中国的高铁运行如此稳定 以至于它与天空中的北斗卫星有关

北斗惯性导航车与传统的用轨距尺测量或全站仪半自动测量等方法相比，在保证测量精度的同时，工作效率提高了20倍以上，大大降低了测量成本和现场复杂度。

10月28日，国务院办公厅召开2020年前三季度交通运输经济运行新闻发布会。交通运输部发言人、政策研究室主任吴表示，目前已有约698.61万辆道路车辆安装了北斗系统。交通运输部发布了北斗卫星在交通运输行业应用的专项规划，铁路、公路等重点领域的政策引导不断加强。

大约10天前，中铁五局集团有限公司(以下简称中铁五局)的工程师与武汉大学的工程技术人员合作，成功应用了北京至沈阳高速铁路朝阳枢纽至顺义段施工现场自主研发的北斗惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪(俗称北斗惯性导航小车)，完成了近50公里有砟轨道的多轮精密测量。

这是北斗三号全球卫星导航系统首次在高铁建设领域的工程应用，直接服务于轨道精调，保证轨道的位置和平顺度严格符合设计标准。

那么，距离地球几万公里的北斗系统又怎么可能“脉动”铺设在地面上的交通干线呢？能达到什么样的测量精度？

需要精确测量各种数据，以确保轨道平滑度

据报道，乘客可以在时速350公里的高铁车厢里“走动”，硬币不会落在车窗上，这取决于高铁线路的畅通程度。一旦轨道不够平顺，就会导致车辆系统振动，对轮轨噪声、轮轨相互作用力、乘坐舒适性和安全性产生直接影响。

为了最大限度地保证轨道的平顺，工作人员需要准确获取轨道的三维位置坐标和轨道间距，从而实现轨道方向、高度、轨距、水平等各种几何参数的高精度测量。

“简单来说，就是要通过测量来确定轨道中心线的实际位置，并得到它与设计位置在平面(轨道方向)和高程(高度)方向上的偏差。然后根据这个偏差，计算出调整量。”第五铁道学院北斗铁路产业综合应用示范工程技术负责人饶雄说。

在铁路的早期建设和维护中，技术人员需要用轨距手工测量轨道，操作效率很低。

后期采用专用高精度全站仪进行轨道测量。测量人员将在轨道中线临时架设一个三脚架，然后将高精度全站仪放在三脚架上，通过光电扫描测量选定采样点的信息，然后计算轨道的坐标数据。每个轨枕必须重复一次，一个小时只能测200米。

随着高速铁路建设的快速发展，轨道精密测量技术也在不断发展。惯性组合导航铁路轨道几何状态测量仪，又称惯性导航车，是目前最常用的测量方法。

饶雄表示，惯性导航飞行器主要包括陀螺仪、加速度计、惯性导航系统和卫星定位系统。测量时，工作人员需要在轨道上推动惯性导航车，因为汽车在三维空间中运动，所以计算机可以通过建立空间坐标轴，加上测量过程中采集的三个方向的数据，计算出轨道各部分的空间坐标，进而计算出连续的点值是否有异常偏差。

饶雄用惯性说

在前期积累的技术和产品基础上，第五铁道学院与武汉大学联合组建研发团队，对铁路常用的惯性导航车进行国产化改造升级。新开发的北斗惯性导航车集成了多项国内技术，最大的特点就是使用了国产北斗芯片。

“该项目集成了支持北斗三号的国内卫星导航接收机和惯性导航系统，以取代传统的轨道精密测量方法。”饶雄说道。北斗导航和惯性导航可以相互补充，提高系统的整体导航精度、导航性能和空间标定能力。

据了解，北斗的精确定位功能结合惯性导航强大的角度和位置估计能力，可以实现连续移动测量，工作人员一路推着小车就可以同时进行测量和计算，步行测量效率可以达到每小时5公里左右甚至更快。由于北斗系统独特的星座设计，全国北斗卫星较多，因此测量精度较高，抗干扰性和可靠性较强。

此外，北斗的高精度测量能力可以有效帮助减少测量误差。通常情况下，惯性导航系统的数据计算是一个积分过程，整个过程中定位陀螺仪和加速度计的误差是耦合的。误差的快速积累会对计算结果产生一定的影响。“使用北斗或其他卫星定位技术，可以有效抑制误差积累，保持整个系统长期处于高精度水平。”饶雄说，北斗惯性导航车与传统的用轨距尺测量或全站仪半自动测量等方法相比，可以保证测量精度，同时工作效率提高20倍以上，测量成本和现场复杂程度大大降低。

“有了国产北斗芯片，我们惯性导航车的核心传感器完全本地化，变得自主可控，摆脱了对其他导航设施的依赖。”饶雄说道。