劉 丹， 王 劍,2,3， 姜 維,2,3， 上官偉,2,3

(1. 北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院， 北京 100044； 2. 北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點實驗室， 北京 100044；3. 北京市工程技術(shù)研究中心， 北京 100044)

為滿足我國鐵路更高運行速度、更高行車密度及降低鐵路建設(shè)和運營維護成本的要求，我國下一代列控系統(tǒng)改變傳統(tǒng)的基于軌旁設(shè)備的定位，采用基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS(Global Navigation Satellite System)的列車定位方式[1]，不僅可以減少軌道電路和應(yīng)答器等軌旁設(shè)備，降低建設(shè)和運營維護成本，同時還可提高列車定位精度，實現(xiàn)高更新率的實時連續(xù)定位。以滿足鐵路系統(tǒng)安全應(yīng)用可靠性、可用性、可維護性和安全性RAMS(Reliability, Availability, Maintainability and Safety)的需求，需要對列車的定位精度進行準確評估[2]。

一般定位精度是指觀測值與標(biāo)準值的偏差。按照標(biāo)準值的不同定義，定位系統(tǒng)的定位精度評估類型主要分為兩種[3]，第一種是將定位系統(tǒng)的測量值與真實值進行對比，以評估定位系統(tǒng)的性能。第二種是在系統(tǒng)的使用過程中進行，由于無法獲取真實值，只能將定位系統(tǒng)的測量值與估計值進行對比，評估定位系統(tǒng)的定位精度以及定位結(jié)果是否滿足其他系統(tǒng)的需求。這兩種定位精度評估類型的區(qū)別在于標(biāo)準值的選取。因此，需要選取高精度的定位參考系統(tǒng)，評估定位系統(tǒng)的定位精度，提高評估結(jié)果的可信性。

目前國內(nèi)外學(xué)者主要針對第一種定位精度評估類型進行了大量研究，以高精度數(shù)字軌道地圖、應(yīng)答器和載波相位差分定位系統(tǒng)作為參考，評估列車定位系統(tǒng)的定位精度。

由于列車沿軌道運行具有一維特性，高精度數(shù)字軌道地圖可以為列車的定位精度評估提供參考。數(shù)字軌道地圖是存儲軌道地理信息與拓撲信息的電子地圖，是一種低成本、高穩(wěn)定性的連續(xù)導(dǎo)航信息源[4]。借助數(shù)字軌道地圖存儲的高精度軌道地理信息，包括信號機、道岔、絕緣節(jié)和應(yīng)答器等關(guān)鍵信息點，可以評估列車定位系統(tǒng)的定位精度。文獻[5-7]中采用高精度數(shù)字軌道地圖為參考，利用投影的地圖匹配方法，分析列車沿股道方向和垂直股道方向的定位精度。但數(shù)字軌道地圖測量過程復(fù)雜，操作不易，且地圖制作過程有人為不確定因素的影響，導(dǎo)致最終地圖數(shù)據(jù)庫存在誤差，影響列車定位系統(tǒng)定位精度評估。

目前，中國和歐洲的列車運行控制系統(tǒng)中，列車定位功能均以軌道上應(yīng)答器的位置作為絕對參考點，評估列車的定位精度。根據(jù)中國列車運行控制系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準規(guī)范要求，列車定位單元測距誤差達到2%以內(nèi)[8]，歐洲列車運行控制系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準規(guī)范要求，測距誤差達到(±5+5%) m[9]。由此可以看出，列車測距誤差與走行距離有關(guān)，定位精度會隨著列車運行距離的累積而降低。一方面，這種定位精度評估方法解算的列車定位精度是相對定位精度，無法得到列車安全運行需要的實時絕對定位精度。另一方面，因為以應(yīng)答器作為參考系統(tǒng)評估定位精度有局限性，隨著下一代列控系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)答器、軌道電路等軌旁設(shè)備會大量減少甚至全部消除。

