基于无源射频识别精确定位技术的城市轨道交通车载自动过分相控制方案研究.pdf

城市轨道交通翼2023年基于无源射频识别精确定位技术的城市轨道交通车载自动过分相控制方案研究赵晓春（中交机电工程局有限公司，6 1 0 0 2 3，成都/工程师）摘要为保障城市轨道交通交流供电模式下列车安全、可靠、平稳自动过分相，降低建设投资，依据TB/T34832017C T C S-3级列控车载设备技术标准对自动过分相的规定，结合城市轨道交通线路站间距小、无电分相区数量少的特点，综合考虑实施成本，阐述了无源RFID（射频识别）精确定位技术的组成、原理及优势，从系统组成、工作原理及设备配置等方面研究了基于无源RFID精确定位技术的车载自动过分相控制系统，并详细分析了特殊工况下的过分相方案。该方案适用于城市轨道交通交流供电模式下的自动过分相场景。关键词城市轨道交通；车载自动过分相控制方案；射频识别精确定位技术中图分类号U231.8D0I:10.16037/j.1007-869x.2023.06.031Urban Rail Transit On-board Auto-passingNeutral Zone Control Scheme Based on Pas-sive RFID Precise Positioning TechnologyZHAO XiaochunAbstract In order to ensure the safety,reliability and stabili-ty of automatic phase transition of urban rail transit trains underAC power supply mode,and to reduce construction invest-ment,according to the regulations of automatic phase transitionof TB/T 3483-2017 CTCS-3 Train Control Equipment Techni-cal Conditions,comprehensively considering the characteristicsof small station intervals and small number of neutral zones a-long urban rail transit line routes and the implementation cost,the composition,principle and advantages of passive RFID(radio frequency identification)precise positioning technologyare expounded,then the auto-passing neutral zone control sys-tem based on RFID precise positioning technology is studiedfrom the aspects including system composition,working princi-ple and equipment configuration.Passing neutral zone schemeunder special working conditions is analyzed in detail.Thescheme is suitable for the urban rail transit scenario of auto-passing neutral zone under AC power supply mode.170Key words urban rail transit;on-board auto-passing neutralzone control scheme;RFID precise positioning technologyAuthors address CCCC Mechanical&Electrical Engineer-ing Co.,Ltd.,610023,Chengdu,China我国城市轨道交通目前大多采用DC1500V供电模式,线路中不存在无电分相区。随着市域快速轨道交通的发展，AC25kV供电模式在城市轨道交通中应运而生。与直流供电模式相比，交流供电在区间存在无电分相区 2 。为确保列车安全、平稳及高效地通过无电分相区，各设计单位主要参照电气化铁路过分相方案进行设计。但因城市轨道交通线路距离短、站间距小、无电分相区数量相对少的特点，完全采用电气化铁路过分相方案势必造成资源浪费。因此，研究适用于城市轨道交通的列车过分相方案迫在眉睫。1传统过分相控制方案电气化工程中牵引供电采用单相工频高压交流供电方式，为使电力系统三相尽可能平衡，接触网采用分段分相供电 3。两区间电力相位不同时存在相位电位差,为防止因列车在区间快速通过产生的拉弧短接两条供电臂，造成变电所跳闸，同时导致电力机车设备受损，必须在各独立供电区之间建立分相区 4国铁中过分相有3类实现方式：人工手动过分相、磁缸过分相、车载ATP（列车自动防护）控制的列控过分相。根据TB/T34832017C T C S-3级列控车载设备技术标准，列控自动过分相信号车载ATP进行如下操作：1）当车头距分相区起点还有1 0 s的走行距离时，车载设备向司机发出语音提示。第6 期2）当车头距分相区起点还有一定时间（根据动车组要求进行配置）时，车载ATP设备向车辆发送过分相指令。3）当车头越过分相区“合”电标一定距离（根据动车组要求进行配置）后，车载ATP设备向车辆撤销过分相指令。2无源RFID精确定位技术无源RFID（射频识别）精确定位技术是通过射频信号自动识别目标对象并获取目标对象相关数据信息的一种非接触式自动识别技术，主要包括读写器、RFID标签及数据处理器 5。