城市轨道交通智能控制系统第三次作业课件

城市轨道交通城市轨道交通第三次作业第三次作业CHENGSHI GUIDAO JIAOTONG 制作：电车二班电车二班 2010 xxxx文xx城市轨道交通城市轨道交通第三次作业第三次作业CHENGSHI GUIDAO JPage2目录目录测速原理及技术测速原理及技术速度控制速度控制列车定位列车定位CBTCCBTC闭塞技术闭塞技术Page 2目录测速原理及技术目录测速原理及技术01速度控制速度控制02列车定位列车定位04Page3一、测速原理及技术n 城市城市规带交通中的列交通中的列车速度信息在速度信息在ATC系系统中具有重要的地位。中具有重要的地位。对列列车的控制需要的控制需要检测列列车的速度，并由即的速度，并由即时速度速度测算出列算出列车位置，将位置，将这些信息些信息汇集到控制中心。控制中心根据集到控制中心。控制中心根据线路上列路上列车流量的情况，生成流量的情况，生成对车流中各列流中各列车和地面和地面设备的控制命令；店面的控制命令；店面设备接收到控制命令后完接收到控制命令后完成相成相应操作；列操作；列车更根据控制命令，更根据控制命令，结合列合列车的速度信息、位置信息、的速度信息、位置信息、线路地理以及列路地理以及列车状况等信息，状况等信息，对列列车上的各种上的各种设备进行具体的控制。行具体的控制。由此可由此可见，几乎所有的，几乎所有的ATC功能的功能的实现都需要列的速度信息的支撑。都需要列的速度信息的支撑。Page 3一、测速原理及技术一、测速原理及技术 城市规带交通中城市规带交通中Page4 在车轮外侧安装在车轮外侧安装测速发电机，发电机所测速发电机，发电机所产生的交流电压的频率产生的交流电压的频率与列车速度（主轮的速与列车速度（主轮的速度）成正比。经过频率度）成正比。经过频率电压的变换，把列车电压的变换，把列车的实际运行速度变化为的实际运行速度变化为电压。电压。在轴承盖上安装在轴承盖上安装脉冲传感器，车轮每转脉冲传感器，车轮每转一周，传感器输出一定一周，传感器输出一定数量的脉冲或方波信号，数量的脉冲或方波信号，对输出信号计数测出脉对输出信号计数测出脉冲或方波的频率，便可冲或方波的频率，便可换算得出列车的运行速换算得出列车的运行速度。度。在车头位置安装多在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面普勒雷达，雷达向地面发射一定频率的信号，发射一定频率的信号，并检测反射回来的信号。并检测反射回来的信号。由信号之间的频率差便由信号之间的频率差便可以计算出列车运行方可以计算出列车运行方向和运行速度。向和运行速度。常用的列车测速方法有：测速发电机测速、脉冲速度传感器测速、多普勒雷达测速。Page 4测速发电机测速测速发电机测速 在车轮外侧安装测速发在车轮外侧安装测速发Page51 1、测速发电机测速、测速发电机测速n 输出电动势与转速成比例的微型电机。测速发电机的绕组和磁路输出电动势与转速成比例的微型电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势经精确设计，其输出电动势E E和转速和转速n n成线性关系，即成线性关系，即E Eknkn，其中，其中k k是常数。改是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴联变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，即能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。接时，只要检测出输出电动势，即能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。测速发电机广泛应用于各种速度或位置控制系统。测速发电机广泛应用于各种速度或位置控制系统。测速发电机是速度信号电测速发电机是速度信号电机的代表，其工作原理实质上是一机的代表，其工作原理实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于工作原理上讲，它属于“发电机发电机”的范畴。的范畴。Page 51、测速发电机测速、测速发电机测速 输出电动势输出电动势Page6n 现代的列代的列车控制功能需要控制功能需要监督列督列车的速度和确定列的速度和确定列车与参考点与参考点的距离，同的距离，同时应提供有用的与列提供有用的与列车加速度、速度、加速度、速度、车轴旋旋转方向有关的方向有关的数据。因此，数据。因此，电子子测速速电机得到了使用，它安装在机得到了使用，它安装在车轴上，快速的上，快速的检测转速速(数数/分分)的的变化和旋化和旋转的方向。