基于衛(wèi)星導(dǎo)航的定位技術(shù)起源于測繪領(lǐng)域，目前廣泛采用載波相位差分固定解的方式，以定位精度可達到厘米級的高精度位置結(jié)果為參考，來評估定位系統(tǒng)的定位精度。文獻[10-12]中采用GNSS差分定位模式解算得到的定位結(jié)果為參考，評估定位系統(tǒng)的定位精度。但在這種定位精度評估方法中，要得到厘米級的高精度位置解，載波相位模糊度必須固定。但是在實際應(yīng)用中，載波相位模糊度很難固定，大部分情況解算得到的都是浮點解，影響定位精度評估結(jié)果。

綜合國內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于列車定位精度評估的研究主要集中于第一種定位精度評估類型，這種精度評估類型無法實時獲得列車的絕對定位精度。而基于第二種類型或者綜合考慮兩者的研究相對較少。

基于以上分析，為滿足列控系統(tǒng)對列車安全定位的要求，本文設(shè)計了基于GNSS的列車組合定位系統(tǒng)，實時獲取列車位置信息。綜合考慮兩種定位精度評估類型，提出了基于高精度參考系統(tǒng)的列車組合定位系統(tǒng)定位精度評估方法。采用SPAN-FSAS高精度組合定位系統(tǒng)為參考，通過計算瞬時定位誤差評估實時定位精度。采用后定位處理軟件，IE(Inertial Explorer)緊耦合和RTKLIB動態(tài)模式解算的高精度定位結(jié)果為參考，通過計算常用的定位精度評估參數(shù)，定量評估后處理定位精度。在環(huán)行鐵道試驗線進行的實測實驗，驗證了本文提出的列車組合定位系統(tǒng)定位精度評估方法。

1 列車組合定位系統(tǒng)工作原理

由于列車運行環(huán)境復(fù)雜多變，隧道、山區(qū)、森林等衛(wèi)星信號遮擋會導(dǎo)致衛(wèi)星幾何精度降低，接收機無法給出定位解或定位精度很差。此時GNSS需要與其他導(dǎo)航系統(tǒng)組合，實現(xiàn)列車連續(xù)定位。因此，本文設(shè)計了數(shù)字軌道地圖輔助的GNSS/INS (Inertial Navigation System)列車組合定位系統(tǒng)，簡稱為列車組合定位系統(tǒng)，系統(tǒng)原理見圖1。

列車組合定位系統(tǒng)由GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機和慣性量測單元IMU(Inertial Measurement Unit)定位傳感器構(gòu)成，主要包括數(shù)據(jù)采集單元和核心處理單元，完成列車實時定位信息的采集、預(yù)處理、融合與輸出。

數(shù)據(jù)采集單元包括衛(wèi)星導(dǎo)航接收機和慣性導(dǎo)航單元，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機通過接收GNSS原始衛(wèi)星信號，解算得到列車的位置和速度信息；慣性導(dǎo)航單元實時采集列車加速度和角速度信息，基于自身力學(xué)編排原理，對加速度和角速度信息分別積分，得到列車速度和姿態(tài)信息，對速度進一步積分，解算得到列車位置信息。

核心處理單元包括系統(tǒng)組合濾波和地圖匹配模塊。其中，系統(tǒng)組合濾波模塊實現(xiàn)系統(tǒng)濾波功能，系統(tǒng)濾波使用GNSS接收機解算的位置和速度與IMU解算的位置和速度的差值，作為測量輸入給系統(tǒng)濾波器，系統(tǒng)濾波器用量測估計INS的誤差，從而對INS導(dǎo)航參數(shù)進行校正，使INS能夠保持較高的導(dǎo)航精度，經(jīng)過校正后的INS導(dǎo)航解算結(jié)果構(gòu)成組合導(dǎo)航結(jié)果輸出。GNSS/INS組合后的位置信息傳送給地圖匹配模塊，根據(jù)高精度數(shù)字軌道地圖信息，修正組合系統(tǒng)解算的位置的誤差，最終將組合結(jié)果輸出給車載ATP。

2 實時定位精度評估策略

2.1 定位精度評估參數(shù)

在實際測試與評估中，精度的概念普遍稱為準確度。文獻[13]準確度的定義為測量結(jié)果與參考值之間的一致性程度，包括正確度和精密度兩方面。正確度指大量測試結(jié)果平均值與真實或可接受參照值之間的一致性程度，精密度指測試結(jié)果之間的一致程度。

