Page 35 - 网络电信2021年6月刊上

解 决 方 案

基于光纤传感系统的德国列车实时精确定位技术

苏靖棋编

摘 要：实时、精确地获取列车位置信息是保证列车安全有效运行、发挥效率、提
供最佳服务的前提。而轨旁传感器将在进行高效、可靠的列车跟踪和定位方面发挥重
要作用。文章介绍德国基于光纤传感系统的列车实时精确定位技术，这是一种全新的
解决方案，具有独特的优势和可能性。
关键词：列车；光纤传感（FOS）；实时精确定位；德国

一、光纤传感技术概述 辨德国城际高速铁路（ICE）与满载货运列车的声学信号差异，
光纤传感（FOS）技术的基本原理是将光缆与光学单元连 但却无法感知其细节，原因在于各种轨道车辆的声音信号中都
接，使其成为振动传感器。光学单元会以2000次/s的频率将 包含了许多与其特性相关的信息。在检测这些信息时，检测范
激光脉冲发送到光纤中，并捕捉反射回来的脉冲，对其进行测 围的动态性和传感器的灵敏度至关重要。
量。由于声波和振动波作用在光纤上时，反射的脉冲数量会发 FOS系统可检测的电平范围由其固有噪声及信号频带宽度超
生变化，因此通过测量和分析反射脉冲就可以在最长80km的线 范围现象的影响决定。
路上检测多种对象和事件，如检测运行中列车的振动频谱。 FOS系统的固有噪声源自其固有特性和持续的外部影响。如
FOS系统不仅能够对反射脉冲进行定性测量，以确定列车 果待检测声学信号与其固有噪声近似，则信噪比将变得很小，
的位置、行进方向和速度，而且可在升级后对其进行定量测量 以致无法进行测量，从而出现检测不出列车某些特征或行为
（图1）。定量测量可获取更多的列车特征，例如，图 1 中定 （如列车制动）的情况（图2）。这种情况可通过执行相应的逻
量测量的结果可显示列车的各车轴。通过各种特殊算法对测量 辑（可确保FOS系统不自动“丢失”此类信号的逻辑）来规避。
数据进行分析，可获取除列车精确位置之外的更多信息，如线 固有噪声阈值随系统灵敏度而变化，因此应采用非常灵敏的FOS
路占用情况、列车质量等。此外，利用该系统还能够监控和检 系统。
测线路状况、轨道车辆和基础设施元件的损伤，以及光缆附近 在解决信号频带宽度超范围的问题方面，传感器的动态带
人和动物的活动等。 宽灵敏度具有决定性作用。在发生非常迅速且剧烈的振动时，
如重载列车经过轨道不平顺处时，会出现信号频带宽度超范围
二、技术条件 现象。由于某些数据超出了可分析范围，因此所采集数据的信
1.电平范围和传感器质量 息深度受到限制。应采用光学单元具有高动态带宽的FOS系统，
每列列车都有其独特的声学信号。人可以通过听觉直接分 其能够从采集的数据中获取足够多的信息，即使在采集到信号

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