Fokus | Aplikasi dan prospek sistem Beidou dalam kereta api perkotaan cerdas

Menurut statistik, lebih dari 80% orangWaktu dihabiskan di ruang-ruang yang tidak terbuka seperti bangunan, kendaraan bergerak, dan bawah tanah.Transportasi kereta api perkotaan (selanjutnya disebut sebagai "kereta api perkotaan"), sebagai skenario tipikal ruang yang tidak terbuka, merupakan arteri kota dan area publik inti, serta merupakan area pembangunan utama dari "infrastruktur baru".Selama ini, penentuan posisi, navigasi, pengaturan waktu, dan komunikasi di ruang tertutup telah menjadi masalah teknis global dan hambatan yang membatasi pengembangan kereta api perkotaan pintar.

Sistem Navigasi Satelit Beidou (selanjutnya disebut sebagai "Sistem Beidou"), sebagai sistem global yang menyediakan informasi waktu dan ruang, merupakan infrastruktur ruang angkasa penting yang dibangun dan dioperasikan secara mandiri oleh negara kita. Pembangunan sistem ini telah selesai dan sedang diterapkan serta dipromosikan di berbagai industri. Dengan menerapkan sistem Beidou dan membangun jaringan penentuan posisi presisi tinggi, jaringan sinkronisasi waktu presisi tinggi, jaringan komunikasi berkapasitas tinggi, dan platform digital ruang angkasa berdasarkan sistem tersebut, sistem ini dapat memainkan peran pendukung mendasar dalam pembangunan kereta api perkotaan cerdas.

Karena penerapan sistem Beidou bersifat fundamental, inovatif, mendalam, dan pendorong, sistem ini dapat memberikan dampak signifikan pada bentuk pengembangan, konsep pengembangan, model pengembangan, dan model operasi kereta api perkotaan, sehingga mendorong kemajuan.Model operasi dan manajemen baru "Beidou + Urban Rail"Pembentukan kota ini akan memenuhi berbagai kebutuhan beragam entitas seperti penumpang, perusahaan, dan pemerintah, serta membangun sistem kereta api perkotaan cerdas yang lebih aman, andal, nyaman, hemat biaya, ramah lingkungan, dan hemat energi.

#01

Sistem Beidou dan Kereta Api Perkotaan Pintar

①Penerapan dan pengembangan sistem Beidou

Saat ini, sistem Beidou telah banyak digunakan di bidang transportasi, perikanan laut, meteorologi dan hidrologi, pengaturan daya, penanggulangan dan mitigasi bencana, dan lain-lain, serta telah menghasilkan manfaat sosial dan ekonomi yang signifikan; khususnya di bidang transportasi, sistem ini telah banyak digunakan dalam penentuan posisi kendaraan, pemantauan dan pengelolaan proses transportasi, serta pemantauan keselamatan infrastruktur.

Atas dasar ini, masih ada ruang untuk perluasan lebih lanjut aplikasi sistem Beidou. Misalnya, dari perspektif lingkungan ruang aplikasi, di lingkungan ruang terbuka (selanjutnya disebut sebagai "ruang terbuka") yang dapat langsung menerima sinyal sistem navigasi satelit, pengguna dapat langsung memanfaatkan informasi spasial dan temporal yang disediakan oleh sistem Beidou; namun,Di lingkungan luar angkasa yang tidak terpapar di mana sinyal sistem navigasi satelit tidak dapat diterima.(selanjutnya disebut sebagai "ruang yang tidak terpapar"), seperti kereta bawah tanah, tempat parkir bawah tanah, kompleks komersial, dan di bawah jembatan layang, dipengaruhi oleh penghalang bangunan dan efek multipath. Akurasi penentuan posisi satelit sangat berkurang, dan tidak dapat memenuhi kebutuhan layanan penentuan lokasi ruang yang tidak terpapar.

karenaOrang-orang menghabiskan 80% waktu mereka di ruang yang tidak terpapar, seperti bangunan dan kendaraan bermotor.,Karena itu,Penyelesaian masalah navigasi dan penentuan posisi di ruang tertutup merupakan arah penting bagi pengembangan aplikasi sistem Beidou..

