降低gps定位误差的方法和基于gps定位的自控装置的制造方法
【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] 本发明的第一方面还提供一种降低GPS定位误差的方法。
[0005] 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：
[0006] 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；
[0007] 第II误差是由传播延迟导致的误差；
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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l〇km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：
[0011] 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：
[0012] 1. 1将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测；
[0013] 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；
[0014] 1. 3基准站实时地将改正数据发送出去；
[0015] 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。
[0016] 优选的是，通过步骤1. 4,提高GPS接收机的定位精度。
[0017] 优选的是，差分GPS技术分为三类，S卩：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。
[0018] A位置差分原理
[0019] 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：
[0020] 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e技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的S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；
[0021] A2.计算出基准站到卫星的距离改正数；
[0022] 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 站坐标进彳丁改正，提_定位精度。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] B相位差分原理，亦称载波相位差分原理
[0026] 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。
[0027] B1将基准站采集的载波相位发给用户接收机；
[0028] B2用户接收机对载波相位求差解算坐标。
[0029] 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。
[0030] C伪距差分原理，亦称基准站-移动站差分系统
[0031] C1在已知坐标点的位置设置至少一台基准站GPS接收机；
[0032] C2设置一台用户端GPS接收机；
[0033] 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；
[0034] C4通过数据链将差分数据修正参数实时播发出去；
[0035] 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。
[0036] 优选的是，步骤C1-C5中的所述已知坐标点为固定点。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 所述RTCM为国际海运事业无线电技术委员会（RadioTechnicalCommissionfor MaritimeServices)的英文缩写。
[0040] 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。
[0041] 本发明的第一方面提供的降低GPS定位误差的方法包括：
[0042] a3.在特征点处测量至少三次位置信息；
[0043] b3.以测量所得数值为圆心，以卫星精度值为半径作圆；
[0044] c3.取三次测量值皆位于极限位置的数据；
[0045] 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。
[0046] 优选的是，以上步骤依a3、b3、c3、d3的顺序依次进行。
[0047] 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。
[0048] 步骤a3_c3中测量值的精度为卫星数据的精度。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 本发明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发明的保护范围。
[0052] 本发明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_养路机械的作业效率。
[0053] 本发明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。
[0054] 在上述任一方案中优选的是，所述GPS定位仪的精度为10cm。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 在上述任一方案中优选的是，所述工控机安装