中國高鐵跑得這么穩(wěn) 竟和天上的北斗衛(wèi)星有關(guān)

與利用軌距尺進行測量或全站儀半自動測量等傳統(tǒng)手 段相比，北斗慣導(dǎo)小車在保證測量精度的同時，作業(yè)效率提 升了20倍以上，大幅度降低了測量成本和外業(yè)復(fù)雜度。

10 月 28 日，國新辦就 2020 年前 三季度交通運輸經(jīng)濟運行情況舉行發(fā) 布會。交通運輸部新聞發(fā)言人、政策 研究室主任吳春耕介紹，目前，大概有 698.61 萬輛道路營運車輛已經(jīng)安裝 使用北斗系統(tǒng)。交通運輸部出臺了交 通運輸行業(yè)應(yīng)用北斗衛(wèi)星的專項規(guī) 劃，鐵路、公路等重點領(lǐng)域的政策指導(dǎo) 正在不斷加強。

在此前10天左右，來自中鐵第五 勘察設(shè)計院集團有限公司(以下簡稱 鐵五院)的工程師們，與武漢大學(xué)的工 程技術(shù)人員進行合作，將自主研發(fā)的 北斗慣性組合導(dǎo)航鐵路軌道幾何狀態(tài) 測量儀(俗稱北斗慣導(dǎo)小車)，成功用 在京沈高鐵朝陽樞紐至順義段施工現(xiàn) 場，完成了近50公里有砟軌道的多回 合精測任務(wù)。

這是北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 首次工程化應(yīng)用于高鐵建設(shè)領(lǐng)域，直 接服務(wù)于軌道精調(diào)，確保軌道的位置 和平順性嚴格達到設(shè)計標準。

那么，距離地球幾萬公里的北斗 系統(tǒng)，如何給鋪設(shè)于地面的交通干線 “把脈”?又能達到怎樣的測量精度 呢?

保證軌道平順 要進行多種數(shù)據(jù)精準測量

據(jù)介紹，乘客可以在以 350 公里 時速運行的高鐵車廂中“閑庭信步”， 在車窗邊上豎硬幣不倒，都有賴于高鐵 線路的高平順性。一旦軌道不夠平順， 就會導(dǎo)致機車車輛出現(xiàn)系統(tǒng)震動，對輪 軌噪聲、輪軌相互作用力以及乘車舒適 性、安全性等都會產(chǎn)生直接影響。

為最大限度保證軌道的平順性， 工作人員需要精準獲取軌道的三維位 置坐標、軌道間距等，實現(xiàn)軌向、高低、 軌距、水平等各項幾何參數(shù)的高精度 測量。

“簡單來說，需要先通過測量確定 軌道中心線的實際位置，得出其與設(shè) 計位置在平面(軌向)和高程(高低)方 向的偏差。然后根據(jù)這個偏差，計算出 調(diào)整量。”鐵五院北斗鐵路行業(yè)綜合應(yīng) 用示范工程項目技術(shù)負責(zé)人饒雄說。

早期建設(shè)和維修鐵路時，技術(shù)人 員需要使用軌距尺手動測量軌道，作 業(yè)效率非常低。

后期使用專門的高精度全站儀進 行軌道測量。測量人員會在軌道中線 上臨時架設(shè)一個三腳架，然后將高精 度全站儀架在三腳架上，以光電掃描 的方式測得選取樣點的信息，進而再 推算鋼軌的坐標數(shù)據(jù)，每根軌枕都要 重復(fù)一次，一個小時只能測量200米。

隨著高鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，軌道 精測技術(shù)也在不斷演進。慣性組合導(dǎo) 航鐵路軌道幾何狀態(tài)測量儀，也叫慣 導(dǎo)小車，是目前最為常見的測量方式。

饒雄說，有了慣性導(dǎo)航技術(shù)，用一 臺設(shè)備就能對任意位置的軌道幾何形 位進行精準定位，測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)了一 站式集成處理，在保證精度的同時顯 著提高了作業(yè)效率。這也意味著，將 鐵路軌道數(shù)據(jù)采集模式交給慣導(dǎo)小車 后，就可實現(xiàn)自動采集，數(shù)據(jù)自動處 理，基本不需要現(xiàn)場做過多的操作。

