城市軌道交通封閉曲線線路列車定位技術(shù)摘 要:針對城市軌道交通中列車在線路上循環(huán)運(yùn)行的特點(diǎn),在分析現(xiàn)有列車定位方法的基礎(chǔ)上,提出具有封閉曲線特征軌道線路基于絕對位置編碼的列車定位技術(shù)。在軌道線路沿線每個(gè)待定位置上設(shè)置一個(gè)0或1的二值標(biāo)記,對待定的絕對位置進(jìn)行編碼,通過檢測唯一的絕對位置編碼值來實(shí)現(xiàn)列車的定位。結(jié)合封閉曲線線路的特點(diǎn),線路上的二值標(biāo)記按照m序列布置,絕對位置編碼序列由n次本原多項(xiàng)式生成。根據(jù)封閉線路待定位置的總數(shù),對m序列采用截短或補(bǔ)零的方法,確定絕對位置編碼序列的長度。當(dāng)列車在線路上運(yùn)行時(shí),通過車載閱讀器順序檢測二值標(biāo)記,在移位存儲(chǔ)器中構(gòu)成絕對位置編碼值,利用生成絕對位置編碼序列的反饋邏輯函數(shù)進(jìn)行容錯(cuò)處理,輸出定位信息。二值標(biāo)記采用附加的扣件螺母或射頻電子標(biāo)簽等方式實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度、低成本和高可靠性的列車定位。關(guān)鍵詞:城市軌道交通;列車定位;絕對位置編碼;m序列 實(shí)時(shí)、精確的列車定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通移動(dòng)閉塞的前提,可以減少連發(fā)列車間隔時(shí)分,縮短追蹤列車間隔時(shí)間,增加行車密度,提高線路輸送能力[1];同時(shí)也有利于在車站實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)停車,以便在站臺(tái)設(shè)立屏蔽門,確保乘客安全。 目前在國內(nèi)外城市軌道交通中有多種列車定位方法[2-4]。基于軌道電路的列車定位精度取決于軌道電路的長度,不能實(shí)現(xiàn)精確定位,無法構(gòu)成移動(dòng)閉塞。基于查詢/應(yīng)答器的列車定位,在地面應(yīng)答器安裝點(diǎn)的定位精度較高,但是只能給出點(diǎn)式定位信息,存在設(shè)置間距和投資規(guī)模的矛盾;目前一般采用混合定位法,即用輪軸編碼器累加測距,以查詢/應(yīng)答器糾正累計(jì)誤差,這種方法在輪徑變化、打滑或空轉(zhuǎn)時(shí),累計(jì)誤差可能很大,臨近前方應(yīng)答器時(shí),累計(jì)誤差達(dá)到最大。交叉感應(yīng)回線定位方式既可以實(shí)現(xiàn)列車定位,又能實(shí)現(xiàn)列車與地面之間的雙向通信,但定位精度受交叉區(qū)長度的限制,如果交叉區(qū)比較窄,位置脈沖漏計(jì)的可能性增大,在感應(yīng)回線交叉點(diǎn)之間可以采用轉(zhuǎn)速計(jì)測距,以達(dá)到更高的定位精度。通過多普勒雷達(dá)或加速度傳感器(陀螺儀)測量列車的行駛速度,計(jì)算已行駛的里程,確定列車在線路上的具體位置,這是一種典型的增量式相對定位,存在累計(jì)誤差,在定位精度要求較高的地點(diǎn),可以通過加標(biāo)志位的方法不斷校正其位置信息。無線擴(kuò)頻定位法可以實(shí)現(xiàn)列車比較精確的定位,但需要在沿線設(shè)置專用擴(kuò)頻基站,投資成本較高。裂縫波導(dǎo)定位技術(shù)通過計(jì)數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù)來實(shí)現(xiàn)列車定位,也是一種相對定位技術(shù)。在磁懸浮列車中還可以采用基于長定子直線電動(dòng)機(jī)定子齒槽計(jì)數(shù)和絕對定位標(biāo)志板檢測相結(jié)合的定位技術(shù),每個(gè)定位標(biāo)志板包含4位地址信息。 本文提出一種基于絕對位置編碼的封閉曲線線路列車定位技術(shù),用以精確確定列車在具有封閉曲線特征的城市軌道交通線路上運(yùn)行時(shí)的絕對位置。1 具有封閉曲線特征的軌道線路絕對位置編碼方法1.1 絕對位置編碼原理 通過對軌道線路上的待定位置進(jìn)行絕對編碼,當(dāng)列車在線路上運(yùn)行時(shí),檢測每個(gè)待定位置的絕對位置編碼值,實(shí)現(xiàn)對列車的定位。對軌道線路進(jìn)行絕對位置編碼,采用在每個(gè)待定位置上設(shè)置一個(gè)0或1的二值標(biāo)記,由車載閱讀器沿線路順序閱讀二值標(biāo)記,在移位存儲(chǔ)器中構(gòu)成唯一的絕對位置編碼值。 