降低GPS定位误差的方法和基于GPS定位的自控装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种降低GPS定位误差的方法和基于GPS定位的自控装置，所述方法包括：a3.车辆驶入特征点时测量至少三次位置信息；b3.以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆；c3.取三次测量值皆位于极限位置的数据；d3.计算三次测量值的极限位置所组成的三角形的外接圆的半径；以上步骤依a3、b3、c3、d3的顺序依次进行。所述基于GPS定位的自控装置包括GPS定位仪，该GPS定位仪安装于司机室内，该司机室内还装有工控机，该工控机与数据存储器连接，所述数据存储器的容量不小于500GB。本发明专利技术所述基于GPS的自控装置和降低定位误差的方法能够实现智能化操作，极大地减少养路工人的体力劳动，有效节约天窗时间，对提高铁路线路运力具有积极效果。

【技术实现步骤摘要】
降低GPS定位误差的方法和基于GPS定位的自控装置
本专利技术涉及一种铁路机械施工作业自动化控制装置，属于铁路机械设计与制造

技术介绍
铁路大型养路机械应用于铁路使用的后期维护期间，可实现对铁路线路捣固、稳定、配砟等自动养护作业。在一定程度上节约了人力资源，节省了铁路线路的维护时间和维护费用。同时可以实现比人工操作精度更高的维护作业。现在高速铁路发展异常迅速，高速铁路行驶速度快，对铁道线路的要求较高，因此需要使用更为简单方便作业、速度较快的养路机械。公开号为CN101109165的中国专利技术专利公开了一种用于铁路大型养路机械运行安全和作业质量的监控系统，其包括作业质量监控模块，行车安全监控模块，连挂防撞模块和显示模块，所述作业质量监控模块、行车安全监控模块及连挂防撞模块分别通过CAN总线与显示模块相连，所述作业质量监控模块在作业时对作业质参数进行监视和记录，确保作业精度，也可作为线路验收的依据。该专利技术能解决铁路大型养路机械作业质量和行车安全的需求，但其自动化程度不高，操作相对较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的第一方面还提供一种降低GPS定位误差的方法。GPS定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量和用户钟差实现的，要获得地面的三维坐标，必须对至少四颗卫星进行测量，测量定位过程中，包括三部分误差：第Ⅰ误差是由卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等引起的；第Ⅱ误差是由传播延迟导致的误差；第Ⅲ误差为各用户接收机固有的误差，由内部噪声、通道延迟、多路径效应等原因造成。第Ⅱ误差大部分可以消除，消除程度主要取决于基准接收机和用户接收机的距离。对于第Ⅰ误差，采用差分原理进行消除，差分，是采用在距定位目标10km范围内加设一组GPS定位仪，由于相处位置相对较近，大气电离层误差、对流层误差影响效果基本相同，因此可做差分，消除这部分误差。另外，由于采用同一型号GPS定位仪，因此卫星钟误差、星历误差皆相同，采用两台同一型号的GPS定位仪成功消除这一部分误差。其消除方法如下：单GPS定位系统提供的定位精度是优于25米，为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：1.1将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测；1.2根据基准站的已知坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数；1.3基准站实时地将改正数据发送出去；1.4用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对通过GPS观测的定位结果进行改正。优选的是，通过步骤1.4，提高GPS接收机的定位精度。优选的是，差分GPS技术分为三类，即：位置差分、相位差分、伪距差分，这三类差分方式的工作原理相同，即都由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果；所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。A位置差分原理安装在基准站上的GPS接收机观测四颗卫星后进行三维定位：A1.解算基准站的坐标，由于存在轨道误差、时钟误差、SA误差(SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。)影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差；A2.计算出基准站到卫星的距离改正数；A3.基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正，提高定位精度。优选的是，步骤A1-A3的先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。优选的是，位置差分法适用于用户站与基准站间距离在100km以内的情况。B相位差分原理，亦称载波相位差分原理载波相位差分技术又称RTK(RealTimeKinematic)技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。B1将基准站采集的载波相位发给用户接收机；B2用户接收机对载波相位求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级，大量应用于动态需要高精度位置的领域。C伪距差分原理，亦称基准站-移动站差分系统C1在已知坐标点的位置设置至少一台基准站GPS接收机；C2设置一台用户端GPS接收机；C3将基准站GPS接收机的定位数据与基准站GPS接收机的已知坐标点进行解算，得出差分数据；C4通过数据链将差分数据修正参数实时播发出去；C5用户端GPS接收机接收通过数据链接收差分数据(RTVM)修正参数，并将差分数据修正参数与用户端GPS接收机的定位数据进行修正解算。优选的是，步骤C1-C5中的所述已知坐标点为固定点。优选的是，步骤C1-C5的计算方法将定位精度提高到米级、甚至厘米级。优选的是，步骤C1-C5所述的差分数据为RTCM推广的标准差分协议和差分GPS业务计算出的差分数据。所述RTCM为国际海运事业无线电技术委员会(RadioTechnicalCommissionforMaritimeServices)的英文缩写。现有商用卫星在经差分处理后定位精度达10cm，无法满足指导施工车辆作业的精度要求。本专利技术的第一方面提供的降低GPS定位误差的方法包括：a3.在特征点处测量至少三次位置信息；b3.以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆；c3.取三次测量值皆位于极限位置的数据；d3.计算三次测量值的极限位置所组成的三角形的外接圆的半径。优选的是，以上步骤依a3、b3、c3、d3的顺序依次进行。步骤c3中，所述极限位置指三次测量值所确定的三个圆的圆心分别处于另外两个圆的圆周上。步骤a3-c3中测量值的精度为卫星数据的精度。步骤d3中得出的外接圆的半径即为GPS定位精度，步骤d3中外接圆的半径小于卫星精度，因此步骤a3-d3组成的方法起到降低GPS定位误差的作用。更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。本专利技术第一方面提供的降低GPS定位误差的方法的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本专利技术的保护范围。本专利技术第一方面提供的降低GPS定位误差的方法有效降低GPS定位仪的定位误差，能简洁、有效地提高养路机械的作业效率。本专利技术第二方面提供一种基于GPS定位的自控装置，其包括GPS定位仪，该GPS定位仪安装于司机室内，该司机室内还装有工控机，该工控机与数据存储器连接，所述工控机与所述GPS定位仪之间连接数据转换卡，所述工控机与执行元件连接，并控制执行元件的动作。优选的是，所述GPS定位仪是指利用全球定位系统(GlobalPositioningSystem)进行定位的仪器，该全球定位系统(GlobalPositioningSystem)是指利用定位卫星，在地球的全部范围内进行实时定位、导航的系统，又称全球卫星定位系统，简称GPS定位系统。在上述任一方案中优选的是，所述GPS定位仪的精度为10cm。在上述任一方案中优选的是，所述数据存储器的容量不小于500GB。在上述任一方案中优选的是，所述数据存储器包括减振装置，该减振装置包括外壳，该外壳内嵌装内壳，所述外壳与所述内壳之间填充减振胶，进一步对数据存储器进行保护。在上述任一方案中优选的是，所述工控机安装于司机室内的操作台中，该工控机通过接收GPS定位仪的信号对机械进行行车及作业控制。在上述任一方案中优选的是，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低GPS定位误差的方法包括：a3.在特征点处测量至少三次位置信息；b3.以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆；c3.取三次测量值皆位于极限位置的数据；d3.计算三次测量值的极限位置所组成的三角形的外接圆的半径；其特征在于：以上步骤依a3、b3、c3、d3的顺序依次进行。