Saat ini, negara tersebut sedang membangun sistem penentuan posisi, navigasi, dan waktu (Positioning, Navigation and Timing, PNT) yang komprehensif berdasarkan sistem Beidou. Sistem ini dapat menggunakan berbagai sumber informasi PNT berdasarkan prinsip yang berbeda, dan melalui kontrol platform cloud, integrasi tinggi multi-sensor dan fusi data multi-sumber, menghasilkan informasi layanan PNT yang memiliki tolok ukur spasial-temporal yang terpadu dan memiliki keunggulan anti-interferensi, anti-pemalsuan, ketahanan, kemudahan penggunaan, kontinuitas, dan keandalan, mencapai cakupan di dalam ruangan, bawah air, ruang angkasa dalam, dan bidang lainnya.

② Pengembangan terpadu sistem Beidou dan kereta api perkotaan pintar

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan percepatan pembangunan dan pertumbuhan jarak tempuh operasional yang berkelanjutan, kereta api perkotaan telah menghadapi serangkaian tantangan seperti operasi jaringan, pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi, layanan cepat, perlindungan lingkungan rendah karbon, dan pembangunan berkelanjutan. Hal ini telah menyebabkan munculnya konsep kereta api perkotaan cerdas.

Inti dari transportasi adalah menyediakan perpindahan, yaitu mewujudkan pergerakan lokasi orang dan material melalui kendaraan transportasi sesuai kebutuhan. Sebagai sistem transportasi publik, tujuan utama pengembangan kereta api perkotaan cerdas adalah mencapai pergerakan lokasi dengan biaya terendah dan cakupan maksimum sambil memastikan keselamatan. Metodenya adalah mewujudkan kecerdasan semua mata rantai dalam proses layanan kereta api perkotaan dengan dukungan teknologi informasi, yaitu "perpindahan +". Oleh karena itu, perlu memanfaatkan sepenuhnya komunikasi informasi canggih, kecerdasan buatan, Internet of Things, big data, robotika, dan teknologi lainnya dengan menjadikan persepsi otonom, pembelajaran otonom, pengambilan keputusan otonom, dan kontrol otonom sebagai proses inti, serta menyediakan layanan perpindahan yang efisien, akurat, dan personal kepada penumpang berdasarkan manajemen dan kontrol peralatan dan fasilitas yang dioptimalkan, sehingga membangun sistem kereta api perkotaan generasi baru yang lebih aman, lebih efisien, lebih nyaman, dan lebih ramah lingkungan.

Informasi lokasi waktu dan ruang merupakan dasar untuk mewujudkan pengoperasian otonom, manajemen yang tepat, dan layanan personalisasi sepanjang waktu dari sistem kereta api perkotaan cerdas.Oleh karena itu, pembangunan kereta api perkotaan pintar perlu mencapai pengembangan terintegrasi dengan sistem Beidou yang menyediakan informasi spasial-temporal.

Tren pengembangan masa depan kereta api perkotaan adalah mempromosikan transportasi cerdas yang aman, nyaman, ekonomis, efisien, dan ramah lingkungan dalam bentuk "perpindahan+"; sedangkan tren pengembangan sistem Beidou adalah memberdayakan industri transit kereta api dalam bentuk "+Beidou" (yaitu, menggunakan teknologi Beidou sebagai sarana pendukung, menggunakan informasi spasial-temporal sebagai metode aplikasi, menggabungkan dengan teknologi dan bisnis asli industri lain atau mengganti solusi aplikasi tradisional) untuk mendorong transformasi dan peningkatannya. "Perpindahan + Beidou", sebagai konsep inti dari pengembangan terpadu sistem Beidou dan kereta api perkotaan cerdas, akan semakin memperkaya aplikasi teknologi dan ekosistem industri kereta api perkotaan dan sistem Beidou, mendorong pengembangan komprehensif keduanya, dan dengan demikian mendorong implementasi strategi nasional.

