專利名稱：軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軌道交通中的控制器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是提出一種以軌道交通中的列控中心和車載控制的計(jì)算機(jī)為主，結(jié)合應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全防護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
軌道交通中的運(yùn)行列車防護(hù)方法多且雜，在國(guó)內(nèi)外已有多種安全系統(tǒng)采用各種防護(hù)方法，例如，我國(guó)的列控ATP系統(tǒng)和LKJ裝置，趨向借助應(yīng)答器定位，然后通過測(cè)速傳感器的計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)化為計(jì)程，將應(yīng)答器的點(diǎn)式定位改變?yōu)榱熊嚨木€上定位，以確定列車在線路中的位置；然后結(jié)合通信，獲得閉塞區(qū)信息，了解同軌道上前行列車位置，設(shè)置閉塞區(qū)，就可以防止后行列車進(jìn)入該區(qū)，防止前后列車追尾碰撞，目前該方法還屬于比較先進(jìn)和普遍采用的方法。但是，傳感器的計(jì)數(shù)必須乘以車輪園周，才能測(cè)算出行走距離，得到計(jì)程數(shù)值，而車輪圓周會(huì)因不同的磨損程度而產(chǎn)生數(shù)值的不確定性變化，是一個(gè)變量；車輪也時(shí)有打滑的情況發(fā)生。因此，用該方法所測(cè)得的速度和計(jì)程數(shù)值并不很準(zhǔn)確，更因?yàn)檫€存在累積誤差，造成計(jì)程數(shù)值與真實(shí)行程的更大差距，列車的線上定位數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，必須在經(jīng)過下一個(gè)應(yīng)答器定位時(shí)加以糾正。而測(cè)速傳感器的硬件成本高、可靠性差，保養(yǎng)維護(hù)工作量大，是一種并不理想的線上定位方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是借助應(yīng)答器的點(diǎn)式定位，排除測(cè)速傳感器，直接用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)速(計(jì)速)和計(jì)程，使列車達(dá)到更準(zhǔn)確的線上定位目標(biāo)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能列車防護(hù)方法，由車載防護(hù)裝置(I)和/或地面控制中心的計(jì)算機(jī)執(zhí)行，并采用查詢-地面應(yīng)答器(2)作為點(diǎn)式定位，其特征是，通過車載和/或地面控制中心的計(jì)算機(jī)，對(duì)列車通過應(yīng)答器(2)的時(shí)間的測(cè)量，以列車長(zhǎng)度L或應(yīng)答器(2)之間的距離對(duì)列車在相關(guān)應(yīng)答器(2)間的行走時(shí)間微分，通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得到速度V;再通過二點(diǎn)間的速度差對(duì)二個(gè)應(yīng)答器(2)點(diǎn)間的速度差對(duì)列車在相鄰二點(diǎn)間的行走時(shí)間微分或附加加速度計(jì)，得到加速度a ;則應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過計(jì)算機(jī)將V和a對(duì)時(shí)間積分后，就可以得到列車的計(jì)程，達(dá)到列車線上定位的目標(biāo)。本發(fā)明的效果是明顯的，首先是本裝置的方法無(wú)需測(cè)速傳感器，就可以計(jì)算出車速和加速度，可以節(jié)省測(cè)速傳感器，降低防護(hù)系統(tǒng)的硬件開支，節(jié)約成本；第二，免除了測(cè)速計(jì)程所產(chǎn)生的累積誤差和線上定位的不準(zhǔn)確性，提高了系統(tǒng)的定位精度；第三，降低了硬件的維護(hù)保養(yǎng)成本，操作簡(jiǎn)單，更提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器的測(cè)速方法原理圖。圖2為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器的計(jì)程方法原理圖。
圖3為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器和列車雙ATP裝置的測(cè)速方法原理圖。圖4為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器和列車雙ATP裝置的計(jì)程方法原理圖。圖5為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器、列車雙ATP裝置和附加加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)速方法的原理圖。圖6為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器、列車ATP裝置和附加加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)程方法的
