北斗导航卫星系统在高速铁路精密控制测量中应用研究及精度分析

以京沈客运专线CPI级精密控制测量为例,对北斗卫星导航系统应用于铁路精密控制测量进行试验。在CPI控制网重复基线、异步环闭合差、坐标重复性、相邻点坐标差之差、相对精度等方面,北斗系统与GPS对比分析结果表明:北斗静态相对定位测量的平面精度可以满足CPI的精度要求,与GPS定位精度相当,说明北斗导航系统应用于高铁精密控制测量可行。     

北斗卫星导航系统定位性能验证

基于国际GNSS服务组织(IGS)MGEX测站的北斗观测数据和武汉大学卫星导航定位技术研究中心提供的北斗卫星精密轨道和钟差,分别利用多路径组合、标准单点定位和精密单点定位对北斗导航卫星系统定位性能进行分析。结果表明,北斗多路径误差在中高高度角处为20~60 cm;基于北斗4 GEO+5 IGSO+2 MEO星座的标准单点定位平面精度优于2.2 m,高程精度优于7 cm,完全满足北斗公开定位服务精度指标;精密单点定位平面精度优于1 cm,高程精度优于2 cm,基本与GPS相当。     

基于单一北斗二代系统的高速铁路CP0框架控制网基线解算和精度分析

目前，我国铁路CP0框架控制网基于GPS系统来构建，随着我国北斗系统的逐步完善，铁路行业亟需摆脱对GPS系统的依赖。在杭衢高铁进行北斗和GPS静态数据测量实验，在GAMIT内输入同时段的IGS和MGEX在亚太地区5个测站的数据，分别处理单一GPS和单一北斗的CP0基线，以标准化均方根误差和基线解算偏差作为指标来对比分析两者的基线解算精度，然后对解算得到的基线进行平差计算。研究表明：选择我国经纬度范围内3～4个MGEX站参与单一北斗二代系统的基线解算和平差起算，能够满足高速铁路测量规范对于铁路CP0框架控制网三维无约束平差最弱边相对中误差小于1/2 000 000,三维约束平差最弱边相对中误差小于1/250 000的精度要求；单一北斗二代系统能够独立应用于构建铁路CP0框架控制网，摆脱我国铁路系统在该领域长期对GPS系统的依赖。     

北斗定位技术在高速铁路沉降变形监测中的应用

运用北斗高精度定位技术对一高速铁路的桥梁段、路基段沉降变形进行了现场监测试验,研究该技术用于高速铁路基础设施沉降变形监测的精度和可靠性。研究结果表明:高速铁路接触网高压线对北斗测量精度的影响可以忽略,受台风天气电离层的影响较大,分析长期变形监测数据时应注意对台风天气引发的异常值进行识别和处理;北斗变形监测系统的测量中误差与基线长度呈线性正相关,基线长度在3 km以内时测量中误差不超过3 mm,可满足高速铁路有砟轨道的沉降观测技术要求,在监测精度要求较为严格时,建议基线长度控制在1 km以内。     

基于北斗CORS的铁路快速静态测量方法研究

复杂环境下由于卫星信号质量差等原因,常规地区的测量技术标准不具有适用性。为研究复杂环境下快速静态测量的技术方案,利用某铁路带状稀疏卫星导航定位基准站(Continuously Operating Reference Stations, CORS)综合服务系统,开展一系列快速静态测量实验,通过箱形图等方式,分析不同星座、不同观测时长下的测量精度。与铁路控制网的成果比较后发现,观测时长为5～25min且解算成功的前提下,基于CORS的GPS+BDS、单GPS与单BDS的快速静态测量成果计算的外符合精度差异较小,平面和高程中误差整体优于16 mm和45 mm,均可满足像控点测量精度要求;存在解算失败的情况,解算失败的像控点与其距CORS站的距离无显著联系,随着观测时长的增加,解算失败的时段数明显减少。此外,在相同观测时长下,基于CORS的GPS+BDS与单BDS模式测量精度较高,单GPS相对较差。对于复杂环境,北斗CORS系统在铁路快速静态测量方面替代GPS是可行的,建议快速静态测量时长在25 min以上为宜。     