Pengembangan terintegrasi sistem Beidou dan kereta bawah tanah pintar.

#02

Permintaan sistem Beidou untuk kereta api perkotaan pintar

①Tolok ukur ruang-waktu

Sebagai sistem siber-fisik kompleks yang khas, kereta api perkotaan pintar melibatkan berbagai macam sistem informasi seperti kontrol kereta otomatis (ATC), pengumpulan tarif otomatis (AFC), otomatisasi manajemen sistem catu daya (SCADA), pemantauan lingkungan (BAS), dan alarm kebakaran (FAS). Untuk mewujudkan operasi otonomnya, sistem informasi kompleks ini harus diintegrasikan untuk memahami, memproses, mengambil keputusan, dan mengendalikan sejumlah besar informasi ruang dan waktu. Oleh karena itu, sangat penting untuk menetapkan tolok ukur spasial-temporal yang terpadu untuk menghindari risiko konflik informasi spasial-temporal dan membahayakan operasi kereta api perkotaan yang aman.Dengan menerapkan sistem Beidou dan sistem koordinat CGCS2000 (sistem koordinat geodetik nasional terbaru di negara saya) yang menyediakan layanan penentuan posisi dan navigasi, sistem kereta api perkotaan dapat memperoleh referensi spasial-temporal yang terpadu, otonom, dan terkendali.

Selain itu, lingkungan ruang tempat kereta api perkotaan berada sangat kompleks, dengan ruang terbuka dan ruang tertutup yang berdampingan. Mengandalkan sistem navigasi satelit saja tidak dapat memenuhi kebutuhan aplikasi saat ini. Dengan memperkenalkan referensi ruang-waktu absolut dari sistem Beidou ke dalam ruang tertutup kereta api perkotaan dan mempertahankannya secara dinamis, di satu sisi, dimungkinkan untuk menyatukan posisi relatif ruang tertutup dan posisi absolut ruang terbuka, serta menampilkan dan menerapkan posisi ruang tertutup di kereta api perkotaan dalam bentuk sistem koordinat absolut; di sisi lain, dimungkinkan untuk menyatukan waktu dan mencapai sinkronisasi waktu di ruang tertutup.

② Digitalisasi ruang angkasa

Karena lingkungan spasial perkeretaapian perkotaan yang kompleks, penguasaan informasi geografis yang kaya dan akurat merupakan dasar bagi pembangunan dan pengoperasian perkeretaapian perkotaan cerdas. Digitalisasi spasial, yaituKerangka Data Geospasial Digital DSDF）, merupakan produk dari pengembangan dan integrasi teknologi survei dan pemetaan, teknologi informasi geografis, dan teknologi informasi modern lainnya.

Dengan kemajuan teknologi, teknologi survei dan pemetaan berkembang ke arah digitalisasi tiga dimensi, jaringan, waktu nyata, dan visualisasi pengumpulan informasi, pengolahan data, dan penerapan hasil. Diperlukan aplikasi digital spasial dengan pemodelan tiga dimensi kehidupan nyata sebagai intinya. Dalam pembangunan kereta api perkotaan cerdas, perlu menggunakan tolok ukur spasial-temporal sistem Beidou untuk menggunakan alat survei dan pemetaan yang dipasang di stasiun, sapu dorong, ransel, genggam, dan lainnya, serta peralatan pengumpulan data informasi geografis untuk melakukan survei di ruang komputer, aula stasiun, bagian, depo, dan gudang di ruang bawah tanah dan di atas tanah kereta api perkotaan. Di tempat lain, kita mengumpulkan data awan titik laser 3D di sekitar struktur spasial, peralatan dan fasilitas, bahan habis pakai, dan elemen lainnya, dan melengkapinya dengan informasi data seperti foto di lokasi dan tekstur untuk membuat serangkaian model 3D kehidupan nyata yang detail dengan semua elemen untuk mewujudkan digitalisasi spasial kereta api perkotaan.

