Selon les statistiques, plus de 80 % des personnesTemps passé dans les bâtiments, les véhicules mobiles, les sous-sols et autres espaces non exposés.En tant que scène typique d'espace non exposé, le transport ferroviaire urbain (ci-après dénommé « rail urbain ») est non seulement l'artère et l'espace public central de la ville, mais aussi le domaine clé de la construction de « nouvelles infrastructures ».Pendant longtemps, le positionnement, la navigation, le timing et la communication dans un espace non exposé ont constitué un problème technique mondial et un goulot d'étranglement limitant le développement du rail urbain intelligent.

En tant que système mondial fournissant des informations temporelles et spatiales, le système de navigation par satellite Beidou (ci-après dénommé « système Beidou ») est une infrastructure spatiale importante construite et exploitée de manière indépendante par la Chine. À l'heure actuelle, la construction du système est terminée et est appliquée et popularisée dans diverses industries. En appliquant le système Beidou et en construisant son réseau de positionnement de haute précision, son réseau de synchronisation temporelle de haute précision, son réseau de communication à haut débit et sa plate-forme de numérisation spatiale, il peut jouer un rôle de soutien fondamental dans la construction d'un réseau ferroviaire urbain intelligent.

Parce que l'application du système Beidou est fondamentale, innovante, pénétrante et dynamique, elle peut avoir un impact significatif sur la forme de développement, le concept de développement, le mode de développement et le mode d'exploitation du transport ferroviaire urbain, afin de promouvoirNouveau mode d'exploitation et de gestion du « rail urbain Beidou »Répondre aux divers besoins des passagers, des entreprises, des gouvernements et d'autres sujets multiples, et construire un système ferroviaire urbain intelligent plus sûr, fiable, pratique, confortable, rentable, écologique et économe en énergie.

#01

Système Beidou et train urbain intelligent

 ① Application et développement du système Beidou  

À l'heure actuelle, le système Beidou est largement utilisé dans les domaines de la défense et de la sécurité nationales, des transports, de la pêche maritime, de la météorologie et de l'hydrologie, de la répartition de l'énergie, des secours et de la réduction des catastrophes, et a produit des avantages sociaux et économiques remarquables ; En particulier dans le domaine des transports, il a été largement utilisé dans le positionnement des véhicules, la surveillance et la gestion des processus de transport, la surveillance de la sécurité des infrastructures et d'autres domaines.

Sur cette base, l'application du système Beidou peut encore être étendue. Par exemple, du point de vue de l'environnement spatial de l'application, dans l'environnement spatial extérieur exposé (ci-après dénommé « espace exposé ») qui peut recevoir directement les signaux du système de navigation par satellite, les utilisateurs peuvent directement utiliser les informations spatio-temporelles fournies par Système Beidou ; Cependant,Dans un environnement spatial non exposé qui ne peut pas recevoir les signaux du système de navigation par satellite(ci-après dénommé « espace non exposé »), tel que le métro, le parking souterrain, le complexe commercial et sous le viaduc, en raison de l'influence du blindage du bâtiment et de l'effet multitrajet, la précision du positionnement du satellite diminue fortement, ce qui ne peut pas répondre aux besoins de service de localisation d'espace non exposé.

carLes gens passent 80 % de leur temps dans des espaces non exposés tels que les bâtiments et les véhicules mobilesPar conséquent,Résoudre le problème de la navigation et du positionnement dans un espace non exposé est une direction importante de l'application et du développement du système Beidou..

Actuellement, le pays construit un système complet de positionnement, de navigation et de chronométrage (pnt) basé sur le système Beidou. Le système peut utiliser une variété de sources d'informations PNT basées sur différents principes pour générer une référence spatio-temporelle unifiée grâce au contrôle de la plate-forme cloud, à une intégration élevée multi-capteurs et à la fusion de données multi-sources. Les informations du service Pnt avec les avantages de continuité et de fiabilité peuvent couvrir intérieur, sous-marin, espace profond et autres domaines.

