城市轨道交通闭路曲线列车定位技术

:针对城市轨道交通列车循环运行的特点,在分析现有列车定位方法的基础上,提出了基于闭合曲线特征轨道线的绝对位置编码的列车定位技术。在沿着轨迹线的每个待确定位置处设置零或零二进制标记,并且对要确定的绝对位置进行编码,并且通过检测唯一绝对位置编码值来实现列车的位置。结合闭合曲线的特征,线上的二进制标记以m序列排列,绝对位置编码序列由n个本原多项式生成。根据要为闭合线确定的位置总数,通过对m序列使用截断或零填充方法来确定绝对位置编码序列的长度。当列车在线路上行驶时,车载读取器依次检测到二进制标记,绝对位置代码值形成在移位存储器中,容错过程由产生绝对值的反馈逻辑功能执行位置代码序列,输出位置信息。二进制标记通过附加的紧固螺母或射频电子标签实现。该技术可实现高精度,低成本和高可靠性的列车定位。

关键词:城市轨道交通;火车定位;绝对位置编码; m序列

实时准确的列车定位技术是实现城市轨道交通堵塞的前提,可以缩短列车的间隔时间,缩短列车的跟踪间隔,提高交通密度,提高线路的输送能力[1] 。在车站实现也是有益的。固定停车场,在车站设置一扇纱门,确保乘客安全。

目前,国内外城市轨道交通有多种列车定位方法[2-4]。基于轨道电路的列车定位的准确性取决于轨道电路的长度,并且不可能实现精确定位并且不能构成移动遮挡。基于查询/响应器的列车定位,地面转发器安装点的定位精度高,但只能给出点定位信息,设置间距与投资规模之间存在矛盾;目前,采用混合定位方法,即使用轴。编码器累积测距并通过查询/响应者校正累积的误差。在该方法中,当车轮直径改变,滑动或空转时累积误差可能很大,并且当接近前方应答器时累积误差达到最大值。交叉感应返回线定位方法可以实现列车定位,实现列车与地面的双向通信,但定位精度受交叉区域长度的限制。如果交叉区域较窄,则位置脉冲泄漏计的可能性增加。可以在感应回路的交叉点之间使用转速计距离测量,以实现更高的定位精度。多普勒雷达或加速度传感器(陀螺仪)用于测量列车的行驶速度,计算行驶里程,并确定列车在线路上的具体位置。这是典型的增量相对定位,存在累积误差,在定位中对于具有更高精度的位置,可以通过添加标志来连续地校正位置信息。无线扩频定位方法可以实现列车相对准确的定位,但是需要沿线设置专用的扩频基站,投资成本高。裂纹波导定位技术决定了计数器通过列车的裂缝数量,实现了列车定位,也是一种相对定位技术。在磁悬浮列车中,还可以使用基于长定子线性电动机的定子槽数和标记板的绝对定位的组合的定位技术,并且每个定位标志板包含4位地址信息。本文提出了一种基于绝对位置编码的闭合曲线线路定位技术,能够准确地确定在具有闭合曲线特征的城市轨道交通线路上运行的列车的绝对位置。

1具有闭合曲线特征的轨迹线绝对位置编码方法

1.1绝对位置编码原理

通过对轨道线上的待确定位置进行绝对编码,当列车在线上行驶时,检测每个待确定位置的绝对位置代码值,以实现列车的定位。在轨迹线上执行绝对位置编码,并且在每个待确定位置处设置0或1的二进制标记,并且板载读取器顺序地沿着线读取二进制标记,并形成唯一的换档记忆中的绝对位置代码值。

在城市轨道交通中,列车在具有闭合曲线特征(例如环路)的线上循环,并且每个待定位置的绝对位置代码值在整个圆周上是唯一的并且循环通过线的圆周。二进制标记以m序列排列。 n级m序列的周期为2n-1,编码2n-1个绝对位置,绝对位置编码值构造在n位存储器中,并且移位存储器根据先进先出位移 - out outuing方法,首先进入该位构成二进制数的高位,后面输入的位构成二进制数的低位,并且由对应于移位存储器的每个位的二进制数权重组成的权重矩阵是

W=[2N-12N-2 ... 2120](1)

例如,对于5级m序列,n=5,n=25-1=31,实现了列车在31个绝对位置的定位。由式(1)获得

W=[2423222120]吨

第一个待确定位置到轨道线上第31个待确定位置的二进制标记按照以下五级m序列排列

1101010000100101100111110001101

城市轨道交通闭路曲线列车定位技术

这导致二进制标志排列行向量a。当列车在闭合的曲线上循环时,车载阅读器依次读取二进制标记并将其馈送到5位移位存储器中。读取矩阵r由a生成,每行表示在相应的未决位置移位存储器中存储二进制信息。然后定义顺序读取运算符seq

