Fokus | Aplikasi dan prospek sistem Beidou dalam rel bandar pintar

Menurut statistik, lebih daripada 80% orangMasa dihabiskan di ruang yang tidak terdedah seperti bangunan, kenderaan mudah alih dan bawah tanah.Transit rel bandar (selepas ini dirujuk sebagai "rel bandar"), sebagai senario tipikal ruang yang tidak terdedah, merupakan nadi bandar dan kawasan awam teras, dan juga merupakan kawasan pembinaan utama "infrastruktur baharu".Untuk masa yang lama, kedudukan, navigasi, masa dan komunikasi di ruang yang tidak terdedah telah menjadi masalah teknikal global dan kesesakan yang menyekat pembangunan rel bandar pintar.

Sistem Navigasi Satelit Beidou (selepas ini dirujuk sebagai "Sistem Beidou"), sebagai sistem global yang menyediakan maklumat masa dan ruang, merupakan infrastruktur angkasa lepas yang penting yang dibina dan dikendalikan secara bebas oleh negara saya. Pembinaan sistem ini telah siap dan sedang diaplikasikan serta dipromosikan dalam pelbagai industri. Dengan mengaplikasikan sistem Beidou dan membina rangkaian kedudukan berketepatan tinggi, rangkaian penyegerakan masa berketepatan tinggi, rangkaian komunikasi berdaya pemprosesan tinggi dan platform digital angkasa lepas yang berasaskannya, ia boleh memainkan peranan sokongan asas dalam pembinaan rel bandar pintar.

Memandangkan aplikasi sistem Beidou adalah asas, inovatif, menembusi dan memacu, ia boleh memberi impak yang ketara terhadap bentuk pembangunan, konsep pembangunan, model pembangunan dan model operasi rel bandar, justeru menggalakkanModel operasi dan pengurusan baharu "Beidou + Urban Rail"The formation of the city will meet the various needs of diverse entities such as passengers, enterprises and governments, and build a smart urban rail system that is safer, more reliable, convenient and comfortable, cost-effective, green and energy-saving.

#01

Sistem Beidou dan Rel Bandar Pintar

①Application and development of Beidou system

Pada masa ini, sistem Beidou telah digunakan secara meluas dalam bidang pengangkutan, perikanan marin, meteorologi dan hidrologi, penghantaran kuasa, bantuan dan mitigasi bencana, dan sebagainya, dan telah menghasilkan manfaat sosial dan ekonomi yang ketara; terutamanya dalam pengangkutan, ia telah digunakan secara meluas dalam kedudukan kenderaan, pemantauan dan pengurusan proses pengangkutan, dan pemantauan keselamatan infrastruktur.

Atas dasar ini, terdapat ruang untuk pengembangan aplikasi sistem Beidou selanjutnya. Contohnya, dari perspektif persekitaran ruang aplikasi, dalam persekitaran ruang terdedah luar (selepas ini dirujuk sebagai "ruang terdedah") yang boleh menerima isyarat sistem navigasi satelit secara langsung, pengguna boleh menggunakan maklumat spatiotemporal yang disediakan oleh sistem Beidou secara langsung; walau bagaimanapun,Dalam persekitaran angkasa lepas yang tidak terdedah di mana isyarat sistem navigasi satelit tidak dapat diterima(selepas ini dirujuk sebagai "ruang tidak terdedah"), seperti kereta api bawah tanah, tempat letak kereta bawah tanah, kompleks komersial dan bawah jejambat, terjejas oleh halangan bangunan dan kesan berbilang laluan. Ketepatan kedudukan satelit berkurangan mendadak dan tidak dapat memenuhi keperluan perkhidmatan lokasi ruang yang tidak terdedah.

keranaPeople spend 80% of their time in non-exposed spaces such as buildings and mobile vehicles,therefore,Menyelesaikan masalah navigasi dan kedudukan di ruang yang tidak terdedah merupakan hala tuju penting untuk pembangunan aplikasi sistem Beidou..

Currently, the country is building a comprehensive positioning, navigation and timing (Positioning, Navigation and Timing, PNT) system based on the Beidou system. This system can use a variety of PNT information sources based on different principles, and through cloud platform control, high integration of multi-sensors and multi-source data fusion, generate PNT service information that has unified spatio-temporal benchmarks and has the advantages of anti-interference, anti-spoofing, robustness, usability, continuity, and reliability, achieving coverage in indoor, underwater, deep space and other fields.