在城市軌道交通中,列車在具有封閉曲線特征(如環(huán)線)的線路上循環(huán)運(yùn)行,要求每個(gè)待定位置的絕對位置編碼值在整個(gè)周長內(nèi)具有唯一性,并且以線路周長為周期循環(huán)出現(xiàn),二值標(biāo)記按照m序列布置。n級m序列的周期為2n-1,對2n-1個(gè)絕對位置進(jìn)行編碼,絕對位置編碼值在n位移位存儲(chǔ)器中構(gòu)成,移位存儲(chǔ)器按照先進(jìn)先出的排隊(duì)方法移位,先進(jìn)入的位構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)的高位,后進(jìn)入的位構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)的低位,移位存儲(chǔ)器各位所對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)權(quán)值組成的權(quán)值矩陣為W=[2n-1 2n-2 … 21 20] (1) 例如,對于5級m序列,n=5,N=25-1=31,實(shí)現(xiàn)列車在31個(gè)絕對位置上的定位。由式(1)得 W=[24 23 22 21 20]T 軌道線路上第1個(gè)待定位置至第31個(gè)待定位置上的二值標(biāo)記按照如下5級m序列布置1101010000100101100111110001101 由此得到二值標(biāo)記布置行向量A。列車在封閉曲線線路上循環(huán)運(yùn)行時(shí),車載閱讀器順序閱讀二值標(biāo)記并送入5位移位存儲(chǔ)器。由A生成一個(gè)閱讀矩陣R,每行表示在相應(yīng)待定位置移位存儲(chǔ)器中二值信息的存儲(chǔ)情況。定義一個(gè)順序讀取算子Seq,則 R=SeqA,rij=amod(i+j+N-n,N) (2) (i=1,2,…,N;j=1,2,…,n) 式中:下標(biāo)mod(i+j+N-n,N)表示i+j+Nn對N取余。在各個(gè)待定位置移位存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制數(shù)所構(gòu)成的編碼矩陣為B=R×W (3) 表1列出了在不同待定位置上,移位存儲(chǔ)器中絕對位置編碼值的二進(jìn)制形式、十進(jìn)制形式及所對應(yīng)的里程值。查表譯碼輸出相應(yīng)的里程值,實(shí)現(xiàn)對列車的絕對定位。1.2 絕對位置編碼序列的產(chǎn)生 封閉曲線線路待定位置上二值標(biāo)記組成的絕對位置編碼序列由m序列來實(shí)現(xiàn)。m序列又稱最大周期線性反饋移位寄存器序列,由線性反饋移位寄存器(LinearFeedbackShiftReGISter,LFSR)生成。典型LFSR的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,圖中每級移存器的狀態(tài)用aj表示,aj∈{0,1};反饋線的連接狀態(tài)用cj表示,cj=1表示此線接通(參加反饋),cj=0表示此線斷開。反饋邏輯函數(shù)為
LFSR在定時(shí)脈沖的控制下,一步步向外移位輸出,輸出序列是一個(gè)周期序列。對于n級LF-SR,如果所產(chǎn)生的非零序列a=a1a2a3…周期為2n-1,則稱序列a為m序列。引進(jìn)GF(2)上的n次多項(xiàng)式f(x)=1+c1x+…+cnxn,也稱它為LF-SR的聯(lián)接多項(xiàng)式。G(f)中的非零序列均為m序列的充分必要條件是:f(x)為GF(2)上的n次本原多項(xiàng)式[5]。可見,知道本原多項(xiàng)式,就可以根據(jù)式(4)求出反饋邏輯函數(shù),進(jìn)而求出此LFSR所產(chǎn)生的m序列。n次多項(xiàng)式f(x)為本原多項(xiàng)式必須滿足以下3個(gè)條件: (1)f(x)為既約多項(xiàng)式; (2)f(x)可整除(xp-1),p=2n-1; (3)f(x)除不盡xq-1,q>p。 例如,對于5次本原多項(xiàng)式f(x)=1+x2+x5,c2=c5=1,c1=c3=c4=0,代入式(4)得反饋邏輯函數(shù)ak=ak-2⊕ ak-5。設(shè)a1a2a3a4a5為11110,由此反饋邏輯函數(shù)所生成的5級m序列為11110011010010000101011101100012 具有任意待定位置數(shù)封閉曲線線路的絕對位置編碼 n級m序列只能對2n-1個(gè)絕對位置進(jìn)行編碼,在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)封閉曲線線路待定位置的總數(shù)確定絕對位置編碼序列的長度,所以有必要尋找周期p=2n和p<2n-1的絕對位置編碼序列。