定測技術(shù)在城市軌道交通SelTrac系統(tǒng)工程中的應(yīng)用

霍黎明，秦 健

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

定測技術(shù)在城市軌道交通SelTrac系統(tǒng)工程中的應(yīng)用

霍黎明1，秦 健2

（1.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

定測是設(shè)備安裝前的一項重要內(nèi)容，其數(shù)據(jù)的準確性關(guān)系到后期列車運行的控制精度。本文以實際工程中軌旁設(shè)備定測為背景，論述了軌道交通中定測的類型和方法、關(guān)鍵點，并分析了誤差產(chǎn)生的原因。其中描述的定測方法是SelTrac系統(tǒng)在實際工程中的經(jīng)驗總結(jié)，可為今后城市軌道交通其它系統(tǒng)的設(shè)備安裝和測量提供參考。

軌道交通；定測；方法應(yīng)用；關(guān)鍵點；SelTrac

定測是根據(jù)已經(jīng)批準的可行性研究和定測任務(wù)書的要求，結(jié)合現(xiàn)場的地形、地質(zhì)、水文等情況，對線路局部方案及位置做進一步研究、改善和落實，在現(xiàn)場釘設(shè)線路位置及相關(guān)設(shè)備的安裝位置。在實際工程應(yīng)用中，根據(jù)設(shè)計圖紙精確的標記設(shè)備的位置是十分重要的一項內(nèi)容，也是定測的一項重要類型。在軌道交通工程實施中，如何根據(jù)設(shè)計圖紙，準確地標定出相關(guān)設(shè)備的安裝位置，特別是對要求實現(xiàn)列車自動運行（ATO，Automatic Train Operation)模式，對列車位置要求較高的控制系統(tǒng)，這項工作尤為重要。本文著重描述了在城市軌道交通系統(tǒng)工程應(yīng)用中，以SelTrac系統(tǒng)為例，如何對相關(guān)設(shè)備的安裝位置做到精確的定測。

Seltrac系統(tǒng)是一種基于通信的移動閉塞列車控制系統(tǒng)，能夠極大地提高操作員的服務(wù)性能，通過軌旁固定的感應(yīng)線圈來得知列車的位置，極大地縮短列車運行間隔。

1 定測類型及方法

在城市軌道交通工程中許多信號系統(tǒng)采用的是以環(huán)線通信為基礎(chǔ)的SelTrac系統(tǒng)，它通過感應(yīng)環(huán)線通信系統(tǒng)來為列車與地面之間提供通信保。在國內(nèi)地鐵線路使用較多，例如：廣州地鐵3號線及其北延段，北京地鐵4號線及大興線均采用了此系統(tǒng)。

在城市軌道交通中，車站是重要的節(jié)點，車站區(qū)段內(nèi)對列車運行精度要求較高，軌旁配有大量的設(shè)備，對于SelTrac系統(tǒng)，主要是計軸器、信號燈、感應(yīng)環(huán)線、AJB、RLB等感應(yīng)環(huán)線和移動閉塞設(shè)備，尤其是在道岔區(qū)段內(nèi)，采用的環(huán)線比較多，相反在站間區(qū)段內(nèi)由于設(shè)備相對較少且沒有道岔等分線路情況出現(xiàn)，所以定測相對容易。根據(jù)復(fù)雜程度定測可分為直線區(qū)段定測和道岔區(qū)段定測兩種類型。

城市軌道交通應(yīng)用中，其上下行一般以該城市為中心來確定，從該中心發(fā)出至其它方向的地鐵列車為下行(左線)，在坐標參考表中以ZDK表示；反之從其它方向駛來的列車為上行（右線），在坐標參考表中以YDK表示；例如：廣州地鐵3號線北延段中規(guī)定從廣州東站駛向機場北方向為下行，從機場北駛向廣州東站方向為上行。

1.1 直線區(qū)段定測

直線區(qū)段定測是指兩車站上下行直線區(qū)間段（不經(jīng)過道岔轉(zhuǎn)向）內(nèi)線路的定測，這種定測相對容易較易掌握，主要從以下幾個方面進行定測。

1.1.1 在鋼軌上確定車站中心坐標位置

在所要定測的車站信號平面圖上找到所要定測的車站站臺，站臺有兩個，分為上行和下行，在如圖1所示的車站信號平面圖中表示為JCB1和JCB2。對于下行方向為JCB1，參考表1所示的設(shè)備坐標表，查得坐標為-30 470.3；對于上行方向為JCB2，查得表中坐標也為-30 470.3；實際上此點就在該車站站臺的正中央位置，在現(xiàn)場測量時，在對應(yīng)位置墻上或站臺邊上可以找到該點的紅色標記位，用懸錘和5 m鋼尺從標記位處至垂直鋼軌進行精確量測，從鋼軌上獲得該中心點的垂直投影并標注即可。

