看 ， 这 种车载定 位技 术 的运用 能够实 现较为理 想的实 时定位处 理 ， 有助 于及 时 了 解 相应列 车的运行 状况 ， 对 于列车运行 过程 中可能存在 的一 些运行故 障问题也 能够具 备理想 的及时发 现效果 ， 值得 引起 高度重视 。 当然 ， 在 具体 的应用处理 过程 中 ， 为 了较好 控制其 精度 ， 还需要针对 相应列车运行过程 中可能存在 的打滑或者是 空转 问题 进行有效 关注 ， 避免 这些 问题 的存 在对于最终 定位效 果 产生干扰 ， 需要在具体 测量监测 中进行重点把关 ， 避免较 多误 差 问题 的 出 现 。
地铁信号基础第九章、列车定位技术
二、列车定位系统的技术要求
作为列车自动控制系统中的关键技术之一，列车定位系统必须满足下列技术要求：
1、精确性：列车定位系统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的横向的定位精确性。在纵向的定位
1、雷达测速方式
如图9－2－2所示，雷达测速是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。在机车上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频差可以计算出机车的运行速度，并累计求出走行距离。
准绝对定位方式卫星定位、无线扩频定位等，之所以称这些定位方式为准绝对定位方式是因为这些定位方式可以向系统提供列车的绝对位置，但是这种位置信息是不具有故障一安全特性的，在信号系统中这些信息不能作为唯一的位置依据，必须配合以其他定位信息或对系统进行改进方可；
相对位置方式如测速定位、惯性定位等，这些定位方式向系统提供列车相对位移，需要知道列车的初始位置方能确定列车即时位置。
图9－2－4列车定位的融合示意图
3、裂缝波导定位
采用裂缝波导作为列车信息传输的原理框图（如图9－2－5所示）。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2．715GHz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。
第九章
列车自动控制ATC系统定位技术
第一节列车自动控制ATC系统概述
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。
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v
0
0
1
v
0
v
0
w(t)
a 0 0 0 a 1 a 1
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14
式中l、v、a分别为列车的位置、速度和加速度分量;设 w(t)是均值为,方差为∂2,的高斯白噪声,相当于随机扰 动加速度“可以看出,列车的加速度是改变列车状态的 根源。令：
0 1 0
X l v aT , A 0 0 1 , B 0 0 1T
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1
一.列车定位研究的意义及现状 二.目前存在的问题 三.基于多传感器信息融合的列车定位技术 四.列车定位系统模型的建立 五.卡尔曼滤波
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2
由于轨道交通列车运行密度高、车站间距近、安全性要求高，列车需 要实时了解列车在线路中的精确位置，从而实时、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，为乘客提供最佳服务。 列车定位方法的精度和可靠性是影响列车安全防护距离的重要因素 之一，会关系到列车的运行间隔，会影响到轨道交通系统的效率；列 车定位方法的机理和采用的传感器是影响列车运行控制系统制式的重 要因素之一，会关系到可采用的闭塞制式，会影响到列车运行控制系 统的兼容性和生命周期费用。所以列车运行控制系统的性能与列车定 位子系统密不可分，在轨道交通行车安全和指挥系统中，实时、准确 地获得列车速度和位置信息是列车安全、 高效运行的保障。
如何精确地检测列车的速度和位置以对列车的运行等进行控制是轨道 交通运输系统的核心内容。因此对列车测速定位方法的深入研究对于 推动列车运行控制系统的研究和轨道交通系统的发展具有重大和深远 的意义。
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3
Hale Waihona Puke (1)基于轨道电路(2) 多普勒雷达测 速
(3) 查询／应答器 的列车定位
(4)里程计
1、如何组合传感器,保证多传感器信息融合系统的输 入输出满足要求;
2、如何合理选择信息融合结构,保证信息融合的有效 性,最大限度地发挥多传感器信息融合的优势;