在n級m序列中,長度為n的0—游程不存在,存在唯一一個(gè)長度為n-1的0-游程,取如下形式 在連續(xù)的n-1個(gè)0之間插入一個(gè)0,使得移位寄存器全0狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài)為100…00,下一個(gè)狀態(tài)為00…001,其余狀態(tài)轉(zhuǎn)移按正常線性反饋進(jìn)行,即生成了周期p=2n的絕對位置編碼序列。設(shè)生成原始m序列LFSR的反饋邏輯函數(shù)為f(ak-1,ak-2,…,ak-n),則插入0后周期為p=2n絕對位置編碼序列的反饋邏輯函數(shù)為 由反饋邏輯函數(shù)可知,此序列屬于非線性序列。 利用m序列產(chǎn)生任意周期p(p<2n-1)的絕對位置編碼序列,需要修改m序列的線性反饋方程,通過截短m序列的長度實(shí)現(xiàn)[6]。對m序列截短并保證符合移存規(guī)律的關(guān)鍵是尋找起跳狀態(tài),然后消去Δp(Δp=2n-1-p)個(gè)碼元。設(shè)n級m序列為序列Ⅰ,將序列Ⅰ循環(huán)左移Δp位后得到序列Ⅱ,將這2個(gè)序列各位對應(yīng)進(jìn)行模2加法運(yùn)算得到序列Ⅲ。序列Ⅰ起跳狀態(tài)對應(yīng)序列Ⅱ的位置,為起跳到達(dá)狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài),將起跳狀態(tài)與起跳到達(dá)狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行模2加法運(yùn)算將得到100…00(n-1個(gè)0),所以序列Ⅲ中100…00所對應(yīng)序列Ⅰ的位置就是產(chǎn)生周期p<2n-1序列的起跳狀態(tài)。由于2個(gè)彼此移位等價(jià)的m序列之模2和仍為m序列,所以序列Ⅲ中存在唯一的100…00(n-1個(gè)0),對應(yīng)序列Ⅰ有唯一的起跳狀態(tài)。 尋找周期p<2n-1的絕對位置編碼序列,其步驟如下: (1)確定m序列的級數(shù),log2p<n<log2p+1; (2)尋找起跳狀態(tài); (3)從起跳狀態(tài)之后消去Δp個(gè)碼元。 例如,對于周期p=25的絕對位置編碼序列,log225<n<log225+1,取n=5。設(shè)序列Ⅰ為5級m序列1000010101110110001111100110100 將序列Ⅰ循環(huán)左移Δp=25-1-25=6位,得到序列Ⅱ0101110110001111100110100100001 將上述2個(gè)序列進(jìn)行模2加法運(yùn)算,得到序列Ⅲ1101100011111001101001000010101 如圖2所示,從序列Ⅲ中找出10000(n-1=4,有4個(gè)0),對應(yīng)序列Ⅰ的位置11001就是起跳狀態(tài),如Δ所標(biāo)示的碼元,從其后開始連續(xù)消去Δp=6位碼元,如×所標(biāo)示的碼元,即可得到周期p=25的絕對位置編碼序列0000101011101100011111001 列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,做出卡諾圖,得到此序列的反饋邏輯函數(shù)為 圖3表示了在5級m序列中,從狀態(tài)11001開始起跳,跳過6個(gè)狀態(tài),到達(dá)狀態(tài)10010,得到長度為25的絕對位置編碼序列的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。3 列車定位實(shí)施方案 在封閉曲線線路的每個(gè)待定位置(每一根軌枕或間隔幾根軌枕)上設(shè)置二值標(biāo)記,對其進(jìn)行絕對位置編碼,所需m序列的級數(shù)和移位存儲(chǔ)器的位數(shù)n根據(jù)待定絕對位置的總數(shù)N決定,即 log2N≤n≤log2N+1 (7) 當(dāng)N=2n-1時(shí),直接按照m序列實(shí)現(xiàn)編碼;當(dāng)N=2n時(shí),在m序列連續(xù)的n-1個(gè)0之間插入一個(gè)0得到絕對位置編碼序列;當(dāng)N<2n-1時(shí),截短m序列以滿足絕對位置編碼的需要。通過車載閱讀器順序讀取二值標(biāo)記,經(jīng)過信號處理單元后得到0或1送入移位存儲(chǔ)器,再經(jīng)過譯碼單元以位置編碼值為地址查找數(shù)據(jù)庫,輸出列車定位信息。定位信息既可以是里程值,也可以是三維坐標(biāo)值、高程、曲率及限速等與行車安全相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)列車的行駛方向確定移位存儲(chǔ)器各位所對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的權(quán)值。