基于廣域實時精密定位的鐵路作業車管理系統

許士敏， 黃榮星

（1.解放軍電子工程學院，合肥 230037；2.上海鐵路局 合肥供電段，合肥 230037）

基于廣域實時精密定位的鐵路作業車管理系統

許士敏1， 黃榮星2

（1.解放軍電子工程學院，合肥 230037；2.上海鐵路局 合肥供電段，合肥 230037）

針對鐵路作業車安全生產和高效管理的需求，提出了綜合應用GPS、GIS、3G/GPRS等先進技術的作業車信息化管理方案，提高作業車的管理效率。利用廣域實時精密定位技術提高作業車的定位精度，測試結果表明能夠達到分米級的定位精度。

精密定位；實時；作業車；管理

當前，我國鐵路對作業車安全控制的主要技術手段是安裝運行監控裝置（GYK），GYK側重對作業車的安全操縱情況進行記錄，通過導出GYK數據并上傳到管理部門，由專人負責分析。作業車的安全運行和標準化操縱靠管理人員分析，此方式效率低、成本高且容易出錯。未來作業車安全管理是鐵路供電段行車安全的重點，也是難點，迫切需要創新作業車安全控制措施。

鐵路具有明顯的地理分布特征，在生產過程中產生了大量的鐵路空間數據，包括線路、列車、車站、橋梁、隧道、通信信號設備等，引入地理信息系統對這些空間數據信息進行管理能夠有效提高鐵路生產管理水平。通過在作業車上安裝GPS/北斗定位裝備就能得到作業車在線路上的運行數據，還可以在作業車上安裝其它的傳感器，例如作業車工作狀態采集裝備、視音頻采集器等獲得所需的各種工作參數。同時，高速鐵路沿線基本實現了 3G網絡的覆蓋，通過3G網絡傳輸將作業車工作參數及運行狀態數據上傳到指揮調度中心，就可以實現對作業車的遠程監控與指揮管理，實現管理部門全天候實時掌握作業車運行動態情況，從而達到遠程監視作業車司機標準化作業，提高管理效率，降低運營成本，對保障鐵路高效建設與科學管理有著十分重要的意義。

1 廣域實時精密定位技術

根據作業車管理的需要，作業車的定位精度要求優于50 cm，普通的GPS定位方法達不到要求，必須采用廣域實時精密定位技術來滿足精度要求。

廣域實時精密定位技術與示范系統在廣域差分和精密單點定位技術的基礎上，集成了先進的GNSS 實時數據處理、Internet 和衛星通信等技術，建立服務范圍覆蓋中國區域、實時定位精度優于1 m的試驗系統。本系統以提高中國區域用戶 GPS 定位精度為主，通過對基于GEO衛星的衛星導航增強系統的技術升級，形成覆蓋中國區域的高精度導航和綜合信息服務系統。實現在中國及周邊區域陸地、海洋和空中優于1 m精度的無縫導航定位服務。

廣域實時精密定位與示范系統由8部分組成： GNSS基準站、廣域數據處理系統、精密信息融合及增值服務系統、技術支持及備份數據處理系統、衛通信息播發系統、北斗信息播發系統、用戶終端和數據傳輸鏈路，系統組成如圖1所示。

圖1 廣域實時精密定位示范系統組成圖

2 基于廣域實時精密定位的作業車管理系統

2.1 系統總體方案

系統主要包括作業機車終端設備、無線通信網絡和供電段指揮調度中心等部分，其結構圖如圖2所示。

圖2 作業車定位與監控系統原理框圖

系統通過在作業機車上安裝GPS定位及數據采集設備，并利用廣域實時精密定位技術提高作業車實時定位精度，通過通信網絡將作業車工作狀態及運行數據實時上傳到調度中心，管理人員在調度時能實時掌握鐵路檢修機車的位置信息，分辨其所在的軌道，實現機車的準確定位與實時調度功能。

