В центре внимания | Применение и перспективы системы Beidou в интеллектуальных городских железнодорожных системах

По статистике более 80% людейВремя проводится в закрытых помещениях, таких как здания, транспортные средства и подземные переходы.Urban rail transit (hereinafter referred to as "urban rail"), as a typical scenario of non-exposed space, is the artery of the city and the core public area, and is also a key construction area of ​​"new infrastructure".Долгое время позиционирование, навигация, синхронизация и связь в закрытых пространствах представляли собой глобальные технические проблемы и узкие места, ограничивающие развитие интеллектуальных городских железных дорог.

Спутниковая навигационная система «Бэйдоу» (далее именуемая «Система Бэйдоу»), как глобальная система, предоставляющая информацию о времени и пространстве, является важной космической инфраструктурой, самостоятельно построенной и эксплуатируемой нашей страной. Строительство системы завершено, и она применяется и внедряется в различных отраслях. Применение системы «Бэйдоу» и создание на её основе высокоточной сети позиционирования, высокоточной сети синхронизации времени, высокопроизводительной сети связи и космической цифровой платформы может сыграть фундаментальную вспомогательную роль в строительстве интеллектуальных городских железных дорог.

Поскольку применение системы Beidou является фундаментальным, инновационным, всеобъемлющим и определяющим, оно может оказать значительное влияние на форму развития, концепцию развития, модель развития и модель эксплуатации городского железнодорожного транспорта, тем самым способствуя его развитию."Beidou + Urban Rail" new operation and management modelThe 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

Beidou System and Smart Urban Rail

①Применение и разработка системы Beidou

В настоящее время система Beidou широко используется в таких областях, как транспорт, морское рыболовство, метеорология и гидрология, диспетчеризация энергоснабжения, ликвидация последствий стихийных бедствий и т. д., и приносит значительные социально-экономические выгоды; особенно в транспортной сфере она широко применяется для позиционирования транспортных средств, мониторинга и управления транспортными процессами, а также мониторинга безопасности инфраструктуры.

On this basis, there is room for further expansion of Beidou system applications. For example, from the perspective of the application space environment, in an outdoor exposed space environment (hereinafter referred to as "exposed space") that can directly receive satellite navigation system signals, users can directly utilize the spatiotemporal information provided by the Beidou system; however,In non-exposed space environments where satellite navigation system signals cannot be received(hereinafter referred to as "non-exposed space"), such as subways, underground parking lots, commercial complexes, and under viaducts, are affected by building obstruction and multipath effects. Satellite positioning accuracy is sharply reduced, and cannot meet the needs of non-exposed space location services.

потому чтоPeople spend 80% of their time in non-exposed spaces such as buildings and mobile vehicles,поэтому,Solving navigation and positioning problems in non-exposed space is an important direction for the application development of Beidou system.

В настоящее время страна создает комплексную систему позиционирования, навигации и синхронизации (ПНТ) на основе системы Beidou. Эта система может использовать различные источники информации ПНТ, основанные на разных принципах, и благодаря управлению с помощью облачной платформы, высокой интеграции множества датчиков и слиянию данных из различных источников, генерирует сервисную информацию ПНТ с едиными пространственно-временными эталонами, обладающую преимуществами помехоустойчивости, защиты от подделки, надежности, удобства использования, непрерывности и достоверности, обеспечивая покрытие в помещениях, под водой, в дальнем космосе и других областях.

②Комплексное развитие системы Beidou и интеллектуальной городской железной дороги

В последние годы, с ускорением строительства и непрерывным ростом эксплуатационной протяженности, городские железные дороги столкнулись с рядом проблем, таких как сетевое управление, снижение затрат и повышение эффективности, быстрое обслуживание, низкоуглеродная защита окружающей среды и устойчивое развитие. Это привело к появлению концепции «умных» городских железных дорог.

Суть транспорта заключается в обеспечении перемещения, то есть в реализации точечного перемещения людей и грузов с помощью транспортных средств по мере необходимости. Для системы общественного транспорта основная цель развития интеллектуальных городских железных дорог — достижение точечного перемещения с минимальными затратами и максимальным охватом при обеспечении безопасности. Метод заключается в реализации интеллектуального управления всеми звеньями процесса обслуживания городских железных дорог с использованием информационных технологий, то есть «перемещение +». Поэтому необходимо в полной мере использовать передовые информационно-коммуникационные технологии, искусственный интеллект, Интернет вещей, большие данные, робототехнику и другие технологии, используя автономное восприятие, автономное обучение, автономное принятие решений и автономное управление в качестве основных процессов обработки, и предоставлять пассажирам эффективные, точные и персонализированные услуги перемещения на основе оптимизированного управления оборудованием и средствами, тем самым создавая новое поколение городских железнодорожных систем, более безопасных, эффективных, комфортных и экологичных.

