有轨电车列车定位技术原理

目前，国内外在轨道交通中已经实际应用的列车定位技术有很多种，它们的工作原理和技术特点如下。

1.轨道电路定位

轨道电路是最简单的列车定位设备，其优点是无须对当前设备做大的改动即可实现列车定位，它的定位精度取决于轨道电路的长度。目前，我国大部分城市轨道交通的列车定位技术采用的是轨道电路法。轨道电路分为机械绝缘和电气绝缘两种类型。城市轨道交通系统中普遍采用“S棒”进行电气隔离的数字音频轨道电路。利用数字轨道电路进行列车定位是目前城市轨道交通系统中应用最为普遍的技术手段。

在数字轨道电路中全部有源器件都集中在控制室内，室外设备仅包括由电容、线圈等组成的调谐盒及轨间的S形连接导线，调谐盒中有发射与接收线圈。数字轨道电路的发射单元以差分模式通过铁轨向另一端传输一个调制信号，在轨道电路的另一端提取这个信号。接收的信息和传送的信息经逐位比较确认相同时，完成对接收信息的验证，从而判断钢轨和轨道电路的工作状态。当轨道电路内有车占用时，由于列车车轴的分路作用，接收端检测出信号电平的变化，由此判断是否有车到达该轨道电路。

在线路设计时，根据用户对列车运行密度的要求，将整个线路用S棒分割成若干个轨道区段，并对所有轨道区段进行统一编号。对线路地形及线路设备进行数字化描述后形成线路地图，储存在轨旁和／或车载计算机中。在每个区段的始端和终端加上发送／接收器件，构成一个信息传输回路。区段空闲时，信息由发送端通过回路传输到接收端，接收端继电器励磁吸起；当列车进入区段时，车轮可以造成两根钢轨短路，信息不能到达接收端，接收端继电器失磁落下，从而达到列车检测定位的目的。当列车在线路中运行时，其所在区段的轨道电路会给出占用指示，通过对轨道电路占用状态的连续跟踪，就实现了对列车在线路中所处位置的连续跟踪。

为了保证安全并遵循故障导向安全的原则，轨道电路任何形式的故障都表示为“有车占用”。为了避免错误的跟踪，系统对轨道电路的“连续占用”与“顺序出错”会进行逻辑判断，以保证列车跟踪的可靠性和安全性。通过轨道电路法进行列车定位，既可以实现列车检测定位，又可以检测轨道的完好情况，满足故障-安全性准则，是一种安全可靠的列车检测定位方法，所以目前依然被广泛使用。

轨道电路定位的优点：

（1）轨道电路原理简单，安全性较高，同时可以对断轨故障进行检测。

（2）轨道电路采用列车运行轨道——钢轨作为列车定位的信息传输通道，这个通道同时又可作为列车ATC信息传输的通道，不仅节省了大量设备，还具有较高的性价比。

（3）技术成熟。轨道电路是目前使用最多、使用时间最长的列车定位方法，经过几十年的发展，积累了丰富的施工、维护经验。

（4）地理环境适应性强，在隧道、地下都可以使用该方法。

（5）适用速度范围广，无论高速还是低速均可使用该方法。

轨道电路定位的缺点：

（1）定位误差大。由此方法实现的定位是以轨道电路长度作为最小定位单元，因此车辆在区间的始端还是终端是无法判断的，列车定位的最大误差为一个区段的长度，列车占用一个区间后，不管其在区间的始端还是终端，都只能给出一个位置信息。在需要对列车实施精确控制的场合，必须配合其他的列车定位方式，如测速定位、设置信标等。

（2）传输距离有限。轨道电路的电气特性是与传输的信息频率有关的，频率越高，传输衰耗越大，信息传输距离越短，而为了提高信息之间的差别增强抗干扰性能，提高信息的频率是必然的，通过设置补偿电容可以加大传输距离，但其设备造价及施工维护量会提高。

