近年來，由于信號系統(tǒng)故障及人為失誤所造成的城市軌道交通行車安全問題時有發(fā)?生，國內(nèi)外學(xué)者們對輔助列車安全駕駛的方法做了大量的研究。德國在?2007?年就已經(jīng)著手研發(fā)基于車與車通信的鐵路避撞系統(tǒng)RCAS（Railway?Collision Avoidance System）使列車能周期地獲取鄰近區(qū)域的運行狀況信息，若有潛在的碰撞危險則向司機發(fā)出警告并給出建議，從而避免碰撞事故的發(fā)生。RCAS的定位算法主要基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地圖匹配等方式。印度鐵道部下屬機構(gòu)與克奈科斯微系統(tǒng)有限公司進行技術(shù)合作，開發(fā)了列車防撞裝置網(wǎng)（Anti?Collision?Device?Network，ACDN）。系統(tǒng)釆用GPS（GlobalPositioning?System）技術(shù)來獲取定位信息，通過特髙頻（Ultra?High?Frequency，UHF）無線電數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn)列車間的通信。系統(tǒng)通過尋找其他列車信號，保持相對速度以及相互間的距離[4]。2013?年劉祎[5]和蘇昱[6]在各自的研究中提到了基于衛(wèi)星定位輔?助安全系統(tǒng)的設(shè)計以及?2014?年中國中鐵二院工程集團提出的基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的列車定位輔助預(yù)警系統(tǒng)[7]。其原理均是通過衛(wèi)星定位檢測列車的實時位置，并通過處理單元將位置信息進行整理，并向司機發(fā)出預(yù)警。由于城軌列車大多數(shù)情況運行在地下，無法全程獲得GPS衛(wèi)星的定位信號，導(dǎo)致這類系統(tǒng)的使用受到限制。

周巧蓮[8]、王洪檢[9]、鄧奇[10]分別提出了基于射頻探測技術(shù)、RSSI（Received Signal Strength?Indicator）算法、啁啾擴頻（Chirp?Spread?Spectrum，CSS）技術(shù)的列車輔助防撞系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作原理是在列車頭、尾各設(shè)一套相同的設(shè)備，通過建立同一軌道上前車尾端和后車前端的應(yīng)答機制，實現(xiàn)列車間距的檢測，為列車駕駛員提供相關(guān)報警信息。這些方法是通過直接建立列車與列車之間的通信來保證列車的安全駕駛，但調(diào)度人員無法獲取列車在軌道上的絕對位置信息。江曉寅[11]針對地鐵CBTC（Communication BasedTrain?Control）信號系統(tǒng)中區(qū)域控制器失效的狀況，提出一種基于無線信號覆蓋范圍的列車定位和速度控制算法。田華軍[12]提出在非正常情況下利用現(xiàn)有的信號機電設(shè)備準確提供列車輔助定位的方案。這些方案都要依靠列車固有的信號系統(tǒng)，無法保證其獨立性。在“9.27”事故發(fā)生后，上海申通地鐵集團也對列車輔助定位系統(tǒng)進行了研究。余磊[13]提出了一種利用RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)對列車進行記點的系統(tǒng)，?該系統(tǒng)在列車頭尾安裝具有車輛信息的電子標簽，在車站站臺的兩端安裝閱讀器，通過列車停站過程中閱讀器讀取標簽信息，將該列車的識別號傳輸至系統(tǒng)中并告知行車調(diào)度和車站值班員列車的停站時間和位置。潘嵊[14]利用RFID技術(shù)與紅外技術(shù)組合的方法提 高了列車在站臺的停車定位精度。楊頔等[15]提出了利用慣性導(dǎo)航與RFID技術(shù)組合的列車輔助定位系統(tǒng)方案，該方案提高了列車運行在區(qū)間的定位精度，但對列車在車站的停車定位精度還有待提高；除此之外，系統(tǒng)通過直接建立列車與列車之間的通信來保證列車的安全駕駛，但調(diào)度人員無法獲取列車在軌道上的絕對位置信息。

綜上可知，目前城市軌道交通列車輔助定位方案的研究較多，主要是利用射頻識別技術(shù)與其他定位設(shè)備的組合對系統(tǒng)進行設(shè)計，研究還存在不足之處：其一，已有系統(tǒng)對定位設(shè)備的使用和組合方法各不相同，使系統(tǒng)功能存在偏差，定位方法并不完善，一類系統(tǒng)只實現(xiàn)了列車在車站的精確停車定位功能，另一類系統(tǒng)實現(xiàn)了列車運行在區(qū)間的定位功能，但對車站停車精度還有待提高；其二，已有系統(tǒng)的工作原理主要是通過直接建立列車與列車之間的通信來保證列車的安全駕駛，但調(diào)度人員無法獲取列車在軌道上的絕對位置信息，無法為調(diào)度中心提供決策依據(jù)；其三，已有系統(tǒng)主要針對框架設(shè)計、軟硬件設(shè)計、定位算法和數(shù)據(jù)處理分析等方面進行研究，沒有輔助定位設(shè)備布設(shè)位置優(yōu)化的研究。

