基于卫星导航系统的列车动态定位安全应用性能评估方法研究

With the development of global navigation satellite systems (GNSS), the GNSS static performance is improved significantly. The integration of GNSS and mobility technologies enables the possibility of GNSS-based train dynamic localisation method. The environmental conditions change continuously when the train travels along the line, signal quality of the GNSS terminal varies with that, this leads to the diversity of the performance results under different environmental scenarios. So, the establishment of the performance indicators and their quantitative evaluation results are the key foundation for the precise and reliable GNSS-based train dynamic localisation safety applications. This project sets off from the requirements of the train dynamic localisation safety applications, undertakes research topics on three problems as: the formal modelling of the performance indicators, safety integrity risk quantification based on localisation accuracy uncertainty measurement theory (GUM) and localisation performance repeatability test with offline environmental scenario simulation. The research results of this project will provide quantification basis for Beidou Navigation Satellite System (BDS) terminals to be applied in train dynamic localisation safety applications, thus lead safety-oriented railway system upgrade and development.

随着卫星导航技术的发展，卫星导航系统的静态定位性能显著提高。卫星导航与交通技术的融合使得基于卫星导航系统的列车动态定位实现成为可能。列车运行过程中所处的自然环境不断变化，卫星导航系统终端接收到的信号质量随之改变，这导致卫星导航系统在不同环境场景下的动态定位性能各有差异。因此，基于卫星导航系统的列车动态定位性能指标的确立及其量化评估是确保其安全应用精确可靠的关键基础。本课题从列车动态定位安全应用的需求出发，针对列车动态定位性能指标形式化建模、定位精度测量不确定度理论下的安全完整性风险量化以及离线环境场景仿真下的定位性能可重复性检验三个方面开展研究。本课题的研究成果将为北斗导航定位终端实现列车动态定位安全应用提供性能量化参考依据，有效服务于铁路安全导向的系统升级和发展。

列车运行过程中实时运行状态的感知是至关重要的基础信息之一。列车位置的精确实时获取是实现列车精准控制的基础。卫星导航系统的迅速发展为其在轨道交通列车安全定位领域提供了可能，结合我国下一代列车运行控制系统对列车可信定位的要求，本项目从基于卫星的列车定位单元性能指标体系、定位单元结构可靠性和安全完整性分析为基础，在基于卫星的列车安全动态定位性能评估尤其是精度、安全完整性评估方法，基于不确定度理论的可重复性测试方法共计3个方面开展了研究。项目取得的研究成果可概括为3个方面：1）提出了性能指标体系间的形式化映射建模方法，解决了面向用户层的指标量化描述问题；2）提出了误差建模环境场景分类下的量化估计方法，并建立了安全完整性风险评估流程架构；3）基于现场实测和实验室仿真两类方法提出了可重复性随机测试方法，并在京沈高铁辽沈段开展了试验验证。项目的研究成果为铁路现场、实验室仿真测试终端研制等提供理论和方法支持，对面向下一代列车运行控制系统列车自主定位技术的自主知识产权方面起到支撑作用，对形成中国首创的新型列控系统定位技术体系，服务川藏铁路等国家大型铁路工程项目具有积极作用。