Odak Noktası | Akıllı kentsel raylı sistemlerde Beidou sisteminin uygulaması ve geleceği

İstatistiklere göre insanların %80'inden fazlasıZaman, binalar, mobil araçlar ve yer altı tünelleri gibi göz önünde olmayan mekanlarda geçirilir.Kentsel raylı ulaşım (bundan sonra "kentsel raylı sistem" olarak anılacaktır), dış mekan kullanımının tipik bir örneği olarak, şehrin can damarı ve temel kamusal alanı olup, aynı zamanda "yeni altyapı"nın kilit inşaat alanlarından biridir.Uzun zamandır, kapalı alanlarda konumlandırma, navigasyon, zamanlama ve iletişim, akıllı şehir içi raylı sistemlerin gelişimini kısıtlayan küresel teknik sorunlar ve darboğazlar olmuştur.

The Beidou Satellite Navigation System (hereinafter referred to as the "Beidou System"), as a global system that provides time and space information, is an important space infrastructure independently constructed and operated by my country. The system construction has been completed and is being applied and promoted in various industries. By applying the Beidou system and building a high-precision positioning network, a high-precision time synchronization network, a high-throughput communication network and a space digital platform based on it, it can play a fundamental supporting role in the construction of smart urban rail.

Beidou sisteminin uygulanması temel, yenilikçi, yaygın ve yönlendirici olduğundan, kentsel raylı sistemin gelişim biçimi, gelişim konsepti, gelişim modeli ve işletme modeli üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve böylece gelişimi teşvik edebilir."Beidou + Şehir İçi Raylı Sistem" yeni işletme ve yönetim modeliŞehrin oluşumu, yolcular, işletmeler ve hükümetler gibi çeşitli kuruluşların farklı ihtiyaçlarını karşılayacak ve daha güvenli, daha güvenilir, daha kullanışlı ve konforlu, maliyet etkin, çevre dostu ve enerji tasarruflu akıllı bir kentsel raylı sistem kuracaktır.

#01

Beidou Sistemi ve Akıllı Şehir İçi Raylı Sistem

①Beidou sisteminin uygulanması ve geliştirilmesi

Şu anda Beidou sistemi, ulaşım, deniz balıkçılığı, meteoroloji ve hidroloji, enerji dağıtımı, afet yardımı ve hafifletme gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmakta ve önemli sosyal ve ekonomik faydalar sağlamaktadır; özellikle ulaşım alanında, araç konumlandırma, ulaşım süreci izleme ve yönetimi ile altyapı güvenliği izleme konularında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu temelde, Beidou sisteminin uygulamalarının daha da genişletilmesi için alan mevcuttur. Örneğin, uygulama alanı ortamı açısından, uydu navigasyon sistemi sinyallerini doğrudan alabilen açık hava ortamında (bundan sonra "açık alan" olarak anılacaktır), kullanıcılar Beidou sistemi tarafından sağlanan uzamsal ve zamansal bilgileri doğrudan kullanabilirler; ancak,Uydu navigasyon sistemi sinyallerinin alınamadığı, açıkta olmayan uzay ortamlarında(Bundan sonra "açıkta olmayan alan" olarak anılacaktır) metrolar, yer altı otoparkları, ticari kompleksler ve viyadük altları gibi alanlar, bina engellerinden ve çoklu yol etkilerinden etkilenir. Uydu konumlandırma doğruluğu önemli ölçüde azalır ve açıkta olmayan alan konumlandırma hizmetlerinin ihtiyaçlarını karşılayamaz.

Çünküİnsanlar zamanlarının %80'ini binalar ve hareketli araçlar gibi gözlerden uzak alanlarda geçiriyor.,Öyleyse,Solving navigation and positioning problems in non-exposed space is an important direction for the application development of Beidou system.

Şu anda ülke, Beidou sistemine dayalı kapsamlı bir konumlandırma, navigasyon ve zamanlama (PNT) sistemi kurmaktadır. Bu sistem, farklı prensiplere dayalı çeşitli PNT bilgi kaynaklarını kullanabilir ve bulut platformu kontrolü, çoklu sensörlerin ve çoklu kaynak verilerinin yüksek entegrasyonu yoluyla, birleşik mekansal-zamansal referans noktalarına sahip ve parazit önleme, sahtekarlık önleme, sağlamlık, kullanılabilirlik, süreklilik ve güvenilirlik avantajlarına sahip PNT hizmet bilgileri üretebilir; böylece iç mekan, su altı, derin uzay ve diğer alanlarda kapsama alanı sağlayabilir.

