Focus | Toepassing en vooruitzichten van het Beidou-systeem in slimme stedelijke spoorwegen

Volgens statistieken, meer dan 80% van de mensenDe tijd wordt doorgebracht in niet-zichtbare ruimtes zoals gebouwen, voertuigen en ondergronds.Het stedelijk spoorvervoer (hierna "stadsspoor" genoemd), als typisch voorbeeld van een niet-openbare ruimte, is de levensader van de stad en het centrale openbare gebied, en tevens een belangrijk bouwterrein voor "nieuwe infrastructuur".Positionering, navigatie, tijdmeting en communicatie in niet-zichtbare ruimtes vormen al lange tijd wereldwijde technische problemen en knelpunten die de ontwikkeling van slimme stedelijke spoorwegen belemmeren.

Het Beidou-satellietnavigatiesysteem (hierna "het Beidou-systeem" genoemd), een wereldwijd systeem dat tijd- en ruimte-informatie levert, is een belangrijke ruimte-infrastructuur die onafhankelijk door mijn land is gebouwd en wordt beheerd. De bouw van het systeem is voltooid en het wordt toegepast en gepromoot in diverse sectoren. Door het Beidou-systeem te gebruiken en daarop gebaseerde uiterst nauwkeurige positioneringsnetwerken, tijdsynchronisatienetwerken, communicatienetwerken met hoge doorvoersnelheid en een digitaal ruimteplatform te bouwen, kan het een fundamentele ondersteunende rol spelen bij de ontwikkeling van slimme stedelijke spoorwegen.

Omdat de toepassing van het Beidou-systeem fundamenteel, innovatief, doordringend en stimulerend is, kan het een aanzienlijke impact hebben op de ontwikkelingsvorm, het ontwikkelingsconcept, het ontwikkelingsmodel en het exploitatiemodel van stedelijk spoorvervoer, en zo de ontwikkeling ervan bevorderen."Beidou + Urban Rail" nieuw exploitatie- en beheermodelDe stadsontwikkeling zal tegemoetkomen aan de uiteenlopende behoeften van diverse partijen, zoals reizigers, bedrijven en overheden, en een slim stedelijk spoorwegsysteem creëren dat veiliger, betrouwbaarder, handiger en comfortabeler, kosteneffectiever, groener en energiezuiniger is.

#01

Beidou-systeem en slimme stedelijke spoorwegen

① Toepassing en ontwikkeling van het Beidou-systeem

Het Beidou-systeem wordt momenteel op grote schaal gebruikt in de transportsector, de zeevisserij, de meteorologie en hydrologie, de energievoorziening, de rampenbestrijding en -preventie, enzovoort, en heeft aanzienlijke maatschappelijke en economische voordelen opgeleverd; met name in de transportsector wordt het veelvuldig toegepast voor voertuigpositionering, monitoring en beheer van transportprocessen en de bewaking van de infrastructuurveiligheid.

Op basis hiervan is er ruimte voor verdere uitbreiding van de toepassingen van het Beidou-systeem. Vanuit het perspectief van de toepassingsomgeving kunnen gebruikers bijvoorbeeld in een openluchtomgeving (hierna "open ruimte" genoemd) die direct satellietnavigatiesignalen kan ontvangen, de door het Beidou-systeem geleverde ruimtelijk-temporele informatie direct benutten; echter,In niet-blootgestelde ruimteomgevingen waar signalen van satellietnavigatiesystemen niet kunnen worden ontvangen.(Hierna aangeduid als "niet-blootgestelde ruimte"), zoals metro's, ondergrondse parkeergarages, winkelcomplexen en onder viaducten, worden beïnvloed door bebouwing en meerpadseffecten. De nauwkeurigheid van satellietpositionering wordt sterk verminderd en kan niet voldoen aan de eisen van locatiebepaling in niet-blootgestelde ruimtes.

omdatMensen brengen 80% van hun tijd door in niet-zichtbare ruimtes zoals gebouwen en voertuigen.,daarom,Het oplossen van navigatie- en positioneringsproblemen in niet-zichtbare ruimtes is een belangrijke richting voor de toepassingsontwikkeling van het Beidou-systeem..