圖1 車站信號平面全圖

表1 設(shè)備坐標表

表1 設(shè)備坐標表（續(xù)）

1.1.2 環(huán)線的交叉位置編號定測

進行定測時要從上面獲得的車站中心點分別向兩側(cè)進行定測。以圖2中上行方向定測為例：從車站中心點坐標開始向上行方向進行測量，測量時要根據(jù)VCC交叉坐標表內(nèi)容嚴格進行，首先找到交叉表中的JCB2的坐標值，根據(jù)間隔距離（一般情況是固定間隔，以25 m和24 m居多）依此進行測量，并在鋼軌上進行標注，同時墻上也要記錄該點位的位置編號，必要時進行標注說明。因為是順著上行方向，因此坐標值的絕對值越來越小，依此類推下去直至到達兩車站間區(qū)間段的中部（一般距離中心點剩余5～10個環(huán)線點位）時停止；用同樣的方法在上行線路上的下一車站反向進行交叉位置編號定測，直至快接近上次測量的中部地點時，根據(jù)墻上的參考坐標值對實際坐標進行校對，把發(fā)現(xiàn)的誤差平均添加到剩余的幾個環(huán)線區(qū)間內(nèi)，誤差一般為幾十公分為正常，否則要重新測量，找到錯誤原因。

以上這種定測方法是由車站平臺中間坐標位置向兩側(cè)分別進行定測，目的是要把測量的誤差盡量壓縮在兩車站間的區(qū)間內(nèi)，充分保證在車站內(nèi)各設(shè)備及環(huán)線設(shè)備位置的精確性，否則在列車自動控制（ATC，Automatic Train Control)模式，設(shè)備位置的不準確容易造成列車運行的不安全和停車位置不準確，從而影響其相關(guān)作業(yè)，例如：屏蔽門打開后無法準確對準車廂門等誤差情況的發(fā)生。

1.1.3 設(shè)備定測

根據(jù)上面中所述的定測方法，在進行交叉位置編號定測過程中，參考信號平面圖會發(fā)現(xiàn)有許多的信號設(shè)備，主要包括：計軸器、信號燈、復(fù)顯信號燈、RLB環(huán)線箱、AJB計軸接線盒等，這些信號設(shè)備在定測過程中，對于不符合要求的位置，要根據(jù)后面講述的移動原則進行移動定位并標注位置。以圖2為例，從JCB2開始的上行方向首先遇到C1911計軸器和S1907信號燈，為此我們從表1中要查找出以上兩個設(shè)備的坐標值，均為-304 050.3，可以確定這兩設(shè)備在同一地點，而JCB2的車站中心點坐標為-30 470.3，因此這兩設(shè)備的位置就在距離JCB2上行方向的30470.3-304050.3=65（m）處，在該位置處要進行標注說明。如果該設(shè)備不符合安裝要求（計軸不能安裝在枕木上或要求距離軌縫1 m等），則要根據(jù)后面所述的移動原則進行移動再進行定位。根據(jù)上面的方法，在實際測量中可以根據(jù)已經(jīng)測得的最近環(huán)線交叉位置編號的坐標值和該設(shè)備的坐標進行比較，從而較方便的找到相應(yīng)設(shè)備的位置，所有設(shè)備均按此方法進行標注定位。

圖2 信號局部圖

1.2 道岔區(qū)段定測

道岔區(qū)段內(nèi)設(shè)備相對不多，但環(huán)線較多，定測起來較為復(fù)雜，因此根據(jù)對象類型分為道岔區(qū)段內(nèi)的設(shè)備和環(huán)線定測兩種。

1.2.1 道岔區(qū)段設(shè)備定測

如圖3信號局部圖中所示，C1907計軸為道岔區(qū)段內(nèi)的設(shè)備，對其進行定測要關(guān)鍵要找準從正線來的參考點坐標，從圖中可以看出，最近最方便參考的對象就是W1901道岔，在表1中也能找到其坐標值，為-30 333.1，其坐標點是指道岔的岔尖位置（切記），記軸C1909坐標值為-30 353.5。從岔尖順著斜軌進行量測，30353.5-30333.1=20.4（m）即為C1909計軸器的位置。其它設(shè)備采用此方法依此進行定測。