②Pembangunan bersepadu sistem Beidou dan rel bandar pintar

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan pecutan pembinaan dan pertumbuhan berterusan jarak tempuh operasi, rel bandar telah menghadapi beberapa cabaran seperti operasi rangkaian, pengurangan kos dan peningkatan kecekapan, perkhidmatan pantas, perlindungan alam sekitar rendah karbon, dan pembangunan mampan. Ini telah membawa kepada kemunculan konsep rel bandar pintar.

Intipati pengangkutan adalah untuk menyediakan anjakan, iaitu, untuk merealisasikan pergerakan lokasi orang dan bahan melalui kenderaan pengangkutan mengikut keperluan. Sebagai sistem pengangkutan awam, matlamat utama pembangunan rel bandar pintar adalah untuk mencapai pergerakan lokasi dengan kos terendah dan liputan maksimum sambil memastikan keselamatan. Kaedahnya adalah untuk merealisasikan kecerdasan semua pautan dalam proses perkhidmatan rel bandar dengan sokongan teknologi maklumat, iaitu, "anjakan +". Oleh itu, adalah perlu untuk memanfaatkan sepenuhnya komunikasi maklumat canggih, kecerdasan buatan Pintar, Internet Pelbagai Benda, data raya, robotik dan teknologi lain yang mengambil persepsi autonomi, pembelajaran autonomi, pembuatan keputusan autonomi dan kawalan autonomi sebagai proses pemprosesan teras, dan menyediakan penumpang dengan perkhidmatan anjakan yang cekap, tepat dan diperibadikan berdasarkan pengurusan dan kawalan peralatan dan kemudahan yang dioptimumkan, sekali gus membina generasi baharu sistem rel bandar yang lebih selamat, lebih cekap, lebih selesa dan lebih hijau.

Time and space location information is the basis for realizing the autonomous operation, precise management and full-time personalized services of the smart urban rail system.Oleh itu, pembinaan rel bandar pintar perlu mencapai pembangunan bersepadu dengan sistem Beidou yang menyediakan maklumat spatio-temporal.

Trend pembangunan rel bandar pada masa hadapan adalah untuk menggalakkan pengangkutan pintar yang selamat, mudah, ekonomik, cekap dan hijau dalam bentuk "anjakan+"; manakala trend pembangunan sistem Beidou adalah untuk memperkasakan industri transit rel dalam bentuk "+Beidou" (iaitu, menggunakan teknologi Beidou sebagai cara yang membolehkan, menggunakan maklumat spatio-temporal sebagai kaedah aplikasi, menggabungkan dengan teknologi asal industri lain dan perniagaan asal atau menggantikan penyelesaian aplikasi tradisional) untuk menggalakkan transformasi dan penaiktarafannya. "Anjakan + Beidou", sebagai konsep teras pembangunan bersepadu sistem Beidou dan rel bandar pintar, akan memperkayakan lagi aplikasi teknologi dan ekosistem perindustrian rel bandar dan sistem Beidou, menggalakkan pembangunan komprehensif kedua-duanya, dan seterusnya menggalakkan pelaksanaan strategi kebangsaan.

Pembangunan bersepadu sistem Beidou dan kereta api bawah tanah pintar

#02

Permintaan rel bandar pintar untuk sistem Beidou

①Space-time benchmark

As a typical complex cyber-physical system, smart urban rail involves a wide variety of information systems such as automatic train control (ATC), automatic fare collection (AFC), power supply system management automation (SCADA), environmental monitoring (BAS), and fire alarm (FAS). In order to realize its autonomous operation, these complex information systems must be integrated to perceive, process, make decisions and control massive amounts of time and space information. Therefore, it is even more necessary to establish a unified spatio-temporal benchmark to avoid the risk of spatio-temporal information conflicts and endanger the safe operation of urban rail.By applying the Beidou system and its CGCS2000 coordinate system (the latest national geodetic coordinate system in my country) that provides positioning and navigation services, the urban rail system can obtain a unified, autonomous and controllable spatio-temporal reference.