Информация о местоположении во времени и пространстве является основой для реализации автономной работы, точного управления и круглосуточного персонализированного обслуживания интеллектуальной городской железнодорожной системы.Таким образом, для строительства интеллектуальных городских железнодорожных систем необходимо обеспечить комплексное развитие с использованием системы Beidou, предоставляющей пространственно-временную информацию.

Будущая тенденция развития городских железных дорог заключается в продвижении безопасного, удобного, экономичного, эффективного и экологичного интеллектуального транспорта в форме концепции «перемещения +»; в то время как тенденция развития системы Beidou заключается в расширении возможностей отрасли железнодорожного транспорта в форме концепции «+Beidou» (то есть, использовании технологии Beidou в качестве вспомогательного средства, применении пространственно-временной информации в качестве метода, сочетании с оригинальными технологиями и бизнес-моделями других отраслей или замене традиционных прикладных решений) для содействия ее трансформации и модернизации. Концепция «Перемещения + Beidou», как ключевая концепция комплексного развития системы Beidou и интеллектуальных городских железных дорог, будет способствовать дальнейшему обогащению технологических приложений и промышленных экосистем городских железных дорог и системы Beidou, содействовать всестороннему развитию обеих систем и, таким образом, способствовать реализации национальной стратегии.

Комплексное развитие системы Beidou и умного метрополитена

#02

Потребность компании Smart Urban Rail в системе Beidou

①Пространственно-временной эталон

Как типичная сложная киберфизическая система, интеллектуальная городская железная дорога включает в себя широкий спектр информационных систем, таких как автоматическое управление движением поездов (ATC), автоматическая система сбора платы за проезд (AFC), система управления электроснабжением (SCADA), мониторинг окружающей среды (BAS) и система пожарной сигнализации (FAS). Для обеспечения автономной работы эти сложные информационные системы должны быть интегрированы для восприятия, обработки, принятия решений и управления огромными объемами информации во времени и пространстве. Поэтому еще более необходимо установить единый пространственно-временной эталон, чтобы избежать риска пространственно-временных информационных конфликтов и угрозы безопасной эксплуатации городской железной дороги.Применение системы Beidou и ее системы координат CGCS2000 (новейшей национальной геодезической системы координат в моей стране), обеспечивающей услуги позиционирования и навигации, позволяет городской железнодорожной системе получить единую, автономную и управляемую пространственно-временную систему отсчета.

Кроме того, пространственная среда, в которой расположены городские железнодорожные линии, очень сложна, поскольку в ней сосуществуют открытые и закрытые пространства. Простое использование спутниковых навигационных систем не может удовлетворить современные потребности. Введение абсолютной пространственно-временной привязки системы Beidou в закрытое пространство городских железнодорожных линий и ее динамическое поддержание, с одной стороны, позволяет унифицировать относительное положение закрытого пространства и абсолютное положение открытого пространства, а также отображать и применять положение закрытого пространства в городских железнодорожных линиях в виде абсолютной системы координат; с другой стороны, это позволяет унифицировать время и обеспечить синхронизацию времени в закрытом пространстве.

②Цифровизация космоса

Ввиду сложной пространственной среды городского железнодорожного транспорта, владение обширной и точной географической информацией является основой для строительства и эксплуатации интеллектуальных городских железных дорог. Пространственная цифровизация, то есть...构建数字化的地理信息空间数据框架(Структура цифровых геопространственных данных, DSDF)является результатом развития и интеграции технологий геодезии и картографии, географических информационных технологий и других современных информационных технологий.

