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《科学时报》:北京交通大学:提供GPS技术支持

      历时345天,北京交通大学蔡伯根教授带领的项目团队,为GPS技术用于青藏线列车定位做了大量的数据处理、验证和测试工作, 完成了与青藏线GPS试验相关的数据处理、测试和现场验证工作,这也是国内首次将此技术用于列车定位。KDC北京交通大学新闻网

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      基于GPS定位的列车控制系统KDC北京交通大学新闻网

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      蔡伯根介绍,即将开通的青藏铁路列车控制系统,将采用GPS(全球卫星定位系统)结合铁路无线数字移动通信技术(GSM-R),实现数字化调度指挥与管理。KDC北京交通大学新闻网

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      2005年3月,青藏线建设初见成效,列车控制工程正式启动。经过国内外广泛咨询、方案评选,最终美国GE公司研发的增强型列车控制系统(ITCS)入选。该系统需基于精确的线路GPS测绘数据。KDC北京交通大学新闻网

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      鉴于青藏线GPS相关数据不能带出国门的有关安全保密规定,铁道部要求,青藏线列车控制系统的有关数据处理工作,须在中国国内进行。考虑到北京交通大学对GPS的铁路应用方面做过大量工作,实验室就建在北京交通大学。KDC北京交通大学新闻网

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      2005年5月中旬,蔡伯根接到铁道部、交通大学的函件,要求其负责尽快建立起GPS实验室,以配合正在建设中的青藏铁路ITCS系统。此前,他在“智能车辆定位系统”领域已经作出了不少成果。KDC北京交通大学新闻网

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      实验室很快就建立起来,GE公司的合作员工也已经到位,各种数据处理很快提上日程。在实验室,记者看到,共有7台模拟器,分别是两个机车模拟单元、网络通信服务器、发车服务器、车站控制模拟单元以及调度与控制中心模拟器。KDC北京交通大学新闻网

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      在这里,每天要录入、整理、修改、处理大量数据。同时,对全线45个车站90根天线的数据采集以及全线其他数据处理超过780万(忽略重复工作)。此外,每天的日志数据处理数量庞大,难以统计。KDC北京交通大学新闻网

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      2005年6月初,兰州军区实地测绘数据拿到实验室。蔡伯根的工作小组将其进行各种数据处理后,转化为电子地图,通过实验室进行模拟驾驶控制。KDC北京交通大学新闻网

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      从2005年8月,蔡伯根带着团队将这些数据和参数拿到实地去验证,今年5月,全线所有站点的数据验证基本完成。这意味着,7月1日青藏铁路试运行时,基于GPS定位的列车控制系统将正式投入使用。KDC北京交通大学新闻网

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       与传统列车定位系统的区别KDC北京交通大学新闻网

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      蔡伯根介绍,传统的列车控制中,更多依赖于地面的轨道电路设施来提供信号。当列车到达相应闭塞区段时,通过轨道回路来为车载设备提供显示信号,列车司机需据此作出判断。KDC北京交通大学新闻网

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      而青藏线与其他路线不同。青藏线960公里的线路在海拔4000米以上,最高的唐古拉站达5027米,550公里路线建设在多年冻土区。45个车站中,有38个属于无人值守站。KDC北京交通大学新闻网

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      因而,在列车控制方面,地面设备越少越好,以防止在高海拔区的不稳定带来控制误差,同时,也尽可能减少地面硬件设施的人力维护工作。凭借传统方式,采纳GPS的信号系统和无线通信技术,实现对列车的控制和管理就是基于此考虑。KDC北京交通大学新闻网

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      在将GPS引用到青藏线建设的具体操作过程中,蔡伯根团队和GE中国公司的工作人员根据设计部门提供的设计图纸,先由军队进行实地测绘,将测绘数据处理后,然后再到现场的实际关键点(POI,Point of Interest)进行验证,以确认测绘数据能满足列车控制的需要。KDC北京交通大学新闻网

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      出于保密与合作的考虑,实验室内,交通大学与GE中国公司的工作人员分别拥有一个保险柜,各自保存相关资料,所有这些资料并不能带出实验室。实验室内,电脑不能连外网,手机不能带进来。所有的数据与资料,都在笔记本电脑里,每天工作后,笔记本电脑锁进各自的保险柜。KDC北京交通大学新闻网

