CN103158743A

CN103158743A - 轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法

Info

Publication number: CN103158743A
Application number: CN 201110418137
Authority: CN
Inventors: 於岳亮; 於菲; 於宙
Original assignee: SHANGHAI WIND NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI WIND NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明披露的高速列车ATP系统或者相应的装置中的列车定位、测速、计程等多功能方法，是在节省测速传感器的前提下，通过车载ATP计算机，采用软件算法获得列车车速、加速度和计程，从而变应答器点式定位为列车线上定位，能在任何时间计算出列车在线路上的位置，且计程精确度远大于现有方法，经济性、可靠性也都有很大提高，对于各种轨道列车的防追尾撞车具有明显的改进效果。

Description

轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法

技术领域

本发明属于轨道交通中的控制器技术领域，具体地说，是提出一种以轨道交通中的列控中心和车载控制的计算机为主，结合应答器实现列车运行安全防护的方法。

背景技术

轨道交通中的运行列车防护方法多且杂，在国内外已有多种安全系统采用各种防护方法，例如，我国的列控ATP系统和LKJ装置，趋向借助应答器定位，然后通过测速传感器的计数，转化为计程，将应答器的点式定位改变为列车的线上定位，以确定列车在线路中的位置；然后结合通信，获得闭塞区信息，了解同轨道上前行列车位置，设置闭塞区，就可以防止后行列车进入该区，防止前后列车追尾碰撞，目前该方法还属于比较先进和普遍采用的方法。

但是，传感器的计数必须乘以车轮园周，才能测算出行走距离，得到计程数值，而车轮圆周会因不同的磨损程度而产生数值的不确定性变化，是一个变量；车轮也时有打滑的情况发生。因此，用该方法所测得的速度和计程数值并不很准确，更因为还存在累积误差，造成计程数值与真实行程的更大差距，列车的线上定位数据不够准确，必须在经过下一个应答器定位时加以纠正。而测速传感器的硬件成本高、可靠性差，保养维护工作量大，是一种并不理想的线上定位方法。

发明内容

本发明的目的，是借助应答器的点式定位，排除测速传感器，直接用计算机软件测速(计速)和计程，使列车达到更准确的线上定位目标。

本发明是这样实现的，一种定位、测速、计程等多功能列车防护方法，由车载防护装置(1)和/或地面控制中心的计算机执行，并采用查询-地面应答器(2)作为点式定位，其特征是，通过车载和/或地面控制中心的计算机，对列车通过应答器(2)的时间的测量，以列车长度L或应答器(2)之间的距离对列车在相关应答器(2)间的行走时间微分，通过计算机软件计算得到速度v；再通过二点间的速度差对二个应答器(2)点间的速度差对列车在相邻二点间的行走时间微分或附加加速度计，得到加速度a；则应用运动学方程，通过计算机将v和a对时间积分后，就可以得到列车的计程，达到列车线上定位的目标。

本发明的效果是明显的，首先是本装置的方法无需测速传感器，就可以计算出车速和加速度，可以节省测速传感器，降低防护系统的硬件开支，节约成本；第二，免除了测速计程所产生的累积误差和线上定位的不准确性，提高了系统的定位精度；第三，降低了硬件的维护保养成本，操作简单，更提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的利用地面应答器的测速方法原理图。

图2为本发明的利用地面应答器的计程方法原理图。

图3为本发明的利用地面应答器和列车双ATP装置的测速方法原理图。

图4为本发明的利用地面应答器和列车双ATP装置的计程方法原理图。

图5为本发明的利用地面应答器、列车双ATP装置和附加加速度计实现测速方法的原理图。

图6为本发明的利用地面应答器、列车ATP装置和附加加速度计实现计程方法的原理图。

具体实施方式

图1所示为本发明的利用地面应答器的测速方法原理图。

图1中，标号B1、B2、B3分别为列车前进方向上安装在轨道间的、按序分布的三个应答器(2)，列车前行时将依此经过B1、B2、B3，其经过的时间点分别为t1、t2、t3。同时，由轨道设计安装决定的B1与B2间的距离为(B2-B1)，同样可得B2与B3间的距离为(B3-B2)。

由运动学方程，可得到：

列车在B1与B2区间行驶的平均速度v2为：

v2＝(B2-B1)/(t2-t1) (式1)

同理，列车在B2与B3区间行驶的平均速度v3为：

v3＝(B3-B2)/(t3-t2) (式2)

按上二式可算得，列车在B2与B3间线路上的平均加速度数值为：

a3＝(v3-v2)/(t3-t2) (式3)

图2为本发明的利用地面应答器(2)的计程方法原理图。

按运动学方程，列车在B3以后线路上的任何时刻tX的计程sx为：

sx＝B3+v3·(tx-t3)+a3·(tx-t3)2/2 (式4)

在列车稳定运行过程中，即具有比较稳定的加速度时，本发明的计程，即根据运动学方程所算得的列车行程具有比现有定位计程方法为高的准确性。当然，增加应答器(2)的个数，即提高应答器(2)的密度，线上测速和计程的准确性也将相应提高。