為了防止讀取誤碼而輸出錯(cuò)誤定位數(shù)據(jù),校驗(yàn)單元利用生成絕對位置編碼序列的反饋邏輯函數(shù),對新讀入的二值標(biāo)記進(jìn)行校驗(yàn)。列車定位實(shí)施過程如圖4所示。 在封閉曲線線路各個(gè)待定位置上設(shè)置的二值標(biāo)記既可以等間隔也可以不等間隔。在需要定位精度較高的區(qū)段,比如站臺(tái)及附近區(qū)段,采用比較密集布置,得到較高定位精度,實(shí)現(xiàn)列車的定點(diǎn)停車;在需要定位精度較低的區(qū)段,布置得稀疏一些。在兩個(gè)二值標(biāo)記之間也可以采用輪軸編碼器等其他增量式列車定位方法細(xì)化定位精度。 二值標(biāo)記采用附加的扣件螺母或射頻電子標(biāo)簽等方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用射頻電子標(biāo)簽作為二值標(biāo)記時(shí),利用射頻式車載閱讀器讀出二值標(biāo)記,射頻電子標(biāo)簽中只需要存儲(chǔ)一位信息碼0或1即可。當(dāng)采用附加的扣件螺母作為二值標(biāo)記時(shí),利用電渦流式車載閱讀器讀出二值標(biāo)記,裝有1個(gè)螺母的在役扣件螺栓可作為標(biāo)記0,裝有2個(gè)螺母的扣件螺栓可作為標(biāo)記1。德國EngelbergT等已成功應(yīng)用電渦流傳感器檢測到鐵路線路上鋼軌扣件和道岔的特征信號[7-10]。筆者對采用附加扣件螺母作二值標(biāo)記的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,在激勵(lì)頻率10kHz、檢測距離75mm的情況下,采用差分式電渦流傳感器可以正確區(qū)分扣件螺栓上的單雙螺母。4 結(jié) 語 通過m序列及對m序列做適當(dāng)?shù)奶幚?可以滿足城市軌道交通封閉曲線線路對絕對位置編碼的需要,實(shí)現(xiàn)列車的絕對定位。該定位方法可以提高列車定位的精度和可靠性,抗干擾能力較強(qiáng),成本較低。參考文獻(xiàn)[1]羅麗云,吳汶麒.城市軌道交通移動(dòng)閉塞列車安全間隔時(shí)間分析[J].中國鐵道科學(xué),2005,26(1):119-123.(LUOLiyun,WUWenqi.AnalysisontheSafetyTimeIntervalofTrainwithMovableBlockSysteminUrbanRailTransit[J].ChinaRailwayScience,2005,26(1):119-123.inChinese)[2]劉 進(jìn),吳汶麒.軌道交通列車定位技術(shù)[J].城市軌道交通研究,2001,4(1):30-34.(LIUJin,WUWenqi.TrainPositionTechnologyofRailwayandMassTransit[J].UrbanMassTransit,2001,4(1):30-34.inChinese)[3]孫林祥,房 堅(jiān).城市軌道交通的列車定位技術(shù)[J].電子工程師,2002,28(7):27-29.(SUNLinxiang,FANGJian.TheTechniqueofTrainPositionDeterminationinMassTransit[J].ElectronicEngi-neer,2002,28(7):27-29.inChinese)[4]錢存元,韓正之,邵德榮,等.磁懸浮列車測速定位技術(shù)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004,38(11):1902-1906.(QIANCunyuan,HANZhengzhi,SHAODerong,etal.SurveyontheTechniquesofSpeedandPositionMeasure-mentofMaglevTrain[J].JournalofShanghaiJiaotongUniversity,2004,38(11):1902-1906.inChinese)[5]肖國鎮(zhèn),梁傳甲,王育民.偽隨機(jī)序列及其應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1985:59-79.(XIAOGuozhen,LIANGChuanjia,WANGYumin.Pseudo-RandomSequencesandTheirApplications[M].Bei-jing:NationalDefenceIndustryPress,1985:59-79.inChinese)[6]劉必虎,沈建國.