②Beidou sistemi ve akıllı şehir raylı sisteminin entegre gelişimi

Son yıllarda, inşaatın hızlanması ve işletme uzunluğunun sürekli artmasıyla birlikte, kentsel raylı sistemler ağ tabanlı işletme, maliyet düşürme ve verimlilik artırma, hızlı hizmet, düşük karbonlu çevre koruma ve sürdürülebilir kalkınma gibi bir dizi zorlukla karşı karşıya kalmıştır. Bu durum, akıllı kentsel raylı sistem kavramının ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Ulaşımın özü, yer değiştirme sağlamaktır; yani, insanların ve malzemelerin ihtiyaç duyulduğu şekilde ulaşım araçları aracılığıyla yer değiştirmesini sağlamaktır. Bir toplu taşıma sistemi olarak, akıllı şehir içi raylı sistemin geliştirilmesinin temel amacı, güvenliği sağlarken en düşük maliyetle ve maksimum kapsama alanıyla yer değiştirmeyi gerçekleştirmektir. Yöntem, bilgi teknolojisinin desteğiyle şehir içi raylı sistem hizmet sürecindeki tüm bağlantıların zekasını gerçekleştirmektir, yani "yer değiştirme +". Bu nedenle, otonom algılama, otonom öğrenme, otonom karar verme ve otonom kontrolü temel işlem süreçleri olarak ele alan gelişmiş bilgi iletişimi, yapay zeka, Nesnelerin İnterneti, büyük veri, robotik ve diğer teknolojilerden tam olarak yararlanmak ve ekipman ve tesislerin optimize edilmiş yönetimi ve kontrolü temelinde yolculara verimli, doğru ve kişiselleştirilmiş yer değiştirme hizmetleri sunmak gereklidir; böylece daha güvenli, daha verimli, daha konforlu ve daha yeşil yeni nesil bir şehir içi raylı sistem inşa edilir.

Zaman ve mekan konum bilgisi, akıllı şehir içi raylı sistemin otonom işletimi, hassas yönetimi ve tam zamanlı kişiselleştirilmiş hizmetlerinin gerçekleştirilmesinin temelini oluşturmaktadır.Bu nedenle, akıllı kentsel raylı sistemin inşası, mekansal ve zamansal bilgi sağlayan Beidou sistemiyle entegre bir şekilde geliştirilmelidir.

Şehir içi raylı sistemlerin gelecekteki gelişim trendi, "yer değiştirme +" biçiminde güvenli, kullanışlı, ekonomik, verimli ve yeşil akıllı ulaşımı teşvik etmektir; Beidou sisteminin gelişim trendi ise "+Beidou" biçiminde (yani, Beidou teknolojisini bir kolaylaştırıcı araç olarak kullanarak, mekansal-zamansal bilgiyi bir uygulama yöntemi olarak kullanarak, diğer sektörlerin özgün teknolojileri ve özgün iş modelleriyle birleştirerek veya geleneksel uygulama çözümlerini değiştirerek) raylı ulaşım sektörünü güçlendirmek ve dönüşümünü ve yükseltmesini teşvik etmektir. Beidou sistemi ve akıllı şehir içi raylı sistemlerin entegre gelişiminin temel kavramı olan "Yer Değiştirme + Beidou", şehir içi raylı sistem ve Beidou sistemlerinin teknolojik uygulamalarını ve endüstriyel ekosistemlerini daha da zenginleştirecek, her ikisinin de kapsamlı gelişimini teşvik edecek ve böylece ulusal stratejinin uygulanmasını destekleyecektir.

