工作人员正在使用北斗惯性导航小车进行轨道精度测量。受访者供图
与用量规测量或半自动全站仪测量等传统方法相比，北斗惯性导航小车在保证测量精度的同时，将作业效率提高了20倍以上，大大降低了测量成本和现场工作量复杂性。
10月28日，国务院新闻办公室召开2020年前三季度交通运输经济运行情况新闻发布会。交通运输部新闻发言人、政策研究室主任吴春耕表示，目前，约有698.610,000辆道路车辆已安装并使用北斗系统。交通运输部印发北斗卫星在交通运输行业应用专项规划，铁路、公路等重点领域政策引导不断加强。
大约10天前，中铁第五勘察设计院集团有限公司（以下简称铁五院）工程师与武汉大学工程技术人员合作，集成了自主研发的北斗惯性综合体导航铁路轨道几何状态测量仪（俗称北斗惯性导航车）在京深高铁朝阳枢纽至顺义段施工现场成功使用，完成了多轮精密测量任务近 50 公里的道碴轨道。
这是北斗三号全球卫星导航系统首次应用于高铁建设领域。
那么，距离地球数万公里的北斗系统是如何“把握”铺设在地面上的交通大动脉的呢？可以达到什么样的测量精度？
为保证赛道的顺畅，需要多种数据和准确的测量
据报道，在时速350公里的高铁车厢里，乘客可以“自由行走”，硬币也不会从窗户上掉下来，这一切都取决于车厢的高平稳性。高铁线。一旦轨道不够平整，就会引起机车车辆的系统振动，直接影响轮轨噪声、轮轨相互作用力、乘坐舒适性和安全性。
为了最大程度保证轨道的流畅性，工作人员需要准确获取轨道的三维位置坐标、轨道间距等，实现对各种几何参数如如轨道方向、高度、轨道距离和水平。
“简单来说，首先要通过测量确定轨道中心线的实际位置，得到在平面（轨道）和标高（高度）方向上与设计位置的偏差。然后根据这个偏差，计算出调整量。”铁路五院北斗铁路产业综合应用示范项目技术总监饶雄说。
在铁路建设和维护初期，技术人员需要使用量规手动测量轨道，效率非常低。
后期使用专用高精度全站仪进行轨道测量。测量员会在轨道中心线上临时架起三脚架，然后将高精度全站仪安装在三脚架上，通过光电扫描的方式测量所选样本点的信息，进而计算出的坐标数据。铁路。重复一次中国上空的卫星参数大全，一小时内只测量 200 米。
随着高铁建设的快速发展，轨道精密测量技术也在不断发展。惯性综合导航铁路轨道几何状态测量仪，又称惯性导航车，是目前最常用的测量方法。
饶雄说，惯性导航车主要包括陀螺仪、加速度计、惯性导航系统和卫星定位系统。在测量过程中，工作人员需要将惯性导航车推到轨道上，因为小车是在三维空间中运动的，所以通过建立空间坐标轴，加上测量过程中在三个方向上采集的数据，通过计算机计算出赛道各部分的空间坐标，进而计算出连续点的数值是否存在异常偏差。
饶雄表示，借助惯性导航技术，单台设备即可准确定位任意位置的轨道几何形状，并可将测量数据整合到一站式处理中，在保证精度的同时显着提升了作业效率。效率。这也意味着，将铁路轨道数据采集模式交给惯性导航小车后，就可以实现自动采集和数据自动处理，基本不需要做太多的现场操作。
借助北斗中国上空的卫星参数大全，测量精度更高，运行效率提升20倍
在前期积累的技术和产品基础上，五院与武汉大学联合组建研发团队，对铁路常用惯性导航车进行国产化改造升级。新研发的北斗惯性导航车融合了多项国产技术，最大的特点就是采用国产北斗芯片。
“该项目集成了国产卫星导航接收机和支持北斗三号的惯性导航系统，以取代传统的轨道精密测量方法。”饶雄说道。北斗导航和惯性导航功能相辅相成，可以提高系统的整体导航精度、导航性能和空间标定能力。
据了解，北斗精准定位功能结合惯性导航强大的角度和位置估计能力，可实现连续移动测量。工作人员可以一路推车同时进行测量和计算，测量效率可达步行小时。 5公里左右，甚至更快。由于北斗系统独特的星座设计，中国上空的北斗卫星较多，因此测量精度更高，抗干扰性和可靠性也更强。
此外，北斗的高精度测量能力可以有效帮助减少测量误差。通常情况下，惯性导航系统的数据计算是一个整体过程。整个过程加上定位陀螺仪和加速度计的误差。误差的快速积累会对计算结果产生一定的影响。 “利用北斗或其他卫星定位技术，可以有效抑制误差的积累，使整个系统能够长期保持在高精度水平。”饶雄说，使用量规进行测量或半自动全站仪测量与其他传统方法相比，北斗惯性导航车在保证测量精度的同时，提高了20倍以上的运行效率，大大减少了测量。成本和领域的复杂性。
“采用国产北斗芯片，我们惯性导航车的核心传感器完全国产化，自主可控，摆脱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
在今年中国国家铁路集团有限公司印发的《新时代强国铁路规划推进纲要》中，明确提出到2035年建成首个智能铁路网完全的;高铁将拥有北斗卫星导航系统、5G通信技术的天、天、地一体化的“超级大脑”。事实上，看似遥不可及的北斗已经来到了我们身边。许多在铁路建设中成功应用的“黑科技”都与北斗有关。
中欧班列精准定位
中欧班列运输距离超过10000公里。很多时候，他们会经过没有移动通信信号的无人区。当火车经过这些区域时，信号丢失，无法挽救。既然安装了北斗定位系统，就可以实时记录列车的运行数据，当列车到达有移动通信信号的地方时，就会回传给中欧列车运行服务中心，确保信息的完整性。目前，中欧班列连接了21个国家的72个城市。北斗卫星可跟踪中铁快车轨迹，定位精度在10米以内。
允许 24/7 全天候警告信息
北斗基础设施监测应用可以对铁路设备设施及沿线环境进行全天候的实时自动高精度监测，采集原始监测数据，并对数据进行预处理，实现监测数据的计算分析以及发布预警信息等功能。例如，昊吉铁路沿线的5座重点桥梁和6个重点边坡采用北斗高精度位移变形监测技术对基础设施进行长期监测，不仅可以保证实时连续监测，还能有效获取趋势。信息化，并能保证高精度和自动化，增加对线路安全的保护。
及时控制机车状态
中国机车远程监控诊断系统（CMD系统）可以通过北斗卫星导航系统将机车故障、报警信息、机车位置信息等实时传输到地面系统，完成车对地的采集。 - 地面和地面到车辆的数据处理传输。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况。机车乘务员进行机车质量控制的便利性和有效性大大提高。