數(shù)字邏輯電路[M].北京:科學(xué)出版社,1999:202-205.(LIUBihu,SHENJianguo.DigitalLogicCircuit[M].Beijing:SciencePress,1999:202-205.inChinese)[7]MeschF,LeonFP,EngelbergT.Train-BasedLocationbyDetectingRailSwitches[C]//ComputersinRailwaysⅦ.Southampton:WITPress,2000:1251-1260.[8]EngelbergT,MeschF.EddyCurrentSensorSystemforNon-ContactSpeedandDistanceMeasurementofRailVehi-cles[C]//ComputersinRailwaysⅦ.Southampton:WITPress,2000:1261-1270.[9]EngelbergT.DesignofaCorrelationSystemforSpeedMeasurementofRailVehicles[J].Measurement,2001,29(2):157-164.[10]EngelbergT,LeonFP.DetectionofTrack-SpecificCharacteristicsforLocationinRailboundTraffic[J].Technis-chesMessenTm,2002,69(11):453-460.
LFSR在定時(shí)脈沖的控制下,一步步向外移位輸出,輸出序列是一個(gè)周期序列。對于n級LF-SR,如果所產(chǎn)生的非零序列a=a1a2a3…周期為2n-1,則稱序列a為m序列。引進(jìn)GF(2)上的n次多項(xiàng)式f(x)=1+c1x+…+cnxn,也稱它為LF-SR的聯(lián)接多項(xiàng)式。G(f)中的非零序列均為m序列的充分必要條件是:f(x)為GF(2)上的n次本原多項(xiàng)式[5]。可見,知道本原多項(xiàng)式,就可以根據(jù)式(4)求出反饋邏輯函數(shù),進(jìn)而求出此LFSR所產(chǎn)生的m序列。n次多項(xiàng)式f(x)為本原多項(xiàng)式必須滿足以下3個(gè)條件: (1)f(x)為既約多項(xiàng)式; (2)f(x)可整除(xp-1),p=2n-1; (3)f(x)除不盡xq-1,q>p。 例如,對于5次本原多項(xiàng)式f(x)=1+x2+x5,c2=c5=1,c1=c3=c4=0,代入式(4)得反饋邏輯函數(shù)ak=ak-2⊕ ak-5。設(shè)a1a2a3a4a5為11110,由此反饋邏輯函數(shù)所生成的5級m序列為11110011010010000101011101100012 具有任意待定位置數(shù)封閉曲線線路的絕對位置編碼 n級m序列只能對2n-1個(gè)絕對位置進(jìn)行編碼,在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)封閉曲線線路待定位置的總數(shù)確定絕對位置編碼序列的長度,所以有必要尋找周期p=2n和p<2n-1的絕對位置編碼序列。在n級m序列中,長度為n的0—游程不存在,存在唯一一個(gè)長度為n-1的0-游程,取如下形式 在連續(xù)的n-1個(gè)0之間插入一個(gè)0,使得移位寄存器全0狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài)為100…00,下一個(gè)狀態(tài)為00…001,其余狀態(tài)轉(zhuǎn)移按正常線性反饋進(jìn)行,即生成了周期p=2n的絕對位置編碼序列。設(shè)生成原始m序列LFSR的反饋邏輯函數(shù)為f(ak-1,ak-2,…,ak-n),則插入0后周期為p=2n絕對位置編碼序列的反饋邏輯函數(shù)為 由反饋邏輯函數(shù)可知,此序列屬于非線性序列。 利用m序列產(chǎn)生任意周期p(p<2n-1)的絕對位置編碼序列,需要修改m序列的線性反饋方程,通過截短m序列的長度實(shí)現(xiàn)[6]。對m序列截短并保證符合移存規(guī)律的關(guān)鍵是尋找起跳狀態(tài),然后消去Δp(Δp=2n-1-p)個(gè)碼元。設(shè)n級m序列為序列Ⅰ,將序列Ⅰ循環(huán)左移Δp位后得到序列Ⅱ,將這2個(gè)序列各位對應(yīng)進(jìn)行模2加法運(yùn)算得到序列Ⅲ。