• 在列车安全运行和保障系统中采用GPS/GLONASS卫星导航系统
    2012-10-23 14:10:17   来源:俄铁伙伴      作者:瓦西里•佐林    评论:0 点击:

    HIIAS公司

    自动装置和ALS部门领导

    铁路运输的效率很大程度上取决于控制水平和安全保障水平。为此世界铁路部门装备着日益先进和现代化的控制和列车运行安全保障设备。其中最重要的任务是对车辆位置和运行参数的不间断掌控。

    历史起源

    车辆位置和运行参数的信息对于铁路通行能力和运输能力的最优化和排除危险情况(危险接近,在禁止信号下行进,运行在被占用线路,在限速地区超速行驶)是必不可少的。

    第一种列车位置掌控,包括掌握区间占用和空闲情况的设备是电气路签闭塞。相邻车站闭塞机的路签不够时就意味着该区段被列车占用,精确度以区间为单位。

    类似的系统还有借助分布在区间两端的计轴器而控制区间占用和空闲。目前在每区间运行不超过一辆列车的较空闲铁路还经常使用上诉系统。

    在19世纪末出现了更加现代的列车定位技术手段—轨道电路和电气集中装置以及自动闭塞系统。借助轨道电路列车定位可以精确到轨道电路的长度。轨道电路是如此有效以至直到今天还在不断改进和完善,并且仍是列车定位的主要手段。

    轨道电路还能有效地掌控列车及道轨完整性。在轨道电路的基础上还继续开发出了更现代化的列车运行控制设备。

    俄罗斯HIIAS公司所研制的采用音频轨道电路,元件集中布置的微机处理系统ABTZ-M是最近俄罗斯国内最先进的基于微机控制的区间列车安全运行保障和列车间距管理系统。

    ABTZ-M拥有三层模块架构。模块的结合通过两个CAN接口。底层是和道轨设备(轨道电路,信号灯和道口信号装置)互相作用的模块,此层还包括了和电气闭锁装置及相邻车站互动的模块。

    中层是控制模块和技术诊断设备,参数装置和重设装置。

    外层是调度站自动化工作设备,信号等状态数据交换设备以及和调度闭锁互动的装置,该自动闭锁系统能将区间通过能力提高数倍。

    但是轨道电路还是有着许多缺点,最主要的是耗电,需要大量资金投入,可靠性低以及高昂的维护成本。

    最近在列车定位方面越来越经常应用“Eurobalis”型的记轴器和点线路收发两用机。车辆定位精确性由安装在线路上该种设备的频率确定。

    “Eurobalis”甚至还用来矫正车载车辆定位设备。但是这种方式在某些情况下有着不可克服的误差。所以就效率和可靠性来说“Eurobalis”并未超越轨道电路。

    不但沿线地面设施,还有机车工程设备也需要列车速度和位置信息。这里最常用的是以速度计轴器为基础的设备。在行驶前司机手动确定初始坐标,但是由于车轮空转和滑行以及车轮形状呈圆锥型导致的晃动都会产生不可接受的误差,所以需要用额外设备来不断校准(例如,同样的点线路收发两用机)。

    因此研究替代方法确定车辆位置和速度以补充或者取代上述手段是很具有现实意义的。

    卫星科技—今日的需求

    VNIIAS多年来一直致力研究分析这些列车定位方法和设备。在经过大量研究后,发现卫星导航系统的应用是个较好的解决方案

    1992年莫斯科COMPASS设计局在GLONASS卫星导航系统的基础上,与莫斯科铁路管理局联合开发的卫星导航接收器通过了试验,并证实了在列车位置管理上应用卫星导航系统是个正确的选择。因此,当1997年开始研制统一的成套机车安全装置KLUB-U的时候,这种卫星导航接收器就成了通过卫星导航系统进行列车定位和速度确定的不可或缺组成部分。

    在1999年KLUB-U系统成功地通过了接收试验,从2002年起开始在俄罗斯铁路上应用。目前有4500节车头和动力车厢,甚至还有3500节机车车厢上都装备了带卫星导航的KLUB-U和KLUB-U II型系统。

    该系统的优势是在没有沿线地面设施的情况下,车辆能自行确定自身的速度和位置,车辆定位误差为15米,速度误差不超过0.5%,在大多数区间行驶情况下精确度是足够了的。而且区别于其他方法的是该系统的误差不会叠加。

    作为列车运行安全系统一部分的卫星导航系统的工作原理是这样的:接收机通过卫星天线接收导航卫星信号后确定地理坐标(经纬度),天文时间和列车运行速度。这些信息再进入电子地图模块转化成铁路坐标(公里标桩)和地区时间(或者任何需要的时间参数),实际速度,甚至铁路基础设施的信息,速度限制等等。电子部分的工作有自己的特点:在运行区段曲线上使用特殊的外推法等其他方法。

    在装备了卫星导航系统的车辆运行期间发现了系统的其他特点,并且数次调整了设备程序。

    自动自主确定车辆的位置和速度为实现一种需要最少线路设备的运行安全保障和控制系统提供了可能性。

    在这套系统第一阶段使用过程中,运行参数的信息由无线电传递到车站,在那里结合现有的自动闭塞设备,电气中央集中装置和道口信号机的信息以提高这些系统的可靠性,安全性和寿命。

    下一阶段卫星导航系统应该积极取代现有的列车定位设备如轨道电路,“Eurobalis”和速度计轴器等。在这种情况下,就需要拥有非常可靠的无线电网络覆盖如GSM-R。

    根据国际铁路联盟UIC的分级,这个发展方向在很大程度上将符合欧洲ERTMS 3级,所需要的只是使用现代化的卫星科技。

    可以相信,在铁路上使用卫星科技能够极大地提高运输安全和效率。

    责任编辑:佚名

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