近些年，我国的高速铁路事业快速发展，高铁对国家经济建设和人民群众便捷出行起着不可或缺的作用，其中高铁轨道平顺性是保障高铁高速和安全运营的关键。因此高铁轨道平顺性的检测和监测被认为是高铁安全运营的核心技术之一。目前，世界范围内主要采用基于传统水准高程和全站仪高程的测量技术，在高铁运营安全时间窗口内进行检测，该方案存在明显的不足，主要体现在：1）进行逐站高程测量，工作效率低、人工成本高；2）难以精确确认每根枕木实际空间位置与设计空间位置的相对关系，需要进行多次重复调试；3）检测期间，要避开高铁正常运营时间窗口，可供检测的安全时间窗口短且大部分处于夜晚，不利于检测工作。缺乏高效高精度的平顺性检测技术是制约我国高铁建设的一大瓶颈。
针对以上技术问题，我校土地科学技术学院测量与导航工程系高周正老师，基于我国北斗卫星导航系统，围绕多源传感器数据辅助北斗三频精密淡点定位理论及其在的高铁轨道平顺性检测中的应用可行性进行了深入研究。研究取得以下创新性认识：
1、基于北斗精密定位理论和多源数据融合理论，推导了基于平滑滤波的惯性导航/里程计/非完整性约束/航向约束/零速修正辅助北斗三频精密单点定位函数模型，实现了基于北斗卫星导航系统的高铁轨道平顺性检测的数学理论基础（图1），并自主研发了数据处理与分析软件。
2、基于轨检车搭载的多源传感器（北斗卫星导航系统接收机、惯性测量单元、里程计等，图2(a)）和多源数据辅助北斗精密定位技术，利用高铁轨道空间三维位置与轨道姿态的对应关系，实现了对轨道空间位置测量转换为对轨道空间姿态测量(图2 (b,c,d))，通过对轨道进行重复性测量，实现了在有限的安全时间窗口内进行快速高精度轨道平顺性测量。
3、基于提出的技术，将北斗卫星导航系统的测量精度从厘米级（图4(a)）提高到亚毫米级（图4(b)），实现了亚毫米级的高铁轨道平顺性测量精度，满足了高铁轨道平顺性检测的精度需求，极大提高了高铁轨道平顺性检测的效率。
该研究不仅有助于高铁轨道平顺性检测技术的更新、实现高效和快速的高铁轨道平顺性检测；同时，该研究推广了北斗卫星导航系统的应用创新，为我国铁路轨道平顺性快速检测提供了理论依据和技术支撑。

图1 多源数据辅助北斗三频精密定位技术及软件架构。

图2 高铁轨道三维平顺性检测平台；S1, S2, S3, S4表示第1, 2, 3, 4次轨道高低（左轨与右轨相对高差）平顺性重复测量结果。

图3 高铁轨道平顺性测量精度；S12, 113, s14, s23, s24, S34表示第k (= 1,2,3)次测量与第j(=2,3,4)次测量的相对测量误差。
上述研究成果发表在多传感器与多源数据融合类国际权威刊物《Information Fusion》上：Gao Z; Ge M; Li Y; Pan Y; Chen Q; Zhang H.2019. Modeling of multi-sensor tightly aided BDS triple-frequency precise point positioning and initial assessments. Information Fusion, 55C: 184-198. [IF2018=10.716]
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.inffus.2019.08.012

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