這種定位精度評估方法需要對同一個觀測點進行多次重復(fù)測量，由大量測試結(jié)果得到的平均數(shù)與參考值之間的一致性程度表征定位精度水平，適用于靜態(tài)測試。在實際應(yīng)用中，定位單元給出的列車位置隨時間不斷變化，屬于動態(tài)測試，每一個歷元有且只有一個位置輸出，且在該歷元參考系統(tǒng)也有且只有一個參考值，針對同一歷元難以進行大量重復(fù)測試，所以文獻[13]中提出的精度定位方法不適合動態(tài)應(yīng)用。在導(dǎo)航定位領(lǐng)域中，定位精度通常定義為在任意給定時間，定位單元輸出所指示的位置與真值或參考位置之間的偏移程度。為準確、直觀、定量地評估列車定位精度，本文引入導(dǎo)航定位領(lǐng)域常用的5個定位精度評估參數(shù)。

均值MEAN是每個歷元測量值與對應(yīng)歷元參考位置的偏差和與總歷元數(shù)目的比值，反映了定位單元在一段時間內(nèi)的平均定位精度，計算式為

( 1 )

式中：d為方向，本文研究列車的水平定位精度，因此d包含北向和東向兩個方向；xod,i為在d方向第i個歷元的測量值；xtd,i為在d方向第i個歷元的參考值；xod,i-xtd,i為d方向每個歷元的測量偏差，且xod,i和xtd,i均為標(biāo)量；n為一次實驗中的所有歷元數(shù)目。

標(biāo)準差SD是每個歷元測量偏差與誤差均值差值的平方和與總歷元數(shù)目比值的平方根，反映了一段時間內(nèi)整體定位誤差與平均定位誤差的離散程度，計算式為

( 2 )

均方根誤差RMSE是是每個歷元測量偏差的平方和與總歷元數(shù)目比值的平方根，反映了待評估系統(tǒng)的一維定位精度，計算式為

( 3 )

距離均方根誤差DRMS，是二維標(biāo)準差平方和的平方根，反映了二維的定位精度，計算式為

( 4 )

式中：SDN、SDE分別為二維位置北向和東向的標(biāo)準差。

圓概率誤差CEP在描述定位精度時，一般定義為以天線真實位置為圓心的圓內(nèi)，偏離圓心概率為50%的二維點位離散分布度量，計算式為

CEP=0.59(SDN+SDE)

( 5 )

通過對以上5個定位精度評估參數(shù)的計算，可以定量、直觀地觀測到列車組合定位系統(tǒng)的定位精度。

2.2 實時定位精度評估平臺

為評估列車組合定位系統(tǒng)(待評估系統(tǒng))的實時定位精度，需要選取高精度的定位系統(tǒng)作為參考，實時比較待評估系統(tǒng)與參考系統(tǒng)的定位結(jié)果，進一步解算得到待評估系統(tǒng)的實時定位精度。

本文選取NovAtel的高精度SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)為實時定位參考系統(tǒng)。SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)由3頻GNSS接收機和德國iMAR公司的高精度FSAS型號戰(zhàn)術(shù)級慣性導(dǎo)航單元組成。慣性導(dǎo)航單元由閉環(huán)光纖陀螺和伺服加速度計組成[14]，定位精度較高。其設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 iMAR IMU-FSAS慣性導(dǎo)航單元設(shè)備參數(shù)

一方面SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)與待評估系統(tǒng)組成相似，均由GNSS接收機和慣性導(dǎo)航單元組成，采用GNSS/INS組合定位方式獲得載體的位置、速度和姿態(tài)信息。另一方面，SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)采用GNSS/INS緊耦合定位方式，可以實時將GNSS原始的偽距/偽距率測量值與INS解算的等效的偽距/偽距率的差值作為系統(tǒng)量測輸入，對列車組合定位系統(tǒng)狀態(tài)進行最優(yōu)估計，提供連續(xù)的位置、速度、姿態(tài)信息。在差分基站的輔助下，該系統(tǒng)定位精度可達到厘米級。此外，SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)動態(tài)特性好，誤差不累積，更新率高，且攜帶與操作方便。因此，SPAN-FSAS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)適合作為實時定位精度評估參考系統(tǒng)。

