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Aplicación y perspectivas de enfoque del sistema Beidou en trenes urbanos inteligentes

Fecha de lanzamiento: 2021-12-28Fuente del autor: KinghelmVistas: 490

Según las estadísticas, más del 80% de las personasTiempo pasado en edificios, vehículos móviles, subterráneos y otros espacios no expuestos.Como escenario típico de espacio no expuesto, el tránsito ferroviario urbano (en lo sucesivo denominado "ferrocarril urbano") no es sólo la arteria y el área pública central de la ciudad, sino también el campo clave de construcción de "nueva infraestructura".Durante mucho tiempo, el posicionamiento, la navegación, la sincronización y la comunicación en espacios no expuestos han sido un problema técnico mundial y un cuello de botella que restringe el desarrollo del ferrocarril urbano inteligente.


 

Como sistema global que proporciona información temporal y espacial, el sistema de navegación por satélite Beidou (en adelante denominado "sistema Beidou") es una importante infraestructura espacial construida y operada de forma independiente por China. En la actualidad, la construcción del sistema se ha completado y se está aplicando y popularizando en diversas industrias. Al aplicar el sistema Beidou y construir su red de posicionamiento de alta precisión, su red de sincronización horaria de alta precisión, su red de comunicaciones de alto rendimiento y su plataforma de digitalización espacial, puede desempeñar un papel de apoyo básico en la construcción de trenes urbanos inteligentes.


Debido a que la aplicación del sistema Beidou es básica, innovadora, penetrante y dinámica, puede tener un impacto significativo en la forma de desarrollo, el concepto de desarrollo, el modo de desarrollo y el modo de operación del transporte ferroviario urbano, a fin de promoverNuevo modo de operación y gestión del "tren urbano de Beidou"Satisfacer las diversas necesidades de los pasajeros, empresas, gobiernos y otros múltiples sujetos, y construir un sistema ferroviario urbano inteligente más seguro, confiable, conveniente, cómodo, rentable, ecológico y que ahorre energía.


#01

Sistema Beidou y ferrocarril urbano inteligente


 ① Aplicación y desarrollo del sistema Beidou  

En la actualidad, el sistema Beidou se ha utilizado ampliamente en los campos de defensa y seguridad nacionales, transporte, pesca marina, meteorología e hidrología, despacho de energía, socorro y reducción de desastres, y ha producido notables beneficios sociales y económicos; Especialmente en el transporte, se ha utilizado ampliamente en el posicionamiento de vehículos, el monitoreo y la gestión de procesos de transporte, el monitoreo de la seguridad de la infraestructura y otros campos.


 

Sobre esta base, la aplicación del sistema Beidou todavía tiene margen para una mayor expansión. Por ejemplo, desde la perspectiva del entorno espacial de la aplicación, en el entorno espacial expuesto al aire libre (en lo sucesivo denominado "espacio expuesto") que puede recibir directamente señales del sistema de navegación por satélite, los usuarios pueden utilizar directamente la información espacio-temporal proporcionada por sistema Beidou; Sin embargo,En un entorno espacial no expuesto que no puede recibir señales del sistema de navegación por satélite.(en lo sucesivo denominado "espacio no expuesto"), como el metro, estacionamientos subterráneos, complejos comerciales y debajo de viaductos, debido a la influencia del blindaje del edificio y al efecto de trayectorias múltiples, la precisión del posicionamiento satelital disminuye drásticamente, lo que no puede satisfacer las necesidades. del servicio de localización de espacios no expuestos.


becauseLas personas pasan el 80% de su tiempo en espacios no expuestos, como edificios y vehículos móviles.Por lo tanto,Resolver el problema de la navegación y el posicionamiento en espacios no expuestos es una dirección importante en la aplicación y desarrollo del sistema Beidou..


 

Actualmente, el país está construyendo un sistema integral de posicionamiento, navegación y cronometraje (pnt) basado en el sistema Beidou. El sistema puede utilizar una variedad de fuentes de información PNT basadas en diferentes principios para generar un punto de referencia espacio-temporal unificado a través del control de plataforma en la nube, alta integración multisensor y fusión de datos de múltiples fuentes. La información del servicio Pnt con las ventajas de continuidad y confiabilidad puede cubrir Interior, submarino, espacio profundo y otros campos.