基于北斗三代的铁路监测预警系统设计

针对铁路安全隐患问题,提出将第三代北斗卫星导航系统（简称：北斗三代）高精度定位技术引入铁路监测预警,设计了基于北斗三代的铁路监测预警系统,该系统利用北斗高精度定位的原理实现位移数据高精度监测,同时具备实时传输和即时预警等功能。实践证明,该系统相对于基于GPS的监测预警系统具有明显优势,可见的卫星个数显著增加,水平精度提高20%以上,高程精度提高50%以上。同时通过不同基线长度下监测性能的对比,为合理布设基准站提供参考。     

BDS CORS在复杂山区铁路测量中的应用精度分析

北斗卫星导航系统(BDS)和连续运行参考站系统(CORS)的快速发展为我国铁路领域卫星定位测量工作提供了新的解决方案。为了研究基于铁路带状BDS CORS的测量技术在复杂山区铁路工程测量中应用的具体精度，本文在某复杂山区铁路沿线按30 km间距建设了铁路带状BDS CORS基准站网络，并部署了高精度位置服务云平台。分别采用基于BDS CORS的BDS单星座、全球定位系统(GPS)单星座和全球卫星导航系统(GNSS)多星座三种模式进行模拟长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、实时动态差分定位(NRTK)测量的数据采集和处理工作，并以铁路沿线原基础平面控制网(CPⅠ)、线路平面控制网(CPⅡ)成果进行对比。研究结果表明：按30 km间距布设铁路带状BDS CORS基准站时，基于BDS CORS的BDS、GPS和GNSS三种模式均可用于长大隧道独立控制网建网测量、快速静态像控测量、NRTK测量，成果精度满足现行铁路测量规范的要求，可以代替传统方法进行测量作业。提出的部分精度指标可以为铁路工程建设各阶段BDS CORS建设及铁路测量应用相关规范的编写提供借鉴和参考。     

“北斗”卫星导航系统在铁路行业中的应用

总结"北斗"卫星导航系统的特点,并与目前应用普遍的GPS进行比较,考虑依赖GPS进行导航定位存在风险可能性,提出卫星导航走向应以"北斗"导航定位系统为主,并与GPS系统相结合,提高系统导航的精度及可靠性。最后对"北斗"卫星导航系统在铁路行业中应用的可行性进行讨论。     

基于北斗卫星导航的铁路货物追踪系统研究与设计

介绍北斗卫星导航系统的概况以及铁路在引入北斗卫星导航系统方面所做的相关实验,设计了更高精度的基于北斗卫星导航的货物追踪系统。通过研究既有的列车确报系统、列车调度系统的数据结构及系统间的逻辑关系,使用J2EE技术及Apache CXF技术设计、开发了系统间的接口,最终实现了根据用户输入的车号获得货物的经纬度坐标并在铁路地理信息平台展示。对于实现铁路货物实时高精度地追踪具有一定的参考意义。     

起算点间距对北斗精测网精度的影响

为确定铁路项目北斗基准站建设的最佳站间距,提高北斗卫星导航系统(BDS)精测网成果精度,选取杭衢铁路、长赣铁路、滁宁城际铁路开展北斗控制测量实验,并和GPS解算结果进行比较。研究表明,单BDS基准站网定位精度略优于单GPS,二者基线较差与三维坐标较差均优于8 mm。在现行分级控制体系下,CPⅠ、CPⅡ控制网的二维坐标较差优于10 mm;采用基准站直接约束CPⅡ控制网后,x方向较差超过10 mm点的比例为16.9%,说明基准站布设间距为20～30 km存在网型缺陷,不适合用作基准站布设。随后,在长赣铁路、滁宁城际铁路进行了验证,10～15 km站间距的北斗精测网基线较差优于5 mm、坐标较差优于3.9 mm,说明10～15 km站间距较适合带状铁路工程。     