為實現(xiàn)待評估系統(tǒng)的實時定位精度評估，本文搭建的實時定位精度評估平臺，見圖2。

實時定位精度評估平臺主要由參考系統(tǒng)和待評估系統(tǒng)兩部分組成。待評估系統(tǒng)實時獲取列車的位置信息，參考系統(tǒng)同步實時地得到高精度的列車位置信息。同一歷元，將參考系統(tǒng)與待評估系統(tǒng)的位置作比較，實時評估待評估系統(tǒng)的定位精度。

為了保證參考系統(tǒng)與待評估系統(tǒng)同一時刻解算同一位置信息，采用功分器將GNSS天線接收的GNSS衛(wèi)星信號分為兩路，分別輸入給參考系統(tǒng)和待評估系統(tǒng)。PCI和PC2分別用于參考系統(tǒng)與待評估系統(tǒng)的初始配置。

3 后處理定位精度評估策略

盡管實時定位精度評估策略可以得到列車組合定位系統(tǒng)的實時定位精度，但是這種方法只能觀測到列車組合定位系統(tǒng)的瞬時定位誤差，可觀測的信息較少，無法全面評估列車組合定位系統(tǒng)的定位性能。

不同于實時定位精度方法，后處理可以采用多種定位解算方式，包括松耦合、緊耦合、差分等，通過引入更高精度的誤差改正模型，使得解算的位置信息精度可靠，穩(wěn)定性高。

本文設(shè)計了基于后定位處理軟件的后處理定位精度評估策略，采用IE緊耦合和RTKLIB動態(tài)模式的高精度后處理定位結(jié)果為參考，通過計算均值、標(biāo)準差、均方根誤差、距離均方根誤差和圓概率誤差5個常用的定位精度評估參數(shù)，綜合定量地評估后處理定位精度。

3.1 基于IE緊耦合后處理定位精度評估策略

IE是Novatel公司的一種事后定位處理軟件，利用GNSS接收機和原始量測信息和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航單元的加速度和角速度信息，組合產(chǎn)生高速率、高精度的位置、速度和姿態(tài)信息[15]，可以提供基于GNSS/INS松耦合與緊耦合兩種位置解算方式。本文選取IE緊耦合位置解算結(jié)果作為參考，保證了在GNSS接收機跟蹤到衛(wèi)星少于 4 顆的情況下仍能正常工作。IE在完成緊耦合解算的基礎(chǔ)上，使用RTS Smoother對緊耦合結(jié)果進行平滑處理。當(dāng)GNSS定位結(jié)果出現(xiàn)斷點時，使用平滑處理，不僅可以減少GNSS信號失鎖期間造成的位置、速度和姿態(tài)誤差，而且可以平滑軌跡。此外，由于INS 輸出頻率高達200 Hz，GNSS/INS緊耦合可以輸出高更新率的位置信息。IE緊耦合可以提供連續(xù)、高精度、高更新率且平滑的定位結(jié)果，所以適合作為后處理定位精度評估參考。

IE緊耦合的后處理定位精度評估原理見圖3,具體步驟為

Step1數(shù)據(jù)預(yù)處理。IE后處理軟件需要輸入.BIN格式的文件。本文列車組合定位系統(tǒng)中的GNSS接收機基站接收機采集的原始偽距/偽距率和衛(wèi)星星歷信息均保存為.gps文件，為進行IE后處理，需要轉(zhuǎn)換為.BIN格式文件。

Step2GNSS/INS緊耦合參考位置解算。IE采用預(yù)處理后的GNSS原始信息進行GNSS解算，得到GNSS衛(wèi)星的位置信息和誤差修正后的偽距/偽距率。結(jié)合INS采集的加速度和角速度信息，完成GNSS/INS緊耦合，得到連續(xù)的定位信息，并對組合結(jié)果進行平滑處理，得到最后的高精度位置信息。

Step3后處理定位精度評估。IE后處理高精度定位結(jié)果與列車組合定位系統(tǒng)定位結(jié)果在時間同步后，比較兩者的定位結(jié)果，計算定位精度評估參數(shù)，完成后處理定位精度評估。

