基于gps的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控裝置和方法及相應(yīng)的車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鐵路機(jī)械施工作業(yè)自動(dòng)化控制裝置，屬于鐵路機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械應(yīng)用于鐵路使用的后期維護(hù)期間，可實(shí)現(xiàn)對鐵路線路搗固、穩(wěn) 定、配砟等自動(dòng)養(yǎng)護(hù)作業(yè)。在一定程度上節(jié)約了人力資源，節(jié)省了鐵路線路的維護(hù)時(shí)間和維 護(hù)費(fèi)用。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)比人工操作精度更高的維護(hù)作業(yè)?，F(xiàn)在高速鐵路發(fā)展異常迅速，高 速鐵路行駛速度快，對鐵道線路的要求較高，因此需要使用更為簡單方便作業(yè)、速度較快的 養(yǎng)路機(jī)械。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明第一方面提供一種基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控裝置，其包括GPS 定位儀，該GPS定位儀安裝于司機(jī)室內(nèi)，該司機(jī)室內(nèi)還裝有工控機(jī)，該工控機(jī)與數(shù)據(jù)存儲 器連接，所述工控機(jī)與所述GPS定位儀之間連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡，所述工控機(jī)與執(zhí)行元件連 接，并控制執(zhí)行元件的動(dòng)作。優(yōu)選的是，所述GPS定位儀是指利用全球定位系統(tǒng)（Global PositioningSystem)進(jìn)行定位的儀器，該全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem) 是指利用定位衛(wèi)星，在地球的全部范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，又稱全球衛(wèi)星定位系 統(tǒng)，簡稱GPS定位系統(tǒng)。
[0005] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述GPS定位儀的精度為10cm。
[0006] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述數(shù)據(jù)存儲器的容量不小于500GB。
[0007] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述數(shù)據(jù)存儲器包括減振裝置，該減振裝置包括外 殼，該外殼內(nèi)嵌裝內(nèi)殼，所述外殼與所述內(nèi)殼之間填充減振膠，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行保 護(hù)。
[0008] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述工控機(jī)安裝于司機(jī)室內(nèi)的操作臺中，該工控機(jī) 通過接收GPS定位儀的信號對機(jī)械進(jìn)行行車及作業(yè)控制。
[0009] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡將GPS定位儀的數(shù)據(jù)I轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù) II，并將數(shù)據(jù)II傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)識別數(shù)據(jù)II并做出相應(yīng)的指令，同時(shí)所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡 將工控機(jī)的操作指令轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)III，并將數(shù)據(jù)III傳輸?shù)礁鱾鞲衅骷白鳂I(yè)單元，所述個(gè)傳感 器和作業(yè)單元識別數(shù)據(jù)III并根據(jù)數(shù)據(jù)III對應(yīng)的指令做出相應(yīng)的動(dòng)作。
[0010] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述定位儀包括降低誤差的方法，該方法包括， a. 測量至少三次養(yǎng)路機(jī)械的特征點(diǎn)的位置信息； b. 以測量所得數(shù)值為圓心，以衛(wèi)星精度值為半徑作圓； c. 取三次測量值皆位于極限位置的數(shù)據(jù)； d. 計(jì)算三次測量值的極限位置所組成的三角形的外接圓的半徑； 依a、b、c、d的順序依次進(jìn)行。
[0011] 本發(fā)明第一方面所述的基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控裝置的工作方式是：將 鐵路沿線所需作業(yè)量提前輸入到存儲器中，在機(jī)械進(jìn)行作業(yè)時(shí)，掛低速作業(yè)檔，啟動(dòng)GPS定 位儀，對機(jī)械進(jìn)行定位，同時(shí)工控機(jī)提取數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)庫中關(guān)于此路段的作業(yè)數(shù)據(jù)， GPS定位儀定位完畢后，工控機(jī)參照數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)庫中所存數(shù)據(jù)與實(shí)際測量儀器所測 數(shù)據(jù)做對比，工控機(jī)根據(jù)比對結(jié)果操作養(yǎng)路機(jī)械開始作業(yè)，在作業(yè)行進(jìn)過程中GPS定位儀 進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，在不同特征點(diǎn)，工控機(jī)均比對數(shù)據(jù)存儲器中存儲的線路數(shù)據(jù)與車輛實(shí)測采 集的線路數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)定的作業(yè)量對機(jī)械控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。