1.2.2 道岔區(qū)段內(nèi)環(huán)線定測

道岔區(qū)段內(nèi)環(huán)線較復(fù)雜，在一個道岔區(qū)段內(nèi)一般有2～4條環(huán)線，如圖3道岔區(qū)段環(huán)線示意圖所示（此為一張圖），圖中共有3條環(huán)線，分別為紅線實線一條、下方藍線虛線一條、上方藍色虛線一條。在定測前首先看明白各線環(huán)線的走向及其在道岔區(qū)段內(nèi)的繞向，其次在幾個重要的繞行位置進行標注，分別為從此道岔軌縫開始的第2個半枕木位置、從此道岔尖開始測量13.378 m處，即圖3（續(xù)）的4標號處、此道岔的第29枕木處、第37枕木處。這些重要位置表明了環(huán)線的走向及交叉方式，因此在地上要用紅色涂料標明。

圖3 道岔區(qū)段環(huán)線示意圖

圖3 道岔區(qū)段環(huán)線示意圖（續(xù)）

3 定測關(guān)鍵技術(shù)要求

定測中雖然要求設(shè)備要嚴格按照設(shè)計圖來確定，但實際工程應(yīng)用，還要充分考慮到設(shè)備的工作性能和最佳位置，在原先規(guī)定的位置上作相應(yīng)的調(diào)整，我們應(yīng)該從以下幾個方面進行把握。

3.1 計軸磁頭的定測技術(shù)要求

（1）磁頭安裝位置要距鋼軌接頭或絕緣節(jié)保持1米距離（指鋼軌的焊縫或魚尾板），以確保安裝的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）磁頭距離相鄰磁頭，至少保持2 m距離防止造成相互干擾。

（3）在岔區(qū)位置，磁頭要距相鄰鋼軌至少保持1m距離，以保證安全性。

（4）如果磁頭安裝位置的鋼軌上有鋼?。ɑ虬纪共黄剑?，或者在兩根枕木中間位置，為保證磁頭的穩(wěn)定性，均要進行記錄并重新設(shè)計確定新安裝位置。

3.2 現(xiàn)場移動原則

3.2.1 信號機在岔尖前時

如果計軸器能在設(shè)計位置安裝，而信號機不能在設(shè)計位置安裝，那么信號機首選往遠離道岔方向移動；如在遠離道岔方向不能安裝，再往岔尖方向移動。并且信號機的移動距離不能超過0.5 m。

如果計軸器不能在設(shè)計位置安裝時，應(yīng)往遠離岔尖方向移動，并且距離不超過0.5 m。在此情況下如果信號機不能在設(shè)計位置安裝，那么信號機首選往遠離道岔方向移動，并且距離不超過0.5 m；如信號機在遠離道岔方向不能安裝，再往岔尖方向移動，但移動后的信號機與計軸器的距離不能大于0.5 m。

3.2.2 信號機不在岔尖前時

信號機能在設(shè)計位置安裝。計軸器不能在設(shè)計位置安裝時，往列車運行方向移動并且不超過0.5 m。

信號機不能在設(shè)計位置安裝時，首選在列車運行反方向移動；如信號機不能在列車運行反方向安裝，再往列車運行方向移動。并且距離不超過0.5 m。如果計軸器不能在設(shè)計位置安裝，則盡量使移動后的計軸器和信號機在同一位置；如兩者不能在同一位置，則計軸器盡量放在信號機的后方，并且距離不超過0.5 m。

當信號機移動距離大于0.5 m時，不管是否在岔區(qū)，信號機只能往列車運行反方向移動?，F(xiàn)場人員需報告設(shè)計人員，并告知建議的信號機和計軸器位置。在設(shè)計人員全面分析后，再確定信號機、計軸器的安裝位置。

3.3 移動距離的記錄

定測中如果要更改一些設(shè)備的位置，對于信號機，如果移動距離在±0.2 m范圍內(nèi)時，不需記錄；如果移動距離大于0.2 m時，則需要記錄下來，以備在后期軟件和工程中修改數(shù)據(jù)。如果是計軸器，那么其任何移動，都需要記錄下來通知軟件和工程實施方，因為計軸器作為精確的定位設(shè)備，其位置的變化直接影響到將來控停車的準確性。

4 誤差原因分析

（1）方法誤差：由于測量方法不完善所造成的誤差。例如在定測中會發(fā)現(xiàn)測得的交叉點位坐標與墻上標注的參考坐標不一致，這主要是由于測量時線路中出現(xiàn)了彎道，因為在定測時我們往往只測量一條軌，而參考坐標是以兩軌間中心點的位置測得的，這樣隨著長度的增加，誤差越來越大。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們在彎道區(qū)定測時，應(yīng)以兩軌的中間為測量點進行測量，就是充分減小這種誤差。

