GNSS定位技術(shù)在高速鐵路中應(yīng)用的意義和優(yōu)勢(shì)

左美蓉 張教權(quán)

(1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省長(zhǎng)沙市 410151 2.長(zhǎng)沙市天心區(qū)市政工程管理局 湖南省長(zhǎng)沙市 410007)

GNSS定位技術(shù)在高速鐵路中應(yīng)用的意義和優(yōu)勢(shì)

左美蓉 張教權(quán)

(1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省長(zhǎng)沙市 410151 2.長(zhǎng)沙市天心區(qū)市政工程管理局 湖南省長(zhǎng)沙市 410007)

高速鐵路是運(yùn)行速度不能低于210km/h的鐵路，人們對(duì)高速鐵路運(yùn)輸問(wèn)題的關(guān)注程度逐漸提高。高速鐵路運(yùn)營(yíng)企業(yè)希望在保證運(yùn)輸效率的基礎(chǔ)上，降低維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，高速鐵路的數(shù)量正在不斷增多，國(guó)家也加大了高速鐵路建設(shè)的資金投入，希望高速鐵路可以成為國(guó)家主要的運(yùn)輸方式。高速鐵路具有安全性高、運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸能力強(qiáng)的特點(diǎn)。GNSS定位技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路中，可以更好的保證鐵路測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確性，以保證高速鐵路的修建質(zhì)量。

GNSS定位技術(shù) 高速鐵路 優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用GNSS定位技術(shù)有利于降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，減少高速鐵路周?chē)潭ㄔO(shè)備的數(shù)量，這也是定位技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是，GNSS定位技術(shù)在使用中還存在一些問(wèn)題，需要相關(guān)部門(mén)采取對(duì)策完善該技術(shù)，提高該技術(shù)應(yīng)用的安全性。目前，GNSS定位技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)應(yīng)用，可靠性較高。

一、GNSS定位技術(shù)在高速鐵路中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析

（一）觀測(cè)時(shí)間短

GNSS定位技術(shù)以空間衛(wèi)星和用戶接受天線之間的距離作為觀測(cè)量，參照已知衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，根據(jù)空間距離后方交會(huì)原理確定用戶接收機(jī)對(duì)應(yīng)觀測(cè)站的位置。相對(duì)于傳統(tǒng)的定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，GNSS定位技術(shù)具有觀測(cè)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的定位技術(shù)完成觀測(cè)任務(wù)需要使用2-4個(gè)小時(shí)，而GNSS定位技術(shù)完成觀測(cè)任務(wù)僅需要幾分鐘。

（二）受外界因素影響小

目前，GNSS定位技術(shù)是一種應(yīng)用十分廣泛的高精度定位技術(shù)，有著其他常規(guī)定位方案所不具備的優(yōu)勢(shì)。高速鐵路在修建過(guò)程中可能會(huì)穿過(guò)居民區(qū)、農(nóng)田以及其他復(fù)雜地形，這給高速鐵路的定位檢測(cè)工作帶來(lái)了很大困難，常規(guī)定位技術(shù)無(wú)法在這些地區(qū)應(yīng)用或者應(yīng)用效果不理想，定位環(huán)境比較惡劣，而應(yīng)用GNSS定位技術(shù)就無(wú)需考慮環(huán)境帶來(lái)的影響，只要GNSS定位設(shè)備上方無(wú)遮蓋物，該設(shè)備就可以準(zhǔn)確確定高速鐵路的位置。

（三）定位準(zhǔn)確度高

調(diào)查結(jié)果顯示，GNSS定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受外界因素影響非常小，在高程狀態(tài)下，該技術(shù)定位測(cè)量數(shù)值的誤差不大于4cm，平面狀態(tài)下，該技術(shù)定位測(cè)量數(shù)值的誤差不大于3cm。隨著GNSS定位技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，測(cè)量的誤差將會(huì)逐漸縮小。