Di samping itu, persekitaran ruang di mana rel bandar terletak adalah sangat kompleks, dengan ruang terdedah dan ruang tidak terdedah wujud bersama. Hanya bergantung pada sistem navigasi satelit tidak dapat memenuhi keperluan aplikasi semasa. Dengan memperkenalkan rujukan spatio-temporal mutlak sistem Beidou ke dalam ruang rel bandar yang tidak terdedah dan mengekalkannya secara dinamik, di satu pihak, adalah mungkin untuk menyatukan kedudukan relatif ruang tidak terdedah dan kedudukan mutlak ruang terdedah, dan memaparkan serta menggunakan kedudukan ruang tidak terdedah dalam rel bandar dalam bentuk sistem koordinat mutlak; sebaliknya, adalah mungkin untuk menyatukan masa dan mencapai penyegerakan masa dalam ruang tidak terdedah.

②Space digitization

Disebabkan persekitaran ruang rel bandar yang kompleks, penguasaan maklumat geografi yang kaya dan tepat merupakan asas bagi pembinaan dan operasi rel bandar pintar. Pendigitalan ruang, iaitu构建数字化的地理信息空间数据框架（Rangka Kerja Data Geospatial Digital，DSDF）, is the product of the development and integration of surveying and mapping technology, geographic information technology and other modern information technologies.

Dengan kemajuan kaedah teknikal, teknologi ukur dan pemetaan sedang berkembang ke arah pendigitalan tiga dimensi, rangkaian, masa nyata dan visualisasi pengumpulan maklumat, pemprosesan data serta aplikasi hasil. Terdapat keperluan untuk aplikasi digital ruang dengan pemodelan kehidupan sebenar tiga dimensi sebagai teras. Dalam pembinaan rel bandar pintar, adalah perlu untuk menggunakan penanda aras ruang-temporal sistem Beidou untuk menggunakan alat ukur dan pemetaan yang dipasang di stesen, penyapu tolak, beg galas, alat pegang tangan dan peralatan pengumpulan data maklumat geografi yang lain untuk menjalankan bilik komputer, dewan stesen, bahagian, depot dan gudang di ruang bawah tanah dan atas tanah rel bandar. Di tempat lain, kami mengumpul data awan titik laser 3D di sekitar struktur ruang, peralatan dan kemudahan, bahan habis pakai dan elemen lain, dan menambahnya dengan maklumat data seperti fotografi dan tekstur di tapak untuk mencipta satu set model 3D kehidupan sebenar yang halus dengan semua elemen untuk merealisasikan pendigitalan ruang rel bandar.

Dengan menggunakan data di atas, kakitangan yang berkaitan boleh menghasilkan peta ketepatan tinggi, menyusun sumber ruang, memahami struktur ruang dan kemudahan serta peralatan rel bandar, menyediakan maklumat geografi yang tepat dan komprehensif untuk perancangan, pembinaan, pengubahsuaian dan penyelenggaraan rel bandar pintar, dan menyediakan maklumat asas penting dan sokongan teknikal untuk penggunaan ruang dan pengurusan yang diperhalusi. Sebagai aplikasi senario baharu teknologi Beidou dalam sistem ruang-masa, pendigitalan ruang telah menyuntik daya hidup baharu ke dalam pembangunan rel bandar pintar.

③Kedudukan dan pemasaan ketepatan tinggi

High-precision spatial and time information is the basis for building smart urban rail. Traffic data is a typical spatiotemporal data, which not only has time dimension attributes, but also has a strong dependence on spatial structure.

With the integration and development of different rail transit information systems, the requirements for positioning accuracy and time synchronization accuracy continue to increase. At present, the Beidou system cannot directly meet the requirements of smart urban rail for high-precision positioning and timing. The reasons are as follows:

• Kesukaran menerima isyarat satelit.Dalam ruang rel bandar yang tidak terdedah, disebabkan oleh perisai dinding (terutamanya konkrit bertetulang), isyarat kedudukan satelit akan menjadi lemah dengan ketara selepas melalui bangunan, dan ketepatan kedudukan akan berkurangan dengan ketara, malah isyarat mungkin tidak dapat diterima.

