浅谈广州APM线的列车定位技术

摘 要：广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统（广州apm线）使用的是庞巴迪运输公司最新一代的信号系统CITYFLO 650TM，文章以广州APM线为现有条件，主要探讨了CITYFLO 650TM信号系统的定位原理，可对城市轨道交通列车定位系统的设计提供参考。

关键词：APM线；CITYFLO 650TM信号系统；列车定位

列车定位是指将列车的实时位置信息、运行状态以及行驶速度等关键信息通过传输媒介传送到行车指挥中心的技术，是列车自动控制系统的基础。对列车定位技术进行研究分析，有利于城市轨道交通自动运行控制系统的发展，文章基于这一现实意义，对广州APM线使用的信号系统进行分析，深入探讨其列车定位技术。

1 APM线信号系统

广州APM线信号系统使用的是庞巴迪运输公司新一代的CITYFLO 650TM信号系统。与一般的固定闭塞系统区别，该信号系统没有标准的轨道电路，列车与轨旁设备之间的通信不是通过固定的轨道电路进行，而是通过“非接触式”的可双向传输的通信媒质进行。

1.1 简介

CITYFLO 650TM是“基于通信”的列车控制系统，是庞巴迪的“移动闭塞”系统。移动闭塞是指列车的“占位”信息随列车运动一起变化。“基于通信”指列车控制信息通过射频信号链接列车和轨旁设备。在广州APM线，使用的是漏泄同轴电缆（漏缆）的传输方式。

1.2 CITYFLO 650TM区段和轨道建模

CITYFLO 650TM系统内，设备的位置通过轨道布置图来确定，用“移动闭塞坐标系统（MBCS）”来表示设备在区段内的位置。如列车位置就由区域号、区段号和在该区段内的偏移三个元素确定。区段偏移按列车正常运行方向来计算。例如，假设一列车已在系统的正向方向通过R1S4区段25英尺，而该区段为100英尺长。则MBCS中列车位置为R1、S4、O25，表示区域1、区段4和偏移25。列车的位置也是使用MBCS来定位的。

2 APM线列车定位系统

列车定位需多项设备配套使用，以下将详细介绍转速计、位标、位标读取器等设备，逐层剖析，详细阐述了APM线列车位置处理过程。

2.1 APM线列车定位系统设备介绍

列车的实时位置通过车载ATP计算确定。图2显示了车载ATP对列车位置的处理过程。

2.1.1 转速计

每一节列车有五个转速计。1号端转向架的牵引电机上有三个测速传感器，2号端牵引电机上有两个测速传感器。转速计向车辆ATC系统提供车辆速度和方向输入信号，来确定位移和方向。每个转速计包括一个磁性检测单元，安装在靠近电机轴上齿轮的位置（如图3所示为转速计和齿轮的安装位置）。齿轮转过检测单元时会产生输出脉冲，此脉冲等同于车轮行驶过的位移，其频率与电机轴转速成正比。转速信号之间有一定相位关系，在向前行驶时转速计A的信号比转速计B的信号超前90度。来自各转速计的信号都通过XA3和XA10从功能IO部件冗余地输入给两个车载ATP通道。

2.1.2 位标

位标（如图4所示） 在列车运行的轨道上沿线布置，是一种内部储存有“位置数据”的标签卡。位标在2.4GHz频率下工作，可提供车辆ATC信息，如位标的区域ID、区段ID和区段偏移。

列车经过某个位标时，位标通过接收列车车底的位标读取器发出的射频能量，从而被激发，列车的位标读取器便读取该位标的数据。列车读取位标的MBC数据并进行下述工作：

（1）核对列车位置；

（2）清除列车位置误差。

位标的第一个用途是“核对”列车位置。列车沿路行驶时，定期地读取位标信息。列车读到位标标签内的MBC信息，并将该MBC与其根据转速计计算得到的位置进行核对。图5所示为列车利用位标核对其位置。

位标的第二个用途是“清除”列车累积位置误差。列车沿路运动时，用其车载定位系统不断地计算自己的位置。该系统由转速计构成，而转速计则有误差。列车沿路运行时，该位置误差会累积起来。车辆ATP要求位置误差必须不超过一个最大值。位标被用来将不超过最大误差的位置误差“复位”到校准后的最小误差。图6为误差累积消除示意图。

2.1.3 位标读取器

位标用来校准列车的实际位置，所有位标都具有唯一的标识，对应与车辆物理地图上的一个地理位置。所有配备ATC的车辆都配有位标读取器，此读取器安装在列车车底。列车驶进系统时，读取器询问碰到的位标，给车载ATC提供精确的参考地理位置。读取器天线向经过的位标发送2.4GHz的射频载波信号，并接收从位标返回的调制信号。各位标的返回信号向读取器提供与车辆物理地图上某点所对应的准确位置。读取器验证来自位标的数据精确度，然后通过RS-232串行链路将其转发给各车辆ATP通道。ATP处理器利用此数据确定车辆在系统中的准确位置。

2.1.4 列车长度指示器

每辆车都配备了特殊的列车线，称为列车长度列车线。根据列车线信息，各车载ATP可计算出编组内车辆数及其在编组中的位置。

2.2 列车位置处理

列车ATC读取转速计的输出，为确保读取数据的准确性，列车ATC会将转速计的输出进行对比，不同转速计的输出在4秒内允许有2.4公里/小时（1.5英里/小时）的偏差，如果偏差在范围内，则得到列车的距离位移和行驶方向。如果偏差超过4秒，列车将产生“转速计故障”报警，同时列车将施加紧急制动停车。

列车的位标读取器读取轨道上位标的信息，同时将该位置信息与车载ATC处理得到的转速计输出进行对比，如果两者的误差在2%的范围内，列车将更新位置信息并清除校准转速计的位置误差。如果两者的误差超过2%的范围，或者读取到的位标信息不在车载物理地图上，列车将施加紧急制动停车。

车载ATC更新读取到的位标位置信息后，再加上列车长度指示器给出的列车头尾两端的长度，同时保留位置误差，通过对比车载物理地图，车载ATC就可以确定列车的占位信息，也就是整个列车编组在轨道区间的位置。

3 列车位置精度

广州APM线全线轨道共布置了175个位标，能够精确定位列车的位置信息，同时为避免列车在持续没有读取到位标的情况下运行（如连续多个位标失效或位标读取器故障），如果车载ATC累计的位置误差超过40英尺（约12米），列车将实施紧急制动停车，保障了列车的安全运行。

此外，在站台区域位标的布置密度要远大于区间，轨道通过合理布置位标，列车可在站台达到±6英寸（约15厘米）的停车精度，确保了车门与屏蔽门的正常联动开关。

4 结束语

通过对广州APM线采用的信号系统进行分析，深入探讨其列车定位技术，可知该定位系统具有安全性、可靠性、精确性等特点，能够实时监测列车位置，保证了列车运行的准点率，具有一定的现实意义，文章可对城市轨道交通列车定位系统的设计提供参考。

参考文献

[1]王长林，林颖.列车运行控制技术[M].成都：西南交通大学出版社，2006.

[2]孙林祥，房坚.城市轨道交通的列车定位技术[J].电子工程师，2002（7）.

[3]广州旅客自动输送系统列车自动控制系统说明[R].庞巴迪运输（控股）美国有限公司，2008，10.

[4]广州旅客自动输送系统维护手册[R].广州地下铁道总公司，2008，10.

[5]广州旅客自动输送系统技术规格书[R].庞巴迪运输（控股）美国有限公司，2008，10.