文章摘要：......
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m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m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;m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。通过多普勒雷达或加速度传感器(陀螺仪)测量列车的行驶速度,计算已行驶的里程,确定列车在线路上的具体位置,这是一种典型的增量式相对定位,存在累计误差,在定位精度要求较高的地点,可以通过加标志位的方法不断校正其位置信息。无线扩频定位法可以实现列车比较精确的定位,但需要在沿线设置专用扩频基站,投资成本较高。裂缝波导定位技术通过计数器确定列车经过的裂缝数来实现列车定位,也是一种相对定位技术。在磁悬浮列车中还可以采用基于长定子直线电动机定子齿槽计数和绝对定位标志板检测相结合的定位技术,每个定位标志板包含4位地址信息。
本文提出一种基于绝对位置编码的封闭曲线线路列车定位技术,用以精确确定列车在具有封闭曲线特征的城市轨道交通线路上运行时的绝对位置。
1 具有封闭曲线特征的轨道线路绝对位置编码方法
1.1 绝对位置编码原理
通过对轨道线路上的待定位置进行绝对编码,当列车在线路上运行时,检测每个待定位置的绝对位置编码值,实现对列车的定位。对轨道线路进行绝对位置编码,采用在每个待定位置上设置一个0或1的二值标记,由车载阅读器沿线路顺序阅读二值标记,在移位存储器中构成唯一的绝对位置编码值。
在城市轨道交通中,列车在具有封闭曲线特征(如环线)的线路上循环运行,要求每个待定位置的绝对位置编码值在整个周长内具有唯一性,并且以线路周长为周期循环出现,二值标记按照m序列布置。n级m序列的周期为2n-1,对2n-1个绝对位置进行编码,绝对位置编码值在n位移位存储器中构成,移位存储器按照先进先出的排队方法移位,先进入的位构成二进制数的高位,后进入的位构成二进制数的低位,移位存储器各位所对应的二进制数权值组成的权值矩阵为
W=[2n-1 2n-2 … 21 20] (1)
例如,对于5级m序列,n=5,N=25-1=31,实现列车在31个绝对位置上的定位。由式(1)得
W=[24 23 22 21 20]T
轨道线路上第1个待定位置至第31个待定位置上的二值标记按照如下5级m序列布置
1101010000100101100111110001101
由此得到二值标记布置行向量A。列车在封闭曲线线路上循环运行时,车载阅读器顺序阅读二值标记并送入5位移位存储器。由A生成一个阅读矩阵R,每行表示在相应待定位置移位存储器中二值信息的存储情况。定义一个顺序读取算子Seq,则
R=SeqA,rij=amod(i+j+N-n,N) (2)
(i=1,2,…,N;j=1,2,…,n)
式中:下标mod(i+j+N-n,N)表示i+j+Nn对N取余。在各个待定位置移位存储器中的二进制数所构成的编码矩阵为
B=R×W (3)
表1列出了在不同待定位置上,移位存储器中绝对位置编码值的二进制形式、十进制形式及所对应的里程值。查表译码输出相应的里程值,实现对列车的绝对定位。
1.2 绝对位置编[1] [2] [3] [4] 下一页
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