的方向。n 测速速电机机给ATPATP功能提供功能提供输入信息。入信息。该信息信息对于于计算列算列车的速度、的速度、距离、方向信息和保距离、方向信息和保证列列车安全都是必需的。每个安全都是必需的。每个驾驶室室/车载计算机算机单元配置一个元配置一个测速速电机，也就是机，也就是说每列每列车需要装需要装备两个两个测速速电机。机。Page 6 现代的列车控制功能需要监督列车的现代的列车控制功能需要监督列车的Page7 测速速发电机安装在机安装在车轮外外侧，发电机所机所产生的交流生的交流电压的的频率与率与列列车速度（主速度（主轮的速度）成正比。的速度）成正比。经过频率率电压的的变换，把列，把列车的的实际运行速度运行速度变化化为电压。测速速发电机所机所产生的生的频率与机率与机车速度之速度之间的关系是：的关系是：所以由测速发电机频率可得机车速度：所以由测速发电机频率可得机车速度：式中式中 f f测速发电机产生的频率，测速发电机产生的频率，HzHz；V V列车速度，列车速度，km/h;km/h;D D车轮直径，车轮直径，m m Z Z发电机的齿数发电机的齿数；Page 7 测速发电机安装在车轮外侧，发电机测速发电机安装在车轮外侧，发电机Page8n 为为了了确确保保发发电电机机线线圈圈断断线线的的故故障障-安安全全，在在频频率率变变换换电电路路中中使使机机车车速速度度为为零零时时也也产产生生一一定定的的频频率率，这这样样就就可可以以区区分分机机车车速速度度为为零零还还是是故故障障。当当频频率率为为零零时时（或某频率以下），设备就可以报警或自动停车。（或某频率以下），设备就可以报警或自动停车。n 频频率率电电压压变变换换电电路路的的原原理理如如下下图图所所示示。在在速速度度增增长长时时，即即交交流流信信号号增增大大，这这时时多多谐谐振振荡荡器器为为发发射射极极耦耦合合触触发发器器，其其输输出出与与测测速速发发电电机机同同步步。当当列列车车速速度度低低于于一一定定值值（近近似似为为零零）时时，电电路路由由射射极极耦耦合合触触发发器器变变为为自自激激多多谐谐振振荡荡器器。车车轮轮直直径径越越大大输输出出速速度度电电压压频频率率越越低低，反反之之越越高高。因因此此需需设设置置一一个个车车轮轮直直径径补补偿偿电电路路，已消除不同直径的车轮所产生的差异。已消除不同直径的车轮所产生的差异。Page 8 为了确保发电机线圈断线的故障为了确保发电机线圈断线的故障-安全，在安全，在Page92、脉冲速度传感器测速n 在轴承盖上安装脉冲传感器，车轮每转一周，传感器输出一定数量的在轴承盖上安装脉冲传感器，车轮每转一周，传感器输出一定数量的脉冲或方波信号，对输出信号计数测出脉冲或方波的频率，便可换算得出列车脉冲或方波信号，对输出信号计数测出脉冲或方波的频率，便可换算得出列车的运行速度。的运行速度。采用霍尔效应原理实现的一种测速方法。其基本原理是对车轮旋采用霍尔效应原理实现的一种测速方法。其基本原理是对车轮旋转计数。转计数。Page 92、脉冲速度传感器测速、脉冲速度传感器测速 在轴承盖上在轴承盖上Page10n 脉冲速度传感器的基本原理是对车轮旋转计数。因此需在轴承盖脉冲速度传感器的基本原理是对车轮旋转计数。因此需在轴承盖上安装信号发生器。车轮每转一周，发生器输出一定数量的脉冲或方波上安装信号发生器。车轮每转一周，发生器输出一定数量的脉冲或方波信号，对信号发生器输出信号计数，测出脉冲或方波的频率即可得出列信号，对信号发生器输出信号计数，测出脉冲或方波的频率即可得出列车运行速度。车运行速度。VV列车实际运行速度，列车实际运行速度，km/hkm/hD D机车轮径机车轮径NN脉冲速度传感器车轮每转脉冲速度传感器车轮每转1 1圈的脉冲数圈的脉冲数f f测出的传感器输出的脉冲频率测出的传感器输出的脉冲频率Page 10 脉冲速度传感器的基本原理是对车脉冲速度传感器的基本原理是对车Page11n 霍尔脉冲速度传感器由铝盘和霍尔传感器探头组成。铝盘外缘有规则粘接了若干磁钢片，铝盘安装在机车动轮轴头的顶端，传感器探头安装在轴箱盖上。n 据采用的霍尔元件不同，一个探头可以输出一路或两路速度信号。霍尔脉冲传感器是采用霍尔效应原理测量转速的。当磁钢片在霍尔元件下方时，霍尔元件可以探测到霍尔电势，不在下方时就无霍尔电势。当铝盘转动时，霍尔元件就会产生与铝盘转速成正比的霍尔电势脉冲，通过对比脉冲分析计算就可测得铝盘转速。霍尔传感器示意图霍尔传感器示意图Page 11 霍尔脉冲速度传感器由铝盘和霍尔传感器霍尔脉冲速度传感器由铝盘和霍尔传感器Page123、多普勒雷达测速多普勒雷达测速装置多普勒雷达测速装置n该方法利用多普勒效应测量列车的运行速度。