第4讲-列车定位技术课件.ppt
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- 列车 定位 技术 课件
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1、Contents 常用列车定位方法常用列车定位方法2 列车定位的作用和要求列车定位的作用和要求3 1列车定位的作用列车定位的作用 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。参数之一。列车定位是列控系统中一个非常重要的环节。v 为保证安全列车间隔提供依据。为保证安全列车间隔提供依据。v 为列车自动防护为列车自动防护(ATP)(ATP)子系统提供准确位置信息,作为列车子系统提供准确位置信息,作为列车计算速度
2、曲线、列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽计算速度曲线、列车在车站停车后打开车门以及站内屏蔽门的依据。门的依据。v 为列车自动运行为列车自动运行(ATO)(ATO)子系统提供列车精确位置信息,作为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。实施速度自动控制的主要参数。v 为列车自动监控为列车自动监控(ATS)(ATS)子系统提供列车位置信息,作为显示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。列车运行状态的基础信息。列车定位技术要求列车定位技术要求v 精确性:精确性:列车定位系统的精确性需满足两种不同的要求,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
3、轨道上纵向的定位精确性,另一个是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。列车在不同轨道之间的横向的定位精确性。v 连续性:连续性:定位系统必须具有执行列车定位而不发生任何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,即间断的能力,即在时间上有很好的可用性在时间上有很好的可用性。v 覆盖性:覆盖性:不管列车运行在任何地理区域,定位信息必须不管列车运行在任何地理区域,定位信息必须不间断地提供给不间断地提供给ATCATC系统,即系统,即在空间上有良好的可用性在空间上有良好的可用性。列车定位技术要求列车定位技术要求v 可靠性和安全性:可靠性和安全性:
4、定位系统与列车自动控制系统的其他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。检测和报告本身发生的失效和故障。v 可维护性:可维护性:定位系统的设计和使用必须综合考虑预防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。成本最小。v 故障故障-安全性:安全性:当定位系统出现故障时,系统不能验出当定位系统出现故障时,系统不能验出 无车无车 的通报信息,而必须有保证列车安全的相应措施。的通报
5、信息,而必须有保证列车安全的相应措施。1.1.轨道电路定位轨道电路定位v 轨道电路是最简单的列车定位设备,其优点是无需对当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。前设备做大的改动即可实现列车定位。v 它的定位精度取决于轨道电路的长度。它的定位精度取决于轨道电路的长度。v 轨道电路分为机械绝缘和电气绝缘两种类型。轨道电路分为机械绝缘和电气绝缘两种类型。v 目前城市轨道交通系统中普遍采用目前城市轨道交通系统中普遍采用“S“S棒棒”进行电气隔进行电气隔离的数字音频轨道电路。离的数字音频轨道电路。v 利用数字音频轨道电路对列车进行定位是目前城市轨道利用数字音频
6、轨道电路对列车进行定位是目前城市轨道交通系统中应用最为普遍的技术手段。交通系统中应用最为普遍的技术手段。S S型联接音频轨道电路型联接音频轨道电路 接收器2发送器1接收器3发送器22f1f3fL2C1L1C2U2U3L3C3C2L2mn音频轨道电路的级联方式音频轨道电路的级联方式最大300m最大300m2112桥接线运行方向基于轨道电路的列车定位基于轨道电路的列车定位v 在线路设计时,根据用户对列车运行密度的要求,将整个线在线路设计时,根据用户对列车运行密度的要求,将整个线路用路用S S棒分割成若干个轨道区段,并对所有轨道区段进行统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
7、形及线路设备进行数字化描述后形成线路一编号。对线路地形及线路设备进行数字化描述后形成线路地图,储存在轨旁和地图,储存在轨旁和/或车载计算机中。或车载计算机中。v 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。所处位置的连续跟踪。轨道电路定位的优点轨道电路定位的优点v 轨道电路原理简单,安全性较高。既可以实现列车轨道电路原理简单,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,满足故障定位,又可以检测轨道的完好情况,满足故障-安全原则。安全原则。v 轨道电路采用列车的运行轨道轨道电路采用列车的运行轨道钢轨作
8、为列车定位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的信息传输通道,这个通道同时又可以作为列车ATCATC信息信息传输的通道,节省了大量设备,具有较高的性价比。传输的通道,节省了大量设备,具有较高的性价比。v 技术成熟。轨道电路是目前使用最多、使用时间最长的技术成熟。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、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。维护经验。v 地理环境适应性强,在隧道、地下都可以使用该方法。地理环境适应性强,在隧道、地下都可以使用该方法。v 适用速度范围宽,无论高速还是低速均可使用该方法。适用速
9、度范围宽,无论高速还是低速均可使用该方法。轨道电路定位的缺点轨道电路定位的缺点v 定位误差大。由它所实现的定位是以轨道电路长度定位误差大。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。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。的列车定位方式,如测速定位、设置信标等。v 传输距离有限。轨道电路的电气特性是与传输的信息频率传输距离有限。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
