一城一北斗|新朔鐵路北斗差分高精度定位系統(tǒng)應(yīng)用

申報單位：國能新朔鐵路有限責(zé)任公司通信技術(shù)分公司

聯(lián)合申報單位：

主要完成人：張俊偉、王克文、劉永恒、趙興利、杭利華、李想

一、案例簡介

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的礎(chǔ)設(shè)施。通信公司通過建設(shè)新準(zhǔn)、大準(zhǔn)、 準(zhǔn)池鐵路線北斗差分定位系統(tǒng)骨干網(wǎng)、區(qū)域加密網(wǎng)，2023年7月完成了全線57處基于北斗的差分定位基 站建設(shè)，建成了新朔鐵路安全自主可控的國產(chǎn)化北斗差分高精度定位系統(tǒng)，覆蓋全線631公里，坐標(biāo)采用 CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鐵路沿線范圍內(nèi)誤差小于25cm的精準(zhǔn)定位及小于50ns授時功能，填補(bǔ)了重載

鐵路北斗高精度服務(wù)全線路組網(wǎng)的空白。新朔鐵路北斗差分高精度定位系統(tǒng)是一種高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位 系統(tǒng)，能夠滿足鐵路信息化建設(shè)、鐵路線路作業(yè)安全防護(hù)、生產(chǎn)與監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸、作業(yè)區(qū)域施工人員安全 防護(hù)、列車接近預(yù)警等生產(chǎn)場景應(yīng)用需要。通過利用北斗定位、短報文和授時技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車精準(zhǔn)定位、 列控系統(tǒng)應(yīng)急通信及時鐘同步等功能，實(shí)現(xiàn)鐵路沿線人員、設(shè)備、機(jī)車的定位精度誤差小于25cm的高精 度定位，為手持機(jī)、車載終端等移動設(shè)備提供高精度增強(qiáng)實(shí)時位置服務(wù)，滿足現(xiàn)代重載鐵路高效監(jiān)控、自 動連續(xù)、高精度及可靠性的列車定位要求，為自然災(zāi)害監(jiān)測與防災(zāi)救災(zāi)、機(jī)車車輛定位導(dǎo)航與貨物物流管 理等業(yè)務(wù)提供精準(zhǔn)位置服務(wù)。

二、技術(shù)方案

新朔鐵路差分定位系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與控制中心子系統(tǒng)3個子系 統(tǒng)組成。基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)主要為分布在沿線的57個基準(zhǔn)站。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)將各基準(zhǔn)站的GNSS原始觀 測數(shù)據(jù)實(shí)時送回數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)處理與控制中心子系統(tǒng)包括控制中心和數(shù)據(jù)處理中心，主要用來實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn) 站的數(shù)據(jù)連接、管理、存儲，完成差分?jǐn)?shù)據(jù)的播發(fā)服務(wù)。

1)基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)建設(shè)：基準(zhǔn)站是差分系統(tǒng)的重要組成部分，具備長期連續(xù)跟蹤觀測和記錄衛(wèi)星信 號的能力，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)定時或?qū)崟r將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾砗笈_，由天線、觀測墩、室外避雷針、基準(zhǔn) 站接收機(jī)組成。

2)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)建設(shè)：數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)分為兩部分，一部分用于連接基準(zhǔn)站和系統(tǒng)控制中心的通 訊，另一部分用于連接用戶數(shù)據(jù)中心和用戶應(yīng)用系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行下，實(shí)現(xiàn)路線范圍內(nèi) 的聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)交換。基準(zhǔn)站差分接收機(jī)使用有線網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)時觀測的差分?jǐn)?shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)回傳至差分管理后 臺，由后臺服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理、處理。差分接收機(jī)線路通過交換機(jī)接入，利用新朔鐵路既有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù) 據(jù)回傳。整個網(wǎng)絡(luò)須配置內(nèi)部IP地址，各接收機(jī)的IP地址統(tǒng)一進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)中心對外進(jìn)行差分服務(wù)的 發(fā)布，其他系統(tǒng)使用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接差分管理后臺，使用差分服務(wù)。