n在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车的运动会产生多普勒效应，所以检测的信号频率与发射的信号频率是不完全相同的。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车的运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度。多普勒效应：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blueshift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移redshift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速。Page 123、多普勒雷达测速多普勒雷达测速装置该方法利、多普勒雷达测速多普勒雷达测速装置该方法利Page13n雷达传感器和测速电机一起用于速度和距离的测量。通过使用雷达传感器，可以提高速度测量的精度。如将F=24.125GHz微波辐射到轨道，然后经过反射后被雷达传感器检测到。根据多普勒效应，将会发生随列车速度变化的频率漂移，由此检测实际列车速度和行驶距离，并且不受车轮空转/打滑的影响。多普勒雷达测速方法对于列车测速的精度和频率要求都比较高。采用此种方法的设备相对于采用脉冲速度传感器方法的较为复杂，如果地面不平导致电波的散射较厉害时，测量难度会加大。但它的优点在于克服了车轮磨损、空转、滑行等造成的误差，可以连续测速。Page 13 雷达传感器和测速电机雷达传感器和测速电机Page14二、速度控制n速度控制模式：n在城市轨道交通领域中，列车运行自动控制系统主要是依靠控制列车运行的速度来实现的。其特点是列车从地面获取信息和命令，控制列车运行，确保在安全的前提下实现最小列车运行间隔。n从列车速度控制方式的角度，列车运行自动控制系统可分为阶梯式控制和速度距离模式曲线控制两种。阶梯式控制分超前式和滞后式两种。速度-距离模式曲线控制分分段曲线控制和目标-距离控制。Page 14二、速度控制速度控制模式：二、速度控制速度控制模式：Page151、阶梯式控制模式n阶梯式控制模式是按照制动性能最差列车安全制动距离要求，以一定的速度等级将轨道划分成若干固定区段。一旦这种划分完成，每一列车无论其制动性能如何，其最小追踪距离至于其运行速度、区段划分有关，对于制动性能好的列车其运力将得不到充分的发挥。所以，这种速度控制模式一般用在运量不大，运行速度不高的固定闭塞线路，如，日本新干线ATC和法国TVM-300就分别用的这种模式中的超前式控制和滞后式控制。Page 15 1、阶梯式控制模式、阶梯式控制模式 Page162、速度-距离模式曲线控制n在速度-距离模式曲线控制中，列控地面设备向车载设备传送目标、线路参数、限制信息等信息，列控车载设备依据列车制动模型实际计算当前最大允许速度，并与列车运行比较，实时监控列车运行速度。由于车载设备按本车实际性能实时计算控制模式曲线，可以根据列车实际性能自行控制其追踪间隔，使各个列车的性能得到充分的发挥。其中的曲线式分级速度控制模式只适用于运行一种性能列车的情况。而对中、高速混跑运行的线路，如果列车制动性能相差较大，采用这种模式要想达到较高的通过能力是比较困难的。法国TVM-430列车控制系统就是采用这种控制模式。目标-距离控制模式适用于各种不同性能列车和不同运行速度的混合线路。Page 162、速度、速度-距离模式曲线控制距离模式曲线控制 Page17超前速度控制模式超前速度控制模式示意图Page 17超前速度控制模式超前速度控制模式示意图超前速度控制模式超前速度控制模式示意图Page18滞后速度控制模式滞后速度控制模式示意图滞后速度控制模式示意图Page 18滞后速度控制模式滞后速度控制模式示意图滞后速度控制模式滞后速度控制模式示意图Page19目标-距离模式曲线控制方式目标-距离模式曲线控制方式Page 19目标目标-距离模式曲线控制方式目标距离模式曲线控制方式目标-距离模式曲线距离模式曲线Page20三、闭塞技术n列车运行自动控制系统是依靠控制列车运行速度的方式来保证列车按照空间间隔制运行的。运行列车间必须保持的空间间隔首先是满足制动距离的需要，同时还要考虑适当的安全余量和确认信号时间内的运行距离。列车间的追踪运行间隔越小，运输能力就越大。由此可见，闭塞技术是解决缩小列车运行间隔提高线路的运输效率并保证列车安全运行的问题，目前用于城市轨道交通系统的闭塞方式有三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。