② Développement intégré du système Beidou et du rail urbain intelligent  

Ces dernières années, avec l'accélération de la vitesse de construction et la croissance continue du kilométrage d'exploitation, le rail urbain est confronté à une série de défis tels que l'exploitation du réseau, la réduction des coûts et l'augmentation de l'efficacité, la rapidité du service, la protection de l'environnement à faible émission de carbone et le développement durable. Le concept de rail urbain intelligent a émergé.

L'essence du transport est d'assurer le déplacement, c'est-à-dire de réaliser le déplacement du personnel et du matériel au moyen de moyens de transport en fonction des besoins. En tant que système de transport public, l'objectif principal du développement du rail urbain intelligent est de réaliser le déplacement de localisation au coût le plus bas et avec une couverture maximale, tout en garantissant la sécurité. Son objectif est de réaliser l'intellectualisation de tous les maillons du processus de desserte ferroviaire urbaine, c'est-à-dire le « déplacement », avec l'appui des technologies de l'information. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser pleinement la communication d'informations avancée, l'intelligence artificielle, l'Internet des objets, les robots Big Data et d'autres technologies, avec une perception autonome, un apprentissage autonome, une prise de décision autonome et un contrôle autonome comme processus de traitement de base, pour offrir aux passagers avec des services de déplacement efficaces, précis et personnalisés sur la base d'un contrôle optimal des équipements et des installations, afin de construire un système ferroviaire urbain de nouvelle génération plus sûr, efficace, confortable et écologique.

Les informations de localisation temporelle et spatiale constituent la base de la réalisation d'un fonctionnement indépendant, d'une gestion précise et d'un service personnalisé à temps plein du système ferroviaire urbain intelligent.Par conséquent, la construction d’un réseau ferroviaire urbain intelligent doit être intégrée au système Beidou qui fournit des informations spatio-temporelles.

La tendance future du développement du transport ferroviaire urbain est de promouvoir un transport intelligent sûr, pratique, économique, efficace et écologique par le biais du « déplacement » ; La tendance de développement du système Beidou est de responsabiliser l'industrie du transport ferroviaire à la manière de « Beidou » (c'est-à-dire en prenant la technologie Beidou comme moyen habilitant, en utilisant les informations spatio-temporelles comme mode d'application, en se combinant avec la technologie et l'activité d'origine de d'autres industries ou remplaçant le schéma d'application traditionnel), afin de promouvoir sa transformation et sa modernisation. « Déplacement Beidou », en tant que concept central du développement intégré du système Beidou et du système ferroviaire intelligent, enrichira davantage l'application technique et l'écosystème industriel du système ferroviaire urbain et du système Beidou, favorisera leur développement global et favorisera la mise en œuvre du stratégie nationale.

Développement intégré du système Beidou et du métro intelligent

#02

Exigences du réseau ferroviaire urbain intelligent pour le système Beidou

 ① Données spatio-temporelles  

En tant que système physique d'information complexe typique, le rail urbain intelligent implique une grande variété de systèmes d'information, tels que le contrôle automatique des trains (ATC), la perception automatique des tarifs (AFC), l'automatisation de la gestion du système d'alimentation électrique (SCADA), la surveillance environnementale (BAS), alarme incendie (FAS). Afin de réaliser son fonctionnement indépendant, ces systèmes d'information complexes doivent être intégrés pour la perception, le traitement, la prise de décision et le contrôle d'informations temporelles et spatiales massives. Par conséquent, il est plus nécessaire d’établir une référence spatio-temporelle unifiée pour éviter le risque de conflit d’informations spatio-temporelles et mettre en danger la sécurité de l’exploitation du transport ferroviaire urbain.Grâce au système Beidou et au système de coordonnées CGCS2000 (le dernier système national de coordonnées géodésiques en Chine), le système de transport ferroviaire urbain peut obtenir une référence spatio-temporelle unifiée, autonome et contrôlable.