3.2 基于RTKLIB動態(tài)模式后處理定位精度評估策略

RTKLIB是由日本東京海洋大學(xué)高須知二[16]開發(fā)的開源程序包，支持多個GNSS系統(tǒng)的實時和定位后處理算法。一方面，RTKLIB軟件源代碼公開，便于算法開發(fā)和實驗測試。另一方面，RTKLIB支持多種GNSS后處理定位模式，包括單點定位、偽距差分定位、靜/動態(tài)定位、精密單點靜態(tài)和精密單點動態(tài)定位，定位模式豐富，用戶可以根據(jù)自己的需求，選擇不同的后處理定位模式。此外RTKLIB支持多種GNSS標(biāo)準格式和協(xié)議、GNSS接收機專有數(shù)據(jù)協(xié)議格式，應(yīng)用范圍較廣。

RTKLIB中后處理模式中的動態(tài)定位模式，即后處理差分定位模式，移動站接收機在進行GNSS觀測的同時，接收到基準站發(fā)送的改正數(shù)據(jù)，定位精度可達到cm級。因此本文采用基于RTKLIB后處理模式中的動態(tài)定位模式的定位結(jié)果，作為評估本文待評估系統(tǒng)定位精度的參考系統(tǒng)。其后處理定位精度評估原理見圖4。具體步驟為

Step1數(shù)據(jù)預(yù)處理。RTKLIB后處理需要標(biāo)準的RINEX格式的觀測和導(dǎo)航電文文件，將采集的基準站和移動站的原始.gps文件轉(zhuǎn)換為RINEX格式的.O文件和.N文件。

Step2誤差建模。本文在進行實測實驗時，基準站靜止，移動站隨著實驗機車的移動進行移動，所以選擇動態(tài)定位模式。選用L1、L2和L5三頻信息進行位置解算。動態(tài)定位中由于對流層和電離層會對定位結(jié)果造成誤差，所以為提高定位精度，需要對對流層和電離層進行誤差建模。選擇廣播電離層模型和Saastamoinen對流層模型，同時采用廣播星歷進行解算。模糊度固定方式選擇瞬時模糊度固定方式，此種方式模糊度會對每個歷元進行計算，位置解算精度較高。

Step3后處理定位精度評估參數(shù)計算。RTKLIB后處理輸出的高精度定位結(jié)果作為參考，將列車組合定位系統(tǒng)后處理定位結(jié)果與參考結(jié)果在時間同步后進行定位精度評估參數(shù)計算，評估后處理定位精度。

4 定位精度評估方法驗證

4.1 實驗場景

本文在滿足實驗場景要求的環(huán)行鐵道試驗線小環(huán)線進行實測實驗，見圖5，紅色實線為測試線路，環(huán)行鐵道小環(huán)線長約8 km，包括應(yīng)答器(相鄰應(yīng)答器最大距離約為1 km，最小距離約為200 m)、信號機和絕緣節(jié)等關(guān)鍵信息點。

課題組所用實驗機車見圖6。本文使用多星座多頻天線作為移動站天線，移動站天線安裝于實驗機車車頂部，見圖6(b)。

列車組合定位系統(tǒng)和SPAN-FSAS參考系統(tǒng)放置在車內(nèi)，其安裝位置見圖7，兩者的IMU指向一致，均為X軸指向運行前方右側(cè)，Y軸指向列車運行前方，Z軸垂直地面向上。

基準站一般選擇在距離移動站30 km內(nèi)視野開闊的位置，保證可測性，見圖8。圖5中安裝架頂部黑色圓點表示基準站的位置，周圍視野開闊，基準站距離實驗場景最近距離為0.3 km，最遠距離為3 km，滿足基準站布置原則。

4.2 實時定位精度評估策略實驗驗證

為保證實時定位精度評估結(jié)果的可信性，應(yīng)首先考慮SPAN-FSAS參考系統(tǒng)本身的定位誤差。因此，將SPAN-FSAS定位結(jié)果與RTKLIB動態(tài)模式定位結(jié)果進行對比，誤差結(jié)果見圖9。