Page 20三、闭塞技术三、闭塞技术 列车运行自列车运行自Page21n固定闭塞：由于以固定的闭塞分区为单位作为追踪列车间的安全间隔，现已不适合城市轨道交通发展的要求。n准移动闭塞：闭塞分区是用轨道电路或计轴装置来划分的，它具有列车定位和占用轨道的检查功能。在城市轨道交通中使用较普遍。n移动闭塞：代表目前闭塞技术的发展方向，正在发展完善之中。在我国城市轨道交通系统中已有应用，如武汉轻轨一期、广州地铁3号线、北京地铁10号线等。Page 21 固定闭塞：由于以固定固定闭塞：由于以固定Page22移动闭塞移动闭塞、准移动闭塞与固定闭塞比较、准移动闭塞与固定闭塞比较固定闭塞固定闭塞准移动闭塞准移动闭塞移动闭塞移动闭塞制动的起点某一分区边界变化动态变化制动的终点某一分区边界某一分区边界动态变化追踪目标点闭塞分区始端闭塞分区始端前车尾部空间间隔长度固定不固定动态变化系统组成简单较复杂简单功能简单较强大强大列车定位技术轨道电路/计轴轨道电路/计轴列车自身定位列车定位精度一个轨道分区，几百米几十米几米地-车信息传输模拟轨道电路，单向传输数字轨道电路，单向传输环线/无线/波导管等，双向传输地-车传输信息量小，十几个信息较大，几百个信息内大，达到几兆正线间隔最小2.5分钟达到90秒最小70秒易实施性难难容易技术先进性落后较先进先进Page 22 移动闭塞移动闭塞、准移动闭塞与固定闭、准移动闭塞与固定闭Page23闭塞制式闭塞制式固定闭塞固定闭塞准移动闭塞准移动闭塞移动闭塞移动闭塞成熟度成熟成熟较成熟初期投入成本小较大较大全生命周期成本小大较大国家可持续发展有优势（非大运量交通）优势不明显优势明显（可实现跨越式发展）维护量大大小管理要求（人员和水平）低较高高RAMS低较高高智能化程度低较高高互联互通的支撑性弱较强强Page 23闭塞制式固定闭塞准移动闭塞移动闭塞成熟度成熟闭塞制式固定闭塞准移动闭塞移动闭塞成熟度成熟Page24移动闭塞技术的优势移动闭塞技术的优势n基于通信的移动闭塞列车控制技术是发展方向，代表了国际最先进水平。n可实现双向、连续通信，且信息量大。n进一步缩短行车间隔，提高载客量。n可以节省基建投资(短车、高密度、短站台)。n最大限度减少不必要的制动、平衡全线加速（或减速、停站时间等）实现节能。n支持无人驾驶。n可靠性高。n通过对三种闭塞制式的比较，可以看出相比其他两种闭塞形式移动闭塞具有诸多优点。随着社会经济的不断发展和生产规模的不断扩大，轨道交通所承担的运输任务也将不断加大，这要求在轨道交通运行控制中不断缩小行车间隔，提高运行速度，以达到提升运输能力的目的，由此必然需要更安全有效的线路闭塞技术，移动闭塞具有诸多优点，可以在保证行车安全的基础上使线路运输能力得到很大的提升，所以，在闭塞技术中移动闭塞是目前主要的发展方向。Page 24移动闭塞技术的优势移动闭塞技术的优势 基于通信的基于通信的Page25移动闭塞主要技术特征n线路没有被固定划分的闭塞分区。n列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动。n该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全余量计算和控制的，确保不追尾。n采用速度-目标距离控制模式（一次控制模式）。n制动的起始和终点是动态的。后行列车从最高速开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行和速度有关，是随时变化的。n轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。Page 25移动闭塞主要技术特征线路没有被固定划分的闭塞移动闭塞主要技术特征线路没有被固定划分的闭塞Page26移动闭塞基本原理移动闭塞基本原理n移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断地向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度，轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车安全行车间隔，并将相关信息（如先行列车位置、移动授权等）传递给列车，控制列车运行。n基于移动闭塞的ATC系统通过车地之间双向、连续、高效的信息通道，使车载信号设备的信息能够和地面轨旁设备信息进行交换，从而有效地确定列车位置，并计算出前后列车间的相对距离。列车间隔是按后续列车在当前速度下所需的制动距离，加上设定的安全距离计算和控制的，最终确定前后列车的安全追踪间隔。