CN117233818A - 增强基于北斗\gnss的捣固车里程定位技术稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁路北斗\GNSS导航定位多源数据融合技术领域，公开了一种增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，包括S101，采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，若可用，则执行S102；若不可用，则单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；S102，根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；S103，根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步等；该方法在提高捣固车高精度定位的连续性与稳定性方面表现出色，确保了全线定位的无缝衔接和里程基准的统一性，为捣固车精测精捣的里程基准统一及提升北斗\GNSS高精度定位稳定性提供了有效且实用的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及铁路北斗\GNSS导航定位的多源数据融合技术，具体涉及一种增强基于北斗\GNSS卫星的捣固车里程定位技术稳定性的方法及其***。
背景技术
在铁路中，道砟是用于支撑轨道枕木的碎石材料，它有助于吸收列车经过时产生的载荷、热量和噪音，确保钢轨轨距的稳定性。但随着时间的流逝，由于材料的特性，道砟可能会发生多向的非等距位移，这可能导致钢轨与理想位置发生偏差，形成轨道的不平顺。为确保行车安全和乘客舒适度，需要定期使用轨检仪对铁路的线性几何参数进行测量，并随后使用大型捣固机械进行矫正。传统的捣固作业依赖于捣固车上的里程计进行定位，这与轨检仪的坐标定位方法存在差异，从而导致两者在定位精度、误差累积和起始基准等方面存在较大的差异。这经常导致捣固车和轨检仪之间的里程错位，从而产生“测捣不统一”的问题，进一步影响捣固效果和轨道质量指数（TQI）的提升。
利用北斗\GNSS定位***进行捣固车的里程定位可以使捣固车和轨检仪在里程定位的原理、精度和基准上保持一致，从而解决上述的错位问题。这项技术是通过4G/5G网络接收来自附近基准站的卫星差分数据来实现的，以纠正捣固车的北斗\GNSS卫星定位误差，从而达到实时厘米级定位精度。但此技术仍存在以下问题，影响了捣固车的定位精度稳定性：
1、在常规铁路环境中，北斗\GNSS的RTK定位的精度可能会短时间内浮动，例如当捣固车经过大型结构或受到外部电磁信号干扰时，可能会导致卫星信号短暂中断；同时，4G/5G网络通信的不稳定也可能导致数据传输延迟，这都会影响定位精度。
2、在特定的铁路环境，例如偏远山区或新藏铁路的无人区，由于成本考虑，通信运营商可能未建立基站，从而导致北斗\GNSS接收机无法与基准站通信，无法获得网络RTK的厘米级定位服务。
3、在某些特定环境下，例如隧道内，北斗\GNSS信号可能会受到遮挡，从而导致北斗\GNSS***无法提供定位、导航和授时服务。
为了解决上述问题，提高配备北斗\GNSS接收机的捣固车的测量和捣固的连续性和稳定性，以及提升大型养路机械捣固作业的质量，迫切需要一种增强基于北斗\GNSS卫星的捣固车里程定位技术稳定性的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法及***。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，包括：S101，采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，若可用，则执行S102；若不可用，则单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；S102，根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；S103，根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步；S104，建立捣固车的加速度漂移模型；S105，利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据的速度与里程计测量速度的误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波；S106，利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值；S107，逐个历元地执行S103至S106，得到每个历元的修正后的速度值和里程值。
在本发明中，优选的，所述S102包括：S1021，计算加速度差值，公式为：，式中，/>为当前时刻的加速度差值，/>为上一时刻的加速度差值，/>为当前时刻里程计的加速度，/>为当前时刻北斗\GNSS数据的加速度；S1022，将/>与预设最大限定值/>进行比较，若/>，则判定捣固车发生了空转或滑行，若/>，则判定捣固车未发生空转或滑行；S1023，若捣固车发生空转或滑行，则以北斗\GNSS数据的速度为参考对空转或滑行导致的速度和位移误差进行修复，公式为：/>，/>，式中，/>为当前时刻捣固车的速度；/>为北斗\GNSS数据测得当前时刻的速度；/>为误差总和；为上一时刻测量的捣固车的位移；/>为北斗\GNSS数据和里程计同步测量周期。
在本发明中，优选的，所述S104包括：S1041，建立捣固车的加速度的状态方程和观测方程，状态方程为：， 观测方程为：，其中，/>为当前时刻的位移，/>为下一时刻的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为当前时刻的加速度，也可记作/>，/>为当前时刻的扰动加速度，也可记作/>，/>为下一时刻的扰动加速度，有/>=，/>为高斯白噪声，/>为常数；S1042，建立状态向量为：/>，建立加速度漂移模型为：
，
其中，为位移，/>为/>时段的速度，/>为/>时段的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为高斯白噪声，/>为常数。