② Desarrollo integrado del sistema Beidou y el ferrocarril urbano inteligente  

En los últimos años, con la aceleración de la velocidad de construcción y el continuo crecimiento del kilometraje operativo, el ferrocarril urbano se enfrenta a una serie de desafíos como la operación de la red, la reducción de costos y el aumento de la eficiencia, el servicio rápido, la protección ambiental con bajas emisiones de carbono y el desarrollo sostenible. Ha surgido el concepto de ferrocarril urbano inteligente.


 

La esencia del transporte es proporcionar desplazamiento, es decir, realizar el movimiento posicional de personal y materiales mediante medios de transporte según las necesidades. Como sistema de transporte público, el objetivo principal del desarrollo ferroviario de una ciudad inteligente es lograr el movimiento local con el menor costo y la máxima cobertura bajo la premisa de garantizar la seguridad. Su medio es realizar la intelectualización de todos los enlaces en el proceso del servicio ferroviario urbano, es decir, el "desplazamiento", con el apoyo de la tecnología de la información. Por lo tanto, es necesario aprovechar al máximo la comunicación de información avanzada, la inteligencia artificial, el Internet de las cosas, los robots de big data y otras tecnologías, con percepción autónoma, aprendizaje autónomo, toma de decisiones autónoma y control autónomo como proceso de procesamiento central, para proporcionar a los pasajeros. con servicios de desplazamiento eficientes, precisos y personalizados sobre la base de un control óptimo de equipos e instalaciones, para construir un sistema ferroviario urbano de nueva generación más seguro, eficiente, cómodo y ecológico.


La información de ubicación en el tiempo y el espacio es la base para lograr la operación independiente, la gestión precisa y el servicio personalizado a tiempo completo del sistema ferroviario urbano inteligente.Por lo tanto, la construcción de trenes urbanos inteligentes debe integrarse con el sistema Beidou que proporciona información espacio-temporal.


La tendencia de desarrollo futuro del transporte ferroviario urbano es promover un transporte inteligente seguro, conveniente, económico, eficiente y ecológico en forma de "desplazamiento"; La tendencia de desarrollo del sistema Beidou es potenciar la industria del transporte ferroviario a la manera de "Beidou" (es decir, tomar la tecnología Beidou como medio habilitante, utilizar la información espacio-temporal como modo de aplicación, combinarla con la tecnología y el negocio originales de otras industrias o reemplazando el esquema de aplicación tradicional), con el fin de promover su transformación y modernización. "Desplazamiento Beidou", como concepto central del desarrollo integrado del sistema Beidou y el ferrocarril urbano inteligente, enriquecerá aún más la aplicación técnica y el ecosistema industrial del ferrocarril urbano y el sistema Beidou, promoverá su desarrollo integral y promoverá la implementación del estrategia nacional.


 

Desarrollo integrado del sistema Beidou y metro inteligente


#02

Requisitos del ferrocarril urbano inteligente para el sistema Beidou


 ① Dato espaciotemporal  

Como sistema físico de información complejo típico, el ferrocarril urbano inteligente implica una amplia variedad de sistemas de información, como el control automático de trenes (ATC), el cobro automático de tarifas (AFC), la automatización de la gestión del sistema de suministro de energía (SCADA), el monitoreo ambiental (BAS), alarma contra incendios (FAS). Para lograr su funcionamiento independiente, estos complejos sistemas de información deben integrarse para la percepción, el procesamiento, la toma de decisiones y el control de información masiva en el tiempo y el espacio. Por lo tanto, es más necesario establecer un punto de referencia espacio-temporal unificado para evitar el riesgo de conflicto de información espacio-temporal y poner en peligro la operación segura del transporte ferroviario urbano.Utilizando el sistema Beidou y el sistema de coordenadas CGCS2000 (el último sistema de coordenadas geodésicas nacionales de China), el sistema de tránsito ferroviario urbano puede obtener un punto de referencia espacio-temporal unificado, autónomo y controlable.