（3）设备维护量大。继电器使用寿命有限（平均为一万次左右），而且还要在列车轨道旁一定区段内设立一个监测站，因此维护费用较大。为了保证轨道电路的良好电气特性，就需要经常对其进行测试与调整。在矿山、工厂等轨道条件较差的线路上，由于轨道电气特性极其不稳定，所以只能使用特殊的轨道电路方式，如高压脉冲轨道电路等，其传输的信息种类会相应减少。

2.计轴定位

用轨道电路定位最基本的一个条件是两根钢轨能够构成TD信息传输的通路，由于轨道电路的电气特性对道床条件的依赖性很强，同时随着电力机车变流控制技术的发展，牵引电流高次谐波对轨道电路的干扰影响越来越大，用轨道电路对列车实施定位面临着各种复杂的不利条件的挑战。而在某些区段，其道床漏泄又非常之大，如在德国铁路中曾经使用过的钢枕木道床，在这些条件下用轨道电路定位是根本不可能的，而用计轴器对列车定位就能较好地克服这一问题。在电子技术高速发展的今天，电子计轴器已完全替代了传统的机械计轴装置。

电子计轴器列车定位系统主要包括室内和室外部分，如图3－6所示：室内部分包括信号处理电路和计数器处理电路；室外部分主要包括地面传感器、电缆盒、传输电缆等。

在图3－6中，在轨道区段的分界点安装计轴点，计轴点是一个车轮识别装置。当车轮驶过计轴点时，在计轴点中形成脉冲或其他信号，通过电缆传输到控制中心，由控制中心联锁设备中计数装置根据这些信号对车轮计数。当列车进入传感器1和传感器2防护的区段时（假定运行方向由左向右），列车轮对首先经过传感器1，列车每一对轮对经过传感器时都会改变一次传感器周围的电磁分布，传感器检测到这一改变后就说明列车已进入区间，传感器对这种改变的次数计数，并将计数值传递给控制中心；当列车轮对开始出清该区段时，同样会改变传感器2周围的电磁分布，传感器2也将检测到的变化次数传递给控制中心，当进入（传感器1）的次数等于出清（传感器2）的次数时，说明列车已完全出清。通过列车对区间的占用情况可以判断出列车的位置。显然，就其功能而言，电子计轴器是与轨道电路相同的。电子计轴器本身不具备向列车传输信息的通道，机车上要获取位置信息除了依靠驾驶员瞭望信号机外，必须另外增加信道。

计轴定位技术的关键在于车轮识别点（计轴点）的可靠工作，要求车轮识别点能够适应列车高速运行的机械应力、牵引电流以及磁轨制动造成的电磁干扰等。由德国西门子（SIEMENS）公司开发的ZP43型电子计轴器经过充分的实验室和现场试验被证明是一种安全可靠的车轮识别设备。ZP43型电子计轴器的轨旁设备主要包括发送器和接收器两个部分，用两个固定的螺栓与一块屏蔽金属板一起固定在轨腰上。发送器内部产生一个大小恒定、频率为43kHz的电压，并由此电压产生围绕钢轨的磁场。当计轴点无列车通过时，发送器产生的磁场只有一部分由接收器感应产生静态电压；当轮对经过计轴点时，磁场受场的集肤效应作用几乎全部被接收器接收产生静态电压，前者的电压要低于后者，根据这一电压差别可以识别轮对。选择43kHz频率是基于计轴点在40～60kHz之间的工作频率抗信号干扰性能最佳的试验结果而定的。

