第 31卷第 1期
2014年 2月
Vol. 31 No. 1
Feb.,2014
华 东 交 通 大 学 学 报
Journal of East China Jiaotong University
文章编号:1005-0523(2014)01-0039-05
收稿日期:2013-10-25
基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ12308)
作者简介:刘立月(1970-),男,副教授,硕士,主要研究方向为机器学习,嵌入式应用。
GNSS 列车定位有效性及安全完整性研究
刘立月
(华东交通大学软件学院,江西 南昌 330013)
摘要:基于 GNSS 的列车定位能够有效降低运营和维护成本,改善铁路安全。从 GNSS 应用于高速列车定位面临的问题入手,
在分析列车定位有效性与安全完整性基础上,探讨构建以 GNSS 为主的多传感器组合定位模型,采用自适应的联合 Kalman
滤波算法,解决 GNSS 定位有效性问题;根据铁路安全规范,运用故障模型分析手段,探索 GNSS安全标准与铁路 RAMS 规范
内在关联机理,解决 GNSS定位安全完整性问题,为 GNSS安全应用于我国高速铁路系统奠定理论基础。
关键词:列车定位;GNSS导航;组合定位;安全完整性
中图分类号:TP212;U283 文献标志码:A
GNSS(全球导航卫星系统)可提供全天候、全球范围的 4维位置精确信息,在车载、航运、军事等领域已
获得了广泛的应用
[1]
。相比传统定位方法,GNSS具有低成本、连续高精度定位的先天优势,能够在一定程
度上满足现代铁路的高效监控、连续高精度定位要求
[2-3]
。然而,列车运行控制系统是安全苛刻系统,通常
遵循安全完整性等级(safety integrity level,SIL)最高安全 4 级要求,单独依赖 GNSS 定位是无法满足的
[4]
。
目前,GNSS 在铁路上的应用还处于初级阶段,大多适用在中低速、低密度线路的信号系统控制,如我国
2006年开通的青藏铁路。随着我国铁路高速发展,高速列车及高密度线路越来越多,这对列车运行的安全
提出了更高要求。GNSS应用于现代铁路,既是高速铁路技术发展的需要,也是铁路系统降低运营成本与提高
管理效率的需要,GNSS定位信息的有效性及安全完整性,是GNSS成功应用于现代高速铁路系统的关键
[2-7]
。
1 列车定位有效性与安全完整性
根据铁路 RAMS(EN50126)规范
[4]
,有效性是指在外部资源提供保障的前提下,在某个瞬间或给定的
时间间隔,系统正常执行所需功能的能力。具体的讲,列车定位有效性就是实时精确地确定列车当前在线
路中的位置的能力,定位信息的有效性(即连续性、精确性及可靠性)是保证铁路安全、发挥效率、提供最佳
服务的前提。传统的列车定位方法,如轨道电路、里程计、计轴器、应答器等,可靠性高、安全性好,但建造
及维护成本高,机动性差;现代的列车定位方法,如 GNSS、无线定位、INS等,成本相对低,机动性强、连续性
好,但可靠性有待于增强。列车定位方法各有自身的优缺点,没有一种定位技术能有效的独立解决列车定
位问题
[2-3,6-7]
。多传感器组合能够有效提高列车定位系统的性能,包括容错能力、时间与空间覆盖范围、信
息可信度等,是当前列车测速定位技术的重要发展方向
[8]
。在组合系统中,融合算法是关键,目前大多采用
Kalman 滤波为作为数据融合的计算方法
[5-6]
。随着列车运行速度的不断提高及铁路安全的更高要求,对于