• Pelbagai halangan dan sumber gangguan.Terdapat pelbagai jenis halangan dalam rel bandar, seperti tiang, lif, eskalator, peralatan, pintu skrin dan pejalan kaki. Susun aturnya berbeza. Di samping itu, pejalan kaki dan kenderaan bergerak sepanjang masa, dan isyarat akan dipantulkan beberapa kali. Ketidakpastian yang banyak ini menjadikan persekitaran rel bandar sangat kompleks. Situasi ini amat ketara dalam kereta api bawah tanah, kerana persekitaran kereta api bawah tanah agak tertutup, dan gangguan persekitaran yang kompleks seperti isyarat radio, bunyi, cahaya dan suhu akan memberi kesan negatif terhadap ketepatan sensor peralatan kedudukan.
  

• Kedudukan ketinggian adalah sukar.Dalam persekitaran kereta api bawah tanah, bukan sahaja kedudukan satah dua dimensi mesti dipertimbangkan, tetapi juga kedudukan dan ketinggian lantai di atas tanah dan bawah tanah untuk bangunan bertingkat.
  

• Sukar untuk membangunkan terminal aplikasi.Urban rail requires miniaturization, personalization, and combined application terminals, and solves problems such as component optimization design, material selection, precision manufacturing, deep component integration, real-time sensor calibration, and adaptive fusion of sensor output information. Researchers should start from the above four aspects and conduct targeted research to solve the above problems, so as to provide high-precision space and time information for the construction and operation of smart urban rail and ensure its smooth progress.

#03

Prospek untuk aplikasi sistem Beidou dalam rel bandar pintar

①Pembinaan rangkaian sistem ruang-masa

Rel bandar pintar mesti membina rangkaian sistem ruang-masa yang autonomi dan terkawal.

Memandangkan masalah seperti ketidakupayaan navigasi dan kedudukan sistem Beidou di ruang yang tidak terdedah, kekurangan cara komunikasi berdaya pemprosesan tinggi, dan kekurangan maklumat geografi semua elemen, teknologi "Beidou + 5G + pendigitalan ruang" harus digunakan secara komprehensif untuk membina rangkaian sistem spatio-temporal "tiga rangkaian dan satu platform" yang terdiri daripada rangkaian kedudukan berketepatan tinggi, rangkaian penyegerakan masa berketepatan tinggi, rangkaian komunikasi berdaya pemprosesan tinggi dan platform digital ruang. Membentuk rangkaian maklumat rujukan spatio-temporal rel bandar dan menggunakannya sebagai infrastruktur untuk pembinaan dan operasi rel bandar pintar untuk menyediakan maklumat ruang dan masa yang bersatu dan berterusan, serta perkhidmatan kedudukan, masa dan komunikasi untuk rel bandar, sekali gus melengkapi, meningkatkan dan menyokong aplikasi sistem Beidou di ruang yang tidak terdedah, sekali gus memecahkan halangan antara ruang terdedah rel bandar dan ruang yang tidak terdedah.

Pembinaan rangkaian sistem ruang-masa rel bandar pintar

②Penanda aras ruang-masa teknologi utama yang perlu ditembusi

Untuk membina rangkaian sistem ruang-masa rel bandar pintar, adalah perlu untuk memberi tumpuan kepada penemuan baharu dalam teknologi utama seperti kedudukan berterusan berketepatan tinggi bersepadu dalaman dan luaran, penghantaran frekuensi masa berketepatan tinggi berskala besar berdasarkan protokol rangkaian universal, dan aplikasi komunikasi tanpa wayar berdaya pemprosesan tinggi berdasarkan 5G.

Dari segi kedudukan, adalah perlu untuk menggunakan teknologi kedudukan ultra-jalur lebar (UWB) sebagai teknologi kedudukan dominan pada penanda aras ruang terpadu, ditambah dan dipertingkatkan oleh pelbagai teknologi kedudukan, dan melalui penyepaduan perisian dan algoritma navigasi dan kedudukan untuk mencapai kedudukan berterusan di ruang terdedah dan tidak terdedah; melalui sistem PNT komprehensif yang dilaburkan dan dibina oleh kerajaan dan sistem mikro-PNT yang dibangunkan oleh terminal perkhidmatan mini, diperibadikan dan digabungkan, perkhidmatan lokasi berketepatan tinggi dapat disediakan.

In terms of time, it is necessary to achieve dynamic time synchronization of the entire network nodes in the intercity range based on the precision clock synchronization protocol of the IEEE 1588V2 network measurement and control system (also known as the Precision Time Synchronization Protocol (PTP)), combined with Synchronous Ethernet (SyncE) technology and the White Rabbit (WR) time synchronization method, on a unified time basis to provide high-precision timing services.