为了能够判别列车不同的运行方向，一般在一个计轴点设置紧密相依的两个车轮识别装置，由车轮通过两个计轴点的先后次序来判断列车的运行方向。

图3－6　计轴器定位原理

即便现代科技为实现高可靠的计轴设备提供了物质基础，但设备故障是不可避免的，因此计轴定位系统必须能够检测错误并采取一定的措施防止计轴点出错。一般来说，计轴点的故障主要有两类：设备故障导致不能计数或计数故障导致计数出错。针对前者的解决方案是取消该计轴点，而将与该计轴点相邻的两个区间合并为一个区间；针对后者的解决方案是连续比较出错计数点前后相邻多个计数点的计数结果。若实际的车轴数与设备给出的轴数不符，则认为出现计数差错。这种情况将导致出现“不真实的区段占用”，可能会发生撞车事故，不符合故障-安全性准则。通常计数差错情况有以下两种：一种是当列车在进入某个区间时，传感器1少计数了若干轮对，而列车在出清该区间时，传感器2正常计数，那么就有可能出现当列车在区间运行时，恰好有若干节车厢与列车脱节，而此时脱节的车厢轮对数恰好与传感器1少计数的轮对数相等。这样就会导致传感器1和传感器2的计数相等，从而给出区间“空闲”的信号。另外一种情况是，列车在进入区间时，传感器1的计数正确，而列车出清该区间时，传感器2多计数了若干轮对，那么就有可能出现当列车在区间运行时，恰好有若干节车厢与列车脱节，而此时脱节的车厢轮对数恰好与传感器2多计数的轮对数相等。这样就会导致传感器1和传感器2的计数也相等，从而给出区间“空闲”的信号。

计轴定位继承了轨道电路定位的很多特点，和前述的轨道电路法一样，这种方法定位安全性较高，精度较差，通常也需与测速装置结合起来使用。由于不依赖于轨道电路，因而对环境的适应性更强，维护量相对较小，但不能作为车-地通信的通道，也无法检测断轨故障。

3.查询-应答器列车定位

基于查询-应答器的列车定位方法也是被广泛采用的一种定位方式，它可以点式地给出列车定位信息。作为列车定位系统，查询-应答器具有很高的定位精度，它在应答器安装点的定位精度为1～2m，取决于查询天线的作用范围。同时，它还具有很高的可靠度，可以在任何气候、任何地点（包括GPS作用不到的地区）可靠地工作，并且还具有维修简便、运行费用低等优点。

查询-应答器一般由车载查询器、地面应答器和轨旁电子单元（Lineside Electronic Unit，LEU）（可选择）组成。地面应答器一般装在两根轨道中央或一根钢轨的外侧。车载查询器装在机车上与应答器相对应的位置。应答器一般都是无源的，其内部寄存器按协议数据形式存放用来实现列车速度监控和其他行车功能所必需的数据。如图3－7所示，当列车驶过地面应答器且车载查询器与应答器对准时，查询器首先以一定的频率通过电磁感应方法将能量传递给应答器；应答器内部电路在接收到能量后即开始工作，将所储存的数据以某种调制方式通过电磁感应传送到车上。

图3－7　查询-应答器基本工作原理

查询-应答器可用作连续式列车速度自动控制系统的列车精确定位设备，这时应答器内部储存的数据是固定的，也可用作点式列车速度自动控制系统的列车检测、定位辅助设备，这时应答器作为电子计轴器等系统向机车传输数据的通道，置于信号机旁，用于向列车传递信号、显示信息。因此，要通过轨旁电子单元（LEU）提供接口与信号机相连。

在地面应答器内存储地理位置信息，机车上的查询器经过它耦合以后，就可以得到列车的精确位置。显然，为了准确定位就必须大量设置地面应答器。在欧洲的部分铁路线上，甚至每3～5m就设置一个地面应答器。为了减少投资，也可用地面应答器来校准因测速设备产生的里程数，以消除累计误差，从而减少应答器的设置数量。例如，在纽约城市快捷运输系统中，每隔91～305m设置一个地面应答器。

采用应答器定位技术的信息传递是间断的，即当列车从一个信息点获得地面信息后，要到下一个信息点才能更新信息，若期间地面情况发生变化，就无法立即将变化的信息实时传递给列车。因此，应答器定位技术往往作为其他定位技术的补充手段。

查询-应答器定位的特点是：

（1）可以提供准确的初始位置信息；

（2）精度是可以调节的，根据不同的精度需要安装应答器，但是精度的提高是以增加成本为代价的；

（3）维护量大，沿线分布大量的应答器，需要大量的人工，且不便于设备的维护保养和线路的养护；

（4）查询-应答器既可以实现列车定位，也可以作为点式信息传输的通道，提供车-地通信。

目前，一种利用接触网定位器辅助列车定位的方法，与基于应答器和里程计的列车定位方式相比，在无须增加线路上其他固定设备的情况下，可以大大减少地面应答器的数量，同时还能较大幅度地提高了列车定位的精度。这不仅降低了成本，减少地面设备的维护量，还有利于线路养护。

在电气化铁路线上，线路两旁矗立有若干间隔较小的接触网支柱，线路的上方架有接触网馈电导线（接触线），接触线在支柱或隧道壁上通过定位器进行定位。由于线路上各个定位器的位置是固定的，相邻定位器之间的距离为20～45m，特殊情况最长也不超过60m，因此在相邻两个应答器之间，可以利用定位器检测信号和线路参数，以及对里程计误差进行校正。一般而言，用于列车定位的线路参数应包括支柱杆号、杆距、定位器所在侧（处于线路运行方向的左侧或右侧）等数据。此外，线路参数还可以包括每个跨距内线路的性质（如桥梁、隧道等）、坡度、曲线半径、线岔等用于电子地图显示和列车自动运行控制所需的线路数据。基于应答器、里程计和接触网定位器辅助定位的列车定位原理如图3－8所示。

图3－8　基于应答器、里程计和接触网定位器 辅助定位的列车定位原理

4.测速定位

前面介绍的轨道电路定位、计轴器定位和查询-应答器定位技术的定位精度都比较低，在对列车运行速度、位移实施精确控制时是远远不够的。为了提高列车定位的精度，目前较为广泛地应用测速定位作为辅助定位方式。测速定位就是通过不断测量列车的即时运行速度，对其进行积分（或求和）的方法得到列车的运行距离。(www.xing528.com)

由于测速定位获取列车位置的方法是对列车即时运行速度进行积分或求和，故其误差是累积的，而且测得的速度值误差对最终距离值的误差也具有直接影响。因此，利用该种定位方法的关键在于两点：速度测量的准确性和求位移算法的合理性。另外，测速定位法总体来说属于相对定位，它无法获取列车的初始位置，要获得列车的绝对位置仅仅依靠这种方法几乎是不可能的。

测速定位主要包括轮速（里程表）法和多普勒雷达法等测量方法。轮速法的原理是在列车车轮外侧安装旋转式光栅，当列车运行时由轮轴的旋转带动光栅旋转；在光栅的两侧安装发光装置和光电传感器，随着光栅的旋转光电传感器可以接收到发光装置的“光脉冲”信号，并将其转化为电脉冲信号送至车载计数器，由车载计数器对该脉冲信号进行计数；通过检测该信号次数可以判断车轮即时转角，由车轮的转角又可以求得列车的位移。例如，假定所采用光栅刻度为60线，车载计数器的计数结果为n，则列车的位移S=，d为车轮直径。用轮速法测量列车距离的主要缺点在于：当列车轮对出现磨损、空转、滑行等情况时，误差会比较大。而且，无论列车是在前进还是在后退，计数器均按照列车前进来计数。虽然这种方法对光测量设备的抗冲击性要求较高。但是，它非常简便，易于实现。

多普勒雷达法是利用多普勒效应来测量列车运行速度。在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车运动会产生多普勒效应，所以检测到的信号频率与发送的信号频率不完全相同。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射的信号频率；反之，则低于发射的信号频率。而且，列车运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度，对列车的速度进行积分就可得到列车的运行距离。这种方法对于列车测速的精度和频率要求都比较高。多普勒雷达法需要的设备相对于测速法较为复杂，如果由于地面不平整导致电波的散射较厉害时，测量难度就会加大。但它的优点是克服了车轮磨损、空转或滑行等造成的误差，可以连续测速、测向和定位。