有了北斗助力 測量精度更高作業(yè)效率提升20倍

在前期積累的技術(shù)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上，鐵 五院聯(lián)合武漢大學(xué)共同組成研發(fā)團隊，對 鐵路普遍采用的慣導(dǎo)小車開展了國產(chǎn)化 改造升級。新研發(fā)的北斗慣導(dǎo)小車集成 了多項國產(chǎn)技術(shù)，最大特點就是采用國產(chǎn) 北斗芯片。

“項目集成了支持北斗三號的國產(chǎn)衛(wèi) 星導(dǎo)航接收機和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，用于替換 傳統(tǒng)軌道精測手段。”饒雄說。北斗導(dǎo)航 與慣性導(dǎo)航功能可以形成互補，提高系統(tǒng) 的整體導(dǎo)航精度、導(dǎo)航性能以及空間校準 能力。

據(jù)了解，北斗的精密定位功能結(jié)合慣 性導(dǎo)航強大角度和位置推算能力，可以實 現(xiàn)連續(xù)移動測量，工作人員推著小車一路 走一路就能同時進行測量計算，測量效率 可以達到步行的每小時5公里左右甚至更 快。因為北斗系統(tǒng)獨特的星座設(shè)計，在中 國上空的北斗衛(wèi)星數(shù)量更多，所以測量精 度更高，抗干擾性和可靠性也更強。

另外，北斗的高精測量能力還能有效 幫助減少測量誤差。“采用北斗或者其他 衛(wèi)星定位技術(shù)，可有效抑制誤差的累積， 使整套系統(tǒng)在長時間內(nèi)都維持在一個高 精度的水準。”饒雄說，與利用軌距尺進行 測量或全站儀半自動測量等傳統(tǒng)手段相 比，北斗慣導(dǎo)小車在保證測量精度的同 時，作業(yè)效率提升了20倍以上，大幅度降 低了測量成本和外業(yè)復(fù)雜度。

“采用國產(chǎn)北斗芯片，我們這臺慣導(dǎo) 小車核心傳感器完全國產(chǎn)化，變得自主可控， 擺脫了對其他導(dǎo)航設(shè)施的依賴。”饒雄說。

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這些鐵路“黑科技”都與北斗有關(guān)

事實上，看起來遠在九霄之上的北 斗，已經(jīng)來到了我們身邊，多項成功運用 于鐵路建設(shè)的“黑科技”，都與北斗有關(guān)。

精準定位中歐班列

中歐班列的運距都在1萬公里以上，很多時候會經(jīng)過無人區(qū)，列車經(jīng)過這 些區(qū)域的時候，信號就丟失了，沒有辦法 保存。現(xiàn)在安裝了北斗定位系統(tǒng)以后， 可以實時把列車的運行數(shù)據(jù)記錄下來， 等到列車運行到有移動通訊信號的地方 后，再回傳給中歐班列運行服務(wù)中心，確保了信息的完整性。目前，中歐班列聯(lián) 通 21 個國家 72 個城市，北斗衛(wèi)星能夠跟蹤中歐班列運行軌跡，定位精準到 10 米 以內(nèi)。

全天候發(fā)布預(yù)警信息

北斗基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測應(yīng)用可對鐵路設(shè) 備設(shè)施及沿線環(huán)境全天候，進行實時自動 化高精度監(jiān)測，采集原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的解算分 析、預(yù)警信息的發(fā)布等功能。

及時掌控機車狀態(tài)

中國機車遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)(CMD 系統(tǒng))通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可實時將機車 故障、報警信息、機車位置信息等及時傳輸 到地面系統(tǒng)，完成車對地、地對車數(shù)據(jù)的 采集處理傳輸。職能部門可以及時掌握機 車故障、報警信息、機車位置信息和機車工作 質(zhì)量狀態(tài)。機車乘務(wù)員對機車質(zhì)量控制 的便捷性和有效性大大提升。(咸寧日報綜合)