【技术特征摘要】
1.一种降低GPS定位误差的方法包括：a3.在特征点处测量至少三次位置信息；b3.以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆；c3.取三次测量值皆位于极限位置的数据；d3.计算三次测量值的极限位置所组成的三角形的外接圆的半径；其特征在于：以上步骤依a3、b3、c3、d3的顺序依次进行；所述极限位置指三次测量值所确定的三个圆的圆心分别处于另外两个圆的圆周上。2.如权利要求1所述的降低GPS定位误差的方法，其特征在于：步骤a3-c3中测量值的精度为卫星数据的精度；步骤d3中得出的外接圆的半径即为GPS定位精度。3.如权利要求1或2所述的降低GPS定位误差的方法，其特征在于：以三次测量所得数值为圆心，10cm为半径作圆，步骤c3测量所得数值组成一边长为10cm的等边三角形，该等边三角形内接于圆，则得：等边三角形边长L＝R其中，R＝10cm，α＝30°＝30，由勾股定理可知，三角形所外接圆半径其中:L＝R＝10cmcm；则得：三点定位的精度达到即5.7735cm。4.一种基于GPS定位的自控装置，其包括GPS定位仪，该GPS定位仪安装于司机室内，该司机室内还装有工控机，该工控机与数据存储器连接，所述工控机与所述GPS定位仪之间连接数据转换卡，所述工控机与执行元件连接，并控制执行元件的动作，其特征在于：所述数据存储器的容量不小于500GB，所述基于G...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世璞，王敏，狄建郓，杨璇，
申请(专利权)人：昆明中铁大型养路机械集团有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53