北斗系统助力中国高铁建设-效率提升20倍

北斗助力中国高铁建设-效率提升20倍

来源：网络 随着北斗三号组网完成随之而来北斗应用也越来越广泛，之前铁路测量轨道都是采用全站仪，现在都是通过北斗定位系统利用北斗惯导小车进行测量。北斗惯导小车进行轨道精测与利用轨距尺进行测量或全站仪半自动测量等传统手段相比，北斗惯导小车在保证测量精度的同时，作业效率提升了20倍以上，大幅度降低了测量成本和外业复杂度。

10月28日，国新办就2020年前三季度交通运输经济运行情况举行发布会。交通运输部新闻发言人、政策研究室主任吴春耕介绍，目前，大概有698.61万辆道路营运车辆已经安装使用北斗系统。交通运输部出台了交通运输行业应用北斗卫星的专项规划，铁路、公路等重点领域的政策指导正在不断加强。

在此前10天左右，来自中铁第五勘察设计院集团有限公司（以下简称铁五院）的工程师们，与武汉大学的工程技术人员进行合作，将自主研发的北斗惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪（俗称北斗惯导小车），成功用在京沈高铁朝阳枢纽至顺义段施工现场，完成了近50公里有砟轨道的多回合精测任务。

这是北斗三号全球卫星导航系统首次工程化应用于高铁建设领域，直接服务于轨道精调，确保轨道的位置和平顺性严格达到设计标准。那么，距离地球几万公里的北斗系统，如何给铺设于地面的交通干线“把脉”？又能达到怎样的测量精度呢？

保证轨道平顺 要进行多种数据精准测量

据介绍，乘客可以在以350公里时速运行的高铁车厢中“闲庭信步”，在车窗边上竖硬币不倒，都有赖于高铁线路的高平顺性。一旦轨道不够平顺，就会导致机车车辆出现系统震动，对轮轨噪声、轮轨相互作用力以及乘车舒适性、安全性等都会产生直接影响。为最大限度保证轨道的平顺性，工作人员需要精准获取轨道的三维位置坐标、轨道间距等，实现轨向、高低、轨距、水平等各项几何参数的高精度测量。

“简单来说，需要先通过测量确定轨道中心线的实际位置，得出其与设计位置在平面（轨向）和高程（高低）方向的偏差。然后根据这个偏差，计算出调整量。”铁五院北斗铁路行业综合应用示范工程项目技术负责人饶雄说。早期建设和维修铁路时，技术人员需要使用轨距尺手动测量轨道，作业效率非常低。

后期使用专门的高精度全站仪进行轨道测量。测量人员会在轨道中线上临时架设一个三脚架，然后将高精度全站仪架在三脚架上，以光电扫描的方式测得选取样点的信息，进而再推算钢轨的坐标数据，每根轨枕都要重复一次，一个小时只能测量200米。随着高铁建设的飞速发展，轨道精测技术也在不断演进。惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪，也叫惯导小车，是目前最为常见的测量方式。

饶雄介绍说，惯导小车上主要包括陀螺仪、加速度计、惯性导航系统以及卫星定位系统等。测量时，工作人员需要在轨道上推动惯导小车，因为小车是在三维空间里进行运动的，因此可以通过建立空间坐标轴，加上测量过程中收集到的3个方位的各项数据，通过计算机计算出轨道各部分的空间坐标，再进一步计算连续点位数值是否存在非正常偏差。

饶雄说，有了惯性导航技术，用一台设备就能对任意位置的轨道几何形位进行精准定位，测量数据实现了一站式集成处理，在保证精度的同时显著提高了作业效率。这也意味着，将铁路轨道数据采集模式交给惯导小车后，就可实现自动采集，数据自动处理，基本不需要现场做过多的操作。

有了北斗助力 测量精度更高作业效率提升20倍

在前期积累的技术和产品基础上，铁五院联合武汉大学共同组成研发团队，对铁路普遍采用的惯导小车开展了国产化改造升级。新研发的北斗惯导小车集成了多项国产技术，最大特点就是采用国产北斗芯片。“项目集成了支持北斗三号的国产卫星导航接收机和惯性导航系统，用于替换传统轨道精测手段。”饶雄说。北斗导航与惯性导航功能可以形成互补,提高系统的整体导航精度、导航性能以及空间校准能力。

据了解，北斗的精密定位功能结合惯性导航强大角度和位置推算能力，可以实现连续移动测量，工作人员推着小车一路走一路就能同时进行测量计算，测量效率可以达到步行的每小时5公里左右甚至更快。因为北斗系统独特的星座设计，在中国上空的北斗卫星数量更多，所以测量精度更高，抗干扰性和可靠性也更强。

另外，北斗的高精测量能力还能有效帮助减少测量误差。常规情况下，惯导系统的数据计算是一个积分过程，整个过程耦合了定位陀螺仪和加速度计的误差，误差快速累积会对计算结果产生一定影响。“采用北斗或者其他卫星定位技术，可有效抑制误差的累积，使整套系统在长时间内都维持在一个高精度的水准。”饶雄说，与利用轨距尺进行测量或全站仪半自动测量等传统手段相比，北斗惯导小车在保证测量精度的同时，作业效率提升了20倍以上，大幅度降低了测量成本和外业复杂度。

“采用国产北斗芯片，我们这台惯导小车核心传感器完全国产化，变得自主可控，摆脱了对其他导航设施的依赖。”饶雄说。

延伸阅读—什么是智慧工程

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