序列Ⅰ起跳狀態(tài)對應(yīng)序列Ⅱ的位置,為起跳到達(dá)狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài),將起跳狀態(tài)與起跳到達(dá)狀態(tài)的前一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行模2加法運(yùn)算將得到100…00(n-1個(gè)0),所以序列Ⅲ中100…00所對應(yīng)序列Ⅰ的位置就是產(chǎn)生周期p<2n-1序列的起跳狀態(tài)。由于2個(gè)彼此移位等價(jià)的m序列之模2和仍為m序列,所以序列Ⅲ中存在唯一的100…00(n-1個(gè)0),對應(yīng)序列Ⅰ有唯一的起跳狀態(tài)。 尋找周期p<2n-1的絕對位置編碼序列,其步驟如下: (1)確定m序列的級數(shù),log2p<n<log2p+1; (2)尋找起跳狀態(tài); (3)從起跳狀態(tài)之后消去Δp個(gè)碼元。 例如,對于周期p=25的絕對位置編碼序列,log225<n<log225+1,取n=5。設(shè)序列Ⅰ為5級m序列1000010101110110001111100110100 將序列Ⅰ循環(huán)左移Δp=25-1-25=6位,得到序列Ⅱ0101110110001111100110100100001 將上述2個(gè)序列進(jìn)行模2加法運(yùn)算,得到序列Ⅲ1101100011111001101001000010101 如圖2所示,從序列Ⅲ中找出10000(n-1=4,有4個(gè)0),對應(yīng)序列Ⅰ的位置11001就是起跳狀態(tài),如Δ所標(biāo)示的碼元,從其后開始連續(xù)消去Δp=6位碼元,如×所標(biāo)示的碼元,即可得到周期p=25的絕對位置編碼序列0000101011101100011111001 列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,做出卡諾圖,得到此序列的反饋邏輯函數(shù)為 圖3表示了在5級m序列中,從狀態(tài)11001開始起跳,跳過6個(gè)狀態(tài),到達(dá)狀態(tài)10010,得到長度為25的絕對位置編碼序列的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。3 列車定位實(shí)施方案 在封閉曲線線路的每個(gè)待定位置(每一根軌枕或間隔幾根軌枕)上設(shè)置二值標(biāo)記,對其進(jìn)行絕對位置編碼,所需m序列的級數(shù)和移位存儲(chǔ)器的位數(shù)n根據(jù)待定絕對位置的總數(shù)N決定,即 log2N≤n≤log2N+1 (7) 當(dāng)N=2n-1時(shí),直接按照m序列實(shí)現(xiàn)編碼;當(dāng)N=2n時(shí),在m序列連續(xù)的n-1個(gè)0之間插入一個(gè)0得到絕對位置編碼序列;當(dāng)N<2n-1時(shí),截短m序列以滿足絕對位置編碼的需要。通過車載閱讀器順序讀取二值標(biāo)記,經(jīng)過信號處理單元后得到0或1送入移位存儲(chǔ)器,再經(jīng)過譯碼單元以位置編碼值為地址查找數(shù)據(jù)庫,輸出列車定位信息。定位信息既可以是里程值,也可以是三維坐標(biāo)值、高程、曲率及限速等與行車安全相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)列車的行駛方向確定移位存儲(chǔ)器各位所對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的權(quán)值。為了防止讀取誤碼而輸出錯(cuò)誤定位數(shù)據(jù),校驗(yàn)單元利用生成絕對位置編碼序列的反饋邏輯函數(shù),對新讀入的二值標(biāo)記進(jìn)行校驗(yàn)。列車定位實(shí)施過程如圖4所示。 在封閉曲線線路各個(gè)待定位置上設(shè)置的二值標(biāo)記既可以等間隔也可以不等間隔。在需要定位精度較高的區(qū)段,比如站臺(tái)及附近區(qū)段,采用比較密集布置,得到較高定位精度,實(shí)現(xiàn)列車的定點(diǎn)停車;在需要定位精度較低的區(qū)段,布置得稀疏一些。在兩個(gè)二值標(biāo)記之間也可以采用輪軸編碼器等其他增量式列車定位方法細(xì)化定位精度。 二值標(biāo)記采用附加的扣件螺母或射頻電子標(biāo)簽等方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用射頻電子標(biāo)簽作為二值標(biāo)記時(shí),利用射頻式車載閱讀器讀出二值標(biāo)記,射頻電子標(biāo)簽中只需要存儲(chǔ)一位信息碼0或1即可。當(dāng)采用附加的扣件螺母作為二值標(biāo)記時(shí),利用電渦流式車載閱讀器讀出二值標(biāo)記,裝有1個(gè)螺母的在役扣件螺栓可作為標(biāo)記0,裝有2個(gè)螺母的扣件螺栓可作為標(biāo)記1。德國EngelbergT等已成功應(yīng)用電渦流傳感器檢測到鐵路線路上鋼軌扣件和道岔的特征信號[7-10]。筆者對采用附加扣件螺母作二值標(biāo)記的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,在激勵(lì)頻率10kHz、檢測距離75mm的情況下,采用差分式電渦流傳感器可以正確區(qū)分扣件螺栓上的單雙螺母。4 結(jié) 語 通過m序列及對m序列做適當(dāng)?shù)奶幚?可以滿足城市軌道交通封閉曲線線路對絕對位置編碼的需要,實(shí)現(xiàn)列車的絕對定位。該定位方法可以提高列車定位的精度和可靠性,抗干擾能力較強(qiáng),成本較低。參考文獻(xiàn)[1]羅麗云,吳汶麒.城市軌道交通移動(dòng)閉塞列車安全間隔時(shí)間分析[J].中國鐵道科學(xué),2005,26(1):119-123.(LUOLiyun,WUWenqi.AnalysisontheSafetyTimeIntervalofTrainwithMovableBlockSysteminUrbanRailTransit[J].ChinaRailwayScience,2005,26(1):119-123.inChinese)[2]劉 進(jìn),吳汶麒.軌道交通列車定位技術(shù)[J].城市軌道交通研究,2001,4(1):30-34.(LIUJin,WUWenqi.TrainPositionTechnologyofRailwayandMassTransit[J].UrbanMassTransit,2001,4(1):30-34.inChinese)[3]孫林祥,房 堅(jiān).城市軌道交通的列車定位技術(shù)[J].電子工程師,2002,28(7):27-29.(SUNLinxiang,FANGJian.TheTechniqueofTrainPositionDeterminationinMassTransit[J].ElectronicEngi-neer,2002,28(7):27-29.inChinese)[4]錢存元,韓正之,邵德榮,等.磁懸浮列車測速定位技術(shù)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004,38(11):1902-1906.(QIANCunyuan,HANZhengzhi,SHAODerong,etal.SurveyontheTechniquesofSpeedandPositionMeasure-mentofMaglevTrain[J].JournalofShanghaiJiaotongUniversity,2004,38(11):1902-1906.inChinese)[5]肖國鎮(zhèn),梁傳甲,王育民.偽隨機(jī)序列及其應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1985:59-79.(XIAOGuozhen,LIANGChuanjia,WANGYumin.Pseudo-RandomSequencesandTheirApplications[M].Bei-jing:NationalDefenceIndustryPress,1985:59-79.inChinese)[6]劉必虎,沈建國.數(shù)字邏輯電路[M].北京:科學(xué)出版社,1999:202-205.(LIUBihu,SHENJianguo.DigitalLogicCircuit[M].Beijing:SciencePress,1999:202-205.inChinese)[7]MeschF,LeonFP,EngelbergT.Train-BasedLocationbyDetectingRailSwitches[C]//ComputersinRailwaysⅦ.Southampton:WITPress,2000:1251-1260.[8]EngelbergT,MeschF.EddyCurrentSensorSystemforNon-ContactSpeedandDistanceMeasurementofRailVehi-cles[C]//ComputersinRailwaysⅦ.Southampton:WITPress,2000:1261-1270.[9]EngelbergT.DesignofaCorrelationSystemforSpeedMeasurementofRailVehicles[J].Measurement,2001,29(2):157-164.[10]EngelbergT,LeonFP.DetectionofTrack-SpecificCharacteristicsforLocationinRailboundTraffic[J].Technis-chesMessenTm,2002,69(11):453-460.
