虚拟应答器研究进展与发展展望

欧洲应答器(Eurobalise)是欧洲列车控制系统(ETCS/ERTMS)中广泛使用的列车定位设备.在使用时需要铺设大量的地面设备,需要昂贵的费用和较大的维护量.随着卫星定位导航(GNSS)技术的发展,定位精度越来越高;同时越来越多的卫星定位系统(GPS,GLONASS,GALILEO)可用,使得降低列车定位的成本成为可能.国际铁路联盟(UIC)提出采用卫星定位导航技术,辅以地图匹配技术实现虚拟应答器(virtual balise).虚拟应答器可以部分甚至全部取代实物应答器,无需地面轨旁设备.本文就虚拟应答器的发展背景、功能要求、实现方式、应用方式以及目前发展的现状进行描述,并且建议在中国的列车控制中采用虚拟应答器,从而适应中国铁路快速发展的需要.     

虚拟应答器在铁路列控系统中的应用研究

ETCS、CTCS等列控系统需要在铁路沿线铺设数量众多的点式查询应答器,实现列车定位等功能。提出采用全球导航卫星系统(GNSS)技术为主的组合定位方法,实现虚拟应答器。虚拟应答器可以部分取代真正的查询应答器,无需地面轨旁设备。介绍虚拟查询应答器的发展背景和在列控系统中的工作原理、应用方式等。     

引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案适应性研究

随着新型列车运行控制技术及系统的快速发展,基于卫星导航的列车运行状态自主感知已成为下一代列车运行控制系统的重要发展方向。虚拟应答器是将全球导航卫星系统引入列车运行控制系统的有效途径,卫星定位因易于受到信号观测条件限制导致性能约束,无法直接满足虚拟应答器的应用需求。针对虚拟应答器中卫星定位的应用模式进行适应性分析,总结出不同线路及运行条件下虚拟应答器卫星定位方案的设计与应用建议。首先,介绍引入卫星定位的虚拟应答器的运行机理;其次,给出基于自适应交互多模型的虚拟应答器捕获原理;然后,对卫星定位独立定位、卫星定位/惯性导航系统松耦合定位、卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位3种典型方案的核心思路、系统架构、计算流程进行设计与分析;最后,采用现场数据及仿真测试,对3种卫星定位方案的定位性能、计算效率、用于实施虚拟应答器捕获的时空精度特征进行评估与对比。研究结果表明：卫星定位/惯性导航系统紧耦合定位方案的综合效益更优。对引入卫星导航系统的虚拟应答器中列车定位方案的适应性进行了分析,所得结果能够为虚拟应答器结构与逻辑方案的设计提供参考,为新型列车运行控制系统的优化设计与设备研制提供有效支持。     

基于GNSS的虚拟应答器捕获算法的研究

应答器在欧洲列车运行控制系统ETCS(European Train Control System)和中国列车运行控制系统CTCS (China Train Control System)中都是重要的定位设备.为了提高定位精度,应答器必须高密度地布设在轨道上,增加了系统的建设成本和后期维护量.基于GNSS技术的虚拟应答器...     

基于GPS的虚拟应答器在调车监控系统中的应用

提出一种适用于无线调车机车信号和监控系统中基于GPS技术实现的作业机车初始定位方案———虚拟应答器方案,代替了目前普遍采用的无源应答器方案,极大地提高了工程实施水平。虚拟应答器方案通过组建局域差分增强系统方式,提高了定位精度;在设计上采用模块化方式实现结构和功能分离。通过理论分析和现场试验,表明虚拟应答器的定位精度满足调车监控系统要求。     

地图辅助定位方法在列车定位中的应用

地图辅助定位是使用道路地图矢量辅助其它手段进行车辆定位的一种方法。本文依据线路平纵断面特征对线路进行单调分段后,建立线路平面和纵断面数字地图数据库,然后以铁路线路平面特征辅助GPS进行列车连续定位,分别推导出直线、缓和曲线以及圆曲线区段的列车位置估算公式。在直线区段将GPS位置信息投影到实际线路上进行列车定位;在缓和曲线上,根据实测当前点曲率以及缓和曲线曲率和全长计算列车的位置;在圆曲线上,提出利用同向切线法实现列车连续定位的方法。文中还探讨了应用纵断面变坡点作为虚拟查询应答器实现单点定位的方法。最后给出列车连续定位的现场实验结果和利用变坡点实现单点定位的仿真结果,验证了方法的有效性。     

