使用GPS輔助測量基礎線路數(shù)據(jù)方法的研究

張德強 魏寶生

中國鐵路列車運行控制系統(tǒng)體系基本由3種列控設備組成，包括監(jiān)控時速200km以上動車組的ATP，監(jiān)控時速160km以下既有線列車的LKJ和監(jiān)控時速80km以下自輪運轉(zhuǎn)設備的GYK。列控設備的普遍使用，把原來地面固定的軌道聯(lián)鎖系統(tǒng)，延伸到了移動列車上，把原來控制列車的信號燈變成了語音警告、卸載動力 （停止加速）、常用制動 （減速）、緊急制動 （緊急停車）等計算機指令，使人工控制列車升級為地面聯(lián)鎖系統(tǒng)和車載計算機有機結(jié)合的監(jiān)控列車方式，極大地提高了列車運行的安全性和可靠性。

列車運行控制系統(tǒng)是鐵路行車安全控制的重要設備，是鐵路行車安全監(jiān)控、監(jiān)測方面的重要一環(huán)。列車運行控制系統(tǒng)的可靠性取決于5個方面：①設備本身的硬件質(zhì)量，要求性能穩(wěn)定可靠，故障率極低，接口功能齊全；②控制軟件模式設定，適應各種線路和站場，多種軌道電路信號制式，各種機車、動車組控制，各種制式信號指令控制功能正確、齊全、可靠；③穩(wěn)定可靠的接收各種控制列車指令；④可靠監(jiān)測列車運行狀態(tài)；⑤輸入準確的基礎線路數(shù)據(jù)。

無論是車載基礎線路數(shù)據(jù)，還是應答器傳輸基礎線路數(shù)據(jù)，列車運行控制系統(tǒng)離不開基礎線路數(shù)據(jù)。在列車上安裝的列控設備，是通過檢測列車位置、列車狀態(tài)，調(diào)用基礎線路數(shù)據(jù)來執(zhí)行行車指令的。沒有基礎線路數(shù)據(jù)，列控設備就無法準確控車?；A線路數(shù)據(jù)不準，列車就可能誤控、錯控、漏控，造成鐵路行車安全事故。

基礎線路數(shù)據(jù)分為工務類 （公里標、道岔坐標、道口坐標等），電務類 （信號機坐標、信號機間距離），供電類 （分相位置坐標）等?，F(xiàn)行基礎線路數(shù)據(jù)沒有按行車安全數(shù)據(jù)管理級別管理，而是按照設備臺賬管理，存在著較大誤差。如線路起終點設置重疊，標識埋設錯誤，圖紙資料與現(xiàn)場實際設置不符問題等，且各類數(shù)據(jù)間相互矛盾，特別是工務類基礎線路數(shù)據(jù)和電務類基礎線路數(shù)據(jù)之間存在較大差別。近幾年，各部門都在積極努力地組織人員進行大量的實地測量，但是由于站場復雜及測量方法不當，基礎線路數(shù)據(jù)誤差大的問題始終沒有很好地解決。本文通過總結(jié)基礎線路數(shù)據(jù)測量方法的演變過程和幾年的現(xiàn)場測量工作經(jīng)驗，提出一種可行實用的基礎線路數(shù)據(jù)測量方法——GPS輔助基礎線路數(shù)據(jù)測量。

1 GPS輔助測量可行性研究

GPS是美國開發(fā)的定位導航系統(tǒng)，其接收機有軍用和民用2種類型。軍用型定位精度很高。民用接收機又分測量型和導航型，導航型接收機有手持或車載2種，不校正的情況下定位精度在20m左右，經(jīng)差分校正后精度可達到4m左右；測量型接收機分靜態(tài)和動態(tài) （RTK）2種，靜態(tài)作業(yè)模式下，在距已知點30km內(nèi)，經(jīng)30min以上，測量精度可達到1cm左右；動態(tài)作業(yè)模式下，在距已知點10km內(nèi)，實時定位精度為2cm左右。

LKJ車載數(shù)據(jù)允許的誤差在±10m之間，所以從實用性角度考慮，應用導航型或動態(tài)測量型GPS接收機均能完全滿足測量需要。考慮到經(jīng)濟實用，導航型GPS接收機是基礎線路數(shù)據(jù)輔助測量的最佳選擇。

北京鐵路局監(jiān)控裝置檢測所使用GPS定位，分別對京承、錦承、豐沙、東北環(huán)、西北環(huán)、邯濟線沿線各站，及北京局最大貨運編組站 （豐臺西站）進行實地定位及測量，均達到了滿意的效果。天津電務段信號技術科更是使用GPS，將段管內(nèi)基礎線路數(shù)據(jù)進行了定位，在電子地圖中測量，從而準確地提報了2014年度LKJ基礎數(shù)據(jù)。

2 GPS輔助測量方法

2.1 在電子地圖上標注GPS坐標

利用GPS對所需公里標、信號機位置、道岔位置等測量點定位，并進行編號，填寫GPS位置對照表，如表1所示。將現(xiàn)場定位的GPS信息導入電子地圖，在地圖中按照GPS位置對照表，將公里標、信號機編號、道岔號進行標注。

表1 XX站GPS位置對照表

2.2 工務類基礎線路數(shù)據(jù)的測量

首先連續(xù)測量多個工務地面埋設的整公里標間距離是否為1000m，將距離誤差在10m范圍內(nèi)的整公里標做為基準坐標予以保留，將誤差超過10m的整公里標進行剔除。連續(xù)測量后，驗證其整公里坐標體系的準確性，同時也能將測量中GPS定位的漂移點進行剔除，建立準確的公里標測量基準。最后，將校正好的坐標體系中整公里標作為基準，測量道岔號距整公里標的距離，換算出道岔號位置坐標。

如圖1所示，首先測量 K35、K36、K37、K38、K39、K40間的距離，由于K37公里標距K36公里標測量距離為1085m，K37公里標距K38公里標測量距離為920m，說明K37公里標在埋設時存在80m左右的偏差，或者GPS定位時產(chǎn)生80m左右的漂移，而其他整公里標間距離都在1000m左右，偏差不超過10m。因此，在建立基準坐標系時就要將K37公里標剔除，不作為下一步測量的基準。例如在測量1＃道岔坐標時，以K36公里標作為基準，坐標為K36＋381，在測量6＃道岔坐標時，以K38公里標作為基準，坐標為K38＋715。如果測量6＃道岔坐標以K37公里標作為基準坐標，就會產(chǎn)生80m的偏差，給運輸生產(chǎn)帶來很大的安全隱患。這個80m偏差也是在地面多次測量基礎線路數(shù)據(jù)不能得到滿意結(jié)果的主要原因。

圖1 工務類LKJ基礎數(shù)據(jù)測量

2.3 電務類基礎線路數(shù)據(jù)的測量

電務類基礎線路數(shù)據(jù)的測量一定是在工務坐標體系準確的基礎上得到的，沒有準確的基準，就無法進行電務類基礎線路數(shù)據(jù)的測量。一是信號機間距離可以直接通過2個信號機GPS位置，沿地圖中線路走向測量相對距離；二是利用校正好的工務坐標體系中的整公里標作為基準，測量信號機距整公里標的距離，換算出信號機位置坐標。

如圖2所示，首先將K37公里標剔除不作為測量基準，信號機間距離直接在電子地圖中測量。例如：預告信號機351至進站信號機X間的距離為1250m；進站信號機X至出站信號機XI間的距離為1810m；出站信號機XI至信號機395間的距離1300m。預告信號機351距K36距離為950m，所以信號機351的坐標為K35＋050；進站信號機X距K36為300m，所以進站信號機X的坐標為K36＋300。依次類推出站信號機XI的坐標為K38＋110，信號機395的坐標為K39＋410，如表2所示。

圖2 電務類LKJ基礎數(shù)據(jù)測量

表2 XX車站下行信號機和軌道電路分布表

3 GPS輔助測量優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

1.可以建立準確的數(shù)據(jù)鏈條，校正工務坐標體系，找準測量基準。由于現(xiàn)場施工受地形等限制，工務在地面埋設的公里標存在著一定的誤差，以往的測量方法根本無法規(guī)避這些誤差，而利用GPS定位可以將誤差較大的公里標進行剔除，從而找出準確的測量基準，建立準確的坐標體系，減少了誤差的存在。

2.測量人員不需要很多的專業(yè)知識，只需在信號機、公里標、道岔處進行GPS定位并做好記錄，填寫GPS位置對照表，其他工作由專業(yè)技術人員在辦公室進行操作。由于不用攜帶皮尺，測距儀的測量工具進行現(xiàn)場測量，從而減輕了工作強度，提高了工作效率。

3.GPS定位工具的精度和電子地圖的精度決定了定位點坐標的準確性。目前民用的GPS普通模塊和在線電子地圖完全可以滿足使用要求，只需投入少量資金開發(fā)實用的工具和軟件即可。為了達到更高的精度，也可以購買專業(yè)的電子地圖。

4.傳統(tǒng)的測量方法必須在白天進行，同時受天氣的影響較大，使用GPS輔助測量可以在夜間進行。特別是新開通的高鐵線路上，白天全封閉行車，只有夜間 “天窗”點才能上人，傳統(tǒng)方法根本無法測量。

3.2 缺點

只能在既有線路上進行使用，新建線路由于電子地圖的更新周期問題，無法在地圖中進行標注。為無法在電子地圖中準確的沿線路進行距離測量，所以在長大隧道的線路上也不宜使用。

4 結(jié)束語

建立GPS輔助測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)、信號機坐標、公里標坐標、道岔號坐標等永久保存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫共享，能夠找出工務、電務等多部門間數(shù)據(jù)相互矛盾的問題。綜上所述，GPS輔助測量是目前測量最準，經(jīng)濟投入最少，誤差最小，最具可行性的基礎線路數(shù)據(jù)測量方法。

［1］ 中國鐵路總公司.列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）運用維護規(guī)則［S］.2014

［2］ 中華人民共和國鐵道部.列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）數(shù)據(jù)文件編制規(guī)范（2.0）［S］.2009.

［3］ 徐廣明.淺談LKJ信號設備坐標數(shù)據(jù)的測量［J］.鐵道通信信號，2011（4）：33－35.