在本发明中，优选的，所述S105包括：S1051，利用加速度漂移模型建立状态向量和测量模型，状态向量方程为：，测量模型方程为：，其中，/>为/>时刻状态向量，/>,为/>时刻北斗\GNSS测量的速度，/>为/>时刻里程计测量的速度，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为状态矩阵的观测量，/>为观测矩阵，，/>是***噪声，/>是观测噪声，/>和/>均是服从/>分布的零均值高斯白噪声；S1052，根据采样周期T离散化卡尔曼滤波方程，进行状态预测，公式为：
，
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态预测向量，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为k-1时刻的状态预测向量，/>为***的采样周期；S1053，计算先验误差协方差，公式为：
，
，
其中，为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为滤波在/>时刻的后验误差协方差矩阵，/>为/>时刻到/>时刻状态转移矩阵，/>为***的噪声方差矩阵；S1054，根据先验误差协方差计算卡尔曼增益，公式为：
，
其中，为卡尔曼增益，/>为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为观测矩阵，/>为测量噪声的方差矩阵，/>，/>是速度差值的观测矩阵的协方差参数；S1055，根据卡尔曼增益矩阵更新后验的状态估计值，公式为：
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态估计向量，/>为k时刻的状态估计向量，/>为卡尔曼增益矩阵，/>为状态矩阵的观测量矩阵，/>为观测矩阵；S1056，更新状态误差协方差，公式为：/>，其中，/>为/>时刻的先验误差协方差矩阵，为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为卡尔曼增益，/>为观测矩阵。
在本发明中，优选的，当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时，还包括：S001，建立精测控制网，精测控制网联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；S002，架设基准站，将三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上，把基准站接收机安装在三脚架基座，对中、整平、量取仪器高；S003，利用基准站接收北斗\GNSS数据，配置基准坐标、截止高度角、采样间隔和仪器高，并把主机数据链设置为电台；S004，在流动站安装接收机天线，并将流动站固定在捣固车D点支座上，设置电台通道、差分电文格式、波特率与基准站保持一致；S005，流动站通过获取基准站数据与自身采集数据进行差分，解算捣固车D点位置的三维坐标，然后执行S101至S107。
在本发明中，优选的，当捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时，还包括：S201，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设RFID定位标签，通过轨检仪进行轨道精测，获取轨枕的精测里程，并将轨枕的精测里程写入对应的RFID定位标签中；S202，捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道；S203，捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差；S204，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道。
增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***，包括：采集模块，用于采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，在北斗\GNSS数据不可用时，单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；第一修正模块，用于根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；同步模块，用于根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步；模型建立模块，用于建立捣固车的加速度漂移模型；滤波模块，用于利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据与里程计测量速度误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波；第二修正模块，用于利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值；遍历模块，用于控制同步模块、模型建立模块、滤波模块、第二修正模块相互配合，逐个历元地对里程计的速度值和里程值进行修正。
在本发明中，优选的，当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时，还包括：精测控制网，所述精测控制网联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；基准站，所述基准站通过三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上；流动站，所述流动站安装有接收机天线，所述流动站固定在捣固车D点支座上，流动站的电台通道、差分电文格式、波特率与基准站保持一致。
