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国星通信:为轨道交通安全解决三件事 授时、定位、监测

2019-09-11 13:52:00 来源:中国e车网

北斗导航定位系统,和我国高铁一样,被盛誉为“大国重器”。

  2018年12月27日,国新办新闻发布会上,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布:北斗三号基本系统完成建设,开始提供全球服务。这标志着北斗系统正式迈入全球时代。

  北斗导航定位系统,和我国高铁一样,被盛誉为“大国重器”。

  关于北斗导航定位系统的地位,有这么一句话非常流行:国际上有一个高大上的俱乐部,它只有四个会员,却吸引了各国首脑的关注和众多顶级科学家工程师的研究,这个俱乐部就是GNSS(全球导航卫星系统)。四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、中国北斗COMPASS。

  中国北斗是个新会员,同时也是发展势头最猛的会员,除了军用,更有着非常好的商用前景,随随便便创造一个千亿产业不成问题。那么当卫星导航定位系统邂逅我国高铁,在轨道交通领域会碰撞出什么样的火花呢?

  中国e车网带你走进我国最具规模与实力之一的卫星导航定位终端研制单位——成都国星通信有限公司(以下简称国星通信)一探究竟。

  国星通信成立于1999年,是一家专业从事卫星导航定位终端产品技术开发和应用的高新技术企业。

  全自动化列车调度

  调度站是铁路运输系统中非常关键的环节。目前部分调度站内的机车调度管理工作自动化程度很低,机车连续运行对工作人员的精力是个巨大的挑战,列车调度堪比打仗。

  据调查,铁路事故大约有80%都是发生在调度站内,比如调车脱轨、挤道岔、调车相撞等,因此调度站内的调度管理工作非常重要。现如今全自动化监控系统的上线,解决了人力问题,充分保障了调车安全。

  国星通信相关负责人告诉中国e车网,北斗高精度终端在遥感、导航定位、通信三大高新技术的加持之下,可以精确测定列车的位置、方向和速度等动态信息。

  基于北斗高精度GNSS自动化监控系统,可以监控的内容包括:列车的实时空间位置和速度等信息;列车进入限速区段前速度是否调整为限制速度;两辆列车不能同时驶向轨道交汇点等,完全符合列车现代化监控调度的需求。

  通过RTK差分技术,北斗定位的位置精度最高可达1cm(局部地区高于GPS定位精度),速度精度可以达到3cm/s,数据频率最高可达20HZ。

  所谓的定位精度是指空间实体位置信息(通常为坐标)与其真实位置之间的接近程度——定位精度接近厘米甚至毫米级别,在全球来说已是最高水平。

  北斗的高精度定位,如今给一种业务提供了全新的技术手段,那就是无考官驾考。以后全部的驾驶课目考试可能被北斗系统全面取代,在考试车上安装北斗接收机,无论是倒库还是路考,系统都会精确实时记录车辆轨迹,并自动评分,会比考官更严格和公正。

  也正是这种不受障碍物、速度等限制的高精度、快速定位和实时传输反馈车辆运行信息的高科技,让现代化的列车控制和调度变得简单、容易、高效,而且安全。

  作为我国最具规模与实力之一的卫星导航定位终端研制单位,国星通信的相关装备(比如北斗高精度终端)和解决方案已经在轨道交通领域实现产业化应用,为列车的安全运行保驾护航。

  线路监测和事故预防

  在高铁建设中,我们常接触到一个词:桥隧比,桥隧比是指公路和铁路建设中,桥梁和隧道占总里程的比例。

  为了实现高铁的高速运行,高铁线路在设计和建设时必须拉直,很多路段只能通过造桥和打洞来实现线路的截弯取直。因此高铁线路的桥隧里程(桥隧占比)都较高。

  我国是造桥和打洞的好手,技术含量不必多说。而大桥建好后,有一项重要工作就是形变监测,北斗和GPS的精度都在10米以内(不借助外力技术和地面设施),而形变监测是精细到厘毫米的活计,怎么进行?

  这源于差分算法技术——任何测量都是会有误差的,把多次测量后的结果统计平均,就会有效地减少误差。

  卫星定位的差分算法也是这个道理,一次定位的精度是10米,但把成千上万次的定位数据进行合并处理,就有可能得到更加精准的结果,甚至精确到毫米以下。

  很显然,测量的次数越多和时间越长则精度就越高,而建筑物的沉降和变形是缓慢的,正好可以利用这些特点来进行高精度测量。

  上述国星通信负责人对此进行了科普:把北斗终端设备固定在建筑上面,令它自动地接收定位信息,攒足了一个月的海量定位数据后进行差分计算,精度在毫米以下的定位数据就算出来了,这比人工测量方便和准确的多。

  据介绍,很多偏远监测点是没有手机信号的,基于GPS的形变监测(因为GPS本身不具备通信功能)必须得人工采集,而使用北斗进行形变监测有个好处就是数据可以直接通过北斗短信功能传回基地,定位、差分解算、数据回传全部自动化。

  此外,2016年北斗定位灾害预防技术在安康工务段成功投用,这也是全国铁路首次将‘北斗’神器运用到铁路防洪中。

  在处于地质滑坡地带,岩层风化、断裂,极不稳定,在降雨、风化、列车震动等作用下,极易发生大面积的山体滑坡灾害,“北斗”定位灾害预防技术主要通过“云端”定位,实时观测易滑坡山体及危石的变化情况,实现沿线滑坡的自动化全天候实时监测。如今铁路防洪人员还可将“北斗”系统的软件下载到自己的手机上,随时随地观看滑坡山体及危石移动的图片、数据等相关信息。

  看似简单却伟大的发明:授时

  卫星定位系统不仅可以用来定位、测速、导航,也可以授时。

  授时有多重要呢?全球各地能在一起通信、工作,有一个很重要的因素需要维持那便是时刻。

  日常生活差个一两秒关系不大,但是时间久了以后,银行系统,航班系统,轨道交通系统、股市开盘等等都会受很大影响。

  所以,大家的时钟要保持一致。

  但各地用的不同时钟,难免会有其它的因素干扰。例如电流、磁场和人为影响……当你在做一个精确度要求极高的事情时,微小的事儿都是干扰。

  误差难以规避,于是约定大家用同一个钟。或者说得实际一点,大家都拿自己的表和同一个来源校准。这就是 “ 授时 ” ,我国就有个 “ 中国科学院国家授时中心 ” 。这个授时还是在“天上”进行的。

  每颗导航定位卫星上都带有高精度的原子钟,他们互相备份和纠正时间,并且定期和地面控制站通信授时。考虑相对速度和信号传输速度, 卫星授时还会通过一些公式消除误差,既精确,对全球来说又很公平。

  GNSS(全球导航卫星系统)都可以为广域同步时间系统提供公共时间基准的问题。简单来说,就是授时和校准。

  上述国星通信负责人告诉中国e车网,北斗卫星在铁路的应用也包括:定位服务、短报文、授时服务。

  铁路的授时是指为铁路各业务系统提供统一的标准时间信号,保证授时准确。同时为铁路调度员、车站值班员、与行车相关的各部门工作人员、车站和客车面向旅客的显示屏提供满足精度要求的时间信息,对运输指挥、经营管理、故障分析和责任判定等具有重大意义。

  试想一下,如果在调度过程中,双方的时间因校准源不同或其它故障因素影响有所偏差,无论对于轨道交通还是航空来说都将是一场巨大的灾难。当然得益于先进的铁路同步时钟系统的建立这种事情就不存在了,因此我们也就不难理解看起来简单的授时,却是很伟大的一项发明。

  根据铁路时间同步网建设的发展需要,目前国星通信研制成功基于卫星授时的时间节点设备,主要由卫星接收设备、母钟单元(测试内容中简称同步时钟)、子钟设备和网管设备等组成,可以满足铁路2级和3级时间设备的需要。

  中国e车网了解到,截止目前,国星通信共计开发出9大系列、100余种型号的北斗系列终端产品。国星通信坚持以产、学、研有机结合,面向国民经济建设的诸多领域,提供北斗卫星导航、通信及授时服务的产品。将进一步推动北斗导航应用到轨道交通的更多细分领域。

本文来自中国e车网,不代表中国e车网立场,如若转载,请注明出处

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