Momenteel bouwt het land een uitgebreid positionerings-, navigatie- en timingsysteem (PNT-systeem) op basis van het Beidou-systeem. Dit systeem kan gebruikmaken van diverse PNT-informatiebronnen op basis van verschillende principes en genereert, door middel van cloudplatformbesturing, hoge integratie van meerdere sensoren en datafusie uit meerdere bronnen, PNT-service-informatie met uniforme ruimtelijk-temporele referentiewaarden. Dit systeem biedt voordelen zoals storingsbestendigheid, anti-spoofing, robuustheid, bruikbaarheid, continuïteit en betrouwbaarheid, en zorgt voor dekking in binnenruimtes, onder water, in de diepe ruimte en andere toepassingsgebieden.

② Geïntegreerde ontwikkeling van het Beidou-systeem en slimme stedelijke spoorwegen

De afgelopen jaren heeft het stedelijk spoorvervoer, met de versnelde aanleg en de voortdurende groei van het operationele traject, te maken gehad met een reeks uitdagingen zoals netwerkwerking, kostenreductie en efficiëntieverbetering, snelle dienstverlening, koolstofarme milieubescherming en duurzame ontwikkeling. Dit heeft geleid tot de opkomst van het concept van slim stedelijk spoorvervoer.

De essentie van transport is het bieden van verplaatsing, oftewel het realiseren van de benodigde locatiebewegingen van mensen en goederen met behulp van transportmiddelen. Als openbaar vervoerssysteem is het kerndoel van de ontwikkeling van slimme stedelijke spoorwegen het bereiken van locatiebewegingen met de laagste kosten en maximale dekking, met behoud van veiligheid. De methode hiervoor is het realiseren van intelligentie in alle schakels van het stedelijke spoorwegtraject met behulp van informatietechnologie, oftewel "verplaatsing +". Daarom is het noodzakelijk om optimaal gebruik te maken van geavanceerde informatiecommunicatie, kunstmatige intelligentie, het Internet of Things, big data, robotica en andere technologieën, met autonome waarneming, autonoom leren, autonome besluitvorming en autonome besturing als kernprocessen. Dit moet passagiers efficiënte, nauwkeurige en gepersonaliseerde verplaatsingsdiensten bieden op basis van geoptimaliseerd beheer en controle van materieel en faciliteiten, en zo een nieuwe generatie stedelijke spoorwegsystemen creëren die veiliger, efficiënter, comfortabeler en milieuvriendelijker zijn.

Tijd- en ruimtelocatiegegevens vormen de basis voor de autonome werking, het nauwkeurige beheer en de 24/7 gepersonaliseerde dienstverlening van het slimme stedelijke spoorwegsysteem.Daarom moet de aanleg van slimme stedelijke spoorwegen een geïntegreerde ontwikkeling met het Beidou-systeem realiseren, dat ruimtelijk-temporele informatie levert.

De toekomstige ontwikkelingstrend van het stedelijk spoorvervoer is het bevorderen van veilig, comfortabel, economisch, efficiënt en groen intelligent transport in de vorm van "verplaatsing +"; terwijl de ontwikkelingstrend van het Beidou-systeem is om de spoorvervoersector te versterken in de vorm van "+Beidou" (dat wil zeggen, door Beidou-technologie als hulpmiddel te gebruiken, ruimtelijk-temporele informatie als toepassingsmethode in te zetten, te combineren met bestaande technologieën en bedrijfsmodellen uit andere sectoren of traditionele toepassingsoplossingen te vervangen) om de transformatie en modernisering ervan te bevorderen. "Verplaatsing + Beidou", als kernconcept van de geïntegreerde ontwikkeling van het Beidou-systeem en het slimme stedelijk spoorvervoer, zal de technologische toepassingen en industriële ecosystemen van het stedelijk spoor- en Beidou-systeem verder verrijken, de algehele ontwikkeling van beide bevorderen en zo de uitvoering van de nationale strategie stimuleren.

