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中国高铁|中国高铁跑得稳竟和北斗卫星有关 还有这些“黑科技”

中国高铁|中国高铁跑得稳竟和北斗卫星有关 还有这些“黑科技”
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工作人员正在利用北斗惯导小车进行轨道精测 受访者供图
与利用轨距尺进行测量或全站仪半自动测量等传统手段相比 ， 北斗惯导小车在保证测量精度的同时 ， 作业效率提升了20倍以上 ， 大幅度降低了测量成本和外业复杂度 。
10月28日 ， 国新办就2020年前三季度交通运输经济运行情况举行发布会 。 交通运输部新闻发言人、政策研究室主任吴春耕介绍 ， 目前 ， 大概有698.61万辆道路营运车辆已经安装使用北斗系统 。 交通运输部出台了交通运输行业应用北斗卫星的专项规划 ， 铁路、公路等重点领域的政策指导正在不断加强 。
在此前10天左右 ， 来自中铁第五勘察设计院集团有限公司（以下简称铁五院）的工程师们 ， 与武汉大学的工程技术人员进行合作 ， 将自主研发的北斗惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪（俗称北斗惯导小车） ， 成功用在京沈高铁朝阳枢纽至顺义段施工现场 ， 完成了近50公里有砟轨道的多回合精测任务 。
这是北斗三号全球卫星导航系统首次工程化应用于高铁建设领域 ， 直接服务于轨道精调 ， 确保轨道的位置和平顺性严格达到设计标准 。
那么 ， 距离地球几万公里的北斗系统 ， 如何给铺设于地面的交通干线把脉？又能达到怎样的测量精度呢？
保证轨道平顺 要进行多种数据精准测量
据介绍 ， 乘客可以在以350公里时速运行的高铁车厢中闲庭信步 ， 在车窗边上竖硬币不倒 ， 都有赖于高铁线路的高平顺性 。 一旦轨道不够平顺 ， 就会导致机车车辆出现系统震动 ， 对轮轨噪声、轮轨相互作用力以及乘车舒适性、安全性等都会产生直接影响 。
为最大限度保证轨道的平顺性 ， 工作人员需要精准获取轨道的三维位置坐标、轨道间距等 ， 实现轨向、高低、轨距、水平等各项几何参数的高精度测量 。
简单来说 ， 需要先通过测量确定轨道中心线的实际位置 ， 得出其与设计位置在平面（轨向）和高程（高低）方向的偏差 。 然后根据这个偏差 ， 计算出调整量 。 铁五院北斗铁路行业综合应用示范工程项目技术负责人饶雄说 。
早期建设和维修铁路时 ， 技术人员需要使用轨距尺手动测量轨道 ， 作业效率非常低 。
后期使用专门的高精度全站仪进行轨道测量 。 测量人员会在轨道中线上临时架设一个三脚架 ， 然后将高精度全站仪架在三脚架上 ， 以光电扫描的方式测得选取样点的信息 ， 进而再推算钢轨的坐标数据 ， 每根轨枕都要重复一次 ， 一个小时只能测量200米 。
随着高铁建设的飞速发展 ， 轨道精测技术也在不断演进 。 惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪 ， 也叫惯导小车 ， 是目前最为常见的测量方式 。
饶雄介绍说 ， 惯导小车上主要包括陀螺仪、加速度计、惯性导航系统以及卫星定位系统等 。 测量时 ， 工作人员需要在轨道上推动惯导小车 ， 因为小车是在三维空间里进行运动的 ， 因此可以通过建立空间坐标轴 ， 加上测量过程中收集到的3个方位的各项数据 ， 通过计算机计算出轨道各部分的空间坐标 ， 再进一步计算连续点位数值是否存在非正常偏差 。
饶雄说 ， 有了惯性导航技术 ， 用一台设备就能对任意位置的轨道几何形位进行精准定位 ， 测量数据实现了一站式集成处理 ， 在保证精度的同时显著提高了作业效率 。 这也意味着 ， 将铁路轨道数据采集模式交给惯导小车后 ， 就可实现自动采集 ， 数据自动处理 ， 基本不需要现场做过多的操作 。
有了北斗助力 测量精度更高作业效率提升20倍
在前期积累的技术和产品基础上 ， 铁五院联合武汉大学共同组成研发团队 ， 对铁路普遍采用的惯导小车开展了国产化改造升级 。 新研发的北斗惯导小车集成了多项国产技术 ， 最大特点就是采用国产北斗芯片 。


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