[发明专利]一种虚拟应答器的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路系统中使用虚拟应答器的实现方法，特别是一种利用卫星定位技术，实现虚拟应答器，最终以较低成本实现列车定位的方法。

背景技术

应答器是重要的信号基础设施，在国外的铁路、地铁、以及城市轻轨交通中得到广泛应用，近年来欧共体正在试验并推广使用基于无线闭塞的新型信号系统，其中原有信号系统中的应答器得以保留、并发挥了十分重要的作用，仅法国国内的列车控制系统中使用了数万余套的地面应答器。在中国，地面与机车的信息传递主要依靠连续式轨道电路，可以用来连续传递列车控制信息，但是信息量严重不足，低频信息种类仅为18种，对于坡道、弯道、道岔、桥梁等限速点不能给出限速信息，不能满足高速运行的需要。

采用应答器定位时，定位精度与应答器的布设密度有关。为了准确的定位就必须大量的设置地面应答器。这样就带来了高额的成本，比如在一条2500km长的铁路上布设欧洲应答器的话，费用高达一千万欧元。因此，应答器的高昂成本，给ETCS的推广带来了阻力。

国内的高速铁路以及客运专线已经大量使用应答器。在第六次大提速中，铁路在京哈、京沪、京广、陇海、沪昆、胶济、广深、京九、兰新等18条主要干线上开行了时速达200公里、部分区段达到250公里的动车组列车。地面采用轨道电路+点式应答器的方式，提供运行许可和线路数据，实现列车连续式速度目标-距离控制模式。

在地铁、轻轨列车控制系统中，使用了和铁路相类似的方法。北京地铁的10号线采用TrainGuard MT移动闭塞列车控制系统(含试车线)并以电子装备(LEU S21)和应答器(Balises)为基础，实现了列车运行自动控制。

由此可见，应答器定位技术已经广泛用于铁路和城铁的控制系统当中。

随着卫星定位技术不断发展，卫星定位服务已经开始逐渐进入到铁路领域，这对列车定位的方式产生了重要的影响。全球导航卫星系统(GNSS-GlobeNavigation Satellites System)是一种以卫星为基础的无线电导航系统。系统发送高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时信息，是一种可供海陆空领域的军民用户共享的信息资源。目前GNSS主要包含美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo以及相关增强系统。基于GNSS的定位技术可以有效地节约列车定位的成本，并具有较高的定位精度。国际铁路联盟(UIC)提出了基于GNSS技术的虚拟应答器(Virtual Balise)的概念，采用GNSS组合定位来代替固定应答器。

将GNSS技术引入列车控制系统，可以降低列车定位的成本。采用GNSS支持的定位技术可以减少对应答器的需求，甚至取代应答器，从而减低建设和维修费用。近年来，GPS去除SA政策，EGNOS开始运行，特别是伽利略(GALILEO)系统开始建设，欧洲铁路开始考虑将GNSS引入列车控制系统。GNSS目前以GPS为主，定位精度可达米一级。虽然卫星定位信号会被隧道、建筑物、山等等遮挡，造成GPS局部无法定位，但通过GNSS与其它传感器和数字地图组合可以提高定位的可用性和完善性。不远的将来，新的伽利略系统将投入运行，不仅会削弱对GPS的依赖，而且能提供民用服务保证。

在采用GNSS定位的基础上，辅以组合定位技术，可以实现虚拟应答器。通过软件处理GNSS组合定位单元的导航信息，实现应答器的功能。虚拟应答器可以实现列车定位而无需轨旁设备，它与ETCS标准定义的车载设备规范兼容。虚拟应答器在列车定位上的功能可以完全替代欧洲应答器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟应答器的实现方法，该方法将GNSS支持的定位技术应用到列车控制系统中，辅以地图匹配技术，实现虚拟应答器，从而减少对真实应答器的需求，甚至取代真实应答器，从而减低建设和维护费用。

本发明采用的技术方案如下，一种虚拟应答器的实现方法包括以下步骤，

步骤1，确定虚拟应答器的捕获区域，定义捕获区域为以虚拟应答器点为圆心，以r₂为半径作的圆，当前时刻虚拟应答器的捕获半径r₂的计算公式为：

r₂＝(v₀/2H+a/4H²+ξ)q

式中：v₀——列车当前速度，单位为m/s；

H——频率，单位为Hz；

a——加速度，单位为m/s²；

ξ——捕获半径的修正值，ξ＜L，L是两次定位点之间的距离；