Geïntegreerde ontwikkeling van het Beidou-systeem en slimme metro

#02

De vraag naar slimme stadsspoorlijnen voor het Beidou-systeem

① Ruimte-tijd referentiepunt

Als typisch complex cyberfysisch systeem omvat een slim stedelijk spoorwegnet een breed scala aan informatiesystemen, zoals automatische treinbesturing (ATC), automatische kaartverkoop (AFC), geautomatiseerd energiebeheer (SCADA), milieumonitoring (BAS) en brandalarm (FAS). Om een ​​autonome werking te realiseren, moeten deze complexe informatiesystemen worden geïntegreerd om enorme hoeveelheden tijd- en ruimte-informatie te kunnen waarnemen, verwerken, beslissingen te nemen en te controleren. Daarom is het des te belangrijker om een ​​uniforme spatio-temporele referentie te creëren om het risico op spatio-temporele informatieconflicten te voorkomen en de veilige werking van het stedelijke spoorwegnet te waarborgen.Door het Beidou-systeem en het bijbehorende CGCS2000-coördinatensysteem (het meest recente nationale geodetische coördinatensysteem in mijn land), dat positionerings- en navigatiediensten levert, toe te passen, kan het stedelijke spoorwegsysteem een ​​uniforme, autonome en beheersbare ruimtelijk-temporele referentie verkrijgen.

Daarnaast is de ruimtelijke omgeving waarin stedelijke spoorwegen zich bevinden zeer complex, met zowel zichtbare als onzichtbare ruimtes. Het enkel vertrouwen op satellietnavigatiesystemen voldoet niet aan de huidige toepassingsbehoeften. Door de absolute spatio-temporele referentie van het Beidou-systeem te introduceren in de onzichtbare ruimte van stedelijke spoorwegen en deze dynamisch te onderhouden, is het enerzijds mogelijk om de relatieve positie van de onzichtbare ruimte en de absolute positie van de zichtbare ruimte te verenigen en de positie van de onzichtbare ruimte in de stedelijke spoorwegen weer te geven en toe te passen in de vorm van een absoluut coördinatensysteem; anderzijds is het mogelijk om de tijd te verenigen en tijdsynchronisatie in de onzichtbare ruimte te realiseren.

② Digitalisering van de ruimte

Vanwege de complexe ruimtelijke omgeving van stedelijke spoorwegen is het beheersen van rijke en nauwkeurige geografische informatie de basis voor de bouw en exploitatie van slimme stedelijke spoorwegen. Ruimtelijke digitalisering, d.w.z.构建数字化的地理信息空间数据框架（Digital Geospatial Data Framework，DSDF）Het is het resultaat van de ontwikkeling en integratie van landmeet- en cartografietechnologie, geografische informatietechnologie en andere moderne informatietechnologieën.

Met de vooruitgang van technische middelen ontwikkelt de landmeet- en cartografietechnologie zich in de richting van driedimensionale digitalisering, netwerken, realtime gegevensverzameling en visualisatie, dataverwerking en de toepassing van resultaten. Er is behoefte aan ruimtelijke digitale toepassingen met driedimensionale realistische modellering als kern. Bij de aanleg van slimme stedelijke spoorwegen is het noodzakelijk om de ruimtelijk-temporele benchmark van het Beidou-systeem te gebruiken voor het in kaart brengen van computerruimtes, stationshallen, trajecten, depots en magazijnen in zowel de ondergrondse als bovengrondse ruimtes van het stedelijke spoorwegnet. Daarnaast worden 3D-laserpuntwolken verzameld rondom ruimtelijke structuren, apparatuur, faciliteiten, verbruiksartikelen en andere elementen. Deze gegevens worden aangevuld met informatie zoals foto's en texturen ter plaatse om een ​​gedetailleerde set realistische 3D-modellen te creëren met alle elementen, waarmee de ruimtelijke digitalisering van het stedelijke spoorwegnet wordt gerealiseerd.