With the advancement of technical means, surveying and mapping technology is developing in the direction of three-dimensional digitization, networking, real-time, and visualization of information collection, data processing, and application of results. There is a need for spatial digital application with three-dimensional real-life modeling as the core. In the construction of smart urban rail, it is necessary to use the spatio-temporal benchmark of the Beidou system to use station-mounted, push-broom, backpack, handheld and other surveying and mapping tools and geographical information data collection equipment to conduct computer rooms, station halls, sections, depots, and warehouses in the underground and above-ground spaces of the urban rail. In other places, we collect 3D laser point cloud data around spatial structures, equipment and facilities, consumables and other elements, and supplement it with data information such as on-site photography and textures to create a set of fine real-life 3D models with all elements to realize the spatial digitization of urban rail.

Используя вышеуказанные данные, соответствующие специалисты могут создавать высокоточные карты, сортировать пространственные ресурсы, понимать пространственную структуру, а также объекты и оборудование городской железной дороги, предоставлять точную и всестороннюю географическую информацию для планирования, строительства, реконструкции и обслуживания интеллектуальной городской железной дороги, а также предоставлять важную базовую информацию и техническую поддержку для рационального использования пространства и совершенствования управления. В качестве нового сценария применения технологии Beidou в пространственно-временной системе, пространственная цифровизация вдохнула новую жизнь в развитие интеллектуальной городской железной дороги.

③ Высокоточное позиционирование и синхронизация

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:

• Difficulty receiving satellite signals.В незащищенных от внешних воздействий зонах городской железной дороги, из-за экранирования стен (особенно железобетонных), сигналы спутникового позиционирования значительно ослабевают после прохождения через здания, точность позиционирования существенно снижается, а прием сигнала может даже стать невозможным.

• Множество препятствий и источников помех.There are various types of obstacles in the urban rail, such as columns, elevators, escalators, equipment, screen doors, and pedestrians. The layouts are different. In addition, pedestrians and vehicles are moving all the time, and the signal will be reflected multiple times. These numerous uncertainties make the urban rail environment extremely complex. This situation is particularly prominent in the subway, because the subway environment is relatively closed, and complex environmental interference such as radio signals, sound, light, and temperature will have a negative impact on the accuracy of positioning equipment sensors.
  

• Высотное позиционирование затруднено.В условиях метрополитена необходимо учитывать не только положение в двухмерной плоскости, но и положение и высоту надземных и подземных этажей многоэтажных зданий.
  

• Разрабатывать прикладные терминалы сложно.Для создания интеллектуальных городских железнодорожных систем необходимы миниатюризация, персонализация и комбинированные терминалы, а также решение таких задач, как оптимизация конструкции компонентов, выбор материалов, высокоточное производство, глубокая интеграция компонентов, калибровка датчиков в реальном времени и адаптивное объединение выходной информации датчиков. Исследователям следует исходить из вышеуказанных четырех аспектов и проводить целенаправленные исследования для решения указанных проблем, чтобы обеспечить высокоточную пространственно-временную информацию для строительства и эксплуатации интеллектуальных городских железных дорог и гарантировать их бесперебойное развитие.

#03

Перспективы применения системы Beidou в интеллектуальных городских железнодорожных системах.

①Construction of space-time system network

Smart urban rail must build an autonomous and controllable space-time system network.

Ввиду таких проблем, как неспособность системы Beidou к навигации и позиционированию в недоступном для внешнего воздействия пространстве, отсутствие высокоскоростных средств связи и отсутствие полной географической информации, технология «Beidou + 5G + цифровизация пространства» должна быть комплексно применена для создания пространственно-временной системы «три сети и одна платформа», состоящей из сети высокоточного позиционирования, сети высокоточной синхронизации времени, сети высокоскоростной связи и цифровой платформы пространства. Необходимо сформировать пространственно-временную информационную сеть для городских железных дорог и использовать её в качестве инфраструктуры для интеллектуального строительства и эксплуатации городских железных дорог, обеспечивая единую и непрерывную пространственно-временную информацию, а также услуги позиционирования, синхронизации и связи для городских железных дорог, тем самым дополняя, улучшая и поддерживая приложения системы Beidou в недоступном для внешнего воздействия пространстве и преодолевая барьеры между доступным и недоступным для внешнего воздействия пространством городских железных дорог.

Создание интеллектуальной сети пространственно-временной системы городского железнодорожного транспорта.

②Ключевые технологические пространственно-временные эталоны, которые необходимо преодолеть

To build a smart urban rail space-time system network, it is necessary to focus on breakthroughs in key technologies such as indoor and outdoor integrated high-precision continuous positioning, large-scale high-precision time-frequency transmission based on universal network protocols, and high-throughput wireless communication applications based on 5G.