原理圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器的測(cè)速方法原理圖。圖1中，標(biāo)號(hào)B1、B2、B3分別為列車前進(jìn)方向上安裝在軌道間的、按序分布的三個(gè)應(yīng)答器(2)，列車前行時(shí)將依此經(jīng)過B1、B2、B3，其經(jīng)過的時(shí)間點(diǎn)分別為tl、t2、t3。同時(shí)，由軌道設(shè)計(jì)安裝決定的BI與B2 間的距離為(B2-B1)，同樣可得B2與B3間的距離為(B3-B2)。由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，可得到:列車在BI與B2區(qū)間行駛的平均速度v2為:v2 = (B2-Bl)/(t2-tl)(式 I)同理，列車在B2與B3區(qū)間行駛的平均速度v3為:v3 = (B3-B2)/(t3-t2)(式 2)按上二式可算得，列車在B2與B3間線路上的平均加速度數(shù)值為:a3 = (v3-v2) / (t3_t2)(式 3)圖2為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器(2)的計(jì)程方法原理圖。按運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，列車在B3以后線路上的任何時(shí)刻tX的計(jì)程SX為:sx = B3+v3.(tx_t3)+a3.(tx_t3)2/2(式 4)在列車穩(wěn)定運(yùn)行過程中，即具有比較穩(wěn)定的加速度時(shí)，本發(fā)明的計(jì)程，即根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程所算得的列車行程具有比現(xiàn)有定位計(jì)程方法為高的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，增加應(yīng)答器(2)的個(gè)數(shù)，即提高應(yīng)答器(2)的密度，線上測(cè)速和計(jì)程的準(zhǔn)確性也將相應(yīng)提高。雖然本節(jié)方法比起現(xiàn)有方法的線上定位精度高，但仍可能產(chǎn)生一些定位誤差，可以在到達(dá)下一個(gè)應(yīng)答器⑵時(shí)加以糾正。由上述算法所得的列車速度和加速度數(shù)值，都必須是在運(yùn)行至少三個(gè)應(yīng)答器(2)的距離后才能測(cè)得。為此，可以利用列車，特別是動(dòng)車組列車前后駕駛車各自配備的ATP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更精確、更實(shí)時(shí)的測(cè)速、計(jì)程，其特征為，將同一列車頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)同時(shí)開啟，利用頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)對(duì)同一應(yīng)答器(2)進(jìn)行定位計(jì)時(shí)，以ATP裝置(11)和ATP裝置(12)間的距離L對(duì)時(shí)間微分，滿足測(cè)速要求，可在整列列車駛出該應(yīng)答器(2)后即能算得列車速度和加速度，通過計(jì)算機(jī)將V和a對(duì)時(shí)間積分后，就可以得到列車的計(jì)程，達(dá)到列車線上定位的目標(biāo)。圖3為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器和列車ATP裝置的測(cè)速方法原理圖。圖中，長(zhǎng)度L為頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)查詢器發(fā)射天線的距離。til和tl2為頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)查詢到應(yīng)答器BI的時(shí)刻，則可以立刻求得整個(gè)列車經(jīng)過該應(yīng)答器(2)的平均速度Vl為:vl = L/(tl2-tll)(式 5)，
