走进京张高铁:解析北斗技术创新应用

2020-10-26 15:44:43 秘书处 8

今年7月,习近平总书记宣布:北斗三号全球卫星导航系统正式开通!北斗三号系统的建成开通,是我国为全球公共服务基础设施建设作出的重大贡献。

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北斗全球卫星导航系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高、与人民生活关联最紧密的巨型、复杂航天系统。如今的北斗,已经向一带一路沿线国家和地区亿级以上用户提供服务。

1、北斗系统概述

北斗系统彰显了不同凡响的中国风采、中国力量。但是大家知道北斗系统的由来吗?

北斗系统是在1983年,由著名科学家陈芳允院士提出的,它从无到有经历了“三步走”的发展历程,从最早的北斗一号系统,到北斗二号系统,演变成了现在的北斗三号全球系统。

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那北斗系统与大家熟知的GPS有什么区别呢?

GPS作为美国研制的卫星导航系统,起步较早,使用范围也更广泛,在我们日常工作生活中,都会用到它。其实,全球共有4大卫星导航系统,分别为中国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)和欧盟的伽利略(GALILEO),它们的服务能力和技术指标有所差别。

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全球4大卫星导航系统

同其他3种卫星定位系统相比,北斗系统具有3大特点

✔抗遮挡能力强:采用3种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强;

✔定位精度高:北斗全球定位精度优于10 m,亚太地区定位精度优于5 m;

✔融合导航与通信功能:北斗系统具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。

2、北斗在京张高铁的应用

北斗卫星导航定位技术是实现高速铁路移动装备、固定基础设施及内外部环境间信息的全面感知、泛在互联、融合处理和科学决策的重要手段,为智能高铁运营提供科学准确可靠的时空数据服务。在京张高铁全面开展北斗时空信息服务,有助于推动高铁从数字化向智能化发展,实现铁路设备设施更加安全可靠,运营管理更加经济高效,客货服务更加温馨便捷。

京张高铁北斗时空信息服务体系构成:“1个平台、2个支撑、N个应用”。

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■ 1个平台:依托全路统一的北斗技术应用平台——铁路北斗应用服务平台,为京张高铁提供全天候、全天时、高精度的定位导航、同步授时和短报文通信服务;

■ 2个支撑:建设地基增强系统播发差分信息,为各专业应用提供高精度位置服务;建设隧道信号覆盖系统,将卫星信号引入隧道等遮蔽区域,消除人员车辆定位盲区;

■ N个应用:结合现场需求开展多种北斗应用,其中以4类应用作为典型示范:

• 通过配置北斗高精度智能作业终端,实现上线作业人员定位、监控、轨迹回放,保障作业人员安全;

• 通过北斗高精度定位,实现基础设施的形变监测,有效预防安全风险隐患;

• 通过位置信息、测速测向信息等列车运行时空大数据分析,共享服务于专业应用系统;

• 通过天通卫星构建的应急通信网络,在应急情况特别是极端灾害与重大事故导致地面网络不可用时,确保有效通信。

3、北斗在京张高铁的创新

京张高铁首次将北斗技术与高铁智能化相结合,形成了“北斗+GIS”的位置信息可视化、形象化展示服务,“北斗+BIM”的数字化施工服务,“北斗+列车”的列车时空大数据服务,“北斗+传感器”的基础设施综合监测服务,“北斗+遥感”的灾害监测服务,等多种创新应用服务,解决了沿线缺少高精度位置服务网、隧道内定位信号弱的问题,实现了上道作业人员精准定位和铁路基础设施安全监测,为提升京张高铁数字化、智能化运营维护水平作出了贡献。

 创新①

首次构建京张高铁“定位-导航-授时”(PNT)体系,提供统一基准时空信息服务

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北斗PNT(定位-导航-授时)原理图

基于北斗系统构建京张高铁的“定位-导航-授时”(PNT)体系,为京张高铁各业务应用提供统一基准的时空信息服务,同时减少外部应用对核心系统的干扰和安全风险。

 创新②

突破解决隧道内定位难题,快速定位车辆、作业人员,安全无忧。

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京张高铁首次利用信号补偿再生技术实现隧道内卫星定位信号覆盖,解决了隧道内无法进行卫星定位的技术难题,实现隧道内外的无缝定位,确保隧道内定位信息的不间断,显著提高了隧道内作业的安全性和可监控性。

创新③

 多业务场景高效共享列车运行时空大数据,提供精准高效服务。

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基于北斗平台的高精度位置服务,借助后台强大的处理解算能力,挖掘高铁列车位置信息、测速测向信息等实时状态信息,形成列车运行时空大数据,以灵活多样的共享方式高效服务于列车接发、旅客服务、大规模晚点情况分析等场景。

创新④

对基础设施全天候不间断实时监测,共同铸造铁路安全防线,列车安全又多了一道保险。

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京张铁路沿线自然条件比较恶劣,有着地质条件差、坡度大、桥梁多、隧道多、温差大等特点,为了保障高铁列车安全平稳运行,路基、边坡、桥梁、铁塔等铁路基础设施的健康是关键。基于北斗系统的高精度定位功能,结合遥感技术、地理信息技术和传统监测手段等,实现对基础设施的全天候不间断实时监测,在保障列车安全运行的同时,提升旅客的美好出行体验。

北斗卫星导航系统已成为助力交通运输信息化和现代化的重要手段,对建立畅通、高效、安全、绿色的现代交通运输体系具有重要意义。


内容来源:铁科院电子所铁路北斗应用研发中心;铁科院电子所工程建设系统事业部;铁科院电子所基础设施及安全保障事业部。


特约供稿:沈海燕

本期编辑:李依诺