Dari segi komunikasi, adalah perlu untuk membangunkan sistem pengedaran dalaman rel bandar dan algoritma pemotongan masa untuk perkhidmatan kereta api bawah tanah bagi merealisasikan aplikasi komunikasi berdaya pemprosesan tinggi. Di samping itu, seiring dengan kemajuan pembinaan sistem, adalah perlu juga untuk meneroka beberapa teknologi utama yang digunakan oleh sistem Beidou dalam rel bandar pintar.

③Perkhidmatan aplikasiApplication is the starting point and goal of the integrated development of Beidou system and smart urban rail. The Beidou system will give urban rail new capabilities and means in terms of intelligent operation, intelligent maintenance, and intelligent customer service, provide effective support for urban rail business, and help build a smart urban rail system with sophisticated management, efficient operation, and maximum benefits.

• Dari segi operasi pintar, melalui sistem Beidou, maklumat lokasi tepat masa nyata stesen, pengurusan dan kakitangan pembinaan boleh diperolehi. Atas dasar ini, pekerja rel bandar boleh diuruskan dengan tepat melalui pembinaan pagar elektronik, panggilan dan daftar masuk elektronik, analisis penilaian prestasi, dan sebagainya. Penentuan kedudukan kereta api adalah jaminan untuk operasi kereta api rel bandar yang selamat dan cekap. Penggunaan sistem Beidou boleh menjadikan penentuan kedudukan kereta api lebih tepat, lebih berlebihan, lebih autonomi, lebih bersepadu dan lebih cekap dalam perkaitan.

• Dari segi penyelenggaraan pintar, kemudahan dan peralatan rel bandar adalah kompleks, sangat automatik, dan mempunyai skala aset yang besar. Penyelenggaraan dan pengurusannya berkaitan secara langsung dengan keselamatan dan kebolehpercayaan operasi rel bandar. Mendapatkan lokasi kemudahan dan peralatan yang tepat melalui sistem Beidou dapat merealisasikan inventori aset dan peralatan automatik berdasarkan lokasi yang tepat dalam sistem pengurusan aset, mewujudkan rantaian pemantauan keadaan, diagnosis kerosakan, amaran risiko, penilaian penyelenggaraan dan pengurusan aset secara tertutup.

• Dari segi khidmat pelanggan pintar, menggunakan sistem Beidou, penumpang boleh mencari dan merancang laluan dengan cepat untuk mesin tiket layan diri, mesin layan diri layan diri, tandas dan kemudahan perkhidmatan lain di dalam dan di luar stesen kereta api bandar; mereka juga boleh melaksanakan fungsi seperti navigasi layan diri, terminal mudah alih pintar dan perkhidmatan panduan robot berdasarkan peta digital berbilang dimensi dan berbilang lapisan, sekali gus dapat menyediakan perkhidmatan perjalanan peribadi sepenuh masa kepada penumpang berdasarkan keperluan perjalanan penumpang.

#04

Kesimpulan

Time and space information have become basic information in modern production and life. The development of satellite navigation and positioning systems has completely changed people's lifestyles and also changed the management models of society and enterprises. With the completion and application promotion of the Beidou system, the construction and development of my country's smart urban rail have put forward higher requirements for spatiotemporal benchmarks, spatial digitization, high-precision positioning and timing.

Pada masa hadapan, sistem Beidou dan rel bandar pintar mempunyai ruang dan potensi yang luas untuk penyepaduan. Terasnya adalah untuk menentukan sistem PNTnya berdasarkan senario aplikasi rel bandar, memecahkan teknologi utama, dan membina rangkaian sistem ruang-masa "tiga rangkaian dan satu platform". Aplikasi dan promosi sistem Beidou akan mewujudkan keadaan asas yang optimum untuk transformasi pintar rel bandar.

Rujukan:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng Pingke, dsb. Aplikasi dan prospek sistem Beidou dalam rel bandar pintar [J]. Transit Rel Bandar Moden, 2021 (4):6-10.


Kandungan ini berasal dari Internet/Beidou Today. Laman web ini hanya menyediakan cetakan semula. Pandangan, pendirian, teknologi, dan sebagainya dalam artikel ini tidak ada kena mengena dengan laman web ini. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya!