TrainGuard MT系统雷达测速故障探究及解决方案.pdf

2 0 1 4年 8 月 第 5 0卷第 8期 铁 道 通 信 信 号 R AI L W AY S I GNAL L I N G CO MMUNI C AT I O N Au g u s t 2 0 1 4 V0 L 5 0 No 8 T r a i n G u a r d M T系统雷达测速故障探讨及解决方案 辛骥 余力 摘 要 针对广州地铁信号 T r a i n G u a r d MT系统在雨天环境下频发的紧急制动故 障 从 列车定位 原理 测速融合原则及 A T P系统对于测速 结果的处理等 方面 对故障原 因进行 了深入 的分析 并提 出了有效的解决方案 关键词 列车测速 列车定位 雷达测速失败 解决方案 Abs t r a c t Th i s p a p e r d e a l s wi t h e me r g e nc y br a ke f a i l u r e s f r e q ue n t l y o c c u r r i ng i n Gua n g z ho u Me t r o Li ne 4 W e a n a l y z e t he r e a s o n o f e me r g e n c y br a ke f a i l u r e s t h r o ug h wo r k i n g p r i n c i p l e o f t r a i n p o s i t i o n i n g a n d f u s i o n o f v e l o c i t y s e n s o r a n d wa y s o f ATP s y s t e mg v e l o c i t y me a s u r e me n t r e s u l t s h a n d l i n g At l a s t we pu t f o r wa r d a f e a s i b l e s o l u t i o n Ke y wor ds Ve l o c i t y me a s u r e me n t Ta i n P o s i t i o n i n g Ra d a r S o l u t i o n D oI 1 0 1 3 8 7 9 j i s s n l 0 0 0 7 4 5 8 2 0 1 4 0 8 1 4 1 8 3 目前 在广州地铁 4号线 5号线及广佛线 南京地铁 2号线 北京地铁 1 0号线等 国内地铁都 使用 德 国西 门子 公 司 T r a i n G u a r d M T系 统 T G MT 该系统采用多普勒雷达与测速电机 O P G 2套测速设备 同 时分别 进行独立 测速 并 由车 载 A T P系统对两者的测速结果进行融合判断 由于广 州地铁 4号线大部分为高架线路 在雨天情况下频 繁产生列车由于测速失败而导致 的紧急制动故 障 严重影响正常的运营服务 1 故 障现象 在雨天环境下 广州地铁 4号线列车在运营过 程 中频繁发生紧急制动故障 系统由连续式控制级 别 简称 C T C 降级至受 限人工驾驶级别 简称 R M 此时列车只能以低于 1 8 k m h的 R M模式 或切除 A T P的 U R M模式运行至下一个 C T C投入点 重投 给正常的运营服务及组织带来极大的影响和 安全隐患 辛骥 广州地铁运营总部运 营二 中心工程师5 1 0 7 1 0 广州 余力 广州地铁运 营总部运营二 中心助理工程师5 1 0 7 1 0 广 卅 I 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 3 4 2 故障分析 读取信号车载 A T P数据分析 导致此故障的 原因为 列车位置不确定值大于 1 5 0 m 2 1 T G MT系统中位置不确定值定义 在 C B T C模 式下 车载 A T P通过安 装在轨道 上的应答器实现列车定位 结合测速仪及雷达精确 测速 实现列车的实时定位 并借助无线 系统实时 通知轨旁 A T P关于列车 的具体位置 由于存 在必 然的测速误差 为保 障安全 系统 引入 位 置不 确定值 u n c e r t a i n t y 概念 位置不确定值 由 u n d e r R e a d 列 车 前 端 位置 不 确定 值 与 O v e r R e a d 列车后端位置不确定值 组成 因此在 系统 内 列车的位置参数组成如下 1 列车定位状态 2 安全前 端位 置 包 括分 区 I D 偏 移量 也可称作最大安全前端位置 列车安全前端位置 列车前端定位位置 U n de r Re a d 3 安全 后端位 置 包括 分 区 I D 偏移 量 也可称作最小安全后端位置 列车安全后 端位置 列车后端 定位位置 O v e r Re a d R AI L W AY S I GNAL L I NG C OMMU NI C AT I ON Vo 1 5 0 No 8 2 0 1 4 4 定位的误差值 即位置不确定值 5 列车运行方向 列车位置参数示意图如图 1 所示 运行方向 间中 A到 B 当列车读到在轨道上安装的 包 含在系 统 线路 数 据 库 中 的欧 式应 答 器 B a l i s e 时 定位将重新校准 由于测速误差带来 的定位误 列车长度 琴 I w 玎 u一 露 日 嚣 雕 N 玎 嚣 墨 嚣 一 一 后端最小 后端实 后端最大 前端最小 前端实 前端最大 安全位置 际位置 安全位置 安全位置 际位置 安全位置 图 1 列车位置 参数 示意图 位置不确定值是系统参考列车的测速状态和运 行状态产生的累加值 系统对列车进行安全相关判 定 时 列车定位需包括位置不确定值 可以说在系 统 中 列车的长度不单是列车的实际车长 而是列 车实际车长加上位置不确定值的 安全长度 位 置不确定值的作用 即为列车提供可靠的安全保护 