[发明专利]基于激光多普勒测速的列车精确定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于轨道列车运行控制系统中的列车定位技术领域。在轨道列车交通系统中，可用作列车运行控制系统中的列车定位子系统，连续精确测试列车在运行中的速度，连续给出列车已运行的轨道里程，并通过固定位置的轨道信标进行绝对位置标定和轨道里程校准，从而连续精确定位列车的轨道位置。 

背景技术

在轨道列车交通系统中，列车运行控制系统的性能与列车定位子系统密不可分。列车定位方法在列车运行控制系统中起着非常重要的作用: 

★ 列车定位方法的精度和可靠性是影响列车安全防护距离的重要因素之一，会关系到列车的运行安全，运行间隔，会影响到轨道交通系统的效率; 

★ 列车定位方法的机理和采用的传感器是影响列车运行控制系统制式的重要因素之一，会关系到可采用的闭塞制式，会影响到列车运行控制系统的兼容性和生命周期费用；

现在，国内外列车运行控制系统的列车定位方法基本上都采用多传感器信息融合的集成应用定位方案，必然使得定位系统和列车运行控制高度复杂化，但是却还是存在潜在的系统风险；

例如，我国2011年“温州7.23追尾事故”中（CTCS-2列控系统），用于列车定位的轨道电路系统的严重故障是事故发生的主要原因；

2013年7月的西班牙火车出轨事故中，其列车运行控制系统也显然没有发挥应有的作用；

以及时常见诸报道的地铁信号系统故障导致降低运行模式，乘客滞留，等等；

因而，对列车运行控制系统进行改进的需求及其迫切性是显而易见的。其中，列车定位方法及其改进对于推动列车运行控制系统的研究和轨道交通系统的发展具有重大和深远的意义。

列车运行控制系统和列车定位子系统^[1，2]

基于通信技术的列车控制系统 (Communication Based Train Control，CBTC)已成为列车运行控制系统的主流。CBTC通过地～车间的双向通信，可以实现对列车的闭环控制，具有较强的操作能力和灵活性，可以方便的在司机室进行信号显示、速度控制，可以精确控制速度、加速和制动过程，并能准确确定列车的位置。加速和制动的精确控制可以提高列车运行品质和节能水平；

在这个技术背景下，列车运行控制系统对列车定位子系统提出了新的要求，要求列车定位子系统具有精确可靠的自主定位能力，减小对外界的依赖。

  

列车定位系统必须满足的技术要求^[3]

1）精确性　

列车定位的精确性需满足两种不同的要求,一个是列车在同一轨道上纵向的定位精确性,另一个是列车在不同轨道之间横向的定位精确性。在纵向的定位精度必须不低于10m ,在横向的定位精度必须不低于1m(保证轨道选择的正确性)；

2）对于时间的可用性

定位系统必须具有执行列车定位而不发生任何间断的能力,即有很好的连续性；

3）对于空间的可用性

不管列车运行在任何地理领域内,定位信息必须不间断地提供给列车运行控制系统，即有良好的覆盖性；

4）可靠性和安全性

定位系统与列车运行控制系统的其它子系统相互独立，并能检测和报告本身发生的失效和故障；

5）可维护性

定位系统的设计和使用必须综合考虑预防性维护和校正性维护等因素，从而使定位系统的生命周期成本最小。

现有列车定位方法及其不足

1）基于测速电机或脉冲转速传感器的列车定位方法^[2，4]

通过测速电机或脉冲转速传感器测量列车车轮转速来计算列车速度和运行距离的方法。轮轨间的空转和滑行是无法避免的，速度传感器由于受机车轮对可能发生空转和滑行的影响，其测量精度会随着空转和滑行恶化。另外，由于车轮的磨损导致其直径的减小，也会带来额外的误差。为补偿空转和滑行、车轮磨损等因素造成的精度降低，存在累积误差，派生出了复杂的检测和误差补偿方案，只能够在一定条件下降低列车定位的误差；

2）利用轨道电路的定位技术^[5，6]