Met behulp van bovenstaande gegevens kunnen de betrokken medewerkers zeer nauwkeurige kaarten genereren, ruimtelijke resources ordenen, de ruimtelijke structuur en de faciliteiten en apparatuur van het stedelijk spoorwegnet in kaart brengen, accurate en uitgebreide geografische informatie verstrekken voor de planning, bouw, renovatie en het onderhoud van slimme stedelijke spoorwegen, en belangrijke basisinformatie en technische ondersteuning bieden voor ruimtegebruik en verfijnd beheer. Als een nieuwe toepassing van Beidou-technologie in het ruimte-tijdsysteem heeft ruimtelijke digitalisering de ontwikkeling van slimme stedelijke spoorwegen een nieuwe impuls gegeven.

③Nauwkeurige positionering en timing

Zeer nauwkeurige ruimtelijke en temporele informatie vormt de basis voor de ontwikkeling van slimme stedelijke spoorwegen. Verkeersgegevens zijn typische spatiotemporele gegevens, die niet alleen een tijdsdimensie hebben, maar ook sterk afhankelijk zijn van de ruimtelijke structuur.

Met de integratie en ontwikkeling van verschillende informatiesystemen voor het openbaar vervoer, nemen de eisen aan positioneringsnauwkeurigheid en tijdsynchronisatienauwkeurigheid voortdurend toe. Momenteel kan het Beidou-systeem niet direct voldoen aan de eisen van slimme stedelijke spoorwegen voor zeer nauwkeurige positionering en tijdssynchronisatie. De redenen hiervoor zijn als volgt:

• Problemen met het ontvangen van satellietsignalen.In de niet-openbare ruimtes van stedelijke spoorwegen, waar de afscherming van muren (met name gewapend beton) de signalen van satellietpositionering aanzienlijk verzwakt na het passeren van gebouwen, zal de positioneringsnauwkeurigheid sterk afnemen en kan het signaal zelfs helemaal niet meer worden ontvangen.

• Meerdere obstakels en storingsbronnen.In het stedelijk spoorwegnet zijn er diverse obstakels, zoals pilaren, liften, roltrappen, apparatuur, schermen en voetgangers. De lay-outs variëren. Bovendien bewegen voetgangers en voertuigen constant en wordt een signaal meerdere keren gereflecteerd. Deze talrijke onzekerheden maken de omgeving van het stedelijk spoorwegnet extreem complex. Deze situatie is met name prominent in de metro, omdat de metroomgeving relatief gesloten is en complexe omgevingsinvloeden zoals radiosignalen, geluid, licht en temperatuur een negatieve invloed hebben op de nauwkeurigheid van de sensoren van de positioneringsapparatuur.
  

• Positionering op hoogte is moeilijk.In een metroomgeving moet niet alleen rekening worden gehouden met de positie van het tweedimensionale vlak, maar ook met de positie en hoogte van de bovengrondse en ondergrondse verdiepingen van gebouwen met meerdere verdiepingen.
  

• Het is moeilijk om applicatieterminals te ontwikkelen.Stedelijke spoorwegen vereisen miniaturisatie, personalisatie en gecombineerde applicatieterminals, en lossen problemen op zoals componentoptimalisatie, materiaalkeuze, precisieproductie, diepe componentintegratie, realtime sensorcalibratie en adaptieve fusie van sensoroutputinformatie. Onderzoekers zouden moeten beginnen bij de bovengenoemde vier aspecten en gericht onderzoek moeten verrichten om de genoemde problemen op te lossen, teneinde zeer nauwkeurige ruimtelijke en temporele informatie te leveren voor de bouw en exploitatie van slimme stedelijke spoorwegen en een soepele voortgang ervan te garanderen.

#03

Toekomstperspectieven voor de toepassing van het Beidou-systeem in slimme stedelijke spoorwegen

①Constructie van een ruimte-tijdsysteemnetwerk

Slimme stedelijke spoorwegen vereisen de opbouw van een autonoom en bestuurbaar ruimte-tijdsysteemnetwerk.

