基于gps的铁路大型养路机械自控装置和方法及相应的车辆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明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 术领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003]
【发明内容】
[0004] 本发明第一方面提供一种基于GPS的铁路大型养路机械自控装置，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（Global PositioningSystem)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。
[0005] 在上述任一方案中优选的是，所述GPS定位仪的精度为10cm。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 在上述任一方案中优选的是，所述数据转换卡将GPS定位仪的数据I转换为数据 II，并将数据II传输到工控机，工控机识别数据II并做出相应的指令，同时所述数据转换卡 将工控机的操作指令转换为数据III，并将数据III传输到各传感器及作业单元，所述个传感 器和作业单元识别数据III并根据数据III对应的指令做出相应的动作。
[0010] 在上述任一方案中优选的是，所述定位仪包括降低误差的方法，该方法包括， a. 测量至少三次养路机械的特征点的位置信息； b. 以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆； c. 取三次测量值皆位于极限位置的数据； d. 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； 依a、b、c、d的顺序依次进行。
[0011] 本发明第一方面所述的基于GPS的铁路大型养路机械自控装置的工作方式是：将 铁路沿线所需作业量提前输入到存储器中，在机械进行作业时，挂低速作业档，启动GPS定 位仪，对机械进行定位，同时工控机提取数据存储器的数据库中关于此路段的作业数据， GPS定位仪定位完毕后，工控机参照数据存储器的数据库中所存数据与实际测量仪器所测 数据做对比，工控机根据比对结果操作养路机械开始作业，在作业行进过程中GPS定位仪 进行实时定位，在不同特征点，工控机均比对数据存储器中存储的线路数据与车辆实测采 集的线路数据，然后根据预定的作业量对机械控制，实现自动操作。
[0012] 当养路机械行驶到特征点时，GPS定位仪自动给出所在作业路段的位置信号，工控 机接收该位置信号并进行定位计算，养路机械挂作业档，并由工控机自动从存储器中调取 相应位置的作业数据，与养路机械检测的数据进行对比，给出作业量，然后工控机将所需作 业量传输到养路机械原有的工控机I中，养路机械在其原有的工控机I控制下，自行按照 所给操作量进行作业。在高速行车及低速作业时司机可随时手动操作所述GPS定位仪，以 便校正线路位置和数据。
[0013] 施工作业时设定固定步进量作为作业参考，当施工机械在施工过程中遇到影响施 工安全的情况时，手动调节施工步进量与施工速度，从而在确保施工安全的同时实现机械 的自动化施工指导作业。
[0014] 所述特征点是指：轨道线路参数改变的位置，例如：缓直点、直缓点、道岔、线路高 程变化位置的特定点。
[0015] 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。
[0016] 本发明第一方面所述的基于GPS的铁路大型养路机械自控装置的技术方案包括 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发明的保护范围。
[0017] 本发明第一方面所述基于GPS的铁路大型养路机械自控装置能够实现智能化操 作，极大地减少养路工人的体力劳动，并能提高作业效率，极大地改善作业精度，有效节约 天窗时间，对提高铁路线路运力、节约通行时间具有积极效果。
[0018] 本发明第二方面提供一种基于GPS的铁路大型养路机械自控方法，其包括： a. 将铁路沿线所需作业参数输入数据存储器； b. 养路机械运行至作业地点并挂低速作业档开始作业； c. 启动GPS定位仪，对养路机械定位； d. 工控机提取数据存储器中的作业参数并与路线实际测量数据比对； e. 工控机根据预存参数与实测参数的差值确定作业量； f. 工控机将作业量传输至养路机械内部的工控机I中； g. 工控机I控制养路机械的作业方式。
[0019] 优选的是，上述方案依8、13、〇、(1、6、；^8的顺序依次进行。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，在步骤a既定的路线内，循环执行步骤b、c、d、e、f、 g°
[0021] 在上述任一方案中优选的是，待步骤a既定的路线作业完毕后，运行至下一作业 地点，并再次执行一次步骤a、b、c、d、e、f、g，然后在该作业地点内的步骤a的既定路线内 循环执行步骤b、c、d、e、f、g。
[0022] 在上述任一方案中优选的是，所述定位仪包括降低误差的方法，该方法包括： a. 养路机械进入特征点时测量至少三次位置信息； b. 以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆； c. 取三次测量值皆位于极限位置的数据； d. 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； 依a、b、c、d的顺序依次进行。
[0023] 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。
[0024] 本发明第二方面所述的基于GPS的铁路大型养路机械自控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发明的保护范围。
[0025] 本发明第二方面所述基于GPS的铁路大型养路机械自控方法节约人力资源，节省 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。
[0026] 本发明的第三方面还提供一种降低GPS定位误差的方法。
[0027]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。
[0028] 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。
[0029]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