基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）是最前沿的保障城市軌道交通安全、高效運行的系統(tǒng)。為了確保運營安全，各個城市的軌道交通信號系統(tǒng)廣泛采用CBTC系統(tǒng)疊加后備模式的系統(tǒng)制式[16]。IEEE?對?CBTC?系統(tǒng)的定義是：利用高精度的列車定位（不依賴?于軌道電路），雙向連續(xù)、大容量的車地數(shù)據(jù)通信，車載、地面的安全功能處理器實現(xiàn)的一種連續(xù)自動列車控制系統(tǒng)[17]。因此，軌旁定位設(shè)備是實現(xiàn)列車輔助定位系統(tǒng)的關(guān)鍵要素之一。信號設(shè)備布置是信號系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的工作環(huán)節(jié)之一，國外的城市軌道交通發(fā)展相對我國比較早，在七十年代，前蘇聯(lián)、日本以及歐美等國家就提出了相應(yīng)的鐵路站場CAD（Computer?Aided Design）設(shè)計模型，并先后開發(fā)了部分應(yīng)用軟件[18]。目前國外幾個大的系統(tǒng)供貨商基本都有自己獨立的信號系統(tǒng)，而他們的技術(shù)封鎖非常嚴密，關(guān)于設(shè)備布置的算法沒有任何公開的資料。國內(nèi)城市軌道交通信號系統(tǒng)主要根據(jù)設(shè)計人員的工作經(jīng)驗利用計算機輔助工具布設(shè)軌旁設(shè)備[19]。計算機輔助工具能夠?qū)崿F(xiàn)牽引計算和仿?真行車驗證功能，但尚未實現(xiàn)對整條線路上所有的軌旁設(shè)備進行自動地、科學(xué)地、系統(tǒng)地布設(shè)功能。黃瑤[19]通過建立城市軌道交通準移動閉塞的條件模型，研究了城市軌道交通?CAD?輔助軟件的設(shè)備布置規(guī)則。萬霞[20]設(shè)計了基于拓撲結(jié)構(gòu)搜索的城市軌道交通信號設(shè)備布置模型。然而這兩個研究的重點是自動實現(xiàn)軌旁設(shè)備的布置，減輕信號設(shè)計人員的勞動強度；布設(shè)過程中，較多地加入了設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，無法保證設(shè)備在系統(tǒng)中的有效性和工作效率。對于信號設(shè)備布設(shè)方法的研究，邢紅霞[21]提出了城市軌道交通CBTC系統(tǒng)的后備模式下的設(shè)備配置方案，并指出后備模式下軌旁設(shè)備的布置應(yīng)滿足線路設(shè)計的行車間隔、區(qū)間最高運行速度不低于設(shè)計規(guī)定的運營能力的要求。陳晨、蔣大明[22]提出了釆用計軸器作為軌道檢查設(shè)備的方案，詳細闡述了計軸器的布置原則，并在北京地鐵昌平線得以順利應(yīng)用。曹峰[23]從?CBTC?系統(tǒng)的控制模式出發(fā)，分析了 CBTC 模式、點式ATP模式和聯(lián)鎖級控制模式下對三種主要軌旁設(shè)備的布置要求，提出了軌旁設(shè)備的布置原則。從安全和效率兩個角度考慮，對車站和區(qū)間的軌旁設(shè)備分別建立了CBTC?模式、點式?ATP?模式和聯(lián)鎖級控制模式下的布設(shè)模型。Wei 等[24]從工程安全和效率兩方面入手，對信號系統(tǒng)后備模式下的軌道設(shè)備布設(shè)規(guī)則和設(shè)備布設(shè)的驗證規(guī)則進行了探討；并以合肥軌道交通1號線為例，對設(shè)備布設(shè)結(jié)果進行了驗證。目前對信號設(shè)備布設(shè)方法的研究多以列車運行安全和效率為布設(shè)原則，雖然研究已經(jīng)獲得較好效果，但是僅從兩方面考慮而忽略經(jīng)濟因素，并不能滿足實際的工程設(shè)計需求。綜上可知，現(xiàn)有的列車輔助定位系統(tǒng)存在定位功能不完善、定位精度有待提高等問?題；同時，目前缺乏輔助定位設(shè)備布設(shè)方法的研究。對于列車輔助定位系統(tǒng)，定位設(shè)備布設(shè)的合理性直接影響到列車運行的安全和效率以及工程的造價，是評價整個系統(tǒng)的關(guān)鍵指標之一。一方面，定位設(shè)備的布設(shè)是否科學(xué)合理，在一定程度上影響著列車定位的精度和列車運行的效率。另一方面，定位設(shè)備的布設(shè)和維修成本高，可能造成資源浪費。?因此，本文在綜合考慮現(xiàn)有系統(tǒng)的各類故障情況之后，從技術(shù)特性、成本費用、環(huán)境適用性三個方面對比分析常用的定位技術(shù)，選擇符合軌道交通實際運用需求的定位技術(shù)對列車輔助定位系統(tǒng)進行設(shè)計，輔助定位系統(tǒng)將根據(jù)對車站和區(qū)間的定位需求改變定位設(shè)備的組合方式。然后，從安全、效率、經(jīng)濟三方面分析輔助定位設(shè)備的布設(shè)原則，分別以線路通過能力最大和成本最小為目標構(gòu)建布設(shè)模型，以期能更好地應(yīng)用于實際工程問題中。