Gezien problemen zoals de onmogelijkheid van Beidou-navigatie en -positionering in niet-zichtbare ruimtes, het gebrek aan communicatiemiddelen met hoge doorvoersnelheid en het ontbreken van complete geografische informatie, zou de technologie "Beidou + 5G + ruimtedigitalisering" integraal moeten worden toegepast om een ​​spatio-temporeel systeem te bouwen dat bestaat uit "drie netwerken en één platform". Dit systeem omvat een zeer nauwkeurig positioneringsnetwerk, een zeer nauwkeurig tijdsynchronisatienetwerk, een communicatienetwerk met hoge doorvoersnelheid en een digitaal ruimteplatform. Het doel is om een ​​spatio-temporeel referentienetwerk voor stedelijke spoorwegen te creëren en dit te gebruiken als infrastructuur voor de aanleg en exploitatie van slimme stedelijke spoorwegen. Dit netwerk biedt uniforme en continue ruimtelijke en temporele informatie, evenals positionerings-, tijd- en communicatiediensten voor stedelijke spoorwegen, waarmee de toepassingen van het Beidou-systeem in niet-zichtbare ruimtes worden aangevuld, verbeterd en ondersteund. Hierdoor worden de barrières tussen zichtbare en niet-zichtbare ruimtes binnen het stedelijke spoorwegnet doorbroken.

Aanleg van een slim stedelijk spoorwegnetwerk dat ruimte en tijd combineert.

②Belangrijke technologische ruimte-tijd-benchmarks die doorbroken moeten worden

Om een ​​slim stedelijk spoorwegnetwerk te bouwen dat ruimte en tijd combineert, is het noodzakelijk om te focussen op doorbraken in sleuteltechnologieën zoals geïntegreerde, uiterst nauwkeurige continue positionering binnen en buiten, grootschalige, uiterst nauwkeurige tijd-frequentieoverdracht op basis van universele netwerkprotocollen en draadloze communicatietoepassingen met hoge doorvoer op basis van 5G.

Wat positionering betreft, is het noodzakelijk om ultrabreedband (UWB) positioneringstechnologie als dominante positioneringstechnologie te gebruiken op een uniform ruimtelijk referentiepunt, aangevuld en verbeterd door meerdere positioneringstechnologieën, en door de integratie van navigatie- en positioneringssoftware en -algoritmen om continue positionering te bereiken in zowel zichtbare als onzichtbare ruimtes; door het uitgebreide PNT-systeem waarin de staat heeft geïnvesteerd en dat is gebouwd, en het micro-PNT-systeem dat is ontwikkeld met geminiaturiseerde, gepersonaliseerde en gecombineerde serviceterminals, kunnen zeer nauwkeurige locatiebepalingsdiensten worden geleverd.

Wat betreft tijd is het noodzakelijk om dynamische tijdsynchronisatie van alle netwerkknooppunten binnen het interstedelijke gebied te realiseren op basis van het precisiekloksynchronisatieprotocol van het IEEE 1588V2 netwerkmeet- en besturingssysteem (ook bekend als het Precision Time Synchronization Protocol (PTP)), in combinatie met Synchronous Ethernet (SyncE)-technologie en de White Rabbit (WR)-tijdsynchronisatiemethode, op een uniforme tijdbasis om zeer nauwkeurige timingdiensten te leveren.

Wat communicatie betreft, is het noodzakelijk om indoor distributiesystemen voor stedelijke spoorwegen en tijdssegmenteringsalgoritmen voor metrodiensten te ontwikkelen om communicatie met hoge doorvoersnelheid mogelijk te maken. Daarnaast is het, naarmate de systeemontwikkeling vordert, ook nodig om een ​​aantal sleuteltechnologieën die door het Beidou-systeem worden gebruikt, te implementeren in slimme stedelijke spoorwegen.

