优化GPS控制网在城际轨道建设中的应用研究

优化GPS控制网在城际轨道建设中的应用研究

梁进兵

广西壮族自治区地图院广西南宁530023

摘要：本文阐述了列车定位的必要性，提出了基于GPS的列车定位方式，对轨道地图进行了简单叙述，着重讨论了轨道定位的一种基本算法，并初步搭建了一种列车定位并实现的整体流程。

关键词：GPS网设计；城际轨道；控制测量

引言

随着城市群成为我国城镇化发展的主体形态，城际轨道交通得到了大力发展，而传统公路客运企业由于各自规划路线，忽视城际轨道交通的影响，其客运量呈现下降趋势。研究表明，城际客运系统中各运输方式的合作和衔接非常重要。

列车定位的目的是在任意时刻能够准确的判断出列车所在位置、速度和正晚点等信息，为保证列车安全和自动运行创建基础，也便于乘客更加精细地规划行程，为乘客提供

1概述

更加便捷的出行环境。GPS是一种全球、全天候连续导航定位系统，能够提供载体的经纬度以及速度等信息，其误差范围为15m误差圆。传统的列车定位方法有:轨道电路方法、电子记轴器法、测速定位法和查询应答器法等等，这几类方法仅限于火车内部系统使用，不对外开放，因此本文基于GPS定位系统，以列车轨道为参考基准，提出了一种列车定位方式，并通过编写软件实现了部分功能。

2轨道地图数据研究

构建电子地图是研究列车轨道定位的基础，其中利用大量实测GPS数据自动生成轨道电子地图是研究轨道地图的一种主要方式，一般情况下，轨道地图数据库由对象数据库和轨迹数据库组成，对象包括平交路口、限速标志等相关点。

2.1轨迹融合算法

对于原始GPS数据，由于系统本身误差、电磁干扰、天气、地段遮挡等因素，所以对于单次采集数据描述的轨迹而言，误差较大，因此一般采用多次采集，并进行数据融合的方式。

2.2地图曲线表示

目前电子地图中经常采用的方法有NUＲBS表示、Bézier曲线表示等，但是这类曲线表示方法必然造成数据存储量的增大，更重要的是相应地图匹配算法的复杂。不同于公路，铁路轨道位置确定，且曲率半径较大，因此采用折现法近似曲线的方式。

3轨道定位技术研究

3.1定位点轨道匹配

对于任何载体的GPS定位，由于存在误差，所以不一定准确定位在轨道上，为了减小定位误差，将定位点先匹配到轨道上，由于将铁路轨道近似为折线，因此匹配方法为将定位点投影到最近的直线上。

3.2最短距离搜索算法

为了得到节3．1的投影坐标，必须在当前数据库中找出定位点m的最近点a和次近点b，从而进行轨道匹配，显然次近点b在最近点a的前一个轨道点或者后一个轨道点，因此算法的主要工作为搜索出距离定位点m的最近点a的坐标。为了能够快速定位，不在全局数据库进行搜索，本文搭建基于虚拟网格的快速定位方法，具体方法如下:搭建以0．1经纬度为刻度的虚拟网格，对于定位点m，先快速索引到所在网格，然后进行遍历搜索出最短路径的点。

4常用GPS控制网的布网形式

GPS控制网的布设形式直接关系着测量成果的精度，目前常用布网形式有跟踪站式、会战式、多基站式、同步图形扩展式和单基准站式等。跟踪站式布设的GPS网具有很高的精度和框架基准等优点，但也具有观测时间长、成本高等缺点；会战式布设的GPS网具有特高的尺度精度；多基站式布设的GPS网可以获得较高精度的定位结果，同时具有较强的图形结构；同步图形扩展式布设的GPS网具有扩展速度快、图形强度较高、作业方法简单的优点；单基准站式布网方式效率高，但图形强度很弱。

5GPS在工程测量中的应用

5.1优化GPS控制网

通过对传统GPS布网形式的全面分析了解，深知各种方法的优缺点。本文为了提高GPS控制网的点位中误差，综合考虑多基准站式和同步图形扩展式的优缺点，提出了以同步图形扩展式优化多基准站式的新型布网形式。通过优化GPS控制网的布网图形，使它在精确度、可靠性和经济性方面寻求GPS控制网设计的最佳方案，从而在取得最大经济效益的同时又使数据处理工作量最小。

5.2GPS控制测量

GPS控制测量，控制点的位置及网形可在1：1~5万比例尺的国家基本图上进行设计。以往对三角网和测边网作图上设计是十分繁琐的，既要保证相邻点间互为通视，又要考虑图形结构良好，对每个三角形的内角大小均有限制，除了抢占制高点外，有时还须借助于建立高标。对于观测方向较多的中点多边形的中点位置更是难以确定。当然，对于面积较小、边长较短的精密边角控制网，相对说来解决通视问题就容易些。

6GPS技术在城际轨道建设中的应用前景

城际铁路已成为我国振兴交通运输产业、实现科技强国、推动区域及社会经济全面快速协调发展的有效途径；中国城际的速度、技术及规模已经引领世界。高精度的GPS技术在国家城际网络的建设中起到了重大作用，为现代城际的测设、修建、维护提供了极大的方便，大大提高了测量的准确性和时效性。其可利用载波相位观测和数据处理软件的结合，实时解算出观测点的三维坐标信息，其精度可达到厘米级。RTK的实时解算能力决定了其极高的灵活性，使其在工程测量、导航制导、现代农业、环境监测等方面得到了广泛应用，是我国GNSS发展进程中扩展的一项重要技术。

结语

1）针对城市群城际轨道交通建成运营情况下的公路客运线网与城际轨道交通协调优化问题，从城市群居民和公路客运企业角度，以加权出行时间成本和公路客运线路总运营成本最小化为目标，基于多线枢纽网络设计方法，构建了与城际轨道交通协调的城市群公路客运线网优化模型；通过算例分析，对比模型结果和实际线网运营方案，验证了模型的有效性。

2）应用笔者构建的模型，公路客运企业可根据城际轨道交通的运营情况（包括运营速度、与公路换乘的时间等）和自身情况（公路客运线路成本、与城际轨道交通的换乘时间等），确定公路客运发展目标（最大直达客流比例）和公路客运线网方案（公路直达线路和公路接驳线路）。其中，城际轨道交通的运行速度越高、城际轨道交通与公路客运的换乘时间越短时，公路直达客流比例会越低。若公路客运线路总运营成本和需求加权出行时间成本视为同等重要：当换乘时间为0.5h，城际轨道交通速度由120km/h提升至250km/h时，公路直达客流比例由61.7%降至46.6%；当城际轨道交通速度为200km/h，换乘时间由0.5/h时缩短至0.3h，公路直达客流比例由49.9%降至31.0%。

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