同理，可計(jì)算出列車經(jīng)過應(yīng)答器B2的平均速度v2為:v2 = L/(t22-t21)(式 6)，按上面二式可算得，列車在BI至B2線路段的平均加速度數(shù)值為:a2 = (v2-vl)/(t2-tl)(式 7)，(式5至式7)與(式I至式3)比較，可以發(fā)現(xiàn)，原來要越過二個(gè)應(yīng)答器才能計(jì)算出列車速度V，越過三個(gè)應(yīng)答器才能得到的加速度a，在本節(jié)方法中只要一個(gè)或二個(gè)應(yīng)答器即可以分別計(jì)算出來，本節(jié)方法的實(shí)時(shí)性能得到提高；同時(shí)，由于長(zhǎng)度L可能遠(yuǎn)小于應(yīng)答器間距離，在這么短距離中算得的速度、加速度數(shù)值，準(zhǔn)確性也有很大的提高。圖4為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器和列車雙ATP裝置的計(jì)程方法原理圖。列車頭車在B3以后的任意Bx點(diǎn)上的列車計(jì)程，可從該時(shí)刻txl計(jì)算出列車頭車行程sx為:sx = B2+v2.(txl_t21)+a2.(txl_t21)2/2(式 8)。由于本節(jié)中所計(jì)算得到的列車速度、加速度數(shù)值的精確度高于第一節(jié)，所以其線上定位的準(zhǔn)確性也有相應(yīng)的提高。采用列車雙ATP裝置的定位、測(cè)速、計(jì)程的方法還會(huì)帶來其他額外的功能，例如，可以用本方法來監(jiān)視列車是否在行進(jìn)途中脫編解列，如果按雙ATP裝置的工作分別對(duì)頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)作定位運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)二個(gè)定位數(shù)值超過列車長(zhǎng)度L，則可立刻判斷列車掉尾，司機(jī)也可以在最早時(shí)段內(nèi)向線路調(diào)度發(fā)送故障信息，防止后面的列車發(fā)生撞車事故。另外，同一列車雙ATP同時(shí)工作，等同于采用雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)某一 ATP機(jī)故障，另一 ATP自動(dòng)擔(dān)任獨(dú)立主動(dòng)防護(hù)責(zé)任繼續(xù)工作，可以增加列車的安全性和可靠性，減少列車因設(shè)備故障可能產(chǎn)生的延時(shí)誤點(diǎn)，提高列車運(yùn)行質(zhì)量。在本發(fā)明方法的第三節(jié)中，將披露更先進(jìn)的、僅通過一個(gè)應(yīng)答器(2)就可以計(jì)算出列車速度、加速度的方法，其特征為，將同一列車頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)同時(shí)開啟，利用頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)經(jīng)過同一應(yīng)答器(2)進(jìn)行定位計(jì)時(shí)，以ATP裝置(11)和ATP裝置(12)間的距離L對(duì)二應(yīng)答器(2)的計(jì)時(shí)值微分，算得列車速度值；同時(shí)，列車上還有一個(gè)加速度計(jì)(3)或二個(gè)加速度計(jì)(31)和(32)，向列車ATP系統(tǒng)隨時(shí)提供加速度信息，則系統(tǒng)可在整列列車駛出一個(gè)應(yīng)答器⑵后即能得到列車瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度數(shù)值，然后將該二個(gè)參數(shù)對(duì)時(shí)間積分求得列車計(jì)程和線上定位的數(shù)據(jù)。圖5為本發(fā)明的利用地面應(yīng)答器、列車雙ATP裝置和附加加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)速方法的原理圖。本方法的應(yīng)用，在定位和計(jì)算速度的方法上與第二節(jié)內(nèi)容相同，S卩，假定列車頭車在txl時(shí)刻越過第X的應(yīng)答器Bx,則可計(jì)算出其速度vx為:vx = L/(txl-tll)(式 9)，
由于列車長(zhǎng)度L值很小，所以列車通過同一應(yīng)答器⑵的時(shí)間也很短，所得到的vx值可以看作車長(zhǎng)L對(duì)時(shí)間的微分值。列車在BI以后的任意Bx點(diǎn)上的列車計(jì)程，列車頭車在任何時(shí)刻txl的行程sx為:sx = Bl+vl.(txl-tll)+al.(txl-tll) 2/2(式 10)。
由于列車的加速度計(jì)(3)可以實(shí)時(shí)反映列車速度的變化，所反映的某時(shí)刻列車瞬時(shí)速度V，可以看作加速度a對(duì)時(shí)間t的積分，同時(shí)，列車的行程s也可以看作瞬時(shí)速度V對(duì)時(shí)間t的積分，其數(shù)值就非常精確。上述三種不同方法也可以相互補(bǔ)充、借鑒構(gòu)成復(fù)合方法，其特征為，以查詢-應(yīng)答器作為基本定位方式，但在列車起動(dòng)或制動(dòng)階段的局部時(shí)段，臨時(shí)增加尾車ATP裝置(12)和/或加速度計(jì)(3)參與工作，盡早測(cè)出速度和加速度值，但在列車進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，速度變化不大，臨時(shí)增加的設(shè)備退出運(yùn)行的方法。本方法可以用在車載ATP等系統(tǒng)中，也可用于地面控制中心。