 

Además, el entorno espacial del tránsito ferroviario urbano es muy complejo. El espacio expuesto y el espacio no expuesto coexisten. Depender únicamente del sistema de navegación por satélite no puede cumplir con los requisitos de aplicación actuales. Al introducir el punto de referencia espacio-temporal absoluto del sistema Beidou en el espacio no expuesto del ferrocarril urbano y mantenerlo dinámicamente, por un lado, se puede realizar la unidad de la posición relativa del espacio no expuesto y la posición absoluta del espacio expuesto. y mostrar y aplicar la posición del espacio no expuesto en el ferrocarril urbano en forma de sistema de coordenadas absoluto; Por otro lado, puede unificar el tiempo y realizar la sincronización horaria en un espacio no expuesto.


② Digitalización espacial  

Debido al complejo entorno espacial del transporte ferroviario urbano, dominar información geográfica rica y precisa es la base para la construcción y operación de un transporte ferroviario urbano inteligente. Digitalización espacial, es decirCreación de un marco de datos geográficos digitales (dsdf)Es el producto del desarrollo y la integración de la tecnología topográfica y cartográfica, la tecnología de la información geográfica y otras tecnologías de la información modernas.


 

Con el progreso de los medios técnicos, la tecnología topográfica y cartográfica se está desarrollando hacia la digitalización tridimensional, la creación de redes, la visualización y el tiempo real de la recopilación de información, el procesamiento de datos y la aplicación de logros. Existe una demanda de aplicaciones de digitalización espacial con modelado tridimensional de escenas reales como núcleo. En la construcción de un ferrocarril urbano inteligente, basado en el punto de referencia espacio-temporal del sistema Beidou, es necesario utilizar herramientas montadas en la estación, escobas, mochilas, dispositivos portátiles y otras herramientas de topografía y mapeo y equipos de adquisición de datos de información geográfica para centrarse en el espacio. estructura, equipos e instalaciones, consumibles y otros elementos de la sala de máquinas, vestíbulo de la estación, sección, depósito, almacén y otros lugares en el espacio subterráneo y aéreo del ferrocarril urbano, recopilar datos de nubes de puntos láser en 3D, complementados con fotografías en el sitio, textura y otra información de datos, y cree un conjunto de excelentes modelos 3D de escenas reales de todos los elementos para realizar la digitalización espacial del tránsito ferroviario urbano.


Utilizando los datos anteriores, el personal relevante puede generar mapas de alta precisión, clasificar recursos espaciales, dominar la estructura espacial, las instalaciones y el equipamiento del ferrocarril urbano, proporcionar información geográfica precisa y completa para la planificación, construcción, transformación y mantenimiento del ferrocarril urbano inteligente. y proporciona importantes datos básicos y soporte técnico para la utilización del espacio y una gestión refinada. Como nueva aplicación de escena de la tecnología Beidou en el sistema espacio-temporal, la digitalización espacial ha inyectado nueva vitalidad al desarrollo del ferrocarril urbano inteligente.


③ Posicionamiento y sincronización de alta precisión  

La información espacial y temporal de alta precisión es la base para la construcción de trenes urbanos inteligentes. Los datos de tráfico son datos espaciotemporales típicos, que no solo tienen el atributo de dimensión temporal, sino que también tienen una fuerte dependencia de la estructura espacial.


