基于广域实时精密定位的铁路作业车管理系统

许士敏， 黄荣星

（1.解放军电子工程学院，合肥 230037；2.上海铁路局 合肥供电段，合肥 230037）

基于广域实时精密定位的铁路作业车管理系统

许士敏1， 黄荣星2

（1.解放军电子工程学院，合肥 230037；2.上海铁路局 合肥供电段，合肥 230037）

针对铁路作业车安全生产和高效管理的需求，提出了综合应用GPS、GIS、3G/GPRS等先进技术的作业车信息化管理方案，提高作业车的管理效率。利用广域实时精密定位技术提高作业车的定位精度，测试结果表明能够达到分米级的定位精度。

精密定位；实时；作业车；管理

当前，我国铁路对作业车安全控制的主要技术手段是安装运行监控装置（GYK），GYK侧重对作业车的安全操纵情况进行记录，通过导出GYK数据并上传到管理部门，由专人负责分析。作业车的安全运行和标准化操纵靠管理人员分析，此方式效率低、成本高且容易出错。未来作业车安全管理是铁路供电段行车安全的重点，也是难点，迫切需要创新作业车安全控制措施。

铁路具有明显的地理分布特征，在生产过程中产生了大量的铁路空间数据，包括线路、列车、车站、桥梁、隧道、通信信号设备等，引入地理信息系统对这些空间数据信息进行管理能够有效提高铁路生产管理水平。通过在作业车上安装GPS/北斗定位装备就能得到作业车在线路上的运行数据，还可以在作业车上安装其它的传感器，例如作业车工作状态采集装备、视音频采集器等获得所需的各种工作参数。同时，高速铁路沿线基本实现了 3G网络的覆盖，通过3G网络传输将作业车工作参数及运行状态数据上传到指挥调度中心，就可以实现对作业车的远程监控与指挥管理，实现管理部门全天候实时掌握作业车运行动态情况，从而达到远程监视作业车司机标准化作业，提高管理效率，降低运营成本，对保障铁路高效建设与科学管理有着十分重要的意义。

1 广域实时精密定位技术

根据作业车管理的需要，作业车的定位精度要求优于50 cm，普通的GPS定位方法达不到要求，必须采用广域实时精密定位技术来满足精度要求。

广域实时精密定位技术与示范系统在广域差分和精密单点定位技术的基础上，集成了先进的GNSS 实时数据处理、Internet 和卫星通信等技术，建立服务范围覆盖中国区域、实时定位精度优于1 m的试验系统。本系统以提高中国区域用户 GPS 定位精度为主，通过对基于GEO卫星的卫星导航增强系统的技术升级，形成覆盖中国区域的高精度导航和综合信息服务系统。实现在中国及周边区域陆地、海洋和空中优于1 m精度的无缝导航定位服务。

广域实时精密定位与示范系统由8部分组成： GNSS基准站、广域数据处理系统、精密信息融合及增值服务系统、技术支持及备份数据处理系统、卫通信息播发系统、北斗信息播发系统、用户终端和数据传输链路，系统组成如图1所示。

图1 广域实时精密定位示范系统组成图

2 基于广域实时精密定位的作业车管理系统

2.1 系统总体方案

系统主要包括作业机车终端设备、无线通信网络和供电段指挥调度中心等部分，其结构图如图2所示。

图2 作业车定位与监控系统原理框图

系统通过在作业机车上安装GPS定位及数据采集设备，并利用广域实时精密定位技术提高作业车实时定位精度，通过通信网络将作业车工作状态及运行数据实时上传到调度中心，管理人员在调度时能实时掌握铁路检修机车的位置信息，分辨其所在的轨道，实现机车的准确定位与实时调度功能。

2.2 作业机车终端设备

作业机车定位终端设备主要实现作业机车自身的高精度定位功能，并将定位结果上报给调度中心。主要设备包括GPS定位终端（含GPS接收机、GPS天线、GPRS/3G数据通信模块、处理器及电源模块等）。每个作业机车须配备一套，以实现机车的自定位。

数据通信模块上电后即主动连接调度中心的服务器，建立通信链路。GPS接收机上电后即工作，输出相应的定位数据。广域实时精密定位系统需要实时计算卫星轨道与钟差，并与广播星历计算的轨道和钟差进行差分，生成的差分数作为精密产品通过通信链路发播给实时用户，车载终端设备接收差分数据，用于高精度定位解算，并把高精度定位数据上传到调度中心。

2.3 供电段指挥调度中心

接收各作业机车定位终端送来的高精度GPS定位数据，将结果显示在计算机软件上。拟采用固定IP网络服务，调度中心作业服务器，各作业机车定位终端设备作为客户端，终端上电后主动连接调度中心作业服务器，建立网络连接，连接成功后主动将作业车终端定位结果数据上报给调度中心。

供电段指挥调度中心要开发基于地理信息系统（GIS）的指挥管理软件。车载计算机与供电段指挥调度中心计算机通过网络进行数据通信，采用TCP/IP通信协议。车载计算机作为客户端，供电段指挥调度中心计算机作为服务器端，这样机车车载系统就可以通过固定IP和服务端口连接到服务器软件上。

3 系统定位精度测试

作业机车终端设备主要包括GPS接收机及GPS天线实现机车的自定位。GPS接收机采用OEM628模块。

3.1 数据分析方法

测试精度从收敛后开始统计（即从观测20 min后开始进行统计精度）；平面精度统计公式为95%置信区间为两倍的RMS值。RMS的统计公式为中x为样本的数值。

3.2 测试结果

收敛时间分析：平面精度在5 min内收敛到分米级精度,如图3所示。定位结果时间序列图如图4所示。

图3 收敛时间序列图

图4 定位结果时间序列图

统计结果如表1所示。

表1 测试数据表

测试数据分析结果表明：本系统能够连续稳定接收精密定位信号，定位精度满足定位指标要求，且实时定位结果精度稳定，测试指标合格。

4 结束语

本文针对铁路作业车安全生产和高效管理的需求，提出了综合应用GPS、GIS、3G/GPRS等先进技术的作业车管理系统方案，建立以供电段调度为中心，现场作业车为管理对象的管理系统，实现全天候跟踪定位作业车位置，不断提高作业车的管理效率，保障铁路的高效建设与科学管理。该成果已于2013年8月通过上海铁路局科技成果鉴定，并已陆续在上海铁路局南京供电段和合肥供电段推广应用，取得了良好的社会效益和经济效益。

该项目得到了武汉大学国家卫星定位系统工程技术研究中心施闯、宋伟伟和易文婷等各位老师的指导和帮助，在此表示感谢。

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[2] 冯 炜，邵佳妮，等. 广域实时精密定位技术与示范系统完好性监测结构设计[J].地理空间信息，2010，8（2）：67-69.

[3] 施 闯，李 敏，等. 利用区域基准站进行导航卫星近实时精密定轨研究[J].武汉大学学报，2008，33（7）：697-700.

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责任编辑 陈 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

许士敏，副教授； 黄荣星，高级工程师。