欧洲应答器技术及其在中国铁路的应用前景

应答器是采用数字技术实现数据的发送、传输、接收、处理并将处理的信息予以可靠输出的点式信息传输设备，被广泛应用于军事、航海、卫星通信等领域。20纪70年代中期应答器被应用到铁路列车控制系统后，发展很快，尤其在欧洲有众多类型的应答器应运而生。1996年欧洲铁路联盟为统一欧洲铁路应答器的制式，在制定ETCS列控系统技术规范的同时，也制定了欧洲铁路应答器的相关技术标准，从结构原理、规格尺寸、类型式样、使用功能及使用范围等都作了要求和说明，使欧洲不同类型的应答器统一为更加完善的欧洲应答器EuROBALISE(以下称欧洲应答器)，适应了欧洲铁路一体化的进程。     

RFID技术在列车高精度定位中的应用

在CBTC(基于通信的列车控制)系统中,列车定位的精确性是保证列车安全高效运行的前提,而基于RFID(radio frequency identification,无线射频识别)的列车定位技术,是提供高精度列车定位的技术条件。从电子标签、读写器、系统高层3方面对RFID技术工作原理进行阐述,并介绍基于不同设计标准的RFID铁路应答器的技术指标及工作原理;分析影响列车定位精度的列车位置不确定性产生的3种因素(测速误差、轮径误差和应答器校正误差),提出通过RFID铁路应答器消除列车位置不确定性,提高列车精确定位的方法,并通过实测数据,验证RFID技术高精度定位的可行性,即在不同行车速度下,RFID技术均能准确完成列车定位,RFID应答器响应时间均在0.2 s以内,实际定位误差均未超过测量值的2%,可以满足轨道交通中低速CBTC列车辅助定位的需求。     

新型列控系统列车综合自主定位技术研究

安全、准确、高可靠的列车定位技术是列车运行控制系统的基础和核心.现有列控系统的列车定位技术依赖轨道电路,建设及运维成本高,难以适应高海拔铁路的恶劣应用环境.为此提出一种基于卡尔曼滤波的多源融合测速定位技术方案,综合利用卫星导航信息、轮速传感器信息、加速度计信息、应答器信息等,进行列车走行距离和速度计算,可以摆脱对轨道电...     

基于GNSS的轨道占用识别技术综述

列车的位置信息是列车控制系统的重要的基础信息,基于卫星导航(GNSS)的列车定位是近年来的研究热点,轨道占用识别是实时确定列车所在的股道及具体位置。本文介绍基于GNSS的轨道占用识别的原理,分析GNSS技术应用于轨道占用识别的可行性以及应用中的难点,包括GNSS用于轨道占用识别的精度及完好性问题,以及初始定位时的轨道识别问题。阐述目前国内外已有的一些基于GNSS的轨道占用识别方法,包括检测道岔状态、辅助应答器、检测航向角、地图匹配、隐马尔可夫模型,详细分析其原理、功能以及优缺点,认为采用隐马尔可夫模型进行定位不需要其他辅助手段,并可以有效地解决初始化定位问题,是一种较好的方法,需要进一步研究并进行实际测试验证。     

有源应答器监测集成的探索与思考

有源应答器监测装置已经在既有线CTCS-2级列控区段车站应用,由于自身的不足,影响监测装置在新建铁路的进一步推广。有源应答器进行实时监测,对于消除安全隐患,确保行车安全十分必要,因此从系统集成角度出发,跳开现有将有源应答器监测作为一个独立系统的固定模式,对有源应答器监测与微机监测和有源应答器监测与列控系统进行集成的两个方案进行论述。     

高速铁路有源应答器C口测试技术

随着列车运行速度的不断提高,仅依靠轨道电路为主的信号系统已无法满足列车安全高速行驶的要求,通过应答器向列控车载设备提供大量固定信息和可变信息成为有效解决方式.应答器的性能是影响列车控制系统的关键,其测试技术的研究已成为铁路行业的重要课题之一.介绍应答器的工作原理及地面电子单元（LEU）的设计结构,重点研究有源应答器与LEU传输技术的测试技术.     