 
Con el desarrollo de la integración entre diferentes sistemas de información de tránsito ferroviario, los requisitos de precisión de posicionamiento y precisión de sincronización horaria están aumentando. En la actualidad, el sistema Beidou no puede cumplir directamente con los requisitos del ferrocarril urbano inteligente en cuanto a posicionamiento y sincronización de alta precisión por las siguientes razones:  
  • Es difícil recibir señales de satélite.En el espacio no expuesto del tránsito ferroviario urbano, debido al blindaje de la pared (especialmente el hormigón armado), la señal de posicionamiento por satélite obviamente se debilitará después de atravesar el edificio, la precisión del posicionamiento se reducirá considerablemente e incluso la señal no puede ser recibido.
  • Múltiples obstáculos y múltiples fuentes de interferencia.Hay columnas, ascensores, escaleras mecánicas, equipos, puertas mosquiteras, peatones y otros obstáculos en el ferrocarril urbano, y el trazado es diferente. Además, los peatones y los vehículos están en movimiento todo el tiempo y la señal se reflejará muchas veces. Estas numerosas perturbaciones inciertas hacen que el entorno ferroviario urbano sea extremadamente complejo. Esta situación es particularmente prominente en el metro, porque el entorno del metro es relativamente cerrado y las complejas interferencias ambientales, como la señal de radio, el sonido, la luz y la temperatura, tendrán un impacto negativo en la precisión de los sensores del equipo de posicionamiento.
  • El posicionamiento en elevación es difícil.En el entorno del metro, no sólo debemos considerar la ubicación del plano bidimensional, sino también la ubicación y la altura de los pisos sobre el suelo y subterráneos para edificios de varios pisos.
  • Es difícil desarrollar terminales de aplicaciones.El transporte ferroviario urbano necesita terminales de aplicaciones miniaturizadas, personalizadas y combinadas, y resuelve los problemas de diseño de optimización de componentes, optimización de materiales, fabricación de precisión, integración profunda de componentes, calibración de sensores en tiempo real, fusión adaptativa de información de salida de sensores, etc. Los investigadores deben realizar investigaciones específicas a partir de los cuatro aspectos anteriores para resolver los problemas anteriores, a fin de proporcionar información espacial y temporal de alta precisión para la construcción y operación del ferrocarril urbano inteligente y garantizar su progreso sin problemas.


#03

Perspectivas de aplicación del sistema Beidou en trenes urbanos inteligentes


 ① Construcción de la red del sistema espaciotemporal.  

El ferrocarril urbano inteligente debe construir una red de sistema espacio-temporal independiente y controlable.


En vista de los problemas de que el sistema de navegación y posicionamiento Beidou no se puede utilizar en espacios no expuestos, la falta de medios de comunicación de alto rendimiento, la falta de información geográfica de todos los factores, etc., la tecnología "digitalización espacial Beidou 5g" debe aplicarse de manera integral a construir una red de sistema espacio-temporal de "tres redes y una plataforma" compuesta por una red de posicionamiento de alta precisión, una red de sincronización horaria de alta precisión, una red de comunicación de alto rendimiento y una plataforma de digitalización espacial, formar la red de información de referencia espacio-temporal del ferrocarril urbano y Úselo como infraestructura para la construcción y operación de ferrocarriles urbanos inteligentes para proporcionar información unificada y continua de espacio y tiempo, posicionamiento, temporización y servicios de comunicación para ferrocarriles urbanos, a fin de complementar, mejorar y respaldar la aplicación del Sistema Beidou en zonas no expuestas. espacio, de modo que se rompa la barrera entre el espacio expuesto y el espacio no expuesto del ferrocarril urbano.


 

Construcción de una red de sistema espacio-temporal ferroviario de ciudad inteligente


② Punto de referencia espacio-temporal de tecnologías clave a superar  

Para construir una red de sistema espacio-temporal ferroviario urbano inteligente, debemos centrarnos en avanzar en tecnologías clave, como el posicionamiento continuo de alta precisión integrado en interiores y exteriores, la transmisión de tiempo-frecuencia de alta precisión a gran escala basada en el protocolo de red general, 5g. aplicación de comunicación inalámbrica de alto rendimiento basada, etc.


 

En términos de posicionamiento, es necesario realizar un posicionamiento continuo en espacios expuestos y no expuestos en un punto de referencia espacial unificado, dominado por la tecnología de posicionamiento de banda ultra ancha (UWB), complementada y mejorada por una variedad de tecnologías de posicionamiento, y a través de la integración. de software y algoritmos de navegación y posicionamiento; A través del sistema integral pnt invertido y construido por el estado y el sistema micro pnt desarrollado por terminales de servicios miniaturizados, personalizados y combinados, se brindan servicios de localización de alta precisión.


En términos de tiempo, según el protocolo de sincronización precisa del reloj (también conocido como protocolo de sincronización precisa de la hora (PTP)) del sistema de control y medición de red IEEE 1588v2, es necesario combinar la tecnología Ethernet síncrona (sincronización) y el conejo blanco (WR) método de sincronización de tiempo en un punto de referencia de tiempo unificado, realice la sincronización de tiempo dinámica de todo el nodo de la red en el rango interurbano para proporcionar un servicio de tiempo de alta precisión.


