北交大为青藏线列车定位提供GPS技术支持

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北交大为青藏线列车定位提供GPS技术支持

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http://www.edu.cn 2006-06-30科学时报
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??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。

??基于GPS定位的列车控制系统

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??与传统列车定位系统的区别

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??不仅仅为脑力劳动

??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”。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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。

??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”。

??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。

??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