5.交叉感应回线定位

由于轨道电路在实现车-地通信时受钢轨、道床条件的限制较大，这就成为制约列车提速、提高密度的“瓶颈”。于是人们开始在轨间敷设电缆作为车-地通信的信道。由于轨间电缆是实现车-地通信的唯一通道，因此必须考虑抵抗牵引电流干扰的问题，以提高信息传输的可靠性。通常采用的方法是在两根钢轨之间敷设交叉感应回线：一条线固定在轨道中央的道床上，另一条线固定在钢轨的颈部下方，它们每隔一定距离作交叉，中央回线就像一个天线。当列车驶过一个交叉点时，通过车载设备检测环线内信号的相位变化（图3－9、图3－10），并对相位变化的次数进行计数，利用信号极性的变化引发地址码加1，由列车中央控制单元根据地址码计算出列车的地理位置，并对从列车转速转化得到的里程记录进行误差修正。由于感应回线是列车与地面之间的信息通道，利用极性交叉这种方法一方面可实现列车的定位，另一方面也起到了抵抗牵引电流干扰的作用。感应回线车载传感器法在德国、西班牙的高速铁路，以及美国旧金山Munl's ATCS系统等很多地方被广泛应用。

图3－9　交叉感应回线定位原理图

图3－10　交叉感应回线定位结构图

6.GPS列车定位

GPS是基于卫星发射信号的定位系统，由导航卫星、地面检测站和用户接收机组成。利用低轨道24颗卫星进行全球导航定位（其中3颗备用），卫星处在距地面高度约20 000km、相互间隔120°的三条轨道上。每条轨道上有6～8颗卫星，即总共有18～24颗卫星围绕着地球运转，每12h绕地球一周。其目的是保证地球上任何一个用户终端能进行4颗卫星的无源定位，获得三维空间的位置参数。卫星发射出无线电信号，该信号包括载波信号、测距码（P码和C／A码）。待定位的物体（如列车）上的接收器可以同时接收4颗以上卫星的信号，根据这些信号测定信号传播的单程时间延迟或相位延迟，进而确定从观测点至GPS卫星间的距离，从而计算出观测点的位置。

图3－11　GPS定位原理

利用GPS实现列车定位已是一种比较成熟的技术。只要在列车两端安装GPS接收机和差分误差信息接收器，接受多颗导航定位卫星发送来的定位信息，就可以计算出列车的确切位置，GPS定位原理如图3－11所示。电磁波的传播速度是固定不变的光速，如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间，也就等于测量出两个物体之间的距离。测量的精度取决于扩频通信中码片的宽度。码片越窄，扩展的频谱越宽，精度就越高。民用GPS的位置精度为100m；利用C／A码（民用码、粗码），定位精度约45m；通过一些措施可将定位误差限制在高速铁路允许范围内，如差分GPS（DGPS）定位精度可达10m；使用差分定位方法（DGPS），并引入了一个已知位置的误差信息后，定位精度甚至可以达到3m左右。

GPS定位系统可实现全球、全天候连续地实时导航与定位，操作简单，抗干扰性能强。相对于传统的列车位置检测设备而言，GPS定位方法设备简单、精度高、成本低、体积小、维护方便。其主要问题是列车在隧道等接收不到卫星信号的区域无法采用GPS定位。另外，美国军方认为在必要的时候可以关闭C／A码，这也使得人们对该方法的可靠性产生了疑问。GPS列车定位存在以下缺点：

（1）在周围阻挡物较多的地方，例如城市、树林、山区、隧道等，列车的定位精度受到影响，甚至无法定位（列车在隧道中无法接收卫星信号），因此在这些地方要加上地面设备辅助定位，如回线、应答器等。