位置不确定值并非一直累加 其值大小根据实 际情况动态变化 列车运行期间位置确定方式示意 图如图 2所示 对于列车 的前端 或后端 理想 状态下 测量里程应严格等于真实里程 定位为一 条直线 与 4 5 平分线重合 但在实际运行 中 测 速误差使得实际定位可能位于平分线上下 的置信区 差 归 零 置 信 区 间 的范 围在 刷 新 后 等 于 应 答 器 安 全 检 测 误 差 加 上 应 答 器 安 装 误 差 的 值 C 到 D 故 刷 新 后 的值 通 常小于 3 1T I 置 信 区 间 的 长 度 即 为 位 置 不 确 定 值 下 列 因 素 可 能 导 致 位 置 不确定值异常偏大 O P G测速不准或硬件故 障 雷达测速不准或硬件故障 遭遇外界干扰 如 下雨天轨道大面积 积水 雨雾 或寒冷地 区轨道 积 雪 测速系统 自身故障等 若不确 定 值 在 重 新 刷 新 前 即增 加 至 1 5 0 m A T P系统设定的最不利情况下 的安全保护参数 T G MT系统将认为测速系统 已经故障 因此导向安 全 产生如前所述 的紧急制动 2 2 测速融合计算过程 T G M T系统测速过程 中 O P G采用电子脉冲进 行测速 雷达测速则依据多普勒原理 系统首先收 集 O P G 雷达数据 判 断两者数据 的差距 是否达 测 量 里程 一 辫 ead i 由 口 由 真实 里 程 应答 器1 应答器2 应答器3 图2 列车运行期间位置确定方式示意图 到故 障模 式 E r r o r Mo d e 1 的设 定 阈值 并对 2个设备 的硬件情况 数据传输通道 是否畅通等进行监控 若发现硬件或传输 线路问题 则采取下面 2种方法中的一种 在测速融合与置信区间的计算 中降低故 障硬件 的可信度 极端情况下立刻停止 本侧 O B C U O n B o a r d C o n t r o l U n i t 车载控 制单元 工作 使系统冗余 完成对雷达测速数据 O P G测速数据 收集与设备评估后 系统对两者 的数据进 行数据 同步并融合 并根据速度计算出列 车行驶距离 一 丢一 铁道通信信号2 0 1 4年第 5 0卷第 8期 当读到轨道应答器 系统将计算 出列车在应答 器区间中的行驶距离 与轨道数据库存储 的应答器 标准距离进行 比对 并 同时比对根据 O P G与雷达 单独测速计算 出的距离值 判 断列车测速 的准确 性 依此评估置信区间的大小 完成以上过程的同 时 系统 同步确认列车 的行驶 方 向 进行 停稳检 测 列车测速融合过程示意图如图 3所示 O P G与雷达单独计算 的行驶距离差值未超过 阈值 则测速正常 2 列车的定位位于应答器窗 口外 但仍处于 应答器安全窗口内 并且 O P G与雷达单独计算的 行驶距离差值未超 过 阈值 则 系统认为测 速存 在 干扰 3 列车的定位位 于应答器窗 口外 但仍处于 图 3 列车测速融合过程示意图 2 3测速故障导向安全机制 若 O P G或雷达测速不准确 那么不准确 的部 件会被设置为降级模式 在此情况下 A T P的位置 不确定性会快速增加 在经过一个应答器后 系统 计算出实际 的测量不 准确值 如果 满足一定 的条 件 则此后不再采用计算的不确定值 而会将此不 确定值放大 称此状态为故障模式 传感器被设置为故障模式后 A T P将继续检测 传感器是否测量准确 一旦传感器 的测量距离符合 相邻应答器之间的距离 那么传感器精度会被自动 设置到正常模式 在此情况下 A T P的位置不确定 性会以正常的速度增加 如果传感器测量仍然是不 准确 那故障模式不会 自动返 回 正常 模 式 而会继续保持为 故障 模式 正常状态下 T G M T系统 的位置不确定 值增长率在 1 5 o 4 5 0 之间 即列车每行驶 1 0 0 0 m 位 置不 确定 值落 在 1 5 4 5 区 间内 因此 在考 虑 了位置 不确 定 值 的情 况 下 判断测速是否正常的重要依据是在读取 轨道应答器时 将行驶距离与线路数据库标 准距离比对 1 列车 的定位位 于应答 器窗 口内 介 于 U p p e r L i mi t与 L o w e r L i mi t 之 间 并 且 3 6 一 应答器安全窗口内 但 O P G与雷达单 独计算的行驶距离差值超过 阈值 则 系统认为测速故 障 使 用增加列车位 置置信区间的方法来保 障安全 此时 位置不确定值增长率 突变至 2 0 0 e 3 0 0 0 故障状态下列 车向前行驶 5 0 0 6 0 0 m 不 确 定 值 即 将 累 加 至 1 5 0 m 4 列 车 的定 位 超 出 安 全 窗 口 则系统直接触发紧急制动 2 4位置不确定性突增的原因分析 通过读取大量故障数据分析 发现所有列车在 故障前后不确定值增长率差别明显 图4列举某一 次故障时 列车在故 障前后不确定 值增长率变 化 情况 由图 4可以看出 列车故障前 位置不确定值 增长率为 3 0 0 增长趋势如图 4中应答器 1 区 段 在应答器 2 4区段 位置不确定值增长率在 6 0 0 9 0 0 经过应答器 4后 位置不确定值增长 率至 2 0 0 0 以上 可判断此时测速系统进入了故 障 模式 图4 故障列车在故障时位置不确定值变化示意图 R AI L W AY S I GNA L L I NG C OMMUN I CA T 1 0N Vo L 5 O No 8 2 0 1 4 列车在应答器 1 2之间的测速正常 进入应 答器 3 4区段 后测速 出错 读 到应答器 4 系统 认 为测速故障 导 向安全 使得位置不确定值迅速 上升 读取 O P G与雷达的单独 测距数据 并 与应答 器距离做 比较 如表 1 所示 硬件故障率小 行业内满足此要求 的新型雷达难 以 达到标准 需要重新修改测速系统接 口软件 使 其适应新雷达 修 改后成功率 未知 需要 采购 6 0个新雷达 花费资金将超过 6 0 0万元 方案 2 改变