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卫星导航在铁路列车控制领域的应用及发展

刘江;蔡伯根;王剑

【期刊名称】《卫星应用》

【年(卷),期】2016(000)010

【总页数】6页(P66-71)

【作者】刘江;蔡伯根;王剑

【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院;北京交通大学电子信息工程学院;北

京交通大学电子信息工程学院

【正文语种】中文

卫星导航系统及相关技术在世界范围内的迅速发展，对多种交通运输系统方式的革

新与发展均起到了十分显著的作用。铁路运输系统作为我国国民经济的大动脉，具

有运量大、占地多、单位运量耗能低等诸多特点，与常规的道路交通运输方式相比

具有显著差异。近年来，我国高速铁路已经进入快速发展时期，广大中西部铁路路

网覆盖也已成为未来时期的重要方向，在铁路运输系统的建设、运营、管理等众多

过程中，铁路专用移动体、特定目标的位置信息，是众多铁路功能领域的支撑性基

础因素。基于位置的铁路服务（Location-basedServiceforRailway，LBS-R）

已成为铁路系统功能运转、效能提升的重要内容。

随着卫星导航系统的发展，我国铁路运输系统自21世纪初开始逐步引入卫星导航，

其在铁路系统中的应用先后经历了三个发展阶段：初始阶段，借鉴其它领域GPS

技术的应用经验，开始采用GPS实施列车等关键目标体的定位、系统授时等方面

的技术尝试和应用探索；技术积累阶段，美国、欧盟先后结合GPS、GALILEO系

统的建设发展逐步开始从技术与应用层面大力推动卫星定位在铁路列车运行控制等

安全领域的发展，为国内开展相关研究和技术应用提供了重要的外部环境，北斗导

航试验系统的建设以及2006年开通运营的青藏铁路格（格尔木）拉（拉萨）段率

先在国内采用GPS定位实施列车运行控制，为卫星导航实质性应用于铁路运输服

务提供了重要的发展契机，在卫星导航系统应用于列车定位以及铁路领域的测量测

绘、调度指挥、基础设施监测等众多方面实现了技术积累；应用融合阶段，随着

2012年起北斗二代导航系统正式提供亚太区域服务，卫星导航产业迎来了新的发

展时期，其在铁路运输系统中的应用效益日趋显著，铁路系统的自主化、信息化、

智慧化发展为卫星导航系统的应用提供了新的机遇，特别是在列车定位技术及其所

支持的众多铁路生命安全应用方面，同时也对卫星导航及其增强系统提出了更多要

求。

本文将重点从铁路列车定位技术的特点及发展情况出发，分析列车运行控制系统

（下文中简称列控系统）这一核心应用中列车定位的具体需求，对卫星导航增强系

统在铁路定位领域的应用趋势、潜在模式、推进方向进行总结，并对未来发展进行

了展望和建议。

列车作为铁路客货运输活动的主要载体，其运行状态的感知是实施铁路运营、管理、

调度、控制等相关功能的核心基础。相比于道路车辆等其他陆用载体，列车的运行

过程及相应的定位功能具有其特殊性，主要集中在以下三个方面：①运行空间受限

性；②位置的一维属性；③运行过程计划性；

基于上述特征，列车控制系统领域长期以来普遍采用的列车定位与测速技术，如轨

道电路、脉冲速度传感器、应答器、多普勒雷达等，均在其一维受限条件下针对性

提出，且与铁路系统车、地协同的运行过程紧密联系。近年来，卫星导航系统因其

显著的性能及成本效益，逐步被引入铁路系统用于列车定位测速，所能带来的最大

优势在于应用卫星定位在尽可能减少系统建设、维护成本的基础上确保一定的性能

效益。然而，对于列车控制等安全应用而言，卫星定位因其面临的一些制约因素，

如信号遮挡、多径效应、信号干扰等，如何进一步从系统服务能力方面提升卫星定

位的应用性能，是使其满足特定需求并发挥其“成本-效能”优势的决定性问题。

伴随着卫星导航增强系统在世界范围内建设及应用的热潮，利用增强系统提供的服

务进一步确保其在铁路系统的应用能力逐步成为可能，为未来形成更大范围、更多

方向、更深层次的基于卫星导航的铁路专用定位应用创造了良好条件。

随着卫星导航系统在铁路应用系统中的性能、成本、市场、战略等多个层面所显现

的巨大潜力及价值，开发并应用基于卫星导航的列车运行控制系统已成为世界范围

内铁路系统及技术领域的重要共识，并已成为卫星导航系统在铁路系统安全应用领

域的引领性发展方向。对世界范围内主要的代表性应用发展情况总结如下。

（1）美国

美国是世界上最早将卫星导航引入铁路列车控制领域的国家。近年来，美国联邦铁

路管理局、美国海岸警卫队和联邦公路管理局共同经营并维护了专用的地面增强系

统——NDGPS（NationwideDifferentialGloba