淺談廣州APM線的列車定位技術

摘 要：廣州市珠江新城核心區市政交通項目旅客自動輸送系統（廣州APM線）使用的是龐巴迪運輸公司最新一代的信號系統CITYFLO 650TM，文章以廣州APM線為現有條件，主要探討了CITYFLO 650TM信號系統的定位原理，可對城市軌道交通列車定位系統的設計提供參考。

關鍵詞：APM線；CITYFLO 650TM信號系統；列車定位

列車定位是指將列車的實時位置信息、運行狀態以及行駛速度等關鍵信息通過傳輸媒介傳送到行車指揮中心的技術，是列車自動控制系統的基礎。對列車定位技術進行研究分析，有利于城市軌道交通自動運行控制系統的發展，文章基于這一現實意義，對廣州APM線使用的信號系統進行分析，深入探討其列車定位技術。

1 APM線信號系統

廣州APM線信號系統使用的是龐巴迪運輸公司新一代的CITYFLO 650TM信號系統。與一般的固定閉塞系統區別，該信號系統沒有標準的軌道電路，列車與軌旁設備之間的通信不是通過固定的軌道電路進行，而是通過“非接觸式”的可雙向傳輸的通信媒質進行。

1.1 簡介

CITYFLO 650TM是“基于通信”的列車控制系統，是龐巴迪的“移動閉塞”系統。移動閉塞是指列車的“占位”信息隨列車運動一起變化。“基于通信”指列車控制信息通過射頻信號鏈接列車和軌旁設備。在廣州APM線，使用的是漏泄同軸電纜（漏纜）的傳輸方式。

1.2 CITYFLO 650TM區段和軌道建模

CITYFLO 650TM系統內，設備的位置通過軌道布置圖來確定，用“移動閉塞坐標系統（MBCS）”來表示設備在區段內的位置。如列車位置就由區域號、區段號和在該區段內的偏移三個元素確定。區段偏移按列車正常運行方向來計算。例如，假設一列車已在系統的正向方向通過R1S4區段25英尺，而該區段為100英尺長。則MBCS中列車位置為R1、S4、O25，表示區域1、區段4和偏移25。列車的位置也是使用MBCS來定位的。

2 APM線列車定位系統

列車定位需多項設備配套使用，以下將詳細介紹轉速計、位標、位標讀取器等設備，逐層剖析，詳細闡述了APM線列車位置處理過程。

2.1 APM線列車定位系統設備介紹

列車的實時位置通過車載ATP計算確定。圖2顯示了車載ATP對列車位置的處理過程。

2.1.1 轉速計

每一節列車有五個轉速計。1號端轉向架的牽引電機上有三個測速傳感器，2號端牽引電機上有兩個測速傳感器。轉速計向車輛ATC系統提供車輛速度和方向輸入信號，來確定位移和方向。每個轉速計包括一個磁性檢測單元，安裝在靠近電機軸上齒輪的位置（如圖3所示為轉速計和齒輪的安裝位置）。齒輪轉過檢測單元時會產生輸出脈沖，此脈沖等同于車輪行駛過的位移，其頻率與電機軸轉速成正比。轉速信號之間有一定相位關系，在向前行駛時轉速計A的信號比轉速計B的信號超前90度。來自各轉速計的信號都通過XA3和XA10從功能IO部件冗余地輸入給兩個車載ATP通道。

2.1.2 位標

位標（如圖4所示） 在列車運行的軌道上沿線布置，是一種內部儲存有“位置數據”的標簽卡。位標在2.4GHz頻率下工作，可提供車輛ATC信息，如位標的區域ID、區段ID和區段偏移。

列車經過某個位標時，位標通過接收列車車底的位標讀取器發出的射頻能量，從而被激發，列車的位標讀取器便讀取該位標的數據。列車讀取位標的MBC數據并進行下述工作：

（1）核對列車位置；

（2）清除列車位置誤差。

位標的第一個用途是“核對”列車位置。列車沿路行駛時，定期地讀取位標信息。列車讀到位標標簽內的MBC信息，并將該MBC與其根據轉速計計算得到的位置進行核對。圖5所示為列車利用位標核對其位置。

位標的第二個用途是“清除”列車累積位置誤差。列車沿路運動時，用其車載定位系統不斷地計算自己的位置。該系統由轉速計構成，而轉速計則有誤差。列車沿路運行時，該位置誤差會累積起來。車輛ATP要求位置誤差必須不超過一個最大值。位標被用來將不超過最大誤差的位置誤差“復位”到校準后的最小誤差。圖6為誤差累積消除示意圖。

2.1.3 位標讀取器

位標用來校準列車的實際位置，所有位標都具有唯一的標識，對應與車輛物理地圖上的一個地理位置。所有配備ATC的車輛都配有位標讀取器，此讀取器安裝在列車車底。列車駛進系統時，讀取器詢問碰到的位標，給車載ATC提供精確的參考地理位置。讀取器天線向經過的位標發送2.4GHz的射頻載波信號，并接收從位標返回的調制信號。各位標的返回信號向讀取器提供與車輛物理地圖上某點所對應的準確位置。讀取器驗證來自位標的數據精確度，然后通過RS-232串行鏈路將其轉發給各車輛ATP通道。ATP處理器利用此數據確定車輛在系統中的準確位置。

2.1.4 列車長度指示器

每輛車都配備了特殊的列車線，稱為列車長度列車線。根據列車線信息，各車載ATP可計算出編組內車輛數及其在編組中的位置。

2.2 列車位置處理

列車ATC讀取轉速計的輸出，為確保讀取數據的準確性，列車ATC會將轉速計的輸出進行對比，不同轉速計的輸出在4秒內允許有2.4公里/小時（1.5英里/小時）的偏差，如果偏差在范圍內，則得到列車的距離位移和行駛方向。如果偏差超過4秒，列車將產生“轉速計故障”報警，同時列車將施加緊急制動停車。

列車的位標讀取器讀取軌道上位標的信息，同時將該位置信息與車載ATC處理得到的轉速計輸出進行對比，如果兩者的誤差在2%的范圍內，列車將更新位置信息并清除校準轉速計的位置誤差。如果兩者的誤差超過2%的范圍，或者讀取到的位標信息不在車載物理地圖上，列車將施加緊急制動停車。

車載ATC更新讀取到的位標位置信息后，再加上列車長度指示器給出的列車頭尾兩端的長度，同時保留位置誤差，通過對比車載物理地圖，車載ATC就可以確定列車的占位信息，也就是整個列車編組在軌道區間的位置。

3 列車位置精度

廣州APM線全線軌道共布置了175個位標，能夠精確定位列車的位置信息，同時為避免列車在持續沒有讀取到位標的情況下運行（如連續多個位標失效或位標讀取器故障），如果車載ATC累計的位置誤差超過40英尺（約12米），列車將實施緊急制動停車，保障了列車的安全運行。

此外，在站臺區域位標的布置密度要遠大于區間，軌道通過合理布置位標，列車可在站臺達到±6英寸（約15厘米）的停車精度，確保了車門與屏蔽門的正常聯動開關。

4 結束語

通過對廣州APM線采用的信號系統進行分析，深入探討其列車定位技術，可知該定位系統具有安全性、可靠性、精確性等特點，能夠實時監測列車位置，保證了列車運行的準點率，具有一定的現實意義，文章可對城市軌道交通列車定位系統的設計提供參考。

參考文獻

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