全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术分析

全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术分析

朱轩锐,胡清,罗淞侨,罗杨

重庆中车长客轨道车辆有限公司 401133

摘要：伴随我国科学技术水平的不断提升，无人驾驶轨道列车技术已经十分成熟，该技术大量节省了人力资源和资金资源并在安全性前提下提升了轨道交通列车运行的稳定性。而对全自动无人驾驶轨道交通列车在轨道中运行的位置进行实时、精确地确定，是确保列车运行安全与效率的基本前提，这一背景下本文重点论述了全自动无人驾驶背景下轨道列车定位技术的相关概念，同时给出了相关具体技术应用方向。

关键词：全自动无人驾驶；轨道交通列车；定位技术

引言：全自动无人驾驶技术可代替人力在驾驶过程中发挥的作用，通过高度集成化的信息系统完成列车运行的各个指令，该技术领域由于列车运行分布密集、站点距离短、安全性要求高等属性，加入精确定位技术后可对列车运行位置进行更准确测定，相关定位系统由轨道两侧及列车内部的定位元件协同确定位置信息，有益于控制中心列车调度工作的展开。

一、全自动无人驾驶轨道列车技术概述

全自动无人驾驶列车控制技术包括列车唤醒、列车准备及运行、折返及退出、洗车及休眠等各阶段作业任务，包括列车广播、车门开闭、牵引制动等任务均是在无人状态下自动展开，列车运行过程中的位置本身是确定的，而能否能及时准确地对列车信息进行获取，是确保列车有效安全运行的基本保障，列车定位技术因此在自动无人驾驶轨道交通技术体系中占据关键位置。自动控制系统基于列车线路的相对位置，对各列车运行状况进行监督、对列车动力系统进行控制、为列车提供及时安全防护，在安全性基础上促进列车系统效率提升和列车服务质量提升。[1]

二、无人列车定位技术的作用及发展方向

列车定位的作用在以下几方面有所体现。一，可有效确保前后列车处于安全间隔状态。二，可为列车自动防护系统的开启关闭提供信号依据，有益于列车到站后车门及站内屏蔽门及时开启及闭合。三，通过基于位置的数据测算，为无人列车确定速度曲线、实施速度控制提供信息基础。四，便于列车监控系统整合数据参数，确定列车基本运行状态。五，便于与无线基站相接续。定位技术具有的关键技术地位要求其必须提供列车运行位置的精确信息，并具备高精度的信息处理能力，但因信息采集、传输、分析所需要的必要时间，往往存在着一定的位置时延，这一背景下加速信息的及时传递和缩减位置信息存在的误差，便成为了定位技术发展的重要方向。[2]

三、主要无人列车定位技术

（一）无人列车定位技术应用原则

基于无人轨道列车的运行特点，确定定位技术方案时往往需基于下述几大原则，一，在发生位置丢失问题时需有位置补充确定方案或即时刹车停止运行的应急预案。二，位置确定必须具有可靠性，宜以多种位置确定方式共同做到“冗余定位”。三，以无线传输方式确保车-地通信稳定性。四，已有技术基础上保持应用卫星航天等新技术手段，尽可能做到位置保障的“技术冗余”。为促进位置信息的有效传递，应当对多种定位技术综合予以应用。

（二）轨道列车定位

轨道交通运行过程中，“S棒”常被用于电气隔离作用，以便更为准确传输列车定位数据，其原理为通过数字轨道电路发射器基于差分模式向钢轨另一端输送信号，另一端的接收器则在完成信号接收后对信号进行处理形成完整信号回路，经逐位比较确保信号发送及接受内容一致后，完成信息确认工作。借助这样反复确认的形式可不断确认钢轨及轨道电路的实时作业情况，相关铁路区段处于空闲状态时，发送器返回的空闲信息使得接收端产生电磁力，接收端继电器随之收起。而在列车行驶途经相关区域后，列车带来的电磁干扰会使铁轨两侧电路设备形成短路情况，继电器因失去电磁力而下落，列车的位置信息由此基于电路信号得以确认。轨道列车定位技术价格较低、应用广泛，可适用于列车定位需求。[3]

（三）信标定位

信标定位方式通过将信标安装在轨道沿线的固定位置进行定位，其属性依信号传输方式可划分为有源信标及无源信标两类，有源信标可促进车地间形成双向通信，无源信标发挥的作用则与IC卡机理类似，在列车途径布设信标区域后，列车车载天线带来的电磁信号会对无源信标进行激活，信标的绝对位置会在这一过程中被传递给列车。

这一相对简单、精确的工作机理使得使得无源信标技术有着广泛应用，但该技术也受限于其技术机理，只有在信标区域才能显示列车位置，在无信标区域则无法对列车位置进行监测，也使得控制中心无法获取列车的实时位置，这让信标技术经常作为辅助手段和其他定位技术一同确定列车位置信息。信标法提供的位置信息精度极高，可达到厘米级别，故而常常被用于对位置信息进行修正的技术手段，信标法的位置信息传递是断续的，在上一个地面信标接受位置信息后，列车需抵达下一个信标处才能实现位置信息的更新，这期间如地面情况有变化发生，控制中心实质处于“位置失联状态”，这决定了信标法应用过程中的“精确位置补充”作用。

（四）GPS定位

GPS定位方式为控制中心提供了全程掌握列车位置信息的技术路径，控制人员由此可确定列车在各个路段的速度及运行状态，该技术的技术误差通常在10米以下，故而常常被应用于列车定位机制中，该技术以GPS信号接收站为技术基础，借助列车上装载的车载定位系统以基站为传输中介准确对列车位置坐标进行传输，移动站、基准站间的数据传输可形成关于列车位置的完备信息链路，列车的运动轨迹便在接收装置中更为确切地体现。GPS技术定位位置广泛、天气因素也不会干扰定位精度，信号传播速度较快，是适宜的列车定位方式。

结语：列车全自动无人驾驶技术实现了人力解放和运行成本降低，并在确保安全性前提下实现了用户体验和服务质量的提升，而为确保该技术更好服务于社会生活，安全保障及形成列车定位的“技术冗余”是重中之重，列车精确的定位信息可为确定列车运行状态提供大量基础数据，有益于列车动力、结构隐患的早发现与早解决，有助于提升列车运行效率和安全保障效率。而在定位技术应用过程中，应采取轨道定位、信标定位、GPS定位等技术的综合应用方式，以为突发情况提供足够的技术备案。

参考文献：

[1] 张天池. 全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术探讨[J]. 数码设计（上）, 2021(010-001).

[2] 周智超. 全自动无人驾驶轨道交通列车定位技术探讨[J]. 数码设计（上）, 2020, 009(001):74.

[3] 刘婷婷, 徐辉, 文方青. 一种无人驾驶物流车辆的定位方法及系统:, CN111208502A[P]. 2020.