[0012] 當(dāng)養(yǎng)路機(jī)械行駛到特征點(diǎn)時(shí)，GPS定位儀自動(dòng)給出所在作業(yè)路段的位置信號，工控 機(jī)接收該位置信號并進(jìn)行定位計(jì)算，養(yǎng)路機(jī)械掛作業(yè)檔，并由工控機(jī)自動(dòng)從存儲器中調(diào)取 相應(yīng)位置的作業(yè)數(shù)據(jù)，與養(yǎng)路機(jī)械檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，給出作業(yè)量，然后工控機(jī)將所需作 業(yè)量傳輸?shù)金B(yǎng)路機(jī)械原有的工控機(jī)I中，養(yǎng)路機(jī)械在其原有的工控機(jī)I控制下，自行按照 所給操作量進(jìn)行作業(yè)。在高速行車及低速作業(yè)時(shí)司機(jī)可隨時(shí)手動(dòng)操作所述GPS定位儀，以 便校正線路位置和數(shù)據(jù)。
[0013] 施工作業(yè)時(shí)設(shè)定固定步進(jìn)量作為作業(yè)參考，當(dāng)施工機(jī)械在施工過程中遇到影響施 工安全的情況時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)施工步進(jìn)量與施工速度，從而在確保施工安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械 的自動(dòng)化施工指導(dǎo)作業(yè)。
[0014] 所述特征點(diǎn)是指：軌道線路參數(shù)改變的位置，例如：緩直點(diǎn)、直緩點(diǎn)、道岔、線路高 程變化位置的特定點(diǎn)。
[0015] 更多操作對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，不再贅述。
[0016] 本發(fā)明第一方面所述的基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控裝置的技術(shù)方案包括 上述各部分的任意組合，上述各部分組件的簡單變化或組合仍為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017] 本發(fā)明第一方面所述基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控裝置能夠?qū)崿F(xiàn)智能化操 作，極大地減少養(yǎng)路工人的體力勞動(dòng)，并能提高作業(yè)效率，極大地改善作業(yè)精度，有效節(jié)約 天窗時(shí)間，對提高鐵路線路運(yùn)力、節(jié)約通行時(shí)間具有積極效果。
[0018] 本發(fā)明第二方面提供一種基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控方法，其包括： a. 將鐵路沿線所需作業(yè)參數(shù)輸入數(shù)據(jù)存儲器； b. 養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)行至作業(yè)地點(diǎn)并掛低速作業(yè)檔開始作業(yè)； c. 啟動(dòng)GPS定位儀，對養(yǎng)路機(jī)械定位； d. 工控機(jī)提取數(shù)據(jù)存儲器中的作業(yè)參數(shù)并與路線實(shí)際測量數(shù)據(jù)比對； e. 工控機(jī)根據(jù)預(yù)存參數(shù)與實(shí)測參數(shù)的差值確定作業(yè)量； f. 工控機(jī)將作業(yè)量傳輸至養(yǎng)路機(jī)械內(nèi)部的工控機(jī)I中； g. 工控機(jī)I控制養(yǎng)路機(jī)械的作業(yè)方式。
[0019] 優(yōu)選的是，上述方案依8、13、〇、(1、6、；^8的順序依次進(jìn)行。
[0020] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在步驟a既定的路線內(nèi)，循環(huán)執(zhí)行步驟b、c、d、e、f、 g°
[0021] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，待步驟a既定的路線作業(yè)完畢后，運(yùn)行至下一作業(yè) 地點(diǎn)，并再次執(zhí)行一次步驟a、b、c、d、e、f、g，然后在該作業(yè)地點(diǎn)內(nèi)的步驟a的既定路線內(nèi) 循環(huán)執(zhí)行步驟b、c、d、e、f、g。
[0022] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述定位儀包括降低誤差的方法，該方法包括： a. 養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)入特征點(diǎn)時(shí)測量至少三次位置信息； b. 以測量所得數(shù)值為圓心，以衛(wèi)星精度值為半徑作圓； c. 取三次測量值皆位于極限位置的數(shù)據(jù)； d. 計(jì)算三次測量值的極限位置所組成的三角形的外接圓的半徑； 依a、b、c、d的順序依次進(jìn)行。
[0023] 更多操作對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，不再贅述。
[0024] 本發(fā)明第二方面所述的基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控方法的技術(shù)方案包括 上述各部分的任意組合，上述各部分組件的簡單變化或組合仍為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025] 本發(fā)明第二方面所述基于GPS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械自控方法節(jié)約人力資源，節(jié)省 鐵路線路的維護(hù)時(shí)間和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)比人工操作精度更高的維護(hù)作業(yè)。
[0026] 本發(fā)明的第三方面還提供一種降低GPS定位誤差的方法。
[0027]GPS定位是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等觀測量和用戶鐘差實(shí)現(xiàn) 的，要獲得地面的三維坐標(biāo)，必須對至少四顆衛(wèi)星進(jìn)行測量，測量定位過程中，包括三部分 誤差： 第I誤差是由衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等引起的； 第II誤差是由傳播延遲導(dǎo)致的誤差； 第III誤差為各用戶接收機(jī)固有的誤差，由內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等原因造 成。
[0028] 第II誤差大部分可以消除，消除程度主要取決于基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的距 離。
[0029]對于第I誤差，采用差分原理進(jìn)行消除，差分，是采用在距定位目標(biāo)10km范圍內(nèi) 加設(shè)一組GPS定位儀，由于相處位置相對較近，大氣電離層誤差、對流層誤差影響效果基本 相同，因此可做差分，消除這部分誤差。另外，由于采用同一型號GPS定位儀，因此衛(wèi)星鐘誤 差、星歷誤差皆相同，采