С точки зрения позиционирования, необходимо использовать сверхширокополосную (UWB) технологию позиционирования в качестве доминирующей технологии на единой пространственной основе, дополненную и улучшенную за счет множества других технологий позиционирования, а также путем интеграции навигационного и позиционирующего программного обеспечения и алгоритмов для достижения непрерывного позиционирования в открытых и закрытых пространствах; благодаря комплексной системе позиционирования, навигации и синхронизации (PNT), разработанной и созданной государством, и микросистеме PNT, созданной на основе миниатюрных, персонализированных и комбинированных сервисных терминалов, можно обеспечить высокоточные услуги определения местоположения.

С точки зрения времени, необходимо обеспечить динамическую синхронизацию времени всех узлов сети в межгородском диапазоне на основе протокола точной синхронизации часов системы измерения и управления сетью IEEE 1588V2 (также известного как протокол точной синхронизации времени (PTP)), в сочетании с технологией Synchronous Ethernet (SyncE) и методом синхронизации времени White Rabbit (WR), на единой временной основе для обеспечения высокоточных услуг синхронизации времени.

В сфере коммуникаций необходимо разработать системы распределения внутри помещений в городских железнодорожных линиях и алгоритмы временного разделения для работы метрополитена, чтобы реализовать применение высокоскоростных коммуникаций. Кроме того, по мере развития системы необходимо также внедрить ряд ключевых технологий, используемых в системе Beidou в интеллектуальных городских железнодорожных системах.

③Application servicesПрименение является отправной точкой и целью комплексного развития системы Beidou и интеллектуальной городской железной дороги. Система Beidou предоставит городской железной дороге новые возможности и средства в плане интеллектуального управления, интеллектуального технического обслуживания и интеллектуального обслуживания клиентов, обеспечит эффективную поддержку бизнеса в сфере городской железной дороги и поможет создать интеллектуальную городскую железнодорожную систему с продуманным управлением, эффективной эксплуатацией и максимальной выгодой.

• In terms of intelligent operation, through the Beidou system, real-time high-precision location information of station, management and construction personnel can be obtained. On this basis, urban rail workers can be accurately managed through the construction of electronic fences, electronic roll-call and sign-in, performance appraisal analysis, etc. Train positioning is the guarantee for the safe and efficient operation of urban rail trains. The use of the Beidou system can make train positioning more accurate, more redundant, more autonomous, deeper integrated, and more efficient in linkage.

• С точки зрения интеллектуального технического обслуживания, городские железнодорожные сооружения и оборудование представляют собой сложные, высокоавтоматизированные объекты с большими масштабами активов. Их техническое обслуживание и управление напрямую связаны с безопасностью и надежностью эксплуатации городских железных дорог. Получение точного местоположения объектов и оборудования с помощью системы Beidou позволяет осуществлять автоматическую инвентаризацию активов и оборудования на основе точного местоположения в системе управления активами, создавая замкнутую цепочку мониторинга состояния, диагностики неисправностей, предупреждения о рисках, оценки технического обслуживания и управления активами.

• In terms of intelligent customer service, using the Beidou system, passengers can quickly search and plan routes for self-service ticket machines, self-service vending machines, restrooms and other service facilities inside and outside urban rail stations; they can also implement functions such as self-service navigation, intelligent mobile terminals and robot guidance services based on multi-dimensional and multi-layered digital maps, thus being able to provide passengers with full-time, personalized travel services based on passenger travel needs.

#04

Заключение

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.

In the future, Beidou system and smart urban rail have broad space and potential for integration. The core is to define its PNT system based on urban rail application scenarios, break through key technologies, and build a "three networks and one platform" space-time system network. The application and promotion of the Beidou system will create optimal basic conditions for the intelligent transformation of urban rail.

Ссылки:

Линь Лучжоу, Ли Юйцзе, Дэн Пинке и др. Применение и перспективы системы Beidou в интеллектуальном городском железнодорожном транспорте [J]. Современный городской железнодорожный транспорт, 2021 (4):6-10.


Данный материал взят из интернета/Beidou Today. Этот сайт предоставляет только возможность перепечатки. Мнения, позиция, используемые технологии и т.д. в этой статье не имеют никакого отношения к данному сайту. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления материала!