北斗助力中國高鐵建設-效率提升20倍

來源：網絡 隨著北斗三號組網完成隨之而來北斗應用也越來越廣泛，之前鐵路測量軌道都是采用全站儀，現在都是通過北斗定位系統利用北斗慣導小車進行測量。北斗慣導小車進行軌道精測與利用軌距尺進行測量或全站儀半自動測量等傳統手段相比，北斗慣導小車在保證測量精度的同時，作業效率提升了20倍以上，大幅度降低了測量成本和外業復雜度。

10月28日，國新辦就2020年前三季度交通運輸經濟運行情況舉行發布會。交通運輸部新聞發言人、政策研究室主任吳春耕介紹，目前，大概有698.61萬輛道路營運車輛已經安裝使用北斗系統。交通運輸部出臺了交通運輸行業應用北斗衛星的專項規劃，鐵路、公路等重點領域的政策指導正在不斷加強。

在此前10天左右，來自中鐵第五勘察設計院集團有限公司（以下簡稱鐵五院）的工程師們，與武漢大學的工程技術人員進行合作，將自主研發的北斗慣性組合導航鐵路軌道幾何狀態測量儀（俗稱北斗慣導小車），成功用在京沈高鐵朝陽樞紐至順義段施工現場，完成了近50公里有砟軌道的多回合精測任務。

這是北斗三號全球衛星導航系統首次工程化應用于高鐵建設領域，直接服務于軌道精調，確保軌道的位置和平順性嚴格達到設計標準。那么，距離地球幾萬公里的北斗系統，如何給鋪設于地面的交通干線“把脈”？又能達到怎樣的測量精度呢？

保證軌道平順 要進行多種數據精準測量

據介紹，乘客可以在以350公里時速運行的高鐵車廂中“閑庭信步”，在車窗邊上豎硬幣不倒，都有賴于高鐵線路的高平順性。一旦軌道不夠平順，就會導致機車車輛出現系統震動，對輪軌噪聲、輪軌相互作用力以及乘車舒適性、安全性等都會產生直接影響。為最大限度保證軌道的平順性，工作人員需要精準獲取軌道的三維位置坐標、軌道間距等，實現軌向、高低、軌距、水平等各項幾何參數的高精度測量。

“簡單來說，需要先通過測量確定軌道中心線的實際位置，得出其與設計位置在平面（軌向）和高程（高低）方向的偏差。然后根據這個偏差，計算出調整量。”鐵五院北斗鐵路行業綜合應用示范工程項目技術負責人饒雄說。早期建設和維修鐵路時，技術人員需要使用軌距尺手動測量軌道，作業效率非常低。

后期使用專門的高精度全站儀進行軌道測量。測量人員會在軌道中線上臨時架設一個三腳架，然后將高精度全站儀架在三腳架上，以光電掃描的方式測得選取樣點的信息，進而再推算鋼軌的坐標數據，每根軌枕都要重復一次，一個小時只能測量200米。隨著高鐵建設的飛速發展，軌道精測技術也在不斷演進。慣性組合導航鐵路軌道幾何狀態測量儀，也叫慣導小車，是目前最為常見的測量方式。

饒雄介紹說，慣導小車上主要包括陀螺儀、加速度計、慣性導航系統以及衛星定位系統等。測量時，工作人員需要在軌道上推動慣導小車，因為小車是在三維空間里進行運動的，因此可以通過建立空間坐標軸，加上測量過程中收集到的3個方位的各項數據，通過計算機計算出軌道各部分的空間坐標，再進一步計算連續點位數值是否存在非正常偏差。

饒雄說，有了慣性導航技術，用一臺設備就能對任意位置的軌道幾何形位進行精準定位，測量數據實現了一站式集成處理，在保證精度的同時顯著提高了作業效率。這也意味著，將鐵路軌道數據采集模式交給慣導小車后，就可實現自動采集，數據自動處理，基本不需要現場做過多的操作。

有了北斗助力 測量精度更高作業效率提升20倍

在前期積累的技術和產品基礎上，鐵五院聯合武漢大學共同組成研發團隊，對鐵路普遍采用的慣導小車開展了國產化改造升級。新研發的北斗慣導小車集成了多項國產技術，最大特點就是采用國產北斗芯片。“項目集成了支持北斗三號的國產衛星導航接收機和慣性導航系統，用于替換傳統軌道精測手段。”饒雄說。北斗導航與慣性導航功能可以形成互補,提高系統的整體導航精度、導航性能以及空間校準能力。

據了解，北斗的精密定位功能結合慣性導航強大角度和位置推算能力，可以實現連續移動測量，工作人員推著小車一路走一路就能同時進行測量計算，測量效率可以達到步行的每小時5公里左右甚至更快。因為北斗系統獨特的星座設計，在中國上空的北斗衛星數量更多，所以測量精度更高，抗干擾性和可靠性也更強。

另外，北斗的高精測量能力還能有效幫助減少測量誤差。常規情況下，慣導系統的數據計算是一個積分過程，整個過程耦合了定位陀螺儀和加速度計的誤差，誤差快速累積會對計算結果產生一定影響。“采用北斗或者其他衛星定位技術，可有效抑制誤差的累積，使整套系統在長時間內都維持在一個高精度的水準。”饒雄說，與利用軌距尺進行測量或全站儀半自動測量等傳統手段相比，北斗慣導小車在保證測量精度的同時，作業效率提升了20倍以上，大幅度降低了測量成本和外業復雜度。

“采用國產北斗芯片，我們這臺慣導小車核心傳感器完全國產化，變得自主可控，擺脫了對其他導航設施的依賴。”饒雄說。

延伸閱讀—什么是智慧工程

通過智慧工程建設不僅可以促進工程建設管理單位內部生產關系的轉型升級，完成與“互聯網+”社會生產力的和諧對接，還能進一步釋放企業員工的創新創效活力，為工程建設管理單位提供可持續發展的源動力。

從信息化發展角度看，以物聯網、大數據和人工智能為代表的信息技術發展，已使智慧工程建設具備信息基礎和產業基礎；同時，不斷提升的工業設備智能化水平，也為智慧工程建設創造了良好的技術支撐，但縱觀諸多工程的信息化或智能化建設，均存在不系統、不全面、不統一，沒有從根本上解決信息孤島、數據碎片等問題。因此，深入推進智慧工程實踐必須正確處理好信息技術和管理技術的兩者理論關系，采用技術創新和管理創新的兩輪驅動模式，實現兩者的完美融合，保障各業務數據量化和集成集中共享，統一決策平臺和管理智能協同。

天璣科技要做的"智慧工程"是在工程建設領域的行業具現，是一種嶄新的工程全生命周期管理理念。它通過使用北斗導航定位系統、各種傳感器、數傳終端等物聯網手段獲取工程施工過程信息，上傳到云平臺，保證數據安全，并用北斗定位系統和BIM技術對工程進行精確設計和模擬，減少施工失誤和重復施工。并將此數據在虛擬現實環境下與物聯網采集到的工程信息進行數據挖掘分析，提供過程趨勢預測及專家預案，通過手機，報警器等終端把重要信息傳遞給相關人員，實現工程可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，改善工程質量。
 
智慧工程的目標：
 
1.全生命周期管理。通過實施信息化基礎建設和打造標準統一、流程規范、業務量化的工程管控體系，形成全面感知、全面數字、全面互聯、全面存儲的管理形態，實現從發展規劃、項目立項、前期設計、建設實施、竣工驗收、移交運營到工程壽命終止的全階段、全周期管理。
 
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