De plus, l’environnement spatial du transport ferroviaire urbain est très complexe. Espace exposé et espace non exposé cohabitent. S'appuyer uniquement sur un système de navigation par satellite ne peut pas répondre aux exigences actuelles des applications. En introduisant la référence spatio-temporelle absolue du système Beidou dans l'espace non exposé du rail urbain et en le maintenant dynamiquement, d'une part, il peut réaliser l'unité de la position relative de l'espace non exposé et de la position absolue de l'espace exposé, et afficher et appliquer la position de l'espace non exposé dans le rail urbain sous la forme d'un système de coordonnées absolues ; D'un autre côté, il peut unifier le temps et réaliser une synchronisation temporelle dans un espace non exposé.

② Numérisation spatiale  

En raison de l’environnement spatial complexe du transport ferroviaire urbain, la maîtrise d’informations géographiques riches et précises constitue la base de la construction et de l’exploitation d’un transport ferroviaire urbain intelligent. Numérisation spatiale, c'est-à-direConstruire un cadre de données géographiques numériques (dsdf)C'est le produit du développement et de l'intégration de la technologie d'arpentage et de cartographie, de la technologie de l'information géographique et d'autres technologies de l'information modernes.

Avec les progrès des moyens techniques, la technologie d'arpentage et de cartographie évolue vers la numérisation tridimensionnelle, la mise en réseau, la visualisation en temps réel de la collecte d'informations, le traitement des données et l'application des résultats. Il existe une demande pour une application de numérisation spatiale axée sur la modélisation de scènes réelles en trois dimensions. Dans la construction d'un réseau ferroviaire urbain intelligent, basé sur la référence espace-temps du système Beidou, il est nécessaire d'utiliser des outils d'arpentage et de cartographie montés en station, un balai-brosse, un sac à dos, des outils portables et autres, ainsi que des équipements d'acquisition de données d'informations géographiques pour se concentrer sur l'espace. structure, équipements et installations, consommables et autres éléments de la salle des machines, du hall de gare, de la section, du dépôt, de l'entrepôt et d'autres endroits dans l'espace souterrain et aérien du rail urbain, Collecter des données de nuages ​​de points laser 3D, complétées par des photographies sur site, texture et d'autres informations de données, et créer un ensemble de modèles 3D de scène réelle fine de tous les éléments pour réaliser la numérisation spatiale du transport ferroviaire urbain.

Grâce aux données ci-dessus, le personnel concerné peut générer des cartes de haute précision, trier les ressources spatiales, maîtriser la structure spatiale, les installations et les équipements du rail urbain, fournir des informations géographiques précises et complètes pour la planification, la construction, la transformation et la maintenance du rail urbain intelligent. , et fournissent des données de base importantes et un support technique pour l'utilisation de l'espace et une gestion raffinée. En tant que nouvelle application scénique de la technologie Beidou dans le système spatio-temporel, la numérisation spatiale a insufflé une nouvelle vitalité au développement du réseau ferroviaire urbain intelligent.

③ Positionnement et synchronisation de haute précision  

Des informations spatiales et temporelles de haute précision constituent la base de la construction d’un réseau ferroviaire urbain intelligent. Les données de trafic sont des données spatio-temporelles typiques, qui ont non seulement l'attribut d'une dimension temporelle, mais qui dépendent également fortement de la structure spatiale.

Avec le développement de l’intégration entre les différents systèmes d’information sur le transport ferroviaire, les exigences en matière de précision de positionnement et de synchronisation temporelle augmentent. À l'heure actuelle, le système Beidou ne peut pas répondre directement aux exigences du réseau ferroviaire urbain intelligent en matière de positionnement et de synchronisation de haute précision pour les raisons suivantes :  

• Il est difficile de recevoir les signaux satellite.Dans l'espace non exposé du transport ferroviaire urbain, en raison du blindage du mur (en particulier du béton armé), le signal de positionnement par satellite s'affaiblira évidemment après avoir traversé le bâtiment, la précision du positionnement sera considérablement réduite et même le signal ne pourra pas être reçu.
• Plusieurs obstacles et plusieurs sources d'interférences.Il y a des colonnes, des ascenseurs, des escaliers mécaniques, des équipements, des portes moustiquaires, des piétons et d'autres obstacles dans le rail urbain, et la disposition est différente. De plus, les piétons et les véhicules se déplacent tout le temps et le signal sera réfléchi plusieurs fois. Ces nombreuses perturbations incertaines rendent l’environnement ferroviaire urbain extrêmement complexe. Cette situation est particulièrement importante dans le métro, car l'environnement du métro est relativement fermé et les interférences environnementales complexes telles que le signal radio, le son, la lumière et la température auront un impact négatif sur la précision des capteurs de l'équipement de positionnement.
  