（四）操作簡(jiǎn)單

傳統(tǒng)的定位設(shè)備屬于手動(dòng)設(shè)備，需要人為的輸入數(shù)據(jù)，工作效率低，而且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不高。GNSS定位設(shè)備屬于全自動(dòng)設(shè)備，無(wú)需人為輸入數(shù)據(jù)，不僅工作效率高，測(cè)量的精準(zhǔn)度也有保障。在GNSS定位技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，工作人員只需要保證設(shè)備的正常運(yùn)行，定期采集測(cè)量數(shù)據(jù)即可，設(shè)備會(huì)對(duì)高速鐵路自動(dòng)跟蹤定位。

（五）應(yīng)用時(shí)間不受限制

傳統(tǒng)的定位設(shè)備無(wú)法在夜間工作，而高速鐵路需要時(shí)時(shí)定位和檢測(cè)，GNSS定位技術(shù)不分時(shí)段，可以在任何時(shí)間工作，而且GNSS定位技術(shù)具有一定的持續(xù)性，這也是GNSS定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速鐵路定位中的原因之一。

二、GNSS定位設(shè)備的選址原則

在確定GNSS定位設(shè)備安裝位置之前，工作人員需要對(duì)高速鐵路的實(shí)際修建情況和當(dāng)?shù)氐牡匦芜M(jìn)行調(diào)查分析，并結(jié)合高速鐵路的實(shí)際修建情況和當(dāng)?shù)氐牡匦魏侠淼拇_定GNSS定位設(shè)備安裝位置，并保證GNSS定位設(shè)備上方無(wú)遮蓋物體，進(jìn)而保證定位檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。GNSS定位設(shè)備中不會(huì)安裝自由基線，如果設(shè)備中的網(wǎng)線不能形成閉合線路，就很難找到測(cè)量中存在的問(wèn)題，也就無(wú)法縮小測(cè)量的誤差。GNSS定位設(shè)備在測(cè)量高速鐵路時(shí)，會(huì)勻速測(cè)量?jī)纱?，這樣可以更好的保證測(cè)量的精準(zhǔn)度。除此之外，GNSS定位設(shè)備一定要放置在相對(duì)穩(wěn)定的地方，這樣也有利于其保存，避免設(shè)備受損。

三、GNSS定位技術(shù)在高速鐵路中的應(yīng)用意義分析

（一）可以準(zhǔn)確確定列車(chē)的位置

在高速鐵路運(yùn)行系統(tǒng)中，GNSS定位技術(shù)有著不可替代的作用。GNSS定位技術(shù)會(huì)根據(jù)高速鐵路上列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定位和監(jiān)測(cè)。GNSS定位系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：一個(gè)是地面定位系統(tǒng)，另一個(gè)是車(chē)載的定位系統(tǒng)。地面定位系統(tǒng)可以提供列車(chē)的相關(guān)數(shù)據(jù)，車(chē)載定位系統(tǒng)會(huì)接收地面定位系統(tǒng)傳輸進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以此來(lái)監(jiān)督列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，保證列車(chē)的運(yùn)行安全。要想對(duì)列車(chē)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和控制，就必須先確定列車(chē)的準(zhǔn)確位置，了解當(dāng)前列車(chē)和前后方列車(chē)之間的距離，以此來(lái)確定列車(chē)的運(yùn)行速度。為了保證列車(chē)的運(yùn)輸效率，GNSS定位系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的計(jì)算出當(dāng)前列車(chē)和其他列車(chē)之間的距離，在保證當(dāng)前列車(chē)和其他列車(chē)最小距離的基礎(chǔ)上，防止列車(chē)出現(xiàn)刮碰現(xiàn)象，避免安全事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的定位技術(shù)有：一是慣性定位技術(shù)，二是里程定位技術(shù)，三是雷達(dá)定位技術(shù)。但是，隨著列車(chē)數(shù)量的增多，傳統(tǒng)的定位技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足列車(chē)定位的需求。里程定位設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本較高，而且定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得不到保障。GNSS定位技術(shù)不僅可以滿足列車(chē)的定位需求，而且可以降低列車(chē)的定位成本。

