北斗导航卫星系统在铁路运营监测上的应用

卫星导航产业的建设关系到整个国家的安全和经济等多个领域，目前我国正在研发本土的全球卫星导航系统即北斗导航系统。本文主要针对我国的北斗导航卫星系统在铁路导航定位这方面进行研究，分析其关键技术，并就应用过程中出现的一系列问题提出可行的解决方案。

0 引言

改革开放以来，我国经济得到飞速发展，流动人口数量的增加等因素对我国铁路运输提出了更高的要求。最近几年，ITS等智能交通系统为有效解决实际问题提供极大的便利，而在ITS中，最为关键的技术是车辆导航定位技术，车辆只有实现准确定位，才能被调动。本文结合我国铁路运输系统的现状和特点，诠释了“北斗”系统信息和铁路运输系统信息的融合应用这一理念，阐述了通过利用信息融合技术建设我国智能铁路运输系统的科学系统的方案。

1 国外卫星导航定位技术应用现状

目前，全球已经投入运行的卫星导航系统有GPS(美国)/Galileo(欧洲)/GLONASS(俄罗斯)/BD(中国)。美国的GPS导航系统最早应用于领域，20世纪末才正式投入商用领域，2010年，美国卫星导航系统行业产值上升至600亿美元，是十年前的八倍之多。欧盟为打破美国GPS卫星导航系统独占鳌头这一局面，在20世纪90年代中期，开始筹备卫星导航系统建设，第一步即建成GNSS-1(利用美国GPS系统和俄罗斯GLNASS系统的第一代全球导航系统)，第二步则是Galileo卫星导航定位系统，尚处于建设之中，其囊括了全球的卫星导航定位系统，全部完工后其可使用的卫星可超过100颗。

2 我国卫星导航发展及应用研究

我国从20世纪90年代引进GPS卫星导航技术，目前在大地测量、汽车防盗以及货运物流等领域广泛应用，目前，我国正加入欧盟Galileo卫星系统建设，并且结合我国北斗区域卫星建设以实现全球信息覆盖。

北斗卫星导航系统是由我国自主研发、且独立运行的卫星导航系统。北斗卫星导航系统主要提供精确度较高的定位、导航以及授时等服务，其分为三个组成部分：空间端、地面端和用户端。1983年，我国北斗卫星导航试验系统即“北斗一号”正式提出，北斗一号是借助地球同步卫星提供快速定位以及简短数字等服务的一种小区域内进行时间空间内的卫星定位系统，其组成包括2颗地球静止卫星、1颗在轨备份卫星等部分;根据规划，我国在2012年10月，北斗二代系统将集聚16颗卫星的力量实现整个亚太地区的网络覆盖，并且达到10左右的精确度，而在2020年，全球卫星导航系统将初步成形，成为全球的第四大卫星导航系统。可以说，北斗卫星导航系统的逐步成熟加速了我国卫星导航相关产业的发展进程。北斗二代系统的成功运行为卫星制造、发射等卫星运营业务以及导航、通信等增值业务增加了可发展空间，卫星导航产业即将有可能成为推动我国信息产业发展的动力来源，伴随着北斗卫星导航系统逐步投入使用，卫星导航将迎来跨时代的改变。

3 在铁路领域的主要应用

就目前情况而言，我国铁路主要采用GPS系统管理列车行车安全、铁路沿线灾害以及基础设施建设等领域。但是由于GPS系统完全由美国管理和指挥，而且还存在较大的人为因素，因此，只有改变这一局面，建立属于本国的卫星导航定位系统，才能从根本上解决问题，真正增加系统的安全性和可靠性。随着我国列车速度的提高以及客运专线建设的进程加快，北斗卫星定位导航系统逐步应用至铁路领域：

3.1 列车监控、调度管理系统

即利用精度较高的卫星导航接收信息，通过RTK(实时动态差分法)或P3(精密单点定位法)计算得到目标物的三维数据、运行速度以及方向，并且通过信息网络将所得数据及时回馈给控制中心，最后，控制中心以相关技术获取数据信息，并将信息发送给调度人员，进而保证列车行驶和线路运输。