n列车定位（列车位置报告）、轨道空闲检测及车-地双向通信是实现移动闭塞技术的基础。n列车追踪是一个轨旁的安全功能。该功能根据列车的位置报告，计算线路可变空闲状态，为移动授权提供依据。Page 26移动闭塞基本原理移动闭塞基本原理 移动闭塞系统移动闭塞系统Page27移动闭塞的基本原理移动闭塞的基本原理n 列列车定位（列定位（列车位置位置报告）、告）、轨道空道空闲检测及及车地双向通信是地双向通信是实现移移动闭塞技塞技术的基的基础。n 列列车追踪是一个追踪是一个轨旁的安全功能。旁的安全功能。该功能根据列功能根据列车的位置的位置报告，告，计算算线路可路可变空空闲状状态，为移移动授授权提供依据。提供依据。移动闭塞速度控制曲线示意图移动闭塞速度控制曲线示意图 移动闭塞系统的速度曲线是连续的，不是阶梯形的。因为系统信息传递不依靠轨道电路，线路不用被固定划分成闭塞分区，列车间的间隔是动态的，并随着前一列车的移动而移动，制动的起始点和终点是动态的，列车间隔确保不追尾。Page 27移动闭塞的基本原理移动闭塞的基本原理 列车定位（列车定位（Page28移动闭塞列车定位n 列列车定位是移定位是移动闭塞的基塞的基础。要。要实现闭塞区塞区间的的动态移移动，首先，首先必必须实时、准确地掌握列、准确地掌握列车的位置信息，确定列的位置信息，确定列车间的相的相对距离。系距离。系统不断不断地将地将该距离与所要求的运行距离与所要求的运行间隔距离相比隔距离相比较，确定列，确定列车的安全运行速度。可的安全运行速度。可以以说，没有准确的列，没有准确的列车定位，就没有移定位，就没有移动闭塞。塞。n 1 1、轨道道电路或路或轮轴传感器感器n 2 2、应答器答器 (里程里程标)n 3 3、卫星定位星定位 (GPS)(GPS)n 4 4、无、无线定位定位n 5 5、环线 (交叉交叉)定位定位n 6 6、辅之以之以车载测速速计程程Page 28移动闭塞列车定位移动闭塞列车定位 列车定位是移列车定位是移Page29四、列车定位四、列车定位n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。所以说列车定位是列车控制系统中一个非常重要的环节，使得调度指挥和行车控制一体化新的综合自动化系统的实现成为可能，更加有效地提高行车效率和安全度。n目前，在世界各国轨道交通列车自动控制系统中使用的列车定位方式主要有轨道电路定位、计轴器定位、测速定位、查询应答器定位、交叉感应回线定位、卫星定位（包括GPS定位和GNSS定位）、扩频无线电定位、惯性定位、信标极距定位等种类。Page 29四、列车定位四、列车定位 列车位置信息在列车列车位置信息在列车Page30n 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。n为保证安全列车间隔提供依据。n为列车自动防护(ATP)子系统提供准确位置信息，作为列车计算速度曲线、列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据。n为列车自动运行(ATO)子系统提供列车精确位置信息，作为实施速度自动控制的主要参数。n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。Page 30 列车位置信息在列车自动控制技术中具有重列车位置信息在列车自动控制技术中具有重Page311、轨道电路定位在线路设计时，根据用户对列车运行密度的要求，将整个线路用S棒分割成若干个轨道区段，并对所有轨道区段进行统一编号。对线路地形及线路设备进行数字化描述后形成线路地图，储存在轨旁和/或车载计算机中。对轨道电路占用状态的连续跟踪，就实现了对列车在线路中所处位置的连续跟踪。Page 311、轨道电路定位、轨道电路定位 在线路设计时，在线路设计时，Page32轨道电路定位的特点优点：1）、轨道电路原理简单，安全性较高。既可以实现列车定位，又可以检测轨道的完好情况，满足故障-安全原则。2）、轨道电路采用列车的运行轨道钢轨作为列车定位的信息传输通道，这个通道同时又可以作为列车ATC信息传输的通道，节省了大量设备，具有较高的性价比。3）、技术成熟。轨道电路是目前使用最多、使用时间最长的列车定位方法，经过几十年的发展，积累了丰富的施工、维护经验。4）、地理环境适应性强，在隧道、地下都可以使用该方法。5）、适用速度范围宽，无论高速还是低速均可使用该方法。缺点：1）、定位误差大。由它所实现的定位是以轨道电路长度。作为最小定位单元，车在区段的始端还是终端是无法判断的。在需要对列车实施精确控制的场合，必须辅之以其他的列车定位方式，如测速定位、设置信标等。