（二）降低列車(chē)的定位成本

GNSS定位技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路上，可以使用的衛(wèi)星資源十分豐富。GNSS定位技術(shù)的定位精準(zhǔn)度非常高，而且設(shè)備的價(jià)格相對(duì)較低，這樣可以降低定位的成本。GNSS定位技術(shù)是傳統(tǒng)定位技術(shù)的補(bǔ)充，可以替代原有的定位設(shè)備。GNSS定位設(shè)備可以代替以下設(shè)備：一是信號(hào)機(jī)，二是計(jì)軸設(shè)備，三是應(yīng)答器，四是聯(lián)鎖設(shè)備，五是比賽設(shè)備，六是道口設(shè)備，七是電纜。采用GNSS定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)無(wú)人看守，降低了列車(chē)定位和維護(hù)的成本。傳統(tǒng)的定位設(shè)備會(huì)出現(xiàn)打滑等問(wèn)題，嚴(yán)重影響定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。GNSS定位技術(shù)不僅可以避免打滑等現(xiàn)象，還可以對(duì)定位數(shù)據(jù)的誤差進(jìn)行更正。

四、GNSS定位技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著GNSS定位技術(shù)的不斷發(fā)展，GNSS覆蓋的定位范圍將不斷擴(kuò)大。為了保證GNSS定位的準(zhǔn)確性，GNSS需要和其他傳感設(shè)備相結(jié)合，比如：里程定位傳感器等等，組成定位導(dǎo)航系統(tǒng)，讓其他傳感技術(shù)和GNSS定位技術(shù)相互補(bǔ)充，形成多重保障，保證高速鐵路定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，高速鐵路對(duì)定位技術(shù)的要求會(huì)不斷提高。從GNSS定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，高速鐵路要求的不斷提高決定了GNSS定位技術(shù)必須不斷完善，這樣才能保證列車(chē)運(yùn)行的安全性，避免安全事故的發(fā)生。GNSS定位數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度可以通過(guò)兩種測(cè)量方式來(lái)估計(jì)：一種是靜態(tài)測(cè)量，另一種是動(dòng)態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量是指在固定的時(shí)間內(nèi)，測(cè)量同一地點(diǎn)列車(chē)的坐標(biāo)，然后采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)確定定位數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。通常情況下，設(shè)定24h為一個(gè)測(cè)量周期。動(dòng)態(tài)測(cè)量就是在列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)列車(chē)的位置進(jìn)行定位和測(cè)量，然后采用投影的方法估算出定位數(shù)值的誤差。在高速鐵路定位過(guò)程中，單純依靠GNSS定位技術(shù)無(wú)法保證定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，未來(lái)GNSS定位技術(shù)必須和其他傳感技術(shù)相補(bǔ)充，共同發(fā)揮作用。

結(jié)語(yǔ)

GNSS定位技術(shù)應(yīng)用在高速鐵路中，可以更好的保證鐵路測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確。GNSS定位技術(shù)在高速鐵路中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：一是觀測(cè)時(shí)間短。傳統(tǒng)的定位技術(shù)完成觀測(cè)任務(wù)需要使用2-4個(gè)小時(shí)，而GNSS定位技術(shù)完成觀測(cè)任務(wù)僅需要幾分鐘。二是受外界因素影響小。三是定位準(zhǔn)確度高。四是GNSS定位設(shè)備屬于全自動(dòng)設(shè)備，無(wú)需人為輸入數(shù)據(jù)，工作效率比較高。五是應(yīng)用時(shí)間不受限制。但是，隨著列車(chē)定位需求的不斷提高，GNSS定位技術(shù)還需要不斷完善，才能更好的保證定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證列車(chē)的運(yùn)行安全，避免安全事故的發(fā)生。

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K928

B

1007-6344（2015）12-0198-01

左美蓉 1974.12 女 漢族 大學(xué)本科 高級(jí)工程師 研究方向：GNSS定位測(cè)量、建筑工程測(cè)量、數(shù)字圖測(cè)繪