• Le positionnement en élévation est difficile.Dans l'environnement du métro, nous devons non seulement considérer l'emplacement du plan bidimensionnel, mais également l'emplacement et la hauteur des étages hors sol et souterrains pour les bâtiments à plusieurs étages.
  
• Il est difficile de développer des terminaux applicatifs.Le transport ferroviaire urbain a besoin de terminaux d'application miniaturisés, personnalisés et combinés et résout les problèmes de conception d'optimisation des composants, d'optimisation des matériaux, de fabrication de précision, d'intégration approfondie des composants, d'étalonnage en temps réel des capteurs, de fusion adaptative des informations de sortie des capteurs, etc. Les chercheurs devraient mener des recherches ciblées sur les quatre aspects ci-dessus pour résoudre les problèmes ci-dessus, afin de fournir des informations spatio-temporelles de haute précision pour la construction et l'exploitation du réseau ferroviaire urbain intelligent et d'assurer son bon déroulement.

#03

Perspectives d'application du système Beidou dans le rail urbain intelligent

 ① Construction d'un réseau de systèmes spatio-temporels  

Le rail urbain intelligent doit construire un réseau de systèmes spatio-temporels indépendant et contrôlable.

Compte tenu des problèmes liés à l'impossibilité d'utiliser le système de navigation et de positionnement Beidou dans un espace non exposé, au manque de moyens de communication à haut débit, au manque d'informations géographiques de tous les facteurs, etc., la technologie de « numérisation spatiale Beidou 5g » devrait être appliquée de manière globale à construire un réseau de système spatio-temporel « trois réseaux et une plate-forme » composé d'un réseau de positionnement de haute précision, d'un réseau de synchronisation temporelle de haute précision, d'un réseau de communication à haut débit et d'une plate-forme de numérisation spatiale, former le réseau d'information de référence spatio-temporelle ferroviaire urbain et l'utiliser comme infrastructure pour la construction et l'exploitation d'un réseau ferroviaire urbain intelligent afin de fournir des services unifiés et continus d'informations spatio-temporelles, de positionnement, de synchronisation et de communication pour le rail urbain, de manière à compléter, améliorer et sauvegarder l'application du système Beidou dans les zones non exposées. l'espace, de manière à briser la barrière entre l'espace exposé et l'espace non exposé du rail urbain.

Construction d'un réseau de système spatio-temporel ferroviaire urbain intelligent

② Référence spatio-temporelle des technologies clés à percer  

Pour construire un réseau de systèmes spatio-temporels ferroviaires urbains intelligents, nous devons nous concentrer sur la percée de technologies clés telles que le positionnement continu de haute précision intégré à l'intérieur et à l'extérieur, la transmission temps-fréquence de haute précision à grande échelle basée sur le protocole de réseau général, la 5g. application de communication sans fil à haut débit basée, etc.

En termes de positionnement, il est nécessaire de réaliser un positionnement continu dans l'espace exposé et dans l'espace non exposé sur une référence spatiale unifiée, dominée par la technologie de positionnement à ultra large bande (UWB), complétée et améliorée par une variété de technologies de positionnement, et grâce à l'intégration de logiciels et d'algorithmes de navigation et de positionnement ; Grâce au système pnt complet investi et construit par l'État et au système micro pnt développé par des terminaux de services miniaturisés, personnalisés et combinés, des services de localisation de haute précision sont fournis.

En termes de temps, basé sur le protocole de synchronisation d'horloge précise (également connu sous le nom de protocole de synchronisation temporelle précise (PTP)) du système de mesure et de contrôle du réseau IEEE 1588v2, il est nécessaire de combiner la technologie Ethernet synchrone (synce) et le lapin blanc (WR) méthode de synchronisation temporelle sur une référence temporelle unifiée, réalisez la synchronisation temporelle dynamique de l'ensemble du nœud du réseau dans la plage interurbaine pour fournir un service horaire de haute précision.