3、大量的输入数据有助于信息融合,同时也会导致融 合计算量呈级数级增加,要考虑控制计算量,降低处理负 荷
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轮轴速度传感器和多普勒雷达速度传感器的测速原理 决然不同,它们的误差来源也有很大的区别,来自不同的情 况,互不相干,轮轴速度传感器和多勒雷达速度传感器能地 进行优势互补"而加速度计更是与上述两种传感器有较大 区别,上述两种传感器测量的是列车速度分量,而加速度计 测量的是列车加速度分量,其随机误差主要是其固有测量 误差和列车振动引起的测量误差,不受轨道状况的影响,所 以加速度计与上述两种传感器进行信息融合能进一步提 高测速定位的精度"
则状态方程为： 0 0 0
X (t) AX (t) Bw(t)
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离散化，取 T tk tk1，根据速度和加速度的迭代公式
l(k) l(k 1) T v(k 1) (T 2 / 2) a(k 1) wl (k 1) v(k) v(k 1) T a(k 1) wv (k 1) a(k) a(k 1) wa (k 1)
采用加速度传感器(陀螺仪)测量列车在三维空间的加 速度， 然后通过积分计算获得， 也可以通过多普勒雷 达测速方式测量。这是一种典型的增量式相对定位， 缺点是积分造成累计误差。
4、基于查询／应答器的列车定位
间隔设置在铁路沿线上，列车经过应答器，车载查询 器就会读取存储其上的位置数据信息，实现定位。优 点是在地面应答器安装点的定位精度较高，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
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定义：多传感器信息融合（multi-sensor data fusion） 是一种针对多传感器信息的处理技术，通过数据关联、 相关、和组合等方式以获得对被测对象更加精确的定 位。
优点：1、提高可信度 2、降低不确定度 3、改善信噪比 4、增强鲁棒性 5、降低成本
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构建一个多传感器信息融合系统考虑以下三个问题:
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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。
6、基于GPS定位
可实现全球、全天候连续地实时导航与定位，操作简 单，抗干扰性能好，但城市轨道交通因其自身环境限 制不能使用。
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信息融合的结构方案关系到测速定位系统的性能,对列 车状态估计的精度和实时性有很大的影响,但是也不能 忽视系统中的处理算法模型。“融合结构是框架,处理 算法是内容”，没有好的融合结构,再好的处理算法也 力不从心;没有好的处理算法,再好的融合结构也无从发 挥，所以有了适当的融合结构,还要有适当的处理算法。 下面就进行处理算法模型的设计算法的基本思想。
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1.状态方程的建立
在城市轨道交通中,列车动量较大,而且列车的运作要遵 循相关的准则，规章,正常情况下都是等速运行和等加 速运行,而匀速运行动模型可以认为是加速度为高斯白 噪声的匀加速运动模型"所以比较适合用匀加速运动模 型来描述城市轨道交通中的列车运动状态,即
l 0 1 0 l 0 l 0
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以上列车定位方式都有自己的优点和不足，CBTC是 车-地双向通信，运输效率高，而列车定位是CBTC其中 一项关键的技术。列车定位精确性、可靠性、安全性事 关重要。在城市轨道交通中，列车运行环境比较复杂， 任何单一的定位方式难以获得高精度、高可靠性的列车 位置和速度信息。因而，可否利用多传感器融合技术去 把各个定位传感器优点结合起来，弥补各自的不足，通 过冗余互补提供更加可靠、精确的列车位置和速度信息。 以下就多传感器信息融合技术展开讨论。
（5）扩频无线 通信定位
(6)GPS
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1、基于轨道电路的列车定位 可以实现列车定位，又可以检测轨道的完好情况；但 误差是一个轨道电路区段长度。
2、基于里程计累加测距的列车定位 通过累计车轮转数，计算出列车行驶过的里程。但存 在空转、滑行轮径磨耗 带来的误差。
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3、基于测速的列车定位