2.2 作業機車終端設備

作業機車定位終端設備主要實現作業機車自身的高精度定位功能，并將定位結果上報給調度中心。主要設備包括GPS定位終端（含GPS接收機、GPS天線、GPRS/3G數據通信模塊、處理器及電源模塊等）。每個作業機車須配備一套，以實現機車的自定位。

數據通信模塊上電后即主動連接調度中心的服務器，建立通信鏈路。GPS接收機上電后即工作，輸出相應的定位數據。廣域實時精密定位系統需要實時計算衛星軌道與鐘差，并與廣播星歷計算的軌道和鐘差進行差分，生成的差分數作為精密產品通過通信鏈路發播給實時用戶，車載終端設備接收差分數據，用于高精度定位解算，并把高精度定位數據上傳到調度中心。

2.3 供電段指揮調度中心

接收各作業機車定位終端送來的高精度GPS定位數據，將結果顯示在計算機軟件上。擬采用固定IP網絡服務，調度中心作業服務器，各作業機車定位終端設備作為客戶端，終端上電后主動連接調度中心作業服務器，建立網絡連接，連接成功后主動將作業車終端定位結果數據上報給調度中心。

供電段指揮調度中心要開發基于地理信息系統（GIS）的指揮管理軟件。車載計算機與供電段指揮調度中心計算機通過網絡進行數據通信，采用TCP/IP通信協議。車載計算機作為客戶端，供電段指揮調度中心計算機作為服務器端，這樣機車車載系統就可以通過固定IP和服務端口連接到服務器軟件上。

3 系統定位精度測試

作業機車終端設備主要包括GPS接收機及GPS天線實現機車的自定位。GPS接收機采用OEM628模塊。

3.1 數據分析方法

測試精度從收斂后開始統計（即從觀測20 min后開始進行統計精度）；平面精度統計公式為95%置信區間為兩倍的RMS值。RMS的統計公式為中x為樣本的數值。

3.2 測試結果

收斂時間分析：平面精度在5 min內收斂到分米級精度,如圖3所示。定位結果時間序列圖如圖4所示。

圖3 收斂時間序列圖

圖4 定位結果時間序列圖

統計結果如表1所示。

表1 測試數據表

測試數據分析結果表明：本系統能夠連續穩定接收精密定位信號，定位精度滿足定位指標要求，且實時定位結果精度穩定，測試指標合格。

4 結束語

本文針對鐵路作業車安全生產和高效管理的需求，提出了綜合應用GPS、GIS、3G/GPRS等先進技術的作業車管理系統方案，建立以供電段調度為中心，現場作業車為管理對象的管理系統，實現全天候跟蹤定位作業車位置，不斷提高作業車的管理效率，保障鐵路的高效建設與科學管理。該成果已于2013年8月通過上海鐵路局科技成果鑒定，并已陸續在上海鐵路局南京供電段和合肥供電段推廣應用，取得了良好的社會效益和經濟效益。

該項目得到了武漢大學國家衛星定位系統工程技術研究中心施闖、宋偉偉和易文婷等各位老師的指導和幫助，在此表示感謝。

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[2] 馮 煒，邵佳妮，等. 廣域實時精密定位技術與示范系統完好性監測結構設計[J].地理空間信息，2010，8（2）：67-69.

[3] 施 闖，李 敏，等. 利用區域基準站進行導航衛星近實時精密定軌研究[J].武漢大學學報，2008，33（7）：697-700.

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責任編輯 陳 蓉

Railway Operating Vehicle Management System with Wide Area real time precise positioning technique

XU Shimin1, HUANG Rongxing2
( 1. PLA Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China；2. Hefei Supply Depot, Shanghai Railway Administration, Hefei 230037, China )

In allusion to the demand of safety production and efficient management, it was proposed the information based management project for operating vehicle by integrated application of GPS, GIS and 3G/ GPRS, etc. The precise position of operating vehicle could be enhanced by using Wide Area real time precise position technique. The testing result showed that the positioning precise could be reached at level decimeter.

precise positioning; real time; operating vehicle; management

U285.24∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0027-03

2014-07-13

許士敏，副教授； 黃榮星，高級工程師。