Dengan menggunakan data di atas, staf terkait dapat menghasilkan peta berpresisi tinggi, mengklasifikasikan sumber daya spasial, memahami struktur spasial serta fasilitas dan peralatan kereta api perkotaan, menyediakan informasi geografis yang akurat dan komprehensif untuk perencanaan, pembangunan, renovasi, dan pemeliharaan kereta api perkotaan pintar, serta menyediakan informasi dasar dan dukungan teknis penting untuk pemanfaatan ruang dan manajemen yang lebih baik. Sebagai aplikasi skenario baru teknologi Beidou dalam sistem ruang-waktu, digitalisasi spasial telah menyuntikkan vitalitas baru ke dalam pengembangan kereta api perkotaan pintar.

③Penentuan posisi dan waktu dengan presisi tinggi

Informasi spasial dan temporal dengan presisi tinggi merupakan dasar untuk membangun kereta api perkotaan cerdas. Data lalu lintas adalah data spasial-temporal tipikal, yang tidak hanya memiliki atribut dimensi waktu, tetapi juga memiliki ketergantungan yang kuat pada struktur spasial.

Dengan integrasi dan pengembangan berbagai sistem informasi transit kereta api, persyaratan untuk akurasi penentuan posisi dan akurasi sinkronisasi waktu terus meningkat. Saat ini, sistem Beidou belum dapat secara langsung memenuhi persyaratan kereta api perkotaan cerdas untuk penentuan posisi dan waktu dengan presisi tinggi. Alasannya adalah sebagai berikut:

• Kesulitan menerima sinyal satelit.Di ruang tertutup jalur kereta api perkotaan, karena adanya penghalang berupa dinding (terutama beton bertulang), sinyal penentuan posisi satelit akan melemah secara signifikan setelah melewati bangunan, dan akurasi penentuan posisi akan sangat berkurang, bahkan sinyal mungkin tidak dapat diterima sama sekali.

• Berbagai rintangan dan sumber gangguan.Terdapat berbagai jenis hambatan di jalur kereta api perkotaan, seperti tiang, lift, eskalator, peralatan, pintu kasa, dan pejalan kaki. Tata letaknya pun berbeda-beda. Selain itu, pejalan kaki dan kendaraan selalu bergerak, dan sinyal akan dipantulkan berkali-kali. Berbagai ketidakpastian ini membuat lingkungan jalur kereta api perkotaan menjadi sangat kompleks. Situasi ini sangat menonjol di kereta bawah tanah, karena lingkungan kereta bawah tanah relatif tertutup, dan gangguan lingkungan yang kompleks seperti sinyal radio, suara, cahaya, dan suhu akan berdampak negatif pada akurasi sensor peralatan penentuan posisi.
  

• Penentuan posisi berdasarkan ketinggian itu sulit.Dalam lingkungan kereta bawah tanah, bukan hanya posisi bidang dua dimensi yang harus dipertimbangkan, tetapi juga posisi dan ketinggian lantai di atas dan di bawah tanah untuk bangunan bertingkat.
  

• Mengembangkan terminal aplikasi itu sulit.Kereta api perkotaan membutuhkan miniaturisasi, personalisasi, dan terminal aplikasi gabungan, serta memecahkan masalah seperti desain optimasi komponen, pemilihan material, manufaktur presisi, integrasi komponen yang mendalam, kalibrasi sensor waktu nyata, dan fusi adaptif informasi keluaran sensor. Para peneliti harus memulai dari empat aspek di atas dan melakukan penelitian yang terarah untuk memecahkan masalah-masalah tersebut, sehingga dapat menyediakan informasi ruang dan waktu dengan presisi tinggi untuk pembangunan dan pengoperasian kereta api perkotaan cerdas dan memastikan kelancaran perkembangannya.

#03

Prospek penerapan sistem Beidou pada kereta api perkotaan cerdas.

①Pembangunan jaringan sistem ruang-waktu

Kereta api perkotaan pintar harus membangun jaringan sistem ruang-waktu yang otonom dan dapat dikendalikan.