En el aspecto de la comunicación, es necesario desarrollar el sistema de distribución interior del ferrocarril urbano y el algoritmo de división de tiempo para el servicio de metro con el fin de realizar la aplicación de la comunicación de alto rendimiento. Además, con el desarrollo de la construcción del sistema, también debemos avanzar en una serie de tecnologías clave aplicadas por Beidou System en el ferrocarril urbano inteligente.


 
③ Servicios de aplicaciones  La aplicación es el punto de partida y punto de apoyo para el desarrollo integrado del sistema Beidou y el ferrocarril urbano inteligente. El sistema Beidou dotará al ferrocarril urbano de nuevas capacidades y medios en términos de operación inteligente, mantenimiento inteligente y servicio al cliente inteligente, brindará un soporte efectivo para el negocio del ferrocarril urbano y ayudará a construir un sistema ferroviario urbano inteligente con una gestión excelente, operación eficiente y máximo beneficio.  
  • En términos de operación inteligente, el sistema Beidou puede obtener información de ubicación de alta precisión y en tiempo real del personal de asuntos, administración y construcción de la estación. Sobre esta base, se puede gestionar con precisión a los trabajadores ferroviarios urbanos mediante la construcción de una valla electrónica, el registro electrónico de lista, el análisis de evaluación del desempeño y otros métodos; El posicionamiento de trenes es la garantía para el funcionamiento seguro y eficiente de los trenes ferroviarios urbanos. El uso del sistema Beidou puede hacer que el posicionamiento del tren sea más preciso, más redundante, más autónomo, una integración más profunda y un enlace más eficiente.

  • En términos de mantenimiento inteligente, las instalaciones y equipos ferroviarios urbanos son activos complejos, altamente automatizados y de gran escala. Su mantenimiento y gestión están directamente relacionados con la seguridad y fiabilidad de la explotación del ferrocarril urbano. Obtener la ubicación precisa de las instalaciones y equipos a través del sistema Beidou puede realizar el inventario automático de activos y equipos en función de la ubicación precisa en el sistema de gestión de activos y crear una cadena de circuito cerrado de monitoreo de condiciones, diagnóstico de fallas, alerta temprana de riesgos y mantenimiento. evaluación y gestión de activos.

  • En términos de servicio al cliente inteligente, utilizando el sistema Beidou, los pasajeros pueden encontrar y planificar rápidamente la ruta de las máquinas expendedoras de autoservicio, las máquinas expendedoras de autoservicio, los baños y otras instalaciones de servicio dentro y fuera de la estación de tren urbano; También puede realizar funciones como navegación de autoservicio, terminal móvil inteligente y servicio de guía robótica basado en mapas digitales multidimensionales y multinivel, para proporcionar servicios de viaje personalizados y a tiempo completo para pasajeros con sus necesidades de viaje como el núcleo


#04

epílogo

La información temporal y espacial se ha convertido en la información básica de la producción y la vida modernas. El desarrollo de los sistemas de navegación y posicionamiento por satélite ha cambiado completamente el estilo de vida de las personas y el modo de gestión de la sociedad y las empresas. Con la finalización y aplicación del sistema Beidou, la construcción y el desarrollo del ferrocarril urbano inteligente en China plantea mayores requisitos en materia de referencia espacio-temporal, digitalización espacial, posicionamiento y temporización de alta precisión.


En el futuro, el sistema Beidou y el ferrocarril urbano inteligente tienen un amplio espacio y potencial de integración. Su núcleo es definir su sistema pnt de acuerdo con los escenarios de aplicación del ferrocarril urbano, romper con tecnologías clave y construir una red de sistema espacio-temporal de "tres redes y una plataforma". La aplicación y promoción del sistema Beidou creará las mejores condiciones básicas para la transformación inteligente del transporte ferroviario urbano.


referencia:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng pingke, et al Aplicación y perspectiva del sistema Beidou en el ferrocarril urbano inteligente [J] Transporte ferroviario urbano moderno, 2021 (4):6-10.


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