③ ApplicatiedienstenDe toepassing is het uitgangspunt en doel van de geïntegreerde ontwikkeling van het Beidou-systeem en slimme stedelijke spoorwegen. Het Beidou-systeem zal stedelijke spoorwegen nieuwe mogelijkheden en middelen bieden op het gebied van intelligente bedrijfsvoering, intelligent onderhoud en intelligente klantenservice, effectieve ondersteuning bieden voor de bedrijfsvoering van stedelijke spoorwegen en bijdragen aan de opbouw van een slim stedelijk spoorwegsysteem met geavanceerd beheer, efficiënte werking en maximale voordelen.

• Wat betreft intelligente bedrijfsvoering, kan via het Beidou-systeem realtime en zeer nauwkeurige locatie-informatie worden verkregen over stations, management en bouwpersoneel. Op basis hiervan kunnen medewerkers van het stedelijk spoorwegnet nauwkeurig worden aangestuurd door middel van elektronische afzettingen, elektronische aanwezigheidsregistratie, prestatieanalyses, enzovoort. Treinpositionering is de garantie voor een veilige en efficiënte werking van het stedelijk spoorwegnet. Het gebruik van het Beidou-systeem kan de treinpositionering nauwkeuriger, redundanter, autonomer, beter geïntegreerd en efficiënter maken.

• Wat betreft intelligent onderhoud zijn de infrastructuur en het materieel van stedelijke spoorwegen complex, sterk geautomatiseerd en omvatten ze grote hoeveelheden activa. Het onderhoud en beheer ervan zijn direct gerelateerd aan de veiligheid en betrouwbaarheid van het stedelijk spoorwegverkeer. Door de exacte locatie van de infrastructuur en het materieel te verkrijgen via het Beidou-systeem, kan een automatische inventarisatie van activa en materieel op basis van precieze locatie in het activabeheersysteem worden gerealiseerd. Dit creëert een gesloten keten van conditiebewaking, foutdiagnose, risicowaarschuwing, onderhoudsevaluatie en activabeheer.

• Wat betreft intelligente klantenservice kunnen passagiers met het Beidou-systeem snel routes zoeken en plannen naar zelfbedieningsautomaten voor tickets en andere producten, toiletten en andere voorzieningen binnen en buiten stations. Ook kunnen ze gebruikmaken van functies zoals zelfbedieningsnavigatie, slimme mobiele terminals en robotbegeleiding op basis van multidimensionale en meerlaagse digitale kaarten, waardoor passagiers continu gepersonaliseerde reisdiensten krijgen die aansluiten op hun reisbehoeften.

#04

Conclusie

Tijd- en ruimte-informatie zijn essentiële informatie geworden in de moderne productie en het dagelijks leven. De ontwikkeling van satellietnavigatie- en positioneringssystemen heeft de levensstijl van mensen volledig veranderd en ook de managementmodellen van de maatschappij en het bedrijfsleven getransformeerd. Met de voltooiing en de verdere implementatie van het Beidou-systeem stelt de bouw en ontwikkeling van het slimme stedelijke spoorwegnet in ons land hogere eisen aan ruimtelijk-temporele referentiepunten, ruimtelijke digitalisering, uiterst nauwkeurige positionering en tijdmeting.

In de toekomst bieden het Beidou-systeem en slimme stedelijke spoorwegen een breed scala aan mogelijkheden voor integratie. De kern hiervan is het definiëren van het PNT-systeem op basis van toepassingsscenario's voor stedelijke spoorwegen, het ontwikkelen van sleuteltechnologieën en het bouwen van een ruimtelijk-temporeel netwerk met "drie netwerken en één platform". De toepassing en bevordering van het Beidou-systeem zullen optimale basisvoorwaarden scheppen voor de intelligente transformatie van stedelijke spoorwegen.

Referenties:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng Pingke, et al. Toepassing en vooruitzichten van het Beidou-systeem in slimme stedelijke spoorwegen [J]. Modern Urban Rail Transit, 2021 (4):6-10.


Deze inhoud is afkomstig van internet/Beidou Today. Deze website biedt slechts herpublicatie aan. De standpunten, meningen, technologie, enz. in dit artikel hebben niets met deze website te maken. Indien er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen!