铁路定位

• 什么是铁路定位？
• 市场特征
• 应用场景
• 铁路定位面临的挑战
• 关键技术
• u-blox的产品方案
• 为何选择与 u-blox 合作
• 铁路定位的未来

为互联铁路的未来提供连续定位支持

铁路网络需要精准且可靠的导航服务，以支持从列车时刻表编排到自动化的各类数字服务。对于铁路运营商、系统集成商和原始设备制造商（OEM）而言，连续列车定位技术能够提升运营效率、增强安全性，并改善乘客体验。

本页面将探讨铁路定位的工作原理、其解决的挑战以及实现这一目标的技术——从全球导航卫星系统（GNSS）和推算导航，到校正服务以及 u-blox 提供的集成硬件解决方案。

 

什么是铁路定位，它为何重要？

随着铁路网络的现代化进程，对精准实时位置数据的需求日益增长。 网络中每列火车的持续定位数据对于包括车队管理、列车实时追踪、列车控制、预测性维护和乘客信息在内的多种系统至关重要。当提供的数据值得信赖时，列车定位就能支持更安全的运营、更优化的交通流以及更可靠的服务提供。

随着自动化、互联化和可持续发展重塑铁路运营，连续定位正成为一项基石技术。

市场特征

铁路市场被视为公共交通的一个子细分市场，涵盖长途列车、通勤列车以及有轨电车/街车。

这是一个高度分散的市场，几乎每个国家都有自己的运营商。这些运营商在评估铁路定位解决方案时，通常会关注产品的长期供应能力，以及与旧款产品的向后兼容性，以在产品停产时最大限度地减少设计需求。

毫不奇怪，运营商通常会要求解决方案能够改装到现有的机车车辆上，以最大限度地提高其在列车上的投资价值。

据Mapsted 预测，得益于智能铁路的推进以及基于物联网的系统日益普及，铁路远程信息处理市场规模预计将在 2028 年增长至 63.8 亿美元。 铁路定位作为车站导航、面向乘客的应用程序以及面向调度员和控制室的人工智能路线优化等更广泛生态系统的一部分——列车定位解决方案可能需要与这些产品和系统进行集成和通信。 

需要铁路定位技术的系统

铁路定位面临的挑战

铁路环境给定位技术带来了独特的挑战。隧道、有顶棚的车站和城市峡谷经常会阻挡全球导航卫星系统（GNSS）信号，而复杂的铁路基础设施则可能导致信号反射或失真。 

通常，定位解决方案会采用推算导航来缓解GNSS信号问题。但列车运动的动态特性——例如缓慢加速后紧接着高速行驶、转弯半径有限以及方向反转——需要采用与汽车或航空模型不同的专用算法。

在现有列车车队中集成铁路定位系统也需要周密的考量。许多列车仍依赖于旧式技术和硬件，例如仅支持少数GNSS频段的天线。实施基于GNSS的解决方案需要确保兼容性、可靠性和易维护性。这一挑战不仅涉及定位精度，还包括信号的连续性、完整性以及抵御干扰或阻塞的能力。

支持铁路定位的技术

GNSS 技术

全球导航卫星系统（GNSS）是大多数定位系统的基石，为移动车辆提供位置、速度和时间数据。多星座和多频段GNSS接收机提高了精度和可靠性，而先进的滤波和抗干扰技术则有助于在恶劣环境中维持信号质量。

在铁路环境中，GNSS仍然是连续定位的基础。 但由于铁路沿线普遍存在GNSS信号微弱或受阻的情况，因此需要额外的定位技术。此外，许多老旧的GNSS系统仅支持GNSS L1频段，甚至仅支持GPS。显然有必要对这些系统进行现代化改造，以提高其可靠性和鲁棒性。

推算导航与铁路动态模型

推算导航通过在卫星可见度较差时维持精确的位置估计，对GNSS起到了补充作用。推算导航利用惯性测量单元（IMU）计算角动量和加速度的变化，进而据此推算车辆的航向、姿态和运动等一系列参数。

在铁路定位领域，航法推算面临的主要挑战是开发一个能够考虑列车运动特性的铁路专用模型，以最大限度地提高IMU提供的数据精度。

传感器融合与地图匹配

先进的算法将惯性传感器、里程计和数字轨道地图的数据进行融合，以提高定位方案的可靠性。地图匹配确保位置估计值与已知的铁路网络相吻合，从而提高精度。

 

u-blox的产品组合

u-blox 提供了一系列专为铁路应用量身定制的 GNSS 模块，涵盖从标准型到高精度型。这些解决方案旨在用于非安全关键型系统，或作为经认证的铁路控制和安全机制的冗余备份。

我们的铁路定位技术分为三大类：

标准精度 GNSS (SPG)

SPG 解决方案旨在提供米级精度的稳健、节能定位。它们通常采用单频或双频 GNSS 信号，并针对卫星可见度良好的条件下实现可靠跟踪进行了优化。SPG 非常适合车队监控和资产管理等可扩展应用。

高精度 GNSS（HPG）

HPG技术通过实时动态定位（RTK）和精密点定位（PPP）等校正数据方法，将GNSS精度提升至厘米级。 多频段、多星座的支持确保了快速收敛和可靠运行，即使在存在信号干扰的环境中也是如此。HPG 对于需要确定性精度的应用至关重要，包括精密轨迹监测，以及通过将定义的车轮直径与行驶距离进行比较来检测车轮直径的变化。

推算导航（DR）

当 GNSS 信号质量下降或不可用时，推算导航利用加速度计、陀螺仪和里程表提供的运动数据，保持定位的连续性。这使得列车在穿越隧道、高密度车站或城市峡谷时也能实现不间断定位。推算导航为控制和监控系统确保了可靠且一致的数据流，支持预测性维护和车辆段管理。

所有模块均遵循共同的设计理念：性能稳健、集成简便、长期供货。依托强大的工具和全球技术支持，它们为铁路定位解决方案提供了面向未来的基础。

以下是本文撰写时推荐用于设计集成的可用型号概述，以及它们在标准精度 GNSS（SPG）、高精度 GNSS（HPG）和推算导航（DR）功能方面的能力：
 

型号	SPG	HPG	DR	频段
ZED-F9R	✓	✓*	✓	L1/L2
ZED-F9P	✓	✓		L1/L2
NEO-F9P	✓	✓		L1/L5
NEO-F10N	✓			L1/L5
MIA-M10Q	✓			L1
MAX-M10N	✓			L1
NEO-M9N	✓			L1

*支持在铁路环境中使用，但未指定具体性能 

为何选择与 u-blox 合作？

u-blox 深知设计稳定性的价值。正因如此，我们的产品能持续生产数年甚至数十年——例如，我们的 M8 平台自 2013 年起便一直处于量产状态，其生命周期远超普通商用半导体芯片和模块。此外，我们在设计新产品时会延续旧版本的外形尺寸，以便于集成。

除了硬件之外，u-blox 还提供一系列服务，以提升您的铁路定位硬件的价值。通过使用与您的硬件来自同一值得信赖的合作伙伴提供的校正、辅助和配置工具，您可以享受无缝集成、降低开发工作量，并在整个铁路生态系统中获得始终如一的高性能。

AssistNow

AssistNow 是一项基于云的服务，可缩短 GNSS 接收机获取定位信息所需的时间。通过互联网提供卫星数据，而非仅依赖广播信号，该服务在车站、隧道或密集城区等视线受限的环境中能显著提升性能。 对于铁路运营商而言，这意味着即使在条件恶劣的地点，也能实现更快的启动时间和更可靠的定位。

PointPerfect

PointPerfect 通过安全的云端传输，提供厘米级精度的高精度 GNSS 校正数据。该服务通过在大型网络中保持一致的精度，增强了 HPG 应用的功能，并支持先进的列车控制和自动化系统。对于运营商而言，它确保列车在多条轨道并排的调车场等场所也能被精确定位。

u-center

u-center 是一款配置与评估工具，可简化 GNSS 接收机的设置、测试和优化流程。它为工程师提供实时可视化和诊断功能，使硬件集成及针对铁路应用场景的性能微调变得更加轻松。结合 AssistNow 和 PointPerfect 使用，它能支持更快的开发和部署周期。

铁路定位的未来

随着铁路网络向自动化发展，列车连续定位技术将不断得到完善。 未来的进步将聚焦于可扩展的校正服务、弹性算法，以及与 ETCS 和 ATO 等铁路控制系统的更深度集成。与此同时，向后兼容性以及组件能够稳定运行数年甚至数十年，对于确保运营商能够以经济高效的方式实现车队现代化至关重要。

通过整合 GNSS、推算导航和基于云的校正服务，u-blox 正助力铁路运营商迈向更安全、更智能、更互联的未来。 铁路领域的推算导航通过确保运营商能够从单一系统获取网络内任何位置的一致且可靠的位置数据，从而简化了运营工作。此外，凭借以数十年计的产品生命周期以及便于升级的统一外形规格，u-blox 产品是长期铁路定位解决方案的理想基础。