10、越短。相关的,频率越高,传输衰耗越大,信息传输距离越短。v 设备维护量大。继电器使用寿命有限设备维护量大。继电器使用寿命有限(平均为平均为1 1万次左右万次左右),因此维护费用较大。为了保证轨道电路的良好电气特性,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。需要经常进行测试与调整。2 2、计轴定位、计轴定位v 计轴技术是以计算机为核心,辅以外部设备,利用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。的技术。计轴系统工作原理计轴系统工作原理v 电子计轴器列车定位系统主要包括
11、室内和室外两部分: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。要包括地面传感器、电缆盒、传输电缆等。v 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。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,称为个功能单元,称为计数点计数点。因车轮作用而在。因车轮作用而在计数点计数点中形成的中形成的脉冲或信号经由区间电缆传送至位于控
12、制中心计数单元。脉冲或信号经由区间电缆传送至位于控制中心计数单元。v 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。判断出列车的位置。v 就其功能而言,电子计轴器是与轨道电路相同。电子计轴器就其功能而言,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。必须要另外增加信道。计轴点常见故障及处理方法计轴点常见故障及处理方法v 一般来说,计轴点的故障主要有两类:设备故障导一般来说,计轴点的故障主要有两类:设备故障
13、导 致不能计数或计数故障导致计数出错。致不能计数或计数故障导致计数出错。v 计数点故障。解决的方案是取消该计轴点,而将与该计轴计数点故障。解决的方案是取消该计轴点,而将与该计轴点相连的两个区间合并为一个区间。点相连的两个区间合并为一个区间。v 计数错误。解决的方案是连续比较出错计数点前后相邻多计数错误。解决的方案是连续比较出错计数点前后相邻多个技术点的计数结果。个技术点的计数结果。v 构成具有纠错功能计轴设备的前提是有一台中央计轴计算构成具有纠错功能计轴设备的前提是有一台中央计轴计算机来处理多个相邻计轴点的数据,即具有与多个计数点相机来处理多个相邻计轴点的数据,即具有与多个计数点相连的中央处理
14、机。连的中央处理机。计轴定位特点计轴定位特点v 计轴定位技术的关键在于车轮识别点计轴定位技术的关键在于车轮识别点(计轴点计轴点)的可的可 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。力、牵引电流、磁轨制动造成的电磁干扰等。v 计轴定位继承了轨道电路定位的很多特点,和前述的轨道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。常也需与测速装置结合起来使用。v 由于不依赖于轨
15、道电路,对环境的适应性更强,维护量相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;但不能作为车对较小;但不能作为车-地通信的通道,也无法检测断轨地通信的通道,也无法检测断轨故障。故障。3 3、查询、查询-应答器列车定位应答器列车定位v 基于应答基于应答-查询器的定位方法也是广泛采用的列车定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。位方式,它可以点式地给出列车定位信息。查询应答器工作原理查询应答器工作原理v 在地面应答器内存储地理位置信息,机车上的查询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,为器经过
16、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。了准确定位就必须大量设置地面应答器。v 采用应答器定位技术的信息传递是间断的,即当列车从一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,用地面应答器来位技术的补充手段。如与测速设备
17、配合,用地面应答器来校准因测速设备产生的累积误差。校准因测速设备产生的累积误差。查询应答器定位的特点查询应答器定位的特点 v 可以提供准确的初始位置信息。可以提供准确的初始位置信息。v 精度是可以调节的,根据不同的精度需要安装应答器,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。但是精度的提高是以牺牲成本为代价的。v 维护量大,沿线分布大量的应答器,需要大量的人工,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。且不便于设备的维护保养和线路的养护。v 查询应答器既可以实现列车定位,也可以作为点式信息查询应答器既可以实现列
18、车定位,也可以作为点式信息传输的通道,提供车传输的通道,提供车-地通信。地通信。4 4、测速定位、测速定位v 测速定位就是通过不断测量列车的即时运行速度,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对列车的即时速度进行积分(或求和或求和)的方法得到列车的运的方法得到列车的运行距离。行距离。v 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。对最终距离值的误差影响也非常直接。v 利用该种定
19、位方法的关键在于两点:速度测量的准确性和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。求位移算法的合理性。v 测速定位法总体来说属于相对定位,它无法获取列车的初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。乎是不可能的。测速定位方法测速定位方法v 轮速法(里程表法)轮速法(里程表法):利用里程计测得列车的运行利用里程计测得列车的运行 速度,进而得出列车的位移。该方法主要缺点在于:当列车速度,进而得出列车的位移。该方法主要缺点在于:当列车轮对出现磨损、空转
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