2）、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。3）、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。Page 32轨道电路定位的特点优点：轨道电路定位的特点优点：Page332、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。Page 332、计轴定位、计轴定位 计轴技术是计轴技术是Page34计轴系统工作原理电子计轴器列车定位系统主要包括室内和室外两部分：室内部分包括信号处理电路和计数器处理电路；室外部分主要包括地面传感器、电缆盒、传输电缆等。计轴点是计轴系统的车轮识别点。它位于轨道区段分界点处。装在这个位置上的传感元件、轨旁设备、电缆接线盒组成一个功能单元，称为计数点。因车轮作用而在计数点中形成的脉冲或信号经由区间电缆传送至位于控制中心计数单元。通过对区段两端传感器计数值的比较就可以得到占用情况并判断出列车的位置。就其功能而言，电子计轴器是与轨道电路相同。电子计轴器本身不具备向列车传输信息的通道，机车上要获取位置信息必须要另外增加信道。Page 34计轴系统工作原理计轴系统工作原理 电子计轴器列车电子计轴器列车Page35计轴定位特点计轴定位技术的关键在于车轮识别点(计轴点)的可靠工作，要求车轮识别点能够适应列车高速运行的机械应力、牵引电流、磁轨制动造成的电磁干扰等。计轴定位继承了轨道电路定位的很多特点，和前述的轨道电路法一样，这种方法的定位安全性较高，精度较差，通常也需与测速装置结合起来使用。由于不依赖于轨道电路，对环境的适应性更强，维护量相对较小；但不能作为车-地通信的通道，也无法检测断轨故障。Page 35计轴定位特点计轴定位特点 计轴定位技术的计轴定位技术的Page363、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。Page 363、查询、查询-应答器列车定位应答器列车定位 基于基于Page37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，即当列车从一个信息点获得地面信息后，要到下一个信息点才能更新信息，若期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，应答器定位技术往往作为其他定位技术的补充手段。如与测速设备配合，用地面应答器来校准因测速设备产生的累积误差。Page 37查询应答器工作原理查询应答器工作原理 在地面应答器内存在地面应答器内存Page38查询应答器定位的特点 可以提供准确的初始位置信息。精度是可以调节的，根据不同的精度需要安装应答器，但是精度的提高是以牺牲成本为代价的。维护量大，沿线分布大量的应答器，需要大量的人工，且不便于设备的维护保养和线路的养护。查询应答器既可以实现列车定位，也可以作为点式信息传输的通道，提供车-地通信。Page 38查询应答器定位的特点查询应答器定位的特点 可以提供可以提供Page394、测速定位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，故其误差是累积的，而且测得的速度值误差对最终距离值的误差影响也非常直接。利用该种定位方法的关键在于两点：速度测量的准确性和求位移算法的合理性。测速定位法总体来说属于相对定位，它无法获取列车的初始位置，要获得列车的绝对位置仅仅依靠这种方法本身几乎是不可能的。Page 394、测速定位、测速定位 测速定位就是通过不测速定位就是通过不Page405、交叉感应回线定位通常采用的方法是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，通过车载设备检测环线内信号的相位变化，并对相位变化的次数进行计数。利用信号极性的变化引发地址码加1，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。Page 405、交叉感应回线定位、交叉感应回线定位 通常采用的通常采用的Page416、GPS定位利用GPS实现列车定位已是一种比较成熟的技术。只要在列车两端安装GPS接收机和差分误差信息接收器，接收多颗导航定位卫星发送来的定位信息，就可以计算出自己确切的位置，从而通过导航卫星实现列车的精确定位。卫星发射出无线电信号，该信号包括载波信号、测距码。待定位的物体(如列车)上的接收器可以同时接收四颗以上卫星的信号，根据测定这些信号传播的单程时间延迟或相位延迟，进而确定从观测点至GPS卫星间的距离，就可计算出观测点位置。