由圖9可知，由于在開始和結(jié)束時SPAN-FSAS參考系統(tǒng)的定位誤差出現(xiàn)短時劇烈抖動。由于此時列車雖然速度為0，但是處于強烈震動狀態(tài)，導(dǎo)致RTKLIB動態(tài)模式定位結(jié)果出現(xiàn)抖動，但是定位精度仍然滿足列車定位需求。列車正常運行后，定位誤差比較平滑，且最大定位誤差約為2.54 m，滿足列車定位精度需求，因此，SPAN-FSAS系統(tǒng)的結(jié)果可以作為評估列車實時定位精度的估計值。

選取2017-12-24的實測數(shù)據(jù)進行驗證，測試軌跡見圖10，實驗機車從起點開始，沿順時針方向走行一周，運行時速約為50 km/h，中間無停車，運行至起點，完成一次實驗。實驗開始14:40:39，結(jié)束14:50:36，共持續(xù)約10 min。

選取SPAN-FSAS參考系統(tǒng)，對列車組合定位系統(tǒng)中BDS/INS和BDS/INS/MM (Map Matching)兩種定位模式精度評估。圖10中，BDS/INS、BDS/INS/MM 與SPAN-FSAS參考系統(tǒng)的定位軌跡幾乎重合，但是在局部放大位置，BDS/INS結(jié)果有約20 m的偏差，結(jié)合實時運行環(huán)境分析，此處有高樓建筑，造成衛(wèi)星信號遮擋，導(dǎo)致該段時間BDS/INS定位精度顯著下降。

通過比較同一歷元待評估系統(tǒng)與參考系統(tǒng)的定位結(jié)果，計算出瞬時定位誤差，結(jié)果見圖11、圖12?？梢园l(fā)現(xiàn)，在BDS/INS定位模式中，列車組合定位系統(tǒng)東向定位誤差在某時刻達到20 m，其他時間段定位誤差較小，北向定位誤差最大值為5 m；增加地圖匹配后，在BDS/INS/MM定位模式中，東向誤差比較穩(wěn)定，最大定位誤差減小到5 m，北向誤差沒有明顯變化。

4.3 后處理定位精度評估策略實驗驗證

(1) IE緊耦合的后處理定位精度驗證結(jié)果

以IE緊耦合定位結(jié)果為參考，BDS/INS、BDS/INS/MM兩種組合定位模式的后處理定位誤差見圖13、圖14。由圖13可知，在BDS/INS定位模式中，東向定位誤差最大為4 m，北向定位誤差最大為6 m，整個過程中定位誤差比較穩(wěn)定。增加地圖匹配后，在BDS/INS/MM定位模式中，東向最大定位誤差減小為2 m，北向定位誤差整體沒有顯著變化。

以IE緊耦合定位結(jié)果為參考的后處理定位精度見表2。在BDS/INS和BDS/INS/MM兩種模式中，東向誤差均值絕對值明顯大于北向(1.27 m>0.68 m，1.79 m>0.41 m)，表明北向平均定位精度優(yōu)于東向。東向與北向標(biāo)準差值相當(dāng)(1.12 m≈1.21 m，0.91 m≈0.92 m)，因此東向與北向整體定位誤差與各自平均定位誤差的離散程度相似。增加地圖后，北向均方根誤差減小(0.99 m<1.76 m)，東向均方根誤差增大(2.00 m>1.31 m)，地圖對兩個方向的精度影響不一致。兩種模式的距離均方根誤差與圓概率誤差接近(2.19 m≈2.25 m，1.82 m≈1.87 m)，表明兩種模式的水平定位精度與偏離真實位置的離散分布度量相當(dāng)。

表2 BDS/INS、BDS/INS/MM與IE緊耦合定位結(jié)果對比誤差 m

(2) RTKLIB動態(tài)模式后處理定位精度驗證結(jié)果

圖15和圖16分別表示以RTKLIB動態(tài)模式結(jié)果為參考，BDS/INS、BDS/INS/MM兩種組合定位模式的后處理定位誤差?？梢园l(fā)現(xiàn)，兩種組合定位模式中東向和北向定位誤差變化趨勢和誤差大小與圖13和圖14相似，兩種定位模式在東向和北向的定位誤差均比較穩(wěn)定，且定位誤差較小。