（2）装有接收机的列车与差分台的距离不宜太远，否则会影响定位精度，所以要有差分台接续措施。

（3）GPS对卫星故障十分敏感，一旦一颗卫星失效，就会导致GPS性能恶化，所以不能仅将GPS定位信息作为列控安全防护系统的唯一位置参数。

与GPS相比，商业卫星定位系统更适合于列车定位。目前，其他卫星导航与定位系统有俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略以及中国的北斗。

GPS定位方法的显著优点是定位精度高，可实现连续定位；另外，对于用户来说由于没有地面设备，因而可以节约大量的安装和维护工作。但是GPS定位的缺点也是十分明显的，与轨道电路定位、计轴定位等方法相比，GPS定位的精度是较高的，但是轨道电路定位等方法的优势在于具有明确的临界值，而且沿线路分布，误差不会扩展到另一线路，GPS定位则不然，它没有明确的临界值，且误差可以扩展到相邻线路上，而解决的方案只有更大程度地提高定位精度和可靠性。另外，GPS定位受环境影响也大，在城市、地下铁路、山区等处几乎无法正常工作。GPS定位的另一个缺陷是信息的安全性，简单地说就是这个系统是由美国国防部操纵的，过于依赖该系统其实就是受制于人。因而，到目前为止，尽管GPS定位有着诱人的优势，但是在使用它的时候大家还是疑虑重重，增加了较多的防护措施，这样一来，其定位的优势就被大大削弱了。

7.无线扩频列车定位

随着移动通信技术的发展，扩频多址成为新的列车通信技术。它的特点是抗干扰性强、隐蔽性强、易于实现码分多址和抗多径干扰。扩频多址主要有两种方法：跳频扩频（frequency hopping）和直接序列扩频（direct sequency）。

无线扩频定位的基本原理是：在地面沿线路设置无线基站，无线基站不断发射带有其位置信息的扩频信号，当列车接收到扩频信息后，求解列车与信息之间的时钟差，并根据该时钟差求出与无线基站之间的距离，同时接收3个以上无线基站的信息就可以求出列车的即时位置。可以看出，无线扩频定位与GPS定位原理几乎完全一样，只是将卫星“挪”到了地面，由无线基站实现了GPS卫星的功能。

8.IPS列车定位

IPS是惯性列车定位系统（Inertial Positioning System）的英文简写，它根据牛顿力学定律，通过测量列车的加速度，将加速度进行一次积分后得到列车的运行速度，再进行一次积分即可得到列车的位置（包括经度、纬度和高度），从而实现列车定位。

IPS定位的显著优点是环境适应性强，不受天气、电磁场等影响，属于高安全性的定位方式。它可以随时采集列车的位置信息（连续采集、连续积分），在小范围内其测量精度也较高，而且用该方法可获取的信息种类较多，如列车的方向、位置、速度等。但是这种方法是一种相对定位方式，必须获得列车的初始位置信息后方可得到列车的即时位置。同时，与其他相对定位方法一样，它也存在误差累积的缺陷。所以，这种定位方法一般都与其他定位方法（如查询-应答器定位、GPS定位等）结合起来使用，作为提高定位精度的手段或解决某些定位方法固有缺陷的工具。

9.航位推算系统定位（Dead Reckoning，DR）

航位推算定位基于相对位置修正，由于列车的运动可以看作是在二维平面上的运动，因此如果已知车辆的起始点（为局部平面坐标系中的东向位置坐标x0，为局部平面坐标系中的北向位置坐标y0）和初始航行角θ0，通过实时测量和递增地积累列车的行驶距离和航向角的变化，就可实时推算出列车的位置。航位推算系统原理如图3－12所示。

航位推算系统由测量航向角的传感器和测量距离的传感器构成。典型的航位推算系统包括位移传感器和航向传感器。虽然，传感器有很多种，但一般采用惯性传感器作为航向传感器和位移传感器。由于惯性传感器完全依靠机载设备完成导航任务，与外界不发生任何光电联系，不受气候条件的限制，因此在航天、航空和航海等领域得到了广泛的使用。

惯性传感器包括两类：陀螺（gyroscopes）和加速度计（aceelerometers）。陀螺的输出信号是沿输入轴方向与角速度成正比的电压信号。加速度计的输出信号是沿输入轴方向与惯性加速度和重力加速度分量成正比的合成信号。原则上说，三维坐标系中需3个陀螺和3个加速度计来确定位置和速度，但对车辆的导航定位应用来说，只要求水平坐标，故仅需一个测定航向的陀螺及2个加速度计，它们的工作原理如下。

（1）陀螺。振动陀螺的内部都有一个固定于两点的金属三棱柱，在压电陶瓷的作用下以7kHz的频率振荡。无转动时，2个压电陶瓷感应到的信号平衡相等；而转动时，感应到的信号不平衡。如此便由内部的模拟电路检测出信号差，并产生与角速度成正比的输出电压。

图3－12　航位推算系统定位原理

（2）加速度计。加速度计采用的是惠斯顿电桥原理，在加速时作用力使得电桥不平衡，从而产生与加速度成正比的电压。每个坐标轴的加速度计，产生正比于所有加速度在该轴分量之和的电压。由于陀螺测得的是角速度，需积分得出角度。加速度计的情况也类似，需2次积分才得到位移。

传感器产生的少量误差会导致大的误差累积，从而会降低定位精度，因此需建立惯性传感器的误差模型，以减少位移和航向误差的影响，有效的陀螺和加速度计的误差补偿方法对系统的精度至关重要。

从成本、应用环境和现实条件等方面考虑，一般采用角速度陀螺和里程仪组成航位推算系统。里程仪输出的是脉冲信号，车轮每转一圈，里程仪便输出一个脉冲信号（也可以根据具体设备输出多个脉冲）。通过累加一定时间内的里程仪的脉冲数目，可以计算出车辆在这一段时间内驶过的距离，也可以计算出车辆的行驶速度。里程仪输出脉冲与车辆速率之间的关系为v=kx，其中x为单位时间的脉冲数，其中k为里程仪的刻度系数，其数值是事先测定的。通过对刻度系数k进行校正，或者使用其他的测量手段对里程仪的测量实时进行误差补偿。

总之，航位推算系统传感设备能够测量出正在行驶的车辆的运行距离、速度和方位，在短时间内这些传感器的精度较高，但如果时间较长则需采取措施，以避免误差累积。

10.地图匹配定位

地图匹配是一种基于软件技术的定位修正方法，其基本思想是将列车定位轨迹与数字地图中的道路网信息联系起来，并由此确定列车相对于地图的位置。地图匹配技术的应用以两项假定为基础：①用于匹配的数字化地图包含高精度的道路位置坐标；②被定位列车正在道路上行驶。

实现地图匹配的方法有很多，但大体上可以归结为三类：点到点的匹配；点到线的匹配；线到线的匹配。

要得到精确的地图匹配结果，下列三个基本要素必须加以考虑：

（1）距离要素，即当前估计位置到所匹配路段的距离应为最短。

（2）方向要素，即相邻两匹配位置的连线具有与对应估计位置连线最接近的方向。

（3）连通性要素，即如果前一时刻的匹配结果在某一路段，则当前时刻的匹配结果应在同一路段。

当上述条件满足时，就可以把定位数据和列车运行轨迹同数字地图中的道路位置信息相比较，通过适当的模式识别和匹配过程，确定出列车最可能的行驶路段以及列车在该路段中的最可能位置。如果上述假设不成立，则地图匹配将产生错误的位置输出，并可能导致系统性能的严重下降。一般认为，用于匹配的数字地图误差不应超过15m。由于陆地车辆在除进入停车场等地之外的绝大多数时间内都处于路网中，因此，采用地图匹配技术不仅可以满足导航功能的需要，还可以利用较高精度的道路信息来修正定位系统的误差，从而使得系统性能得到改善，其精度取决于地图的精度和地形的变化情况。