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中国高铁跑得这么稳 竟和天上的北斗卫星有关

来源:咸宁网 时间:2020-11-10 15:59

与利用轨距尺进行测量或全站仪半自动测量等传统手 段相比,北斗惯导小车在保证测量精度的同时,作业效率提 升了20倍以上,大幅度降低了测量成本和外业复杂度。

10 月 28 日,国新办就 2020 年前 三季度交通运输经济运行情况举行发 布会。交通运输部新闻发言人、政策 研究室主任吴春耕介绍,目前,大概有 698.61 万辆道路营运车辆已经安装 使用北斗系统。交通运输部出台了交 通运输行业应用北斗卫星的专项规 划,铁路、公路等重点领域的政策指导 正在不断加强。

在此前10天左右,来自中铁第五 勘察设计院集团有限公司(以下简称 铁五院)的工程师们,与武汉大学的工 程技术人员进行合作,将自主研发的 北斗惯性组合导航铁路轨道几何状态 测量仪(俗称北斗惯导小车),成功用 在京沈高铁朝阳枢纽至顺义段施工现 场,完成了近50公里有砟轨道的多回 合精测任务。

这是北斗三号全球卫星导航系统 首次工程化应用于高铁建设领域,直 接服务于轨道精调,确保轨道的位置 和平顺性严格达到设计标准。

那么,距离地球几万公里的北斗 系统,如何给铺设于地面的交通干线 “把脉”?又能达到怎样的测量精度 呢?

保证轨道平顺 要进行多种数据精准测量

据介绍,乘客可以在以 350 公里 时速运行的高铁车厢中“闲庭信步”, 在车窗边上竖硬币不倒,都有赖于高铁 线路的高平顺性。一旦轨道不够平顺, 就会导致机车车辆出现系统震动,对轮 轨噪声、轮轨相互作用力以及乘车舒适 性、安全性等都会产生直接影响。

为最大限度保证轨道的平顺性, 工作人员需要精准获取轨道的三维位 置坐标、轨道间距等,实现轨向、高低、 轨距、水平等各项几何参数的高精度 测量。

“简单来说,需要先通过测量确定 轨道中心线的实际位置,得出其与设 计位置在平面(轨向)和高程(高低)方 向的偏差。然后根据这个偏差,计算出 调整量。”铁五院北斗铁路行业综合应 用示范工程项目技术负责人饶雄说。

早期建设和维修铁路时,技术人 员需要使用轨距尺手动测量轨道,作 业效率非常低。

后期使用专门的高精度全站仪进 行轨道测量。测量人员会在轨道中线 上临时架设一个三脚架,然后将高精 度全站仪架在三脚架上,以光电扫描 的方式测得选取样点的信息,进而再 推算钢轨的坐标数据,每根轨枕都要 重复一次,一个小时只能测量200米。

随着高铁建设的飞速发展,轨道 精测技术也在不断演进。惯性组合导 航铁路轨道几何状态测量仪,也叫惯 导小车,是目前最为常见的测量方式。

饶雄说,有了惯性导航技术,用一 台设备就能对任意位置的轨道几何形 位进行精准定位,测量数据实现了一 站式集成处理,在保证精度的同时显 著提高了作业效率。这也意味着,将 铁路轨道数据采集模式交给惯导小车 后,就可实现自动采集,数据自动处 理,基本不需要现场做过多的操作。

有了北斗助力 测量精度更高作业效率提升20倍

在前期积累的技术和产品基础上,铁 五院联合武汉大学共同组成研发团队,对 铁路普遍采用的惯导小车开展了国产化 改造升级。新研发的北斗惯导小车集成 了多项国产技术,最大特点就是采用国产 北斗芯片。

“项目集成了支持北斗三号的国产卫 星导航接收机和惯性导航系统,用于替换 传统轨道精测手段。”饶雄说。北斗导航 与惯性导航功能可以形成互补,提高系统 的整体导航精度、导航性能以及空间校准 能力。

据了解,北斗的精密定位功能结合惯 性导航强大角度和位置推算能力,可以实 现连续移动测量,工作人员推着小车一路 走一路就能同时进行测量计算,测量效率 可以达到步行的每小时5公里左右甚至更 快。因为北斗系统独特的星座设计,在中 国上空的北斗卫星数量更多,所以测量精 度更高,抗干扰性和可靠性也更强。

另外,北斗的高精测量能力还能有效 帮助减少测量误差。“采用北斗或者其他 卫星定位技术,可有效抑制误差的累积, 使整套系统在长时间内都维持在一个高 精度的水准。”饶雄说,与利用轨距尺进行 测量或全站仪半自动测量等传统手段相 比,北斗惯导小车在保证测量精度的同 时,作业效率提升了20倍以上,大幅度降 低了测量成本和外业复杂度。

“采用国产北斗芯片,我们这台惯导 小车核心传感器完全国产化,变得自主可控, 摆脱了对其他导航设施的依赖。”饶雄说。

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这些铁路“黑科技”都与北斗有关

事实上,看起来远在九霄之上的北 斗,已经来到了我们身边,多项成功运用 于铁路建设的“黑科技”,都与北斗有关。

精准定位中欧班列

中欧班列的运距都在1万公里以上,很多时候会经过无人区,列车经过这 些区域的时候,信号就丢失了,没有办法 保存。现在安装了北斗定位系统以后, 可以实时把列车的运行数据记录下来, 等到列车运行到有移动通讯信号的地方 后,再回传给中欧班列运行服务中心,确保了信息的完整性。目前,中欧班列联 通 21 个国家 72 个城市,北斗卫星能够跟踪中欧班列运行轨迹,定位精准到 10 米 以内。

全天候发布预警信息

北斗基础设施监测应用可对铁路设 备设施及沿线环境全天候,进行实时自动 化高精度监测,采集原始监测数据,并对数据进行预处理,实现监测数据的解算分 析、预警信息的发布等功能。

及时掌控机车状态

中国机车远程监测与诊断系统(CMD 系统)通过北斗卫星导航系统,可实时将机车 故障、报警信息、机车位置信息等及时传输 到地面系统,完成车对地、地对车数据的 采集处理传输。职能部门可以及时掌握机 车故障、报警信息、机车位置信息和机车工作 质量状态。机车乘务员对机车质量控制 的便捷性和有效性大大提升。(咸宁日报综合)


编辑:但堂丹

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