Mengingat permasalahan seperti ketidakmampuan sistem Beidou dalam navigasi dan penentuan posisi di ruang yang tidak terbuka, kurangnya sarana komunikasi berkecepatan tinggi, dan kurangnya informasi geografis yang lengkap, teknologi "Beidou + 5G + digitalisasi ruang" harus diterapkan secara komprehensif untuk membangun jaringan sistem spasial-temporal "tiga jaringan dan satu platform" yang terdiri dari jaringan penentuan posisi presisi tinggi, jaringan sinkronisasi waktu presisi tinggi, jaringan komunikasi berkecepatan tinggi, dan platform digital ruang. Membentuk jaringan informasi referensi spasial-temporal kereta api perkotaan dan menggunakannya sebagai infrastruktur untuk pembangunan dan pengoperasian kereta api perkotaan cerdas guna menyediakan informasi ruang dan waktu yang terpadu dan berkelanjutan, serta layanan penentuan posisi, waktu, dan komunikasi untuk kereta api perkotaan, sehingga melengkapi, meningkatkan, dan mendukung aplikasi sistem Beidou di ruang yang tidak terbuka, dan dengan demikian mendobrak batasan antara ruang terbuka dan ruang yang tidak terbuka untuk kereta api perkotaan.

Pembangunan jaringan sistem ruang-waktu kereta api perkotaan cerdas

② Tolok ukur ruang-waktu teknologi utama yang perlu ditembus

Untuk membangun jaringan sistem ruang-waktu kereta api perkotaan yang cerdas, perlu fokus pada terobosan dalam teknologi kunci seperti penentuan posisi kontinu presisi tinggi terintegrasi di dalam dan luar ruangan, transmisi waktu-frekuensi presisi tinggi skala besar berdasarkan protokol jaringan universal, dan aplikasi komunikasi nirkabel berkinerja tinggi berdasarkan 5G.

Dari segi penentuan posisi, perlu menggunakan teknologi penentuan posisi ultra-wideband (UWB) sebagai teknologi penentuan posisi dominan pada patokan spasial yang terpadu, dilengkapi dan ditingkatkan oleh berbagai teknologi penentuan posisi, dan melalui integrasi perangkat lunak dan algoritma navigasi dan penentuan posisi untuk mencapai penentuan posisi berkelanjutan di ruang terbuka dan tertutup; melalui sistem PNT komprehensif yang diinvestasikan dan dibangun oleh negara dan sistem mikro-PNT yang dikembangkan oleh terminal layanan yang diperkecil, dipersonalisasi, dan terintegrasi, layanan lokasi dengan presisi tinggi dapat diberikan.

Dari segi waktu, perlu dicapai sinkronisasi waktu dinamis dari seluruh node jaringan dalam jangkauan antar kota berdasarkan protokol sinkronisasi jam presisi dari sistem pengukuran dan kontrol jaringan IEEE 1588V2 (juga dikenal sebagai Protokol Sinkronisasi Waktu Presisi (PTP)), dikombinasikan dengan teknologi Synchronous Ethernet (SyncE) dan metode sinkronisasi waktu White Rabbit (WR), pada basis waktu yang seragam untuk menyediakan layanan pengaturan waktu presisi tinggi.

Dari segi komunikasi, perlu dikembangkan sistem distribusi dalam ruangan kereta api perkotaan dan algoritma pembagian waktu untuk layanan kereta bawah tanah guna mewujudkan penerapan komunikasi berkecepatan tinggi. Selain itu, seiring dengan kemajuan pembangunan sistem, juga perlu dilakukan terobosan pada serangkaian teknologi kunci yang digunakan oleh sistem Beidou dalam kereta api perkotaan cerdas.