眾所周知，ATP是列車防護(hù)系統(tǒng)。是防止列車追尾的重要設(shè)備，系統(tǒng)首先要測(cè)定本車在線路上的確切位置，所以定位、測(cè)速、計(jì)程是必不可少的步驟，只有線路上每一列車自己的位置確定了，然后也通過通信了解本車前后其他列車位置，通過自動(dòng)閉塞計(jì)算，一旦發(fā)現(xiàn)前后車距離太近，ATP系統(tǒng)就會(huì)讓列車自動(dòng)減速甚至緊急停車，以規(guī)避碰撞風(fēng)險(xiǎn)。采用本發(fā)明的方法，可以省略硬件，增加可靠性和安全性，采用軟件替代硬件設(shè)備的方法，肯定是合理、科學(xué)、先進(jìn)的方法。本發(fā)明的方法可以在任何一種列車ATP系統(tǒng)中使用，也可以用于國(guó)產(chǎn)LKJ裝置中。本發(fā)明的方法可以全部或部分用在列車ATP系統(tǒng)的車載計(jì)算機(jī)和地面控制中心的ATP系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中同時(shí)生成線上定位數(shù)據(jù)，同樣也可以用于國(guó)產(chǎn)LKJ裝置的車載計(jì)算機(jī)和地面控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以及用于CTCS-3系統(tǒng)的地面RBC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。本發(fā)明的方法也可以全部或部分用在下列列車或列控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所謂部分使用，也包括在其他列車定位、測(cè)速、計(jì)程等系統(tǒng)中采用本方法作為備用、輔助、補(bǔ)充手段時(shí)采用本發(fā)明的一種或多種復(fù)合方法的使用，這些系統(tǒng)有:美國(guó)、加拿大的列車控制系統(tǒng)(ATCS)的各級(jí)裝置、歐洲的列車控制系統(tǒng)(ETCS)、歐洲鐵路運(yùn)行管理系統(tǒng)(ERTMS)、德國(guó)ZUB系統(tǒng)、德國(guó)LZB和FZB系統(tǒng)、法國(guó)TGV鐵路系統(tǒng)、法國(guó)高速鐵路的TVM300及TVM430系統(tǒng)、法國(guó)ASTREE系統(tǒng)、瑞典的EBICA900系統(tǒng)和EBICAB、西班牙的LZB-STM車載設(shè)備、日本的ATC和ATP系統(tǒng)、日本新干線CARAT系統(tǒng)、韓國(guó)高鐵的TVM300及TVM430系統(tǒng)。本發(fā)明的方法可以用于高速鐵路列車，也可以用于普通鐵路列車、磁懸浮列車、城際軌道列車、地鐵列車、輕軌列車或其他軌道列車中，也可用于以上軌道的貨車防護(hù)裝置中。在貨運(yùn)車列車中，本發(fā)明披露的方法可按客運(yùn)列車要求，增加相應(yīng)設(shè)備后施行。
權(quán)利要求
1.軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，由車載防護(hù)裝置(I)和/或地面控制中心的計(jì)算機(jī)執(zhí)行，并采用查詢-地面應(yīng)答器(2)作為點(diǎn)式定位，其特征是，通過車載和/或地面控制中心的計(jì)算機(jī)，對(duì)列車通過應(yīng)答器(2)的時(shí)間的測(cè)量，以列車長(zhǎng)度L或應(yīng)答器(2)之間的距離對(duì)列車在相關(guān)應(yīng)答器(2)間的行走時(shí)間微分，通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得到速度V;再通過二點(diǎn)間的速度差對(duì)二個(gè)應(yīng)答器(2)點(diǎn)間的速度差對(duì)列車在相鄰二點(diǎn)間的行走時(shí)間微分或附加加速度計(jì)，得到加速度a ;則應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過計(jì)算機(jī)將V和a對(duì)時(shí)間積分后，就可以得到列車的計(jì)程，達(dá)到列車線上定位的目標(biāo)。
2.權(quán)利要求1所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，通過應(yīng)答器(2)作為點(diǎn)式定位，其特征為，將同一列車頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)同時(shí)開啟，利用頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)對(duì)同一應(yīng)答器(2)進(jìn)行定位計(jì)時(shí)，以ATP裝置(11)和ATP裝置(12)間的距離L對(duì)時(shí)間微分，滿足測(cè)速要求，可在整列列車駛出該應(yīng)答器(2)后即能算得列車速度和加速度，通過計(jì)算機(jī)將V和a對(duì)時(shí)間積分后，就可以得到列車的計(jì)程，達(dá)到列車線上定位的目標(biāo)。