3.2 铁路沿线灾害监测

铁路沿线地质灾害监测主要由三个部分内容组成，即灾情监测、分析预报以及综合信息服务。大致步骤如下：利用卫星导航传感器以及数据采集终端进行数据(发生灾害区域的变形信息以及诱发因素信息)采集，随后通过特征提取、数据融合等方式进行灾情分析，最后在地理信息系统平台的辅助下，对所有数据进行整合，以地图形式展开，便于进行分析和探讨

3.3 铁路综合应急指挥调度

在事故发生现场，救援人员在应急指挥中断和服务平台的帮助下，获取现场位置信息和险情信息，同时利用预案、决策等一系列功能为救援人员提供信息服务，帮助解决灾情现场出现的一系列问题。

3.4 铁路基础设施建设监控

在进行铁道基础设施建设时，如钢轨、路基等铁路基础设施建设，需要在监测位点配备北斗卫星导航系统的数据接收装备，以便于在合适的位点进行监测工作，同时在安全监测模型的辅助下，所得的空间三维数据结合数学建模理论，便能实现监测基础设施的目标。

4 主要的技术内容

为使北斗卫星导航系统能尽快应用于我国铁路领域，技术人员必须进行相关的研究，熟悉并掌握北斗卫星定位导航系统的关键技术，并且尽快运用其在列车行驶安全、灾害以及基础设施建设等方面，进而增加铁路运行的高效性和安全性，改变美国GPS导航系统独占鳌头的局面，尽快消除人为引起的安全因素，为人们的财产提供安全保障。

4.1 高效率(高精度、高灵敏度、低成本、低功耗)的卫星导航接收终端

北斗卫星导航系统提供的精度系数较高的空间坐标系数可以实现铁路列车的精确定位、速度测量以及基础设施检测等保障，因此这对卫星导航接收终端提出了一个很高的要求，不仅要保证其高效运转，还要确保其具有一定的商业价值，值得实施和推广。

4.2 数据融合技术

传统模式下，信息融合指的就是数据融合，即将传感器的数据遵循某种法则并且对其进行分析和整理，以体现决策和分析的结果，目前而言，信息融合的过程就是将所有相关的信息进行统一处理的过程，充分利用北斗卫星导航系统优良平台，并且采用信息融合技术，实现铁路运输系统信息和北斗卫星导航的监测数据的完美融合，进而加强新时期我国铁路智能运营系统的建设。

4.3 空间数据处理技术

空间数据有助于帮助描述客观实物，数据的整合处理可以表现尸体的具体状态。因此，数据的形成、存储以及提取数据的有效部分是非常重要的一部分内容，这不得不要求北斗卫星导航系统的应用需要具备较高的空间数据处理技术，才能实现在铁路领域的应用。

4.4 形变监测技术

在铁路运营的时间过程中，为保证铁路基础设施的有效使用，定期进行的评估是需要监测技术把关的，针对某一区域内的实体，对其实际情况进行监测，及时针对不好的情况作出解决方案，可以避免因铁路沿线发生自然灾害而造成巨大的损失。

5 优良的技术方案

总体而言，北斗导航卫星系统在铁路领域的运营尚处于发展阶段，因此，必须要出台相关的技术方案，以实现其长期的发展。目前来说，BD/GPS/GLONASS三系统融合模式是比较好的技术方案。通过BD/GPS/GLONASS三系统融合模式的采用，不仅可以完成对卫星导航系统的玩好像监测以及对接收机的数据进行修改和纠正，同时消除了GPS系统存在的人为影响因素，弥补了BD系统建设时期的定位精度较差这一缺陷。就某种程度而言，该技术的使用增加了了卫星导航系统接收终端的使用寿命以及性能。

6 结语

总体而言，北斗卫星定位导航系统在铁路领域的应用为我国铁路运输行业的发展提高了发展空间，为我国发展经济提供了一个更好的平台。但就我国的主要技术水平而言，仍有待提高。