虽然本节方法比起现有方法的线上定位精度高，但仍可能产生一些定位误差，可以在到达下一个应答器(2)时加以纠正。

由上述算法所得的列车速度和加速度数值，都必须是在运行至少三个应答器(2)的距离后才能测得。为此，可以利用列车，特别是动车组列车前后驾驶车各自配备的ATP系统实现更精确、更实时的测速、计程，其特征为，将同一列车头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)同时开启，利用头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)对同一应答器(2)进行定位计时，以ATP装置(11)和ATP装置(12)间的距离L对时间微分，满足测速要求，可在整列列车驶出该应答器(2)后即能算得列车速度和加速度，通过计算机将v和a对时间积分后，就可以得到列车的计程，达到列车线上定位的目标。

图3为本发明的利用地面应答器和列车ATP装置的测速方法原理图。图中，长度L为头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)查询器发射天线的距离。t11和t12为头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)查询到应答器B1的时刻，则可以立刻求得整个列车经过该应答器(2)的平均速度v1为：

v1＝L/(t12-t11) (式5)，

同理，可计算出列车经过应答器B2的平均速度v2为：

v2＝L/(t22-t21) (式6)，

按上面二式可算得，列车在B1至B2线路段的平均加速度数值为：

a2＝(v2-v1)/(t2-t1) (式7)，

(式5至式7)与(式1至式3)比较，可以发现，原来要越过二个应答器才能计算出列车速度v，越过三个应答器才能得到的加速度a，在本节方法中只要一个或二个应答器即可以分别计算出来，本节方法的实时性能得到提高；同时，由于长度L可能远小于应答器间距离，在这么短距离中算得的速度、加速度数值，准确性也有很大的提高。

列车头车在B3以后的任意Bx点上的列车计程，可从该时刻tx1计算出列车头车行程sx为：

sx＝B2+v2·(tx1-t21)+a2·(tx1-t21)2/2 (式8)。

由于本节中所计算得到的列车速度、加速度数值的精确度高于第一节，所以其线上定位的准确性也有相应的提高。

采用列车双ATP装置的定位、测速、计程的方法还会带来其他额外的功能，例如，可以用本方法来监视列车是否在行进途中脱编解列，如果按双ATP装置的工作分别对头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)作定位运行，一旦发现二个定位数值超过列车长度L，则可立刻判断列车掉尾，司机也可以在最早时段内向线路调度发送故障信息，防止后面的列车发生撞车事故。

另外，同一列车双ATP同时工作，等同于采用双机冗余结构，一旦出现某一ATP机故障，另一ATP自动担任独立主动防护责任继续工作，可以增加列车的安全性和可靠性，减少列车因设备故障可能产生的延时误点，提高列车运行质量。

在本发明方法的第三节中，将披露更先进的、仅通过一个应答器(2)就可以计算出列车速度、加速度的方法，其特征为，将同一列车头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)同时开启，利用头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)经过同一应答器(2)进行定位计时，以ATP装置(11)和ATP装置(12)间的距离L对二应答器(2)的计时值微分，算得列车速度值；同时，列车上还有一个加速度计(3)或二个加速度计(31)和(32)，向列车ATP系统随时提供加速度信息，则系统可在整列列车驶出一个应答器(2)后即能得到列车瞬时速度和瞬时加速度数值，然后将该二个参数对时间积分求得列车计程和线上定位的数据。

本方法的应用，在定位和计算速度的方法上与第二节内容相同，即，假定列车头车在tx1时刻越过第x的应答器Bx，则可计算出其速度vx为：

vx＝L/(tx1-t11) (式9)，

由于列车长度L值很小，所以列车通过同一应答器(2)的时间也很短，所得到的vx值可以看作车长L对时间的微分值。

列车在B1以后的任意Bx点上的列车计程，列车头车在任何时刻tx1的行程sx为：

sx＝B1+v1·(tx1-t11)+a1·(tx1-t11)2/2 (式10)。

由于列车的加速度计(3)可以实时反映列车速度的变化，所反映的某时刻列车瞬时速度v，可以看作加速度a对时间t的积分，同时，列车的行程s也可以看作瞬时速度v对时间t的积分，其数值就非常精确。

上述三种不同方法也可以相互补充、借鉴构成复合方法，其特征为，以查询-应答器作为基本定位方式，但在列车起动或制动阶段的局部时段，临时增加尾车ATP装置(12)和/或加速度计(3)参与工作，尽早测出速度和加速度值，但在列车进入稳定运行阶段，速度变化不大，临时增加的设备退出运行的方法。

本方法可以用在车载ATP等系统中，也可用于地面控制中心。

众所周知，ATP是列车防护系统。是防止列车追尾的重要设备，系统首先要测定本车在线路上的确切位置，所以定位、测速、计程是必不可少的步骤，只有线路上每一列车自己的位置确定了，然后也通过通信了解本车前后其他列车位置，通过自动闭塞计算，一旦发现前后车距离太近，ATP系统就会让列车自动减速甚至紧急停车，以规避碰撞风险。采用本发明的方法，可以省略硬件，增加可靠性和安全性，采用软件替代硬件设备的方法，肯定是合理、科学、先进的方法。

