基于实时PPP的铁路机车定位技术研究及系统设计

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21世纪以来,铁路交通的迅猛发展,截至2015年底,全国铁路营业里程已达12.1万公里,其中高速铁路1.9万公里。十三五规划要求到2020年,铁路网规模达到15万公里,其中高速铁路3万公里。高铁的快速发展使其对安全运营要求越来越高,庞大的铁路网检修、维护工作的重要性不言而喻。为实现我国铁路系统控制中心对检修作业机车实时、智能化调度,开发以移动网络为传输载体、信息采集实时化、监测维护远程化的GYK设备远程监测维护系统成为铁路监控系统的发展方向。本文利用铁路沿线完整的3G网络覆盖,基于网络通讯进行数据传输,结合广域实时精密定位技术与里程计的定位方法,实现对铁路维修作业车实时位置监控和调度的功能,并完成了监控系统的设计。基于此,本文主要工作如下:对本文中对实时PPP、里程计的定位方法进行了介绍。重点介绍了 PPP基本理论和误差分类,精密轨道、钟差的恢复方法,同时对里程计定位原理以及误差来源进行了介绍。对附加直线约束的列车定位进行了研究,详细的介绍了空间直线原理、精度评定方法。提出利用轨道地图数据,建立直线约束模型,结合PPP观测方程重新组成新的观测方程,实现附加约束的PPP定位。该方法用于提高精密定位的收敛时间,同时提高定位精度。分别统计3天中平面精度优于0.1m的收敛时间分别提高了 49.1%、53.8%和 10.4%。平面精度分别提高了 29.0%、43.8%、69.5%,高程精度提高了 43.3%、50.0%、65.6%。针对GNSS信号失锁后定位的问题,通过实时获取的里程信息,将里程计积分得到的里程数据作为观测值,以数据库匹配的方式推算失锁后的列车位置。实验得出,中断区间段时间内曲线段定位残差在0.6m内,直线段定位残差在0.5m内,结果表明该方法对列车定位方面有很好的辅助作用,能有效的完成遮挡区间的列车定位。搭建列车实时定位监控原型系统,把附加约束模型以及里程计信息的定位算法应用在合肥的铁路维修车监控定位系统中。还完后了系统的其他模块功能,包括了该系统中①铁路轨道数据的采集、整理工作,包括信号机、公里标、岔道节点位置以及站场、区间数据。②轨道地图数据解算工作,包括数据进行节点分段、解算、重采样,为铁路轨道地图提供准确的轨道数据。③针对广域实时定位系统的性能进行了评估,在不同的实验环境下测试:静态模拟动态,平面精度优于5cm,高程精度优于10cm。车载定位状态下,平面精度优于0.3m,高程优于0.5 m。该结果满足铁路上的定位需求。
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