En ce qui concerne la communication, il est nécessaire de développer le système de distribution intérieure des trains urbains et l'algorithme de découpage temporel pour le service de métro afin de réaliser l'application de la communication à haut débit. De plus, avec le développement de la construction de systèmes, nous devons également percer une série de technologies clés appliquées par Beidou System dans le rail urbain intelligent.

③Services d'application  L'application est le point de départ et le point d'appui du développement intégré du système Beidou et du rail urbain intelligent. Le système Beidou dotera le rail urbain de nouvelles capacités et moyens en termes d'exploitation intelligente, de maintenance intelligente et de service client intelligent, fournira un soutien efficace aux activités ferroviaires urbaines et contribuera à construire un système ferroviaire urbain intelligent avec une gestion fine, une exploitation efficace et un bénéfice maximal.  

• En termes de fonctionnement intelligent, le système Beidou peut obtenir des informations de localisation en temps réel et de haute précision sur les affaires, la direction et le personnel de construction de la station. Sur cette base, les travailleurs des chemins de fer urbains peuvent être gérés avec précision en construisant une clôture électronique, une connexion électronique par appel nominal, une analyse d'évaluation des performances et d'autres méthodes ; Le positionnement des trains est la garantie d’une exploitation sûre et efficace des trains urbains. L'utilisation du système Beidou peut rendre le positionnement du train plus précis, plus redondant, plus autonome, une intégration plus profonde et une liaison plus efficace.

• En termes de maintenance intelligente, les installations et équipements ferroviaires urbains sont des actifs complexes, hautement automatisés et à grande échelle. Leur maintenance et leur gestion sont directement liées à la sécurité et à la fiabilité de l'exploitation ferroviaire urbaine. L'obtention de l'emplacement précis des installations et des équipements via le système Beidou peut réaliser l'inventaire automatique des actifs et des équipements en fonction de l'emplacement précis dans le système de gestion des actifs et créer une chaîne en boucle fermée de surveillance de l'état, de diagnostic des pannes, d'alerte précoce des risques, de maintenance. évaluation et gestion des actifs.

• En termes de service client intelligent, grâce au système Beidou, les passagers peuvent rapidement trouver et planifier l'itinéraire des distributeurs automatiques de billets en libre-service, des distributeurs automatiques en libre-service, des toilettes et autres installations de service à l'intérieur et à l'extérieur de la gare ferroviaire urbaine ; Il peut également réaliser des fonctions telles que la navigation en libre-service, le terminal mobile intelligent et le service de guidage par robot basé sur une carte numérique multidimensionnelle et multiniveau, de manière à fournir des services de voyage personnalisés à temps plein aux passagers ayant des besoins de voyage tels que le noyau

#04

épilogue

Les informations temporelles et spatiales sont devenues les informations de base de la production et de la vie modernes. Le développement des systèmes de navigation et de positionnement par satellite a complètement changé le mode de vie des gens et le mode de gestion de la société et des entreprises. Avec l'achèvement et l'application du système Beidou, la construction et le développement du réseau ferroviaire urbain intelligent en Chine imposent des exigences plus élevées en matière de référence spatio-temporelle, de numérisation spatiale, de positionnement et de synchronisation de haute précision.

À l'avenir, le système Beidou et le réseau ferroviaire urbain intelligent disposeront d'un vaste espace et d'un grand potentiel d'intégration. Son objectif principal est de définir son système pnt en fonction des scénarios d'application du rail urbain, de percer les technologies clés et de construire un réseau de système spatio-temporel « trois réseaux et une plate-forme ». L'application et la promotion du système Beidou créeront les meilleures conditions de base pour la transformation intelligente du transport ferroviaire urbain.

référence:

Lin Luzhou, Li Yujie, Deng pingke et al Application et perspectives du système Beidou dans le transport ferroviaire urbain intelligent [J] Transit ferroviaire urbain moderne, 2021 (4) :6-10.


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