BDS-3精密单点定位在铁路勘测中的应用研究

为研究第三代北斗卫星导航系统（BDS-3,BeiDou Navigation Satellite System-3）精密单点定位技术（PPP,Precise Point Positioning）在铁路勘测应用中的可行性，文章推导了BDS-3任意双频非差非组合PPP通用函数模型，并采用该模型对BDS-3卫星B1I、B3I、B1C和B2a信号形成的5种双频组合进行PPP解算和性能分析，利用某铁路观测数据，对BDS-3进行PPP解算。结果表明，所有观测时段内可见卫星数约为7～11颗，空间位置精度因子（PDOP,Position Dilution of Precision）值约为2.0，可见卫星数较多，且空间几何分布良好；在静态和仿动态解算模式下，在水平和高程方向均可实现厘米级的定位精度。该研究可为BDS-3精密单点定位技术在铁路勘察中的应用提供参考。     

千寻位置在铁路勘测中的应用研究

为了发挥千寻位置服务的优势和特点,拓展其在铁路勘测及运营全过程中的应用,利用"千寻知寸"服务,研究在已建立勘测控制网区域内进行铁路勘测的应用方法。其基本思想为:通过已知的当地坐标和千寻位置采集的大地坐标,建立点校正,直接实现坐标转换,在控制点的检核满足限差要求后,开展勘察测量工作。分析了"千寻知寸"在铁路勘测中的定位精度以及测量点位的误差传递规律,并结合项目实例验证了所提应用思路的可行性。结果表明:"千寻知寸"可为铁路勘测提供厘米级的定位精度,满足常规铁路的勘测需求;但其测量精度受既有基线测量误差的影响,离起算点越远误差越大,在使用过程中应合理选择起算点;以"千寻知寸"RTK测量的结果解算控制网各控制点坐标,平面及高程方向分别存在约2 cm和3 cm的固定误差。     

客运专线无砟轨道德国几何尺寸验收标准的测量误差分析

从德国双块式无砟轨道几何尺寸静态验收标准出发，对高速铁路精密测量的精度要求和误差传播的规律进行了理论分析和模拟验证，这可为高速铁路精密测量的控制策略、使用的测量仪器、具体测量方案、精调机作业的流程和数据处理提供指导和参考。     

高速铁路CP0框架控制网数据处理模式与方法研究

框架控制网(CP0)作为高速铁路平面控制测量的起算基准,必须确保其具有较高的精度、可靠性和稳定性。影响CP0最终定位结果的因素较多,如不能正确考虑并处理这些因素,将造成最终定位结果出现较大偏差无法满足精度要求。结合相关项目的测量数据及实践经验,对CP0数据处理模式与方法进行研究分析与总结归纳,在此基础上就基线解算系统误差的消除和削弱,基线解算方案和软件的合理选择,如何进行框架基准的统一与转换,以及基线网平差等方面提出一些原则和方法,不仅解决了CP0框架基准的统一问题,也提高了基线解算的可靠性和精度。     

基于北斗导航的列车定位技术研究

北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力,为北斗卫星导航在铁路系统中的应用发展提供重要契机。将北斗卫星导航系统应用到列车定位系统,不仅能提高定位精度,而且能降低成本,也是列车运行控制系统安全性与可靠性的有力保障,对于列车定位系统的研究具有深远意义。与四大卫星导航系统进行比较,根据列车定位技术的分类,归纳各自特点和研究方向,最后指出基于北斗导航的列车定位技术下一步的重点工作。     