Beidou sistemi ve akıllı metronun entegre geliştirilmesi

#02

Akıllı şehir içi raylı sistemin Beidou sistemine olan talebi

①Uzay-zaman kıyaslaması

Tipik bir karmaşık siber-fiziksel sistem olarak akıllı şehir içi raylı sistem, otomatik tren kontrolü (ATC), otomatik ücret toplama (AFC), güç kaynağı sistemi yönetim otomasyonu (SCADA), çevre izleme (BAS) ve yangın alarmı (FAS) gibi çok çeşitli bilgi sistemlerini içerir. Otonom çalışmasını gerçekleştirmek için, bu karmaşık bilgi sistemlerinin, büyük miktarda zaman ve mekan bilgisini algılamak, işlemek, karar vermek ve kontrol etmek üzere entegre edilmesi gerekir. Bu nedenle, mekansal-zamansal bilgi çatışması riskini önlemek ve şehir içi raylı sistemin güvenli çalışmasını tehlikeye atmamak için birleşik bir mekansal-zamansal referans noktası oluşturmak daha da gereklidir.Konumlandırma ve navigasyon hizmetleri sağlayan Beidou sistemi ve onun CGCS2000 koordinat sistemi (ülkemdeki en yeni ulusal jeodezik koordinat sistemi) uygulanarak, kentsel raylı sistem birleşik, özerk ve kontrol edilebilir bir mekansal-zamansal referans elde edebilir.

Ayrıca, şehir içi raylı sistemin bulunduğu uzay ortamı, açık ve kapalı alanların bir arada bulunduğu oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Sadece uydu navigasyon sistemlerine güvenmek, mevcut uygulama ihtiyaçlarını karşılayamaz. Beidou sisteminin mutlak uzay-zaman referansını şehir içi raylı sistemin kapalı alanına entegre ederek ve dinamik olarak koruyarak, bir yandan kapalı alanın göreceli konumunu ve açık alanın mutlak konumunu birleştirmek ve şehir içi raylı sistemde kapalı alanın konumunu mutlak bir koordinat sistemi şeklinde göstermek ve uygulamak mümkün olurken, diğer yandan zamanı birleştirmek ve kapalı alanda zaman senkronizasyonu sağlamak da mümkün olmaktadır.

②Uzay dijitalleştirme

Şehir içi raylı sistemlerin karmaşık mekânsal ortamı nedeniyle, zengin ve doğru coğrafi bilgilere hakim olmak, akıllı şehir içi raylı sistemlerin inşası ve işletimi için temel teşkil etmektedir. Mekânsal dijitalleştirme, yani构建数字化的地理信息空间数据框架（Dijital Jeo-Uzaysal Veri Çerçevesi，DSDF）Bu, ölçme ve haritalama teknolojisi, coğrafi bilgi teknolojisi ve diğer modern bilgi teknolojilerinin geliştirilmesi ve entegrasyonunun bir ürünüdür.

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.

Using the above data, relevant staff can generate high-precision maps, sort out spatial resources, grasp the spatial structure and facilities and equipment of urban rail, provide accurate and comprehensive geographical information for the planning, construction, renovation and maintenance of smart urban rail, and provide important basic information and technical support for space utilization and refined management. As a new scenario application of Beidou technology in the space-time system, spatial digitization has injected new vitality into the development of smart urban rail.

③High-precision positioning and timing

Yüksek hassasiyetli mekansal ve zamansal bilgiler, akıllı kentsel raylı sistemlerin inşasının temelini oluşturur. Trafik verileri, yalnızca zamansal boyut özelliklerine sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda mekansal yapıya da güçlü bir şekilde bağımlı olan tipik bir mekansal-zamansal veridir.

Farklı raylı ulaşım bilgi sistemlerinin entegrasyonu ve gelişmesiyle birlikte, konumlandırma doğruluğu ve zaman senkronizasyon doğruluğuna yönelik gereksinimler sürekli artmaktadır. Şu anda Beidou sistemi, akıllı şehir içi raylı sistemlerin yüksek hassasiyetli konumlandırma ve zamanlama gereksinimlerini doğrudan karşılayamamaktadır. Bunun nedenleri şunlardır:

• Uydu sinyallerini almada zorluk.Şehir içi raylı sistemlerin dış cephelerinde, özellikle betonarme duvarların koruması nedeniyle, uydu konumlandırma sinyalleri binalardan geçtikten sonra önemli ölçüde zayıflar, konumlandırma doğruluğu büyük ölçüde azalır ve sinyal alınamayabilir bile.