基于无线机车信号的虚拟闭塞系统研究

提出一种基于无线机车信号的虚拟闭塞系统,旨在实现既有半自动闭塞区段内的列车追踪运行,或应用于低密度且速度不高的新建线路,达到提高运输能力的目的。该系统的主要优势在于利用无线传输机车信号、列车位置、速度等列控信息,构成信息传输闭环确认,保证信息传输可靠性;采用虚拟闭塞方式,无线机车信号与CTC调度集中系统结合,利于系统资源优化和综合利用,车站可实现无人值守;无需进行车站电码化,不存在因轨道电路受干扰影响信息传输问题;最大限度利用既有地面信号设备和车载列控设备,系统结构简单,便于实现,成本低。本文阐述系统的构成,基本结构和工作原理。对系统中的无线机车信号、列车定位、列车完整性检查,无线数据传输等关键技术进行了重点描述。并对系统的先进性、可行性及系统的可靠性和安全性进行了分析。     

面向虚拟编组的列控技术研究

虚拟编组(Virtual Coupling)是近年来欧洲铁路部门提出的一个新理念,它使用无线通信代替机械联挂,实现不同型号列车的虚拟编组。列车虚拟编组后,行车间隔极大缩短,能够进一步提高线路的运输能力。介绍虚拟编组的研究背景和基本理念,分析既有欧洲列控系统(ETCS)在应用该技术时面临的问题,旨在提出面向虚拟编组的列控技术实现方案。根据列车间隔控制是否由列控系统进行防护,提出两种方案,并描述它们的基本原理和既有ETCS规范需要变动的内容。在基于列控系统防护的方案中,引入相对制动距离的概念,并提出一种基于相对制动距离的限速曲线计算方法,为下一代列控系统的研究提供参考。     

应答器与测速组合定位在地铁中的应用

分析城市轨道交通列车运行控制系统对列车定位技术的要求,针对地铁的具体特点,提出在CBTC条件下应答器与测速的组合定位方案。该方案利用测速电机和多普勒雷达提供列车相对位置,查询应答器提供列车绝对位置,利用测速电机定位和应答器定位相互补足的特点,得到精度较高的定位数据,较一般列车定位系统相比,提高了列车测速定位系统的精度和可靠性。     

基于测试的应答器车载设备安全分析方法研究

为了能够使自主研发的应答器车载设备系统达到欧洲铁路标准产品的要求。在应答器车载设备系统的研发过程中,需要严格依据欧洲铁路标准SUBSET-036的要求来进行研发,同时,为了保证产品在全生命周期内能够达到较高的安全完整性等级,在产品研发过程中,需要全面贯彻IEC62278和IEC62425中的安全需求,即基于风险的安全设计理念。采用HAZOP和FMECA识别风险并制定相应的风险减轻措施,在应答器设计时,将风险减轻措施作为应考虑的安全输入条件贯彻在设计中,以确保产品风险被控制在一个可接受的水平。最后选取4个安全需求功能的测试用例,经过反复多次的确认测试,其测试通过率均达到100%,证明其安全需求均在应答器车载设备系统设计中给以满足。最终的测试用例结果表明,该自主研发的应答器车载设备系统满足列车运行控制系统的安全完整性等级的运用要求。     

基于VR设备的地铁列车故障检修的仿真研究

将沉浸式虚拟现实技术引入城市轨道交通培训领域，着重从列车设备建模、列车沉浸式虚拟现实效果的实现、列车故障检修等方面进行研究。利用3ds MAX建模软件构建了三维虚拟列车模型，以Unity3D为驱动引擎，VC#2017为编译器，外接VR设备实现了对列车检修场景漫游、列车设备故障检修以及相对应的人机交互功能。