1）读写器用于向RFID标签读写数据，如位置信息等，其中无源RFID读写器仅读取电子标签中的数据和发送能量信号，不向电子标签进行写数据。2）R FI D 标签是一个以非接触方式读写数据的存储设备：有源RFID电子标签可以采用读写器写人或读出数据，无源RFID电子标签仅能采用读写器写人数据。标签可以重复地新增、修改及删除内部存储的数据，以方便信息更新。3）R FI D 数据处理器则对读写器读取的标签内部数据进行处理和分析解读，并发送给决策和控制系统。2.1工作原理无源RFID精确定位技术的工作原理是：无源RFID读写器接收指令后发出射频信号,RFID标签进入磁场后接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的数据信息或者主动发送某一频率的信号；读写器读取信息并解码后，将其送至数据处理器进行有关数据处理和分析 6 。无源RFID精确定位系统的工作原理见图1。数据处理器位置信息阅读器位置信息图1 无源RFID精确定位系统的工作原理Fig.1Working principle diagram of passive RFIDprecise positioning system2.2技术优势无源RFID定位方式依靠短距离的非接触式通信来传输数据，不会受恶劣天气、空间环境等外部干扰,且精度极高，其定位偏差远小于1 m，是一种应利技木可靠的高精度定位手段。如果将RFID位置标签布置在钢轨轨面上,并把RFID读写器安装在轨道上方车辆的底部,就能有效实现对轨道上车辆的精确定位。3基于无源RFID精确定位的车载自动过分相控制系统3.1工功能需求3.1.1精确定位功能当车辆经过某RFID电子标签时，车载RFID读写器读取到该RFID标签中的位置数据，并发送给车载RFID数据处理器，车载RFID数据处理器对位置数据进行分析处理，并得到最终的位置信息，这就是车辆当前的精确位置3.1.2断开主断路器功能列车在通过分相区前，信号接收设备接收地面定点设备信号并将其传送到车载控制设备，车载控制设备根据接收到的信号进入预告断模式或强迫断模式,并向列车控制系统传送相应指令，由控制系统实现卸载并断开主断路器的功能。3.1.3闭合主断路器功能列车通过分相区后，信号接收设备接收地面定点设备信号并将其传送到车载控制设备，车载控制设备根据接收到的信号进入恢复模式，并向列车控制系统传送相应指令，由控制系统闭合主断路器并恢复牵引，车载控制设备复位。3.2系统组成车载自动过分相控制系统主要包括地面电子标签、信号接收设备及信号处理器，如图2 所示。-电子标签一动车控制系统能量口读写器一信号处理器电子标签图2 基于RFID精确定位的车载自动过分相控制系统组成图Fig.2 Composition diagram of on-board auto-passing neutralzone control system based on RFID precise positioning1）地面电子标签为定位装置，用于向列车发送位置信息。2）信号接收设备安装于列车上，用于采集并接收轨道上定点设备的信号。3）信号处理器安装于列车的电气柜中，用于处.171Q城市轨道交通翼理相关信号、对列车提供电气信号输出，以及控制整个装置工作。动车控制系统用于信号的接收及发送，是动车控制的关键。整套设备能准确识别地面的定位信号，保证列车安全、准确、可靠地通过分相区。3.2.1电子标签设置为实现列车的精确定位,在分相区前后一定位置各分散设置2 个电子标签，同一分相区的电子标签由小里程至大里程依次编号，标签内部数据以实际测量数据为准。1）起预告作用的RFID电子标签至强制断开断路器的RFID电子标签之间的距离，必须保证从接收到地面预分断信号到列车切断牵引、分断主断路器的时间足够安全，一般由列车驶过分相区的速度决定，同时需充分考虑线路坡度、列车质量及运行阻力等因素。2）强制断开断路器的RFID电子标签至分相区入口位置的距离，必须保证自动过分相系统信号处理器从接收到分断信号到主断路器强制切断的时间足够安全，一般由列车驶过分相区的速度决定，同时需充分考虑线路坡度、列车质量及运行阻力等因素。3.2.2信号接收设备配置信号接收设备即RFID读写器安装于列车车体外转向架处，安装位置须与电子标签正对，便于可靠获取电子标签中的无电分相区的相关位置信息。同时，信号接收设备按照2 个1 组进行配置，且在列车车体外转向架处沿车长方向前后紧邻安装，确保信息传输更加可靠，当第1 个读写器信息接收失败时，第2 个接收器能够继续完成信息的接收。3.2.3信号处理器配置1）信号处理器采集车感器接收的定位信号，根据列车运行方向，处理相应的信息并发出相关的指令信号。信号处理器在车头和车尾各安装两个，同一位置的两个信号处理器互为热备，以确保位置信息处理的可靠性。2）根据接收数据的应答器地址识别读写器的状态，并给出故障应答器编号，便于运营人员开展维修工作。同时，信号处理器具备自检功能，确保故障处理器准确及时修复。3.3工作原理列车通过接收和处理地面RFID电子标签信息确定其分相点的相对位置。预先根据要求在每个.1722023年分相区前后分别布置两个RFID电子标签，即图3中T、T,、T 3、T 4。列车过分相信号的接收和处理，由地面RFID电子标签、车载接收器和信号处理器共同完成。列车过分相的控制由动车控制系统完成。大S1注：SI为预告地面定位RFID电子标签至强迫地面定位RFID电子标签的纵向间距；S2为强迫地面定位RFID电子标签至无电区入口的纵向间距。图3车载自动过分相控制系统的工作原理图Fig.3 Working principle diagram of on-board auto-passingneutral zone control system列车运行至T，点，信号处理器接收到车载接收器接收到的预告地面定位信号，经处理后信号处理器向动车控制系统发出过分相预告信号，动车控制系统根据此时的列车运行速度控制电机电流平稳下降到0,发出断