（2）量距誤差：測量中一般使用鋼尺丈量，普通鋼尺量距精度可達1/3 000～1/5 000，對于經(jīng)嚴格檢定的鋼尺，采取嚴格的手段量距，其精度可達1/8 000～1/10 000。即測量跨度在50 m以內(nèi)，經(jīng)檢定的鋼尺量距誤差可控制在6 mm以內(nèi)。

（3）特殊技術(shù)和要求產(chǎn)生的誤差：由于好多設(shè)備的安裝和定位有特殊的要求，安裝過程中必須結(jié)合實際現(xiàn)場環(huán)境，按照計軸磁頭的技術(shù)要求和現(xiàn)場移動原則等多種因素來確定設(shè)備的最終位置，會造成設(shè)備定位數(shù)據(jù)和設(shè)計基準不重合的誤差。這種情況下要因在滿足特殊技術(shù)和要求的情況下來確定設(shè)備的安裝位置。

（4）操作錯誤：操作錯誤是由于測量人員的粗心，不遵守操作規(guī)程，責(zé)任心不強引起的。測量時應(yīng)嚴格按定測要求和操作方法進行，避免此類錯誤的發(fā)生。

（5）不可避免的人為誤差原因所致。

5 結(jié)束語

通過科學(xué)的定測方法確定的相關(guān)設(shè)備的精確安裝位置數(shù)據(jù)，能夠為施工單位的安裝實施提供精確的操作依據(jù)，最終能夠保障信號設(shè)備的完好運行。軌道交通軌旁設(shè)備的科學(xué)定測表面上看是一項簡單的工作，但在實際上操作中要考慮的內(nèi)容較多，要求細致而慎重，在定測前一定要掌握定測的基本知識和相關(guān)的操作原則，在現(xiàn)場勤于記錄定測中發(fā)現(xiàn)的問題，采用科學(xué)的方法，善于進行總結(jié)和分析，這樣才能把定測工作做好，保證安裝數(shù)據(jù)的準確性。

[1]中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局.GB 50308—2008 城市軌道交通工程測量規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]鄭國華.地鐵車站設(shè)備安裝調(diào)試技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010，5.

[3]李應(yīng)洪.高速鐵路定測線位控制探討[J].鐵道勘測與設(shè)計，1998（4）.

[4]冉龍華.線路定測曲線調(diào)整的方法及其應(yīng)用[J].鐵道標準設(shè)計，2005（2）.

責(zé)任編輯 徐侃春

表2 各重構(gòu)方案預(yù)測結(jié)果

觀察表2，可以看出使用GA-BP算法對客流數(shù)據(jù)直接預(yù)測的精度是最差的，對IMF簡單求和的方案效果亦不理想。對比方案（3）與方案（4），可以看出剔除IMF1分量可以顯著減少分量預(yù)測誤差對最終精度的影響。對比方案（2）與方案（3），可以看出在輸入集中加入GA-BP直接預(yù)測的結(jié)果并無必要，反而會因為預(yù)測的中間誤差使最終精度下降。方案（2）與方案（4）的預(yù)測精度相差不多，但是相關(guān)性相差較大?？梢酝茰yIMF1作為高頻分量，預(yù)測結(jié)果雖不理想，但是在相關(guān)性方面的貢獻較大，其中包含了較多原數(shù)據(jù)的高頻波動信息。

綜上，方案（2）是較優(yōu)的方案。方案（2）的預(yù)測結(jié)果與實際值的對比如圖7所示。

4 結(jié)束語

本文描述了EEMD-GA-BP的組合預(yù)測算法，并以泰安站到達客流數(shù)據(jù)為例驗證了其相較于傳統(tǒng)預(yù)測算法（如GA-BP算法）具有更高的預(yù)測精度，在其基礎(chǔ)上對比了多個IMF的重構(gòu)方案，并確定了較優(yōu)方案，使IMF的中間預(yù)測誤差對最終結(jié)果影響較小，保證了最終預(yù)測結(jié)果的準確。

圖7 方案（2）預(yù)測結(jié)果示意圖

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責(zé)任編輯 徐侃春

Location survey applied to SelTrac System of Urban Transit

HUO Liming1, QING Jian2
( 1.Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Location survey is an important part of equipment before installation, the accuracy of the data relates to the late stage of train operation control accuracy.This article taken the location survey of wayside equipment of practical engineering as the background, discussed the types and methods, the key points of location survey in Urban Transit, analyzed the causes of error.The location survey method is the summarize experience of SelTrac System in the actual project, can provide a reference for the equipment installation and measurement of Urban Transit.

Urban Transit; location survey; method and application; key point; SelTrac

U231.6∶TP39

A

2015-07-15

霍黎明，高級工程師；秦 健，高級工程師。

1005-8451（2016）03-0037-05