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      蔡伯根介绍,通过卫星定位系统,设在西宁的调度指挥中心可以随时监视并追踪列车所在位置、了解列车的运行状况,同时,列车司机也可以随时知道列车行驶的具体位置。二者之间的通信通过铁路专用无线通信系统GSM-R实现。KDC北京交通大学新闻网

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      不仅仅为脑力劳动KDC北京交通大学新闻网

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      整个工作过程中,最难的部分是实地验证。在实验室做完初步的电子地图后,蔡伯根与他的团队一起,前后七次全线“跑点”。KDC北京交通大学新闻网

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      全线45个站内,每个进出站信号机、调车信号机、道岔、安全线绝缘节等共计1017个点,均需人工去验证。轨道车在全线每个公里标、区间通过信号机点前均停车测试,共计约1400个点。每个点,都需要实地验证,电子地图数据必须与测绘结果完全一致。KDC北京交通大学新闻网

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      由于地处高原,实地验证遭遇不少困难。蔡伯根描述说,高原风大,“真的觉得人会被吹走”,冰天雪地伴上狂风肆虐,风起的时候连避风沙的土坡都找不到,一天下来就像冰窖里出来的“土人”但是,每个站点都得下车去测试。KDC北京交通大学新闻网

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      到了山上,团队有人看守寒风中的基站,有人在冰凉得摸上去有刺痛感的车顶上爬,冷得直哆嗦,下面看的人都害怕;有人在轰隆隆的机车头发动机间端着笔记本采数据,出来老幻觉耳鸣。由于戴着手套不方便操作笔记本,只好在寒风中露着手指进行操作。KDC北京交通大学新闻网

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      由于高原紫外线强烈,得用大衣遮住,才能看到笔记本电脑的屏幕显示。为了保障实验的连续性,用餐时间由实验状况决定,有时候拖得太迟了,就把饭送到工作点,站在寒风中,嘴里的饭还没下咽,盘里的菜已经像从冰箱里端出来的了。KDC北京交通大学新闻网

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      空气含氧量仅为内地的50%,紫外线强烈照射,晚上气温到零下20多摄氏度。每天工作10小时以上,居无定所,食无定时。KDC北京交通大学新闻网

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      在蔡伯根提供的日程表上,记者看到,连续8个工作日,从格尔木到拉萨,蔡伯根团队每天工作10小时以上,有时只休息2~3小时就又开始下一站的工作。KDC北京交通大学新闻网

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      2005年10月中旬一次,他们下午4点就完成了工作,没想到车坏在半路,不一会,天上下起了冰雹,继而下起了大雪,路上许多路段又没有通讯手段,几经周折,晚上两点才回到格尔木,耽搁了4个小时。蔡伯根说,高原上的风实在太大,他那是平生第一次看到雪是“横着”下。KDC北京交通大学新闻网

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      在工作的线路中,有的地区空气含氧量仅为海平面的52%,是险恶的生命禁区,在那里行走,面临缺氧、低温、低压、强晒、狂风、暴雪和野狼。有时,由于调度给的时间有限,他们就只能借宿在当地兵站,放氧成为他们期待的时间。KDC北京交通大学新闻网

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      谈及这段经历,蔡伯根说,“我和学生也是这样说,尽管我们的工作只是整个工程中很小的一部分,但在青藏铁路这条线上,每个点都有我们的脚印和汗水,不管将来到什么年龄,回想起来都是一件很值得自豪的事情”。KDC北京交通大学新闻网

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      目前,他们已经完成了青藏线格拉段从格尔木到拉萨全线45个站点和区间的所有信号点、道岔等关键点GPS数据的处理以及现场实地验证工作;试验段GPS差分基站的测试工作;试验段与GPS定位精度、时间等相关项目的测试工作;ITCS系统的全线GPS定位精度因子数据采集和分析工作。KDC北京交通大学新闻网

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      列车开通后,该实验室还可为青藏铁路开通后的GPS数据处理工作提供技术支持。KDC北京交通大学新闻网