3)數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)建設(shè)：作為整個系統(tǒng)的核心，控制中心具備數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、信 息服務(wù)、用戶管理等功能。數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、數(shù)據(jù)分流、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)結(jié)算、標(biāo)準(zhǔn)格式 差分信息生成、數(shù)據(jù)管理等。負(fù)責(zé)各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)采集并對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析和評價，對各種數(shù) 據(jù)(如導(dǎo)航)進(jìn)行多站數(shù)據(jù)綜合、分流、形成統(tǒng)一的差分修正數(shù)據(jù)，按一定方式提供上網(wǎng)服務(wù)。系統(tǒng)運(yùn)行 監(jiān)控，對各基準(zhǔn)站運(yùn)行中的設(shè)備安全、正常性進(jìn)行監(jiān)測管理，可遠(yuǎn)程監(jiān)控基準(zhǔn)站GNSS定位設(shè)備的工作參 數(shù)、檢測工作狀態(tài)、發(fā)出必要的指令改變各基準(zhǔn)站運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時、動 態(tài)的管理；監(jiān)控通訊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率、丟包率、穩(wěn)定性、安全性等。信息服務(wù)，對各類用戶提供導(dǎo)航定 位數(shù)據(jù)服務(wù)，在服務(wù)器上發(fā)布地理信息中有關(guān)坐標(biāo)系和高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換服務(wù)，有關(guān)控制測量和工程測量的 軟件服務(wù)和計算服務(wù)。用戶管理，對所服務(wù)的各類用戶進(jìn)行管理，包括用戶計時、流量管理；用戶登記、 注冊、撤消、查詢管理等。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

新朔鐵路北斗差分高精度定位系統(tǒng)作為提供導(dǎo)航、定位、授時的基礎(chǔ)服務(wù)平臺，為鐵路沿線作業(yè)人員、 設(shè)備設(shè)施、機(jī)車車輛提供高精度定位、導(dǎo)航、監(jiān)測等服務(wù)，目前已應(yīng)用于新朔鐵路基于北斗的重載鐵路列 控系統(tǒng)、大準(zhǔn)鐵路工電綜合維修平臺、新準(zhǔn)鐵路一體化作業(yè)管控系統(tǒng)、工務(wù)“精測精搗”作業(yè)等。

1)基于北斗的列車綜合定位：基于北斗的列車綜合定位系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對列車位置的精確定位，實(shí) 時監(jiān)控列車的的運(yùn)行狀況，提供實(shí)時的運(yùn)行數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)，為列車安全運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支持。

2)基于北斗短報文的故障應(yīng)急恢復(fù)。在發(fā)生災(zāi)害事故時，受困人員可以通過北斗短報文功能向救援 人員發(fā)送求救信號。通過北斗差分高精度定位系統(tǒng)，可以實(shí)時定位救援人員和受困人員位置，使救援行動 能夠及時展開，提高救援效率。

3)大準(zhǔn)鐵路工電綜合維修平臺。該系統(tǒng)結(jié)合北斗差分定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、作業(yè)工單管理、電 子圍欄閉環(huán)一體的綜合維修體系，對現(xiàn)場作業(yè)全過程監(jiān)控管理。

4)大準(zhǔn)線首次“精測精搗”作業(yè)。通過采用“北斗+慣導(dǎo)+激光儀+全站儀”四合一快速測量系統(tǒng)，首次在 大準(zhǔn)線外西溝站K134+000至K148+000處進(jìn)行“精測精搗”項(xiàng)目作業(yè)，共完成“精測精搗”作業(yè)2km,成為 新朔鐵路“兩季保全年”維修目標(biāo)下維修模式新的探索和實(shí)踐。

5)鐵路邊坡形變監(jiān)測系統(tǒng)。鐵路邊坡形變監(jiān)測系統(tǒng)即在鐵路沿線高陡邊坡的隱患點(diǎn)上建設(shè)位移與環(huán) 境監(jiān)測北斗基站，實(shí)時監(jiān)測坡體結(jié)構(gòu)的變化，為鐵路的安全生產(chǎn)、平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。

6)新準(zhǔn)鐵路安全生產(chǎn)管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托智能馬甲、北斗卡片等設(shè)備，呈現(xiàn)作業(yè)人員軌跡、現(xiàn)場 不安全行為、監(jiān)測監(jiān)測數(shù)據(jù)接入展示，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場和作業(yè)人員的實(shí)時軌跡跟蹤、列車預(yù)警等。