與表2類似，表3定量個給出了以RTKLIB動態(tài)模式后處理定位結(jié)果為參考的后處理定位精度。由表3可見，增加地圖后，東向誤差均值減小(<0.17 m)，北向誤差均值有增大(0.88 m>0.34 m)。但是兩種定位模式的標(biāo)準差、均方根誤差、距離均方根誤差和圓概率誤差相當(dāng)，因此兩種模式的定位精度相當(dāng)。

表3 BDS/INS、BDS/INS/MM與RTKLIB動態(tài)模式定位結(jié)果對比誤差 m

(3) 3種定位精度評估策略對比

在實際應(yīng)用中，列車運行環(huán)境復(fù)雜，運行沿線會存在平原這種環(huán)境開闊、周圍無遮擋的場景。這種場景下，GNSS信號質(zhì)量較高，本文提出的3種定位精度評估策略均可用于評估列車組合定位系統(tǒng)的定位精度。當(dāng)列車運行至站臺、城市峽谷和大長隧道等GNSS信號部分或全部遮擋環(huán)境，或者有強磁場干擾的環(huán)境下，GNSS信號質(zhì)量會下降甚至無法捕獲，在這些場景下，基于RTKLIB動態(tài)模式的后處理定位精度評估策略，由于采用GNSS差分定位結(jié)果作為參考值，其解算的定位精度會下降甚至無法提供定位信息，影響定位精度評估。但是基于SPAN-FSAS的實時定位精度評估策略和基于IE緊耦合的后處理定位精度評估策略仍適用，由于采用GNSS和INS組合定位的方式，即使GNSS信號存在短時質(zhì)量下降甚至無法捕獲的問題，高精度INS仍然可以提供短期連續(xù)、高精度的位置參考，不影響定位精度的評估。

為了更加清晰地區(qū)分3種策略各自的優(yōu)缺點及適用場景，對3種定位策略進行了對比總結(jié)見表4。基于SPAN-FSAS的實時定位精度評估策略適用于對實時性、連續(xù)性要求較高的場景，基于IE緊耦合的后處理定位精度評估策略適用于對連續(xù)性、定位精度要求較高的場景，基于RTKLIB動態(tài)模式的后處理定位精度評估策略適用于對定位精度要求較高，且GNSS信號良好的場景。

表4 3種定位策略精度評估策略對比

5 結(jié)束語

單一的定位精度評估策略難以滿足所有場景下定位精度評估需求，因此本文綜合實時和后處理定位精度評估策略，根據(jù)實際運行需求選擇合適的定位精度評估策略，研究了基于高精度參考系統(tǒng)的列車組合定位系統(tǒng)定位精度評估方法并采用SPAN-FSAS組合定位系統(tǒng)、IE緊耦合和RTKLIB動態(tài)模式3種不同的高精度參考系統(tǒng)，對BDS/INS、BDS/INS/MM兩種組合定位模式進行定位精度評估。結(jié)合環(huán)行鐵道試驗線實測數(shù)據(jù)，定量計算了兩種組合定位模式的列車瞬時定位誤差和后處理定位精度評估參數(shù)。在3種定位精度評估策略中，兩種組合定位模式的定位精度均滿足列車定位精度需求，驗證了本文提出的定位精度評估方法的可行性。

CTCS-3級列控系統(tǒng)以應(yīng)答器定位系統(tǒng)為參考系統(tǒng)評估列車定位精度。這種方式，列車定位精度為2S%(S表示列車經(jīng)過上一參考點后的走行距離)，評估的列車定位系統(tǒng)定位精度為相對定位精度，不便于對列車定位系統(tǒng)進行全面整體的定位性能評估。本文提出的基于高精度參考系統(tǒng)的列車組合定位系統(tǒng)定位精度評估方法，建設(shè)與維護成本低，且評估的列車定位精度為絕對精度，可以直觀、定量地觀測到列車的瞬時定位誤差和后處理定位精度，便于對通用列車定位系統(tǒng)定位性能進行全面整體的分析。

本文研究的定位精度評估方法，可為用戶的實際應(yīng)用提供一定的參考。在本文研究基礎(chǔ)上，下一階段作者將進行評估精度能力方法的研究，即可以評估出計算精度的精確，為用戶提供更加精確、可靠的參考。