Page 416、GPS定位定位 利用利用GPS实现列实现列Page427、无线扩频列车定位扩展频谱通信（SpreadSpectrumCommunication）简称扩频通信，其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发送端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关解调技术收信。这一过程使其具有诸多优良特性：抗干扰性能好，隐蔽性强、干扰小，易于实现码分多址和抗多径干扰。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。在地面沿线路设置无线基站，无线基站不断发射带有其位置信息的扩频信号。列车接收到由无线基站发送的扩频信息后，求解列车与信息之间的时钟差，并根据该时钟差求出与无线基站之间的距离，同时接收3个以上无线基站的信息就可以求出列车的即时位置。可以看出，扩频无线电定位与GPS定位原理几乎完全一样，只是将卫星“挪”到了地面，由无线基站实现了GPS卫星的功能。Page 427、无线扩频列车定位、无线扩频列车定位 扩展频谱通扩展频谱通Page438、IPS列车定位IPS是惯性列车定位系统(InertialPositioningSystem)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。这种方法是一种相对定位方式，必须获得列车的初始位置信息后方可得到列车的即时位置。与其他相对定位方式一样，它也存在误差积累的缺陷。所以，这种定位方式一般都是与其他定位方式，如查询一应答器定位、GPS定位等结合起来使用，可以作为提高定位精度的手段或用来解决某些定位方法固有的缺陷。Page 438、IPS列车定位列车定位 IPS是惯性是惯性Page449、航位推算系统定位航位推算系统定位(DeadReckoning，简称DR),该定位方法基于相对位置修正。由于列车的运动可以看作是在二维平面上的运动，因此如果已知车辆的起始点和初始航行角，通过实时测量和递增积累列车的行驶距离和航向角的变化，就可以实时推算列车的位置。Page 449、航位推算系统定位、航位推算系统定位 航位推算系航位推算系Page45航位推算系统原理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包括位移和航向传感器。常用的位移传感器有加速度计、里程计等，航向传感器为陀螺。这些传感器都称为惯性传感器。陀螺测得的是角速度，需积分得出角度。加速度计的情况也类似，需2次积分才得到位移。从成本、应用环境和现实条件等方面考虑，一般采用角速度陀螺和里程仪组成了航位推算系统。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，以避免累积误差。Page 45航位推算系统原理航位推算系统由测量航向角的传航位推算系统原理航位推算系统由测量航向角的传Page461010、地图匹配定位、地图匹配定位地图匹配是一种基于软件技术的定位修正方法。其基本思想是将列车定位轨迹与数字地图中的道路网信息联系起来，并由此确定列车相对于地图的位置。地图匹配技术的应用基于以下两条假设：用于匹配的数字化地图包含高精度的道路位置坐标，以及被定位列车正在道路上行驶。要得到精确的地图匹配结果，下列三个基本要素必须加以考虑：距离要素，即当前估计位置到所匹配路段的距离应为最短；方向要素，即相邻两匹配位置的连线具有与对应估计位置连线最接近的方向；连通性要素，即如果前一时刻的匹配结果在某一路段，则当前时刻的匹配结果应在同一路段。Page 4610、地图匹配定位地图匹配是一种基于软件技术、地图匹配定位地图匹配是一种基于软件技术Page47地图匹配定位原理当上述条件满足时，就可以把定位数据和列车运行轨迹同数字地图中的道路位置信息相比较，通过适当的模式识别和匹配过程，确定出列车最可能的行驶路段以及列车在该路段中的最大可能位置。一般认为用于匹配的数字地图误差不应超过15m。由于陆地车辆在除进入停车场等地之外的绝大多数时间内都处于路网中，因此应用地图匹配技术的条件是满足的。采用地图匹配技术不仅可以满足导航功能的需要，还可以利用较高精度的道路信息来修正定位系统的误差，从而使得系统性能得到改善。其精度取决于地图的精度和地形的变化情况。Page 47地图匹配定位原理当上述条件满足时，就可以把定地图匹配定位原理当上述条件满足时，就可以把定Page48五、CBTCCBTC是基于通信的列车控制系统基于通信的列车控制系统，借助于先进的车车 地无线通信技术地无线通信技术，使得列车运行摆脱对传统轨道电路的依赖，甚至可以突破新型数字轨道电路行车运行间隔的瓶颈，实现真正意义的移动闭塞，行车间隔大大缩减，增加系统在线实时性，从而提高运行提高运行与安全性安全性。CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分，分无线无线、环线环线、漏缆漏缆及波导管波导管等几种。CBTC系统是一个连续数据传输的自动控制系统，利用高精度的列车定位（不依赖轨道电路），实现双向连续、大容量的车地通信，能够执行ATP、ATO、ATS。常见的CBTC系统一般由车载设备、轨旁设备、通信网络、控制中心组成。CBTC目前完全被国际上少数几个公司垄断，带环线的CBTC技术最成熟的是阿尔卡特，无线CBTC技术最成熟的是庞巴迪（已有较好的开通业绩）。西门子、阿尔卡特号称已有无线CBTC技术，但实际情况是：阿尔卡特刚开了一条独轨拉斯维加斯机场线无线CBTC系统，但问题较多，已停运，尚在完善之中，业主方有更换系统的意图。阿尔卡特中标的上海地铁8号线信号系统因故比原计划推迟开通一年。西门子是兼并了法国马特拉公司而拥有了CBTC技术,环线的CBTC已有业绩,无线的CBTC至今尚未开通过一个,在纽约地铁CBTC系统的改造中,进展不快。Page 48五、五、CBTC CBTC是基于通信是基于通信Page49CBTC的特点CBTC相比传统的铁路信号系统有着诸多特性，比如：1、以无线通信系统代替，减少电缆铺设、轨旁设备，降低维护成本。2、可以实现车辆与控制中心的双向通信，大幅度提高了列车区间通过能力。3、信息传输流量大、效率高、速度快，容易实现移动自动闭塞系统。4、容易适应各种车型、不同车速、不同运量、不同牵引方式的列车，兼容性强。5、可以将信息分类传输，集中发送和集中处理，提高调度中心工作效率。6、便于既有线改造升级。Page 49CBTC的特点的特点CBTC相比传统的铁路信号系统相比传统的铁路信号系统Page50CBTC技术组成技术组成CBTC技术包括：1、无线通信技术：无线通信的种类很多，常见的有基于OFDM（正交频分复用技术）通信、扩展频谱通信、跳频技术、WLAN（无线局域网）技术。2、移动闭塞技术，移动闭塞是实现CBTC的关键技术之一，CBTC是这种闭塞方式的应用系统。它与固定闭塞相比，其最显著的特点是取消了以信号机分隔的固定闭塞区间。列车在线路上运营的间隔距离由列车在线路上的实际位置和运行情况确定，闭塞区间随列车的形势，不断变化，故称为移动闭塞。3、列车定位技术。列车定位技术有很多种：1）、轨道电路定位，2）、计轴定位，3）、信标定位（分有源、无源两种，往往两种会同时使用），4）、多普勒雷达测速定位等定位方式。Page 50CBTC技术组成技术组成CBTC技术包括：技术包括：Page51CBTC系统的组成CBTC是未来城市轨道交通运行控制技术的发展方向未来城市轨道交通运行控制技术的发展方向。目前国内有几家单位正在对CBTC技术进行研发。北京交大北京交大和北京地铁运营公司北京地铁运营公司在北京市科委立项，据说样机已试完，准备现场试验。南京南京1414所所在试验室中已取得阶段性成果，铁科通号铁科通号所注重研发，中国通号中国通号正在进行核心设备的深入研究，其余公司大都停留在理论探讨阶段。在中国国内的广州4、5号线，以及北京10号线均碰到了一些技术障碍，正在积极解决之中。此外，美国GE公司，英国西屋公司，法国CSEE公司，法国AREVA公司均在CBTC领域有涉足，但形不成竞争态势。美国GE公司兼并了美国哈门公司以后开通了一条无线一条无线CBTCCBTC系统系统。由于使用了美国休斯公司在伊拉克沙漠风暴中的军用技术，价格昂贵，无人进一步问津。西屋公司的CBTC采用漏缆，法国CSEE和AREVA公司声称拥有CBTC，但我国相关方面专家于年初访问巴黎地铁时，了解到法国CSEE公司和AREVA公司的CBTC尚在研制实施之中。Page 51CBTC系统的组成系统的组成CBTC是未来城市轨道交通是未来城市轨道交通Page52车车-地无线通信系统地无线通信系统安全可靠的车-地无线通信是地铁CBTC系统实现列车控制功能的基础。无线局域网技（WLAN）采用IEEE802.11g标准，用以实现车-地无线数据通信。无线通信系统包括通信接口服务器、车载无线单元(TRU）和WLAN网络。TRU与车载列车控制单元（VOBC）连接，通过WLAN无线通信网络与通信接口服务器实现数据连接，建立车载列控设备和地面列控设备的无线传输通道。接口服务器分别与区域控制器ZC、ATS中心服务器和WLAN无线通信网络连接，实现TRU与ZC和ATS中心服务器之间数据转发。Page 52车车-地无线通信系统地无线通信系统 安全可靠的车安全可靠的车THEEND！2013、04、20THE END！2013、04、20