基于TBC4.1软件的高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差精度分析

针对天宝公司研发的新版本TBC4.1软件在高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差的可行性问题,以京沪高速铁路CP0框架控制网作为研究对象,将最新版TBC4.1软件与GAMIT10.7软件、旧版本TBC3.5软件的基线解算能力进行比较,并与Cosa GPS软件的网平差精度进行对比,用试验的方法讨论TBC4.1软件加载不同类型卫星星历对不同基线长度高速铁路CP0框架控制网的基线解算与网平差精度。结果表明:TBC4.1软件较旧版本TBC3.5软件在长基线解算能力上得到了很大的提高;在处理800 km范围内的高速铁路CP0框架网基线时,TBC4.1软件获得与GAMIT10.7软件相当的解算精度,且不受精密星历种类的限制;当CP0框架网的基线长度由800 km扩大至1 500 km时,TBC4.1软件加载最终星历的基线解算精度仍能与GAMIT10.7的解算精度保持一致;TBC4.1软件网平差模块的处理精度为毫米级,且不受精密星历种类解算的基线结果限制。     

高速铁路CP0基线解算中起算点坐标精度研究

在高速铁路CP0基线解算过程中,需要将IGS参考站作为起算点,当起算点坐标出现误差或兼容性较差时,将导致整个框架控制网基线向量解产生系统性旋转和尺度变化,因此必须对起算点坐标的允许精度进行研究。介绍起算点误差传播与影响模型,从理论上分析起算点误差对基线解算的影响程度,通过设计不同解算方案采用工程测量数据对起算点坐标的允许精度进行研究。结果表明,使用GAMIT软件进行CP0框架控制网解算时必须严格控制起算点坐标的误差,起算点点位坐标精度最好控制在10 cm之内;当起算点坐标误差达到20 cm时,各基线分量的解算结果的精度在毫米级的量级;当起算点坐标误差达到2 m时,基线解算结果不可靠,不满足高精度解算要求。     

高铁隧道内基于北斗卫星的导航定位延伸系统硏究

为了满足高速铁路隧道内的列车定位需求,提出了高铁隧道内基于卫星导航的定位延伸技术。采用中国自行研制、安全可控的全球卫星定位北斗卫星导航系统(BDS),利用现有设施、设备、漏缆、交换机,增加卫星导航接收机、再生卫星信号源等设备,将隧道外北斗卫星导航定位信息二次处理后.实时同步到隧道内信号发射设备上,实现隧道内卫星导航信号全覆盖,连续实时定位、不失锁,保障移动终端卫星接收机正常连续工作,为高铁运营、实时监控提供全方位支撑。     

特长隧道洞外GPS平面控制测量数据处理模式与方法研究

隧道洞外GPS控制网作为洞内控制测量和后续施工放样的起算基准,其数据处理模式与方法在确保隧道工程质量上至关重要。针对特长隧道洞外GPS平面控制测量数据处理环节所存在的一些问题,对特长隧道洞外GPS平面控制测量数据处理模式与方法进行研究,在此基础上对基线解算软件选择、基线解算和网平差处置策略、投影变形控制方法、一点一方向建立隧道坐标系、横向贯通误差计算以及框架基准统一与转换等方面提出一些原则和方法,总结归纳并形成一套完整的长大隧道洞外GPS平面控制测量数据处理体系,不仅提高了基线解算与网平差的可靠性和精度,也解决了隧道洞外GPS控制网框架基准的统一问题,该研究可为类似大型线状工程的GPS控制测量数据处理提供借鉴。     

基于工业机器人的高铁腕臂预配系统研发与应用

高速铁路供电系统接触网腕臂预配,一般采用人工集中加工预制方式,存在人工误差难以受控、精度难保障、效率受限制等明显缺点。针对上述问题,本文提出一种基于工业机器人的高速铁路腕臂预配方法及系统,系统集成数据流转、自动喷码、管件切割、零部件定位等功能,实现具备数据分析应用的智能化接触网腕臂预配,其预配精度可达±2 mm,紧固力矩偏差小于±1 N·m。为进一步提升高速铁路供电系统工程质量提供更高效的技术手段,具有广阔的推广应用前景。