③Layanan aplikasiPenerapan adalah titik awal dan tujuan dari pengembangan terpadu sistem Beidou dan kereta api perkotaan pintar. Sistem Beidou akan memberikan kemampuan dan sarana baru bagi kereta api perkotaan dalam hal pengoperasian cerdas, pemeliharaan cerdas, dan layanan pelanggan cerdas, memberikan dukungan efektif untuk bisnis kereta api perkotaan, dan membantu membangun sistem kereta api perkotaan pintar dengan manajemen yang canggih, pengoperasian yang efisien, dan manfaat maksimal.

• Dari segi pengoperasian cerdas, melalui sistem Beidou, informasi lokasi stasiun, manajemen, dan personel konstruksi dengan presisi tinggi secara real-time dapat diperoleh. Atas dasar ini, pekerja kereta api perkotaan dapat dikelola secara akurat melalui pembangunan pagar elektronik, absensi dan pencatatan kehadiran elektronik, analisis penilaian kinerja, dan lain-lain. Penentuan posisi kereta api merupakan jaminan untuk pengoperasian kereta api perkotaan yang aman dan efisien. Penggunaan sistem Beidou dapat membuat penentuan posisi kereta api lebih akurat, lebih redundan, lebih otonom, lebih terintegrasi, dan lebih efisien dalam keterkaitannya.

• Dalam hal pemeliharaan cerdas, fasilitas dan peralatan kereta api perkotaan bersifat kompleks, sangat otomatis, dan memiliki skala aset yang besar. Pemeliharaan dan pengelolaannya secara langsung berkaitan dengan keselamatan dan keandalan operasi kereta api perkotaan. Memperoleh lokasi fasilitas dan peralatan yang akurat melalui sistem Beidou dapat mewujudkan inventarisasi aset dan peralatan secara otomatis berdasarkan lokasi yang tepat dalam sistem manajemen aset, menciptakan rantai tertutup pemantauan kondisi, diagnosis kesalahan, peringatan risiko, evaluasi pemeliharaan, dan manajemen aset.

• Dari segi layanan pelanggan yang cerdas, dengan menggunakan sistem Beidou, penumpang dapat dengan cepat mencari dan merencanakan rute menuju mesin tiket swalayan, mesin penjual otomatis swalayan, toilet, dan fasilitas layanan lainnya di dalam dan di luar stasiun kereta api perkotaan; sistem ini juga dapat mengimplementasikan fungsi-fungsi seperti navigasi swalayan, terminal seluler cerdas, dan layanan panduan robot berdasarkan peta digital multidimensi dan berlapis, sehingga mampu memberikan layanan perjalanan yang personal dan berkelanjutan kepada penumpang berdasarkan kebutuhan perjalanan mereka.

#04

Kesimpulan

Informasi ruang dan waktu telah menjadi informasi dasar dalam produksi dan kehidupan modern. Perkembangan sistem navigasi dan penentuan posisi satelit telah sepenuhnya mengubah gaya hidup masyarakat dan juga mengubah model manajemen masyarakat dan perusahaan. Dengan selesainya dan promosi penerapan sistem Beidou, pembangunan dan pengembangan kereta api perkotaan pintar di negara kita telah menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk tolok ukur ruang dan waktu, digitalisasi spasial, penentuan posisi dan waktu dengan presisi tinggi.

Di masa depan, sistem Beidou dan kereta api perkotaan cerdas memiliki ruang dan potensi integrasi yang luas. Intinya adalah mendefinisikan sistem PNT-nya berdasarkan skenario aplikasi kereta api perkotaan, menerobos teknologi kunci, dan membangun jaringan sistem ruang-waktu "tiga jaringan dan satu platform". Penerapan dan promosi sistem Beidou akan menciptakan kondisi dasar yang optimal untuk transformasi cerdas kereta api perkotaan.

Referensi:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng Pingke, dkk. Aplikasi dan prospek sistem Beidou dalam kereta api perkotaan cerdas [J]. Transit Kereta Api Perkotaan Modern, 2021 (4):6-10.


Konten ini berasal dari Internet/Beidou Today. Situs web ini hanya menyediakan pencetakan ulang. Pandangan, pendirian, teknologi, dll. dari artikel ini tidak ada hubungannya dengan situs web ini. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya!