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卫星定位技术在铁路下一代列控系统中的应用(2)
安萨尔多公司主要参与欧洲航天局(ESA)的列车集成卫星系统(3INSAT)项目,该项目主要是开发和验证基于卫星定位技术,符合安全完整度等级4(SIL4)要求和ERTMS标准的列车定位子系统,车地通信使用卫星通信、2G/3G公网通信等多种通信手段。验证环境位于意大利撒丁岛一个有50km线路的测试集体。项目整体基于安萨尔多公司的ERTMS系统,参考框架如图4所示。
目前,3个主要子系统--列车定位子系统(LDS)、地面通信子系统(Vodafone M2M)和卫星通信子系统(Inmarsat宽带全球区域网)的部署验收测试已经完成(SDA)。2014年,完成了在撒丁岛卡利亚里奥尔比亚线上的车地通信系统(包括地面和卫星)测试,这两种通信方式均采用IP化的EURO RADIO协议,性能分析显示符合低密度线路要求。卫星定位地面增强设备和车载设备均已安装,车载子系统以影子模式(工作,但不参与控制)参与载客运营,后续将考虑包括Satcom+2G/3G+TETRA+MAR在内的整体集成。
三、应用情况分析
北美,特别是美国与欧洲设计理念不一致--在欧洲,强制移动授权依靠的是低危险侧输出设备;而在美国,安全运输的责任更多定位在调度和司机上。这两种设计理念导致了在卫星定位技术、列车完整性、列尾装置以及道岔位置结合定位应用上的差别的。
但是,不论是ITCS系统,还是ATLAS400系统,卫星定位单元都已经作为列车定位技术的核心,但是现有的卫星定位应用到列控系统,特别是下一代列控系统时,都面临以下3个问题:
1)取消计轴、轨道电路等轨旁设备后,一旦系统或者单列车的车地通信中断,如何让系统重新恢复运营,或者在故障车与非故障车的混合模式下运营的问题;
2)在卫星能见度低的区域(如隧道)、多径反射严重区域(如城市高楼区)以及电磁干扰严重区域,卫星信号接收不良时的定位问题;
3)高精度定位区域,如道岔区段、站台精确停车时,由于卫星定位技术的固有定位误差,如何进行精确位置修正的问题。
四、建议的解决方案
针对上述问题的潜在解决方案,目前欧洲和北美各大厂商都已经或者正在寻求相关专利保护,比如西门子获取了基于卫星定位技术获得列车完整性的专利、三菱电气获取了GPS、测速电机加电子地图组合定位及相关算法专利、庞巴迪获取的电涡流传感器。结合国内北斗卫星定位系统的特点,建议从以下几个方面加以克服,形成具有中国自有标准的卫星定位技术。
1)车地通信故障恢复和混合运营问题
目前,城市轨道交通CBTC的思路是采用计轴系统进行后备。在下一代列控系统上,既有线路,可以参照CBTC的方式,使用轨道电路系统作为后备;而新线路上,如果不考虑CTCS-3降级后备,可以参考3INSAT项目的方案,采用GSM-R为主,辅助公网通信、卫星通信为备用的混合通信网络。特别是北斗卫星导航系统支持短报文通信技术,不需要额外引入卫星通信系统,完全可以作为后备车地通信手段,实现故障情况下车地通信应急恢复,无缝支持混合运营模式。而且未来中国的数据采集卫星(DCSS)技术验证系统全面铺开后,通信能力将不再局限于短报文,带宽和速率将获得进一步增强。
2)卫星信号接收不良问题
针对该问题,主要有以下3种方式进行补偿:一是采用多星座系统,同时接收北斗一代、北斗二代、GPS和GLONASS系统;二是参考railGATE项目的伪卫星部署思路,部署自有的伪卫星星座进行补偿;三是在有漏缆覆盖的区域,采用基于漏缆的监测定位技术。这三种技术各有利弊,第一种成本最优,但是容易被采用诱导降级模式予以攻击;第二种适应范围广,但是无法克服电磁干扰问题;第三种成本较高,不适应新建线路非隧道区域的部署。后续需要进行量化的对比分析后,综合考虑。
3)高精度定位区域卫星定位修正问题
针对该问题,欧洲在电涡流传感技术上开展了大量研究工作。站内精确停车方面,城市轨道交通的
文章来源:《下一代英才》 网址: http://www.xydbjb.cn/zonghexinwen/2020/0713/383.html