• Birden fazla engel ve girişim kaynağı.Şehir içi raylı sistemlerde kolonlar, asansörler, yürüyen merdivenler, ekipmanlar, güvenlik kapıları ve yayalar gibi çeşitli engeller bulunmaktadır. Düzenlemeler farklılık göstermektedir. Ayrıca, yayalar ve araçlar sürekli hareket halindedir ve sinyal birden fazla kez yansıtılacaktır. Bu çok sayıda belirsizlik, şehir içi raylı sistem ortamını son derece karmaşık hale getirmektedir. Bu durum özellikle metroda belirgindir, çünkü metro ortamı nispeten kapalıdır ve radyo sinyalleri, ses, ışık ve sıcaklık gibi karmaşık çevresel girişimler, konumlandırma ekipmanı sensörlerinin doğruluğunu olumsuz etkileyecektir.
  

• Yükseklik konumlandırması zordur.Metro ortamında, yalnızca iki boyutlu düzlemin konumu değil, çok katlı binalar için yer üstü ve yer altı katlarının konumu ve yüksekliği de dikkate alınmalıdır.
  

• Uygulama terminalleri geliştirmek zordur.Şehir içi raylı sistemler, minyatürleştirme, kişiselleştirme ve entegre uygulama terminalleri gerektirir ve bileşen optimizasyon tasarımı, malzeme seçimi, hassas üretim, derin bileşen entegrasyonu, gerçek zamanlı sensör kalibrasyonu ve sensör çıkış bilgilerinin adaptif füzyonu gibi sorunları çözer. Araştırmacılar, yukarıdaki dört açıdan yola çıkarak, akıllı şehir içi raylı sistemlerin inşası ve işletimi için yüksek hassasiyetli uzay ve zaman bilgisi sağlamak ve sorunsuz ilerlemesini sağlamak amacıyla bu sorunları çözmek için hedefli araştırmalar yürütmelidir.

#03

Prospects for the application of Beidou system in smart urban rail

①Uzay-zaman sistemi ağının inşası

Akıllı şehir içi raylı sistem, otonom ve kontrol edilebilir bir uzay-zaman sistem ağı kurmalıdır.

Beidou sisteminin kapalı alanlarda navigasyon ve konumlandırma yapamaması, yüksek verimli iletişim araçlarının eksikliği ve tüm unsurları kapsayan coğrafi bilginin bulunmaması gibi sorunlar göz önüne alındığında, "Beidou + 5G + uzay dijitalleşmesi" teknolojisi, yüksek hassasiyetli konumlandırma ağı, yüksek hassasiyetli zaman senkronizasyon ağı, yüksek verimli iletişim ağı ve uzay dijital platformundan oluşan "üç ağ ve bir platform" uzay-zaman sistem ağı oluşturmak için kapsamlı bir şekilde uygulanmalıdır. Şehir içi raylı sistemler için birleşik ve sürekli uzay-zaman bilgisi, konumlandırma, zamanlama ve iletişim hizmetleri sağlamak üzere akıllı şehir içi raylı sistem inşaatı ve işletmesi için altyapı olarak kullanılacak bir uzay-zaman referans bilgi ağı oluşturulmalı ve böylece şehir içi raylı sistemler için kapalı alanlardaki Beidou sistemi uygulamaları tamamlanacak, geliştirilecek ve desteklenecektir; bu sayede şehir içi raylı sistemlerin açık ve kapalı alanları arasındaki engeller ortadan kaldırılacaktır.

Akıllı kentsel raylı uzay-zaman sistemi ağının inşası

②Aşılması gereken temel teknoloji uzay-zaman ölçütleri

Akıllı bir kentsel raylı sistem uzay-zaman ağı oluşturmak için, iç ve dış mekan entegre yüksek hassasiyetli sürekli konumlandırma, evrensel ağ protokollerine dayalı büyük ölçekli yüksek hassasiyetli zaman-frekans iletimi ve 5G tabanlı yüksek verimli kablosuz iletişim uygulamaları gibi kilit teknolojilerdeki atılımlara odaklanmak gereklidir.

Konumlandırma açısından, birleşik bir mekansal referans noktasında baskın konumlandırma teknolojisi olarak ultra geniş bant (UWB) konumlandırma teknolojisinin kullanılması, birden fazla konumlandırma teknolojisiyle desteklenmesi ve geliştirilmesi, navigasyon ve konumlandırma yazılımları ve algoritmalarının entegrasyonu yoluyla açık ve kapalı alanlarda sürekli konumlandırmanın sağlanması gerekmektedir; devlet tarafından yatırım yapılan ve inşa edilen kapsamlı PNT sistemi ve minyatürleştirilmiş, kişiselleştirilmiş ve birleştirilmiş hizmet terminalleri tarafından geliştirilen mikro-PNT sistemi aracılığıyla yüksek hassasiyetli konum hizmetleri sunulabilir.

Zaman açısından, şehirlerarası ağdaki tüm ağ düğümlerinin dinamik zaman senkronizasyonunun, IEEE 1588V2 ağ ölçüm ve kontrol sisteminin hassas saat senkronizasyon protokolü (Hassas Zaman Senkronizasyon Protokolü (PTP) olarak da bilinir) temel alınarak, Senkron Ethernet (SyncE) teknolojisi ve White Rabbit (WR) zaman senkronizasyon yöntemi ile birleştirilerek, birleşik bir zaman esasına göre gerçekleştirilmesi ve yüksek hassasiyetli zamanlama hizmetleri sunulması gerekmektedir.

İletişim açısından, yüksek verimli iletişimin uygulanmasını gerçekleştirmek için kentsel raylı sistemlerde iç mekan dağıtım sistemlerinin ve metro hizmetleri için zaman dilimleme algoritmalarının geliştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca, sistem yapımı ilerledikçe, akıllı kentsel raylı sistemlerde Beidou sistemi tarafından kullanılan bir dizi kilit teknolojinin de geliştirilmesi gerekmektedir.

③Uygulama hizmetleriUygulama, Beidou sistemi ve akıllı şehir içi raylı sistemin entegre gelişiminin başlangıç ​​noktası ve hedefidir. Beidou sistemi, akıllı işletme, akıllı bakım ve akıllı müşteri hizmetleri açısından şehir içi raylı sisteme yeni yetenekler ve araçlar kazandıracak, şehir içi raylı sistem işletmesine etkin destek sağlayacak ve gelişmiş yönetim, verimli işletme ve maksimum fayda sağlayan akıllı bir şehir içi raylı sistem oluşturulmasına yardımcı olacaktır.

• 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.

• In terms of intelligent maintenance, urban rail facilities and equipment are complex, highly automated, and have large asset scales. Their maintenance and management are directly related to the safety and reliability of urban rail operations. Obtaining the accurate location of facilities and equipment through the Beidou system can realize automatic inventory of assets and equipment based on precise location in the asset management system, creating a closed-loop chain of condition monitoring, fault diagnosis, risk warning, maintenance evaluation and asset management.

• Akıllı müşteri hizmetleri açısından, Beidou sistemi kullanılarak yolcular, şehir içi ve şehir dışı tren istasyonlarının içindeki ve dışındaki self servis bilet makineleri, self servis otomatlar, tuvaletler ve diğer hizmet tesisleri için hızlı bir şekilde arama yapabilir ve güzergah planlayabilir; ayrıca çok boyutlu ve çok katmanlı dijital haritalara dayalı olarak self servis navigasyon, akıllı mobil terminaller ve robot yönlendirme hizmetleri gibi işlevleri de uygulayabilir ve böylece yolcuların seyahat ihtiyaçlarına göre tam zamanlı, kişiselleştirilmiş seyahat hizmetleri sunabilirler.

#04

Sonuç

Zaman ve mekan bilgisi, modern üretim ve yaşamda temel bilgi haline gelmiştir. Uydu navigasyon ve konumlandırma sistemlerinin gelişimi, insanların yaşam tarzlarını tamamen değiştirmiş ve aynı zamanda toplum ve işletmelerin yönetim modellerini de dönüştürmüştür. Beidou sisteminin tamamlanması ve uygulama yaygınlaşmasıyla birlikte, ülkemizin akıllı şehir içi raylı sisteminin inşası ve geliştirilmesi, mekansal-zamansal referans noktaları, mekansal dijitalleşme, yüksek hassasiyetli konumlandırma ve zamanlama konusunda daha yüksek gereksinimler ortaya koymuştur.

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.

Referanslar:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng Pingke ve diğerleri. Akıllı kentsel raylı sistemde Beidou sisteminin uygulaması ve geleceği [J]. Modern Kentsel Raylı Transit, 2021 (4):6-10.


Bu içerik internetten/Beidou Today'den alınmıştır. Bu web sitesi yalnızca yeniden yayınlama olanağı sunmaktadır. Bu makalenin görüşleri, duruşu, teknolojisi vb. bu web sitesiyle hiçbir ilgisi yoktur. Herhangi bir telif hakkı ihlali varsa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin!