应用于磁浮交通的组合定位系统

【摘要】随着我国经济社会的快速发展，磁浮交通作为一种新兴的轨道交通技术，得到越来越多的关注。磁浮列车控制技术依赖于精确测速与连续定位信息，但是传统列车测速定位方法已经不能适应当前磁浮列车的需求。本文在对磁浮列车定位系统研究进展进行分析的基础上，提出应用于磁浮交通的GNSS/INS组合定位系统。

【关键词】组合定位系统;磁浮交通;GNSS;INS。

1引言

随着我国经济和社会的迅速发展，交通运输业在经济社会中的地位越来越重要。全球化的深入发展要求效率更高、速度更快的运输工具。磁悬浮列车无轮轨阻力，提速快，列车为直线电机推动运行，最高运行速度不受到轮轨粘滞系数的限制，因此被看作超高速列车最有前景的一种实现方式。此外磁悬浮列车还具备爬坡能力强、安全环保、噪音小与易维护的优点，尤其是具有更好的过弯能力，有利于应用在城际铁路和市内交通。其在超高速领域有着轮轨列车所无法比拟的优势，在中低速领域，目前也已具备一定的市场竞争力。安全是轨道交通运输的重中之重，也是所有生产活动的前提。在磁浮列车运行中，定位关系列车调度控制更关乎安全运行，具有非常重要的意义。现有的列车测速定位方法随着速度的提升及牵引方式的转变，存在重大缺陷。为了适应磁浮交通系统高效运营及调度对定位信息的高精度、高实时性及高可靠性要求，迫切需要提出一种可以适应磁浮列车需求的列车定位测速方法。

2磁浮列车定位系统研究进展

现有的列车测速定位系统存在多种形式，包括轮对传感器、查询应答器、全球卫星导航系统（GNSS）、计数轨枕测速定位、惯性导航系统（INS）等，它们都有各自的优缺点。

磁浮列车悬浮行驶且采用直线电机，显然没有安装轮对速度传感器的条件，无法应用。查询应答器可以提供绝对位置，这种方法需要在轨道安装大量的地面设备，设备维护和保养比较困难，且该方法无法实现实时高精度测速定位，不适应磁悬浮列车。GNSS测速定位设备体积小、精度高、可维护性强，但是若卫星信号丢失，性能会急剧恶化，甚至无法定位。基于惯性传感器的INS可以不受外界干扰，不需要输入信息而独立进行定位及测速工作，精度高实时性强，不过惯性导航系统长时间工作会产生严重的漂移现象，很难做到全天候高精度长时间工作。计数轨枕测速定位已经在中低速磁浮列车系统中工程化使用，如长沙磁浮快线使用了该技术。此方法设备简单、易于维护、经济性和抗干扰性强，但对轨道轨距的精度有严格的要求，同时其低速和高速段精度较差。综上所述，现有的各种列车测速定位方法存在缺陷，无法满足磁浮交通的测速定位需求。

3磁浮交通组合定位系统

现有的列车测速定位系统存在多種形式，已在上面详细论述，这些测速定位系统单独工作均不能达到比较好的效果，甚至无法应用于磁浮列车。磁浮列车对测速定位系统的精度和实时性要求很高，所以有必要采用新型组合定位技术。

INS单独工作会有累计误差，长时间工作精度难以保证;GNSS单独工作会受到卫星信号缺失影响，在隧道、密集建筑物场景下无法定位。GNSS卫星信号极易受到干扰，但卫星导航提供的位置误差不随时间累积，GNSS与INS之间具有很好的互补性，通过组合可以充分发挥两种系统的优点。

组合系统采用卡尔曼融合滤波算法。这样提高了定位测速系统的精度与实时性，能保证高精度高刷新率，也能在卫星信号丢失的情况下继续工作，还可以避免积分误差，实现测速实时性与定位连续性，因此GNSS/INS组合定位系统可以满足磁浮交通的使用需求。图1是GNSS/INS组合算法的典型步骤。

4结论

近年来我国社会和经济快速发展，轨道交通行业也得到了迅速发展，磁悬浮列车的优势越来越得到凸显，传统的列车测速定位方法已经难以适应当前磁浮交通发展的需求。本文在对测速定位系统的研究进展进行分析的基础上，提出采用组合定位方法。组合定位系统利用卡尔曼滤波算法，融合了GNSS与INS的优点，满足磁浮交通系统的定位需求。本文的组合定位系统不仅适用于磁浮交通领域，同时在其他领域还有广泛的应用场景，如应用于车辆自动驾驶、城市复杂路况导航、地下停车场定位等。

参考文献

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作者简介：王帅（1995），性别：男，民族：汉，籍贯：山西省运城市，硕士研究生学历，研究方向：交通设备与控制工程，任职于民航机场规划设计研究总院有限公司西北分公司，单位：民航机场规划研究总院有限公司西北分公司。