本发明的方法可以在任何一种列车ATP系统中使用，也可以用于国产LKJ装置中。

本发明的方法可以全部或部分用在列车ATP系统的车载计算机和地面控制中心的ATP系统的计算机中同时生成线上定位数据，同样也可以用于国产LKJ装置的车载计算机和地面控制中心的计算机系统中，以及用于CTCS-3系统的地面RBC计算机系统中。

本发明的方法也可以全部或部分用在下列列车或列控中心的计算机系统中，所谓部分使用，也包括在其他列车定位、测速、计程等系统中采用本方法作为备用、辅助、补充手段时采用本发明的一种或多种复合方法的使用，这些系统有：美国、加拿大的列车控制系统(ATCS)的各级装置、欧洲的列车控制系统(ETCS)、欧洲铁路运行管理系统(ERTMS)、德国ZUB系统、德国LZB和FZB系统、法国TGV铁路系统、法国高速铁路的TVM300及TVM430系统、法国ASTREE系统、瑞典的EBICA900系统和EBICAB、西班牙的LZB-STM车载设备、日本的ATC和ATP系统、日本新干线CARAT系统、韩国高铁的TVM300及TVM430系统。

本发明的方法可以用于高速铁路列车，也可以用于普通铁路列车、磁悬浮列车、城际轨道列车、地铁列车、轻轨列车或其他轨道列车中，也可用于以上轨道的货车防护装置中。在货运车列车中，本发明披露的方法可按客运列车要求，增加相应设备后施行。

Claims

1.轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，由车载防护装置(1)和/或地面控制中心的计算机执行，并采用查询-地面应答器(2)作为点式定位，其特征是，通过车载和/或地面控制中心的计算机，对列车通过应答器(2)的时间的测量，以列车长度L或应答器(2)之间的距离对列车在相关应答器(2)间的行走时间微分，通过计算机软件计算得到速度v；再通过二点间的速度差对二个应答器(2)点间的速度差对列车在相邻二点间的行走时间微分或附加加速度计，得到加速度a；则应用运动学方程，通过计算机将v和a对时间积分后，就可以得到列车的计程，达到列车线上定位的目标。

2.权利要求1所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，通过应答器(2)作为点式定位，其特征为，将同一列车头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)同时开启，利用头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)对同一应答器(2)进行定位计时，以ATP装置(11)和ATP装置(12)间的距离L对时间微分，满足测速要求，可在整列列车驶出该应答器(2)后即能算得列车速度和加速度，通过计算机将v和a对时间积分后，就可以得到列车的计程，达到列车线上定位的目标。

3.权利要求1所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，通过应答器(2)作为点式定位，其特征为，将同一列车头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)同时开启，利用头车ATP装置(11)和尾车ATP装置(12)经过同一应答器(2)进行定位计时，以ATP装置(11)和ATP装置(12)间的距离L对二应答器(2)的计时值微分，算得列车速度值；同时，列车上还有一个加速度计(3)或二个加速度计(31)和(32)，向列车ATP系统随时提供加速度信息，则系统可在整列列车驶出一个应答器(2)后即能得到列车瞬时速度和瞬时加速度数值，然后将该二个参数对时间积分求得列车计程和线上定位的数据。

4.权利要求2或权利要求3所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，通过应答器(2)作为点式定位，其特征为，以查询-应答器作为基本定位方式，但在列车起动或制动阶段的局部时段，临时增加尾车ATP装置(12)和/或加速度计(3)参与工作，尽早测出速度和加速度值，但在列车进入稳定运行阶段，速度变化不大，临时增加的设备退出运行的方法。

5.权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，其特征为，方法所应用的系统为列车ATP系统的车载计算机和地面控制中心的ATP系统的计算机，或者LKJ系统、以及CTCS-3系统的地面RBC计算机。

6.权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，其特征为，方法可以在美国、加拿大的列车控制系统(ATCS)的各级装置、欧洲的列车控制系统(ETCS)、欧洲铁路运行管理系统(ERTMS)、德国ZUB系统、德国LZB和FZB系统、法国TGV铁路系统、法国高速铁路的TVM300及TVM430系统、法国ASTREE系统、瑞典的EBICA900系统和EBICAB、西班牙的LZB-STM车载设备、日本的ATC和ATP系统、日本新干线CARAT系统、韩国高铁的TVM300及TVM430系

统中全部或部分使用，也可以作为其他系统的补充使用。

7.权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，其特征为，方法所用列车为客运车，包括高速铁路列车、普通铁路列车、磁悬浮列车、城际轨道列车、地铁列车、轻轨列车或其他轨道列车。

8.权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的轨交列车定位、测速、计程等多功能防护方法，其特征为，方法所用列车为货物列车，包括高速铁路列车、普通铁路列车、磁悬浮列车、城际轨道列车、地铁列车、轻轨列车或其他轨道列车，或者在货运列车中增加相应设备后施行。