3.權(quán)利要求1所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，通過應(yīng)答器(2)作為點(diǎn)式定位，其特征為，將同一列車頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)同時(shí)開啟，利用頭車ATP裝置(11)和尾車ATP裝置(12)經(jīng)過同一應(yīng)答器(2)進(jìn)行定位計(jì)時(shí)，以ATP裝置(11)和ATP裝置(12)間的距離L對(duì)二應(yīng)答器(2)的計(jì)時(shí)值微分，算得列車速度值；同時(shí)，列車上還有一個(gè)加速度計(jì)(3)或二個(gè)加速度計(jì)(31)和(32)，向列車ATP系統(tǒng)隨時(shí)提供加速度信息，則系統(tǒng)可在整列列車駛出一個(gè)應(yīng)答器(2)后即能得到列車瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度數(shù)值，然后將該二個(gè)參數(shù)對(duì)時(shí)間積分求得列車計(jì)程和線上定位的數(shù)據(jù)。
4.權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，通過應(yīng)答器(2)作為點(diǎn)式定位，其特征為，以查詢-應(yīng)答器作為基本定位方式，但在列車起動(dòng)或制動(dòng)階段的局部時(shí)段，臨時(shí)增加尾車ATP裝置(12)和/或加速度計(jì)(3)參與工作，盡早測(cè)出速度和加速度值，但在列車進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，速度變化不大，臨時(shí)增加的設(shè)備退出運(yùn)行的方法。
5.權(quán)利要求1、權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，其特征為，方法所應(yīng)用的系統(tǒng)為列車ATP系統(tǒng)的車載計(jì)算機(jī)和地面控制中心的ATP系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，或者LKJ系統(tǒng)、以及CTCS-3系統(tǒng)的地面RBC計(jì)算機(jī)。
6.權(quán)利要求1、權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，其特征為，方法可以在美國(guó)、加拿大的列車控制系統(tǒng)(ATCS)的各級(jí)裝置、歐洲的列車控制系統(tǒng)(ETCS)、歐洲鐵路運(yùn)行管理系統(tǒng)(ERTMS)、德國(guó)ZUB系統(tǒng)、德國(guó)LZB和FZB系統(tǒng)、法國(guó)TGV鐵路系統(tǒng)、法國(guó)高速鐵路的TVM300及TVM430系統(tǒng)、法國(guó)ASTREE系統(tǒng)、瑞典的EBICA900系統(tǒng)和EBICAB、西班牙的LZB-STM車載設(shè)備、日本的ATC和ATP系統(tǒng)、日本新干線CARAT系統(tǒng)、韓國(guó)高鐵的TVM300及TVM430系 統(tǒng)中全部或部分使用，也可以作為其他系統(tǒng)的補(bǔ)充使用。
7.權(quán)利要求1、權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，其特征為，方法所用列車為客運(yùn)車，包括高速鐵路列車、普通鐵路列車、磁懸浮列車、城際軌道列車、地鐵列車、輕軌列車或其他軌道列車。
8.權(quán)利要求1、權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的軌交列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能防護(hù)方法，其特征為，方法所用列車為貨物列車，包括高速鐵路列車、普通鐵路列車、磁懸浮列車、城際軌道列車、地鐵列車、輕軌列車或其他軌道列車，或者在貨運(yùn)列車中增加相應(yīng)設(shè)備后施行 。
全文摘要
本發(fā)明披露的高速列車ATP系統(tǒng)或者相應(yīng)的裝置中的列車定位、測(cè)速、計(jì)程等多功能方法，是在節(jié)省測(cè)速傳感器的前提下，通過車載ATP計(jì)算機(jī)，采用軟件算法獲得列車車速、加速度和計(jì)程，從而變應(yīng)答器點(diǎn)式定位為列車線上定位，能在任何時(shí)間計(jì)算出列車在線路上的位置，且計(jì)程精確度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有方法，經(jīng)濟(jì)性、可靠性也都有很大提高，對(duì)于各種軌道列車的防追尾撞車具有明顯的改進(jìn)效果。
文檔編號(hào)B61L27/00GK103158743SQ20111041813
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者於岳亮, 於菲, 於宙 申請(qǐng)人:上海穩(wěn)得新能源科技有限公司