R=seqa,RIJ=AMOD(I + J + N-N,N)(2)

(I=1,2,...,N; J=1,2,...,n)的

其中:下标mod(i + j + n-n,n)表示i + j + nn取n的余数。由每个待定位置的移位存储器中的二进制数形成的编码矩阵是

B=R×W(3)

表1列出了在不同待定位置的换档存储器中的绝对位置代码值的二进制形式,小数形式和相应的里程值。该表被解码以输出相应的里程值以实现列车的绝对定位。

1.2绝对位置编码序列的生成由闭合曲线的闭合位置上的二进制标记组成的绝对位置编码序列由m序列实现。 m序列也称为最大周期性线性反馈移位寄存器序列,由线性反馈移位寄存器(线性反馈移位寄存器,lfsr)生成。典型lfsr的基本结构如图1所示。图中每个移位器的状态由aj,aj∈{0,1}表示;反馈线的连接状态由cj表示,cj=1表示线路已连接(参与反馈),cj=0表示线路断开。反馈逻辑功能是

在定时脉冲的控制下,lfsr逐步移位输出,输出序列是周期序列。对于n阶段lf-sr,如果产生的非零序列a=a1a2a3 ...具有2n-1的周期,则序列a被称为m序列。引入了gf(2)上的n次多项式f(x)=1 + c1x + ... + cnxn,也称为lf-sr的联合多项式。将g(f)中的非零序列作为m序列的必要条件是: f(x)是gf(2)上的第n个主多项式[5]。可以看出,知道原始多项式,可以根据等式(4)获得反馈逻辑函数,然后可以获得由lfsr生成的m序列。 n次多项式f(x)是必须满足以下三个条件的原始多项式。:

(1)f(x)是近似多项式;

(2)f(x)可以是可分的(xp-1),p=2n-1;

(3)除了xq-1,qp之外的f(x)。

例如,对于第5个本原多项式f(x)=1 + x2 + x5,c2=c5=1,c1=c3=c4=0,并且反馈逻辑函数ak=ak-2⊕ak-被代入等式(4)。 5.设a1a2a3a4a5为11110,反馈逻辑函数生成的5级m序列为

1111001101001000010101110110001

2具有任意数量待处理位置的闭合曲线的绝对位置编码

n级m序列只能编码2n-1个绝对位置。在实际应用中,绝对位置编码序列的长度需要根据闭合曲线的待定位置总数来确定,因此有必要找到周期p=2n和p2n-1。绝对位置编码序列。

在n级m序列中,长度为n的0运行不存在,并且存在长度为n-1的唯一0运行,其形式为

在连续的n-1 0之间插入0,使移位寄存器的前一状态全0状态为100 ... 00,下一状态为00 ... 001,其余状态转换按正常线性执行反馈,即生成周期p=2n的绝对位置编码序列。让生成原始m序列lfsr的反馈逻辑函数为f(ak-1,ak-2,...,ak-n),然后是p=2n绝对位置编码序列周期的反馈逻辑函数插入0是从反馈逻辑函数可以看出,该序列属于非线性序列。

图。图3示出了状态转换过程,其中从状态11001发生跳跃,跳过6个状态,并且以5级m序列到达状态10010以获得长度为25的绝对位置代码序列。

3列车定位实施计划

在闭合曲线(每个轨枕或多个轨枕)的每个待定位置上放置二进制标记,并对绝对位置进行编码。所需m序列的级数和移位存储器的位数根据绝对位置的总数由n确定,即

Log2n≤n≤log2n+ 1(7)

当n=2n-1时,根据m序列直接进行编码;当n=2n时,在m序列的连续n-1个零之间插入零,以获得绝对位置编码序列;当n2n-1时,执行截断。 m序列满足绝对位置编码的需要。二进制标记由板载读取器顺序读取,信号处理单元获得0或1并将其发送到移位存储器,然后解码单元以位置代码值作为地址搜索数据库,并输出培训定位信息。定位信息可以是里程值或与驾驶安全相关的数据,例如三维坐标值,高度,曲率和速度限制。对应于换档存储器的每个位的二进制数的权重是根据列车的行进方向确定的。为了防止错误被读取并输出错误位置数据,检查单元通过使用产生绝对位置代码序列的反馈逻辑功能来验证新读取的二进制标志。列车定位实施过程如图4所示。



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