在本发明中，优选的，捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时，还包括：RFID定位标签，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设，所述RFID定位标签中写入对应的精测里程；数据通道控制模块，用于捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道；标签同步模块，用于捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明结合卡尔曼滤波算法，将北斗\GNSS定位技术与传统基于里程计的捣固车定位方法相融合。当北斗\GNSS卫星信号短暂中断时，里程计能独立提供导航和定位信息；而在北斗\GNSS信号恢复后，北斗\GNSS测量信息会持续校准里程计定位***，从而显著减少其累积误差。通过这种方式，本发明充分利用了各定位子***的优势，实现了一个高精度、高可靠性的捣固车定位***。
2、本发明充分考虑了铁路线路所面临的各种外部环境因素，增强了北斗\GNSS定位技术的适应性。在无人区或山区等无法接收到网络信号的地方，本发明改进了基站与移动站之间的数据传输方式，引入了增强电台并建立了通讯链路，确保捣固车的移动接收机能够重新获得厘米级实时定位服务。
3、本发明为捣固车提供了在隧道内外之间无缝切换的组合导航模式。这解决了在隧道内部作业时，由于北斗\GNSS***无法提供位置服务，而里程计***又可能产生误差累积的问题。在隧道外部，***采用北斗\GNSS和里程计的组合导航；当进入隧道时，***切换到里程计与RFID的组合导航。这不仅确保了里程计的准确性，而且通过RFID卡信息持续修正里程计的定位结果，使得该***具有稳定性、高精度、低成本等显著优点。
附图说明
图1为本发明一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法的流程图。
图2为本发明一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法的逻辑图。
图3为本发明一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法中S102的流程图。
图4为本发明一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法中S104的流程图。
图5为本发明一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法中S105的流程图。
图6为本发明另一实施例当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法增加的部分的流程图。
图7为本发明另一实施例当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法增加的部分的逻辑图。
图8为本发明另一实施例当捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法增加的部分的流程图。
图9为本发明另一实施例当捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法增加的部分的逻辑图。
图10为本发明另一实施例捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域示意图。
图11为本发明另一实施例增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***的结构示意图。
图12为本发明另一实施例当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***的结构示意图。
图13为本发明另一实施例当捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***的结构示意图。
附图中：1、采集模块；2、第一修正模块；3、同步模块；4、模型建立模块；5、滤波模块；6、第二修正模块；7、遍历模块；8、精测控制网；9、基准站；10、流动站；11、RFID定位标签；12、数据通道控制模块；13、标签同步模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、 “ 水平的”、“ 左”、“ 右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一较佳实施方式提供一种增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，在北斗\GNSS数据大部分时间可用的一般铁路应用场景中，采用北斗\GNSS+里程计的捣固车组合定位***。首先建立捣固车的运动模型，然后选取北斗\GNSS与里程计测量速度误差为状态量，最后对速度误差进行卡尔曼滤波，修正里程计的速度，计算里程结果，如图1所示，具体包括以下步骤：
S101，采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，若可用，则执行S102；若不可用，则单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警。
通过采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果判断北斗\GNSS数据是否可用，若不可用，单独使用里程计定位并设置北斗\GNSS不可用时间的阈值，超过阈值***报警并且制动捣固车，等待北斗\GNSS信号恢复或者重置里程计等采取报警等其他措施。
S102，根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差。
若北斗\GNSS可用，修正捣固车发动时里程计车轮空转滑行误差，采用加速度检测法，具体的，如图3所示，S102包括：
S1021，计算加速度差值，公式为：
，
式中，为当前时刻的加速度差值，/>为上一时刻的加速度差值，/>为当前时刻里程计的加速度，/>为当前时刻北斗\GNSS数据的加速度；
S1022，将与预设最大限定值/>进行比较，若/>，则判定捣固车发生了空转或滑行，若/>，则判定捣固车未发生空转或滑行；
S1023，若捣固车发生空转或滑行，则以北斗\GNSS数据的速度为参考对空转或滑行导致的速度和位移误差进行修复，公式为：
，
，
式中，为当前时刻捣固车的速度；/>为北斗\GNSS数据测得当前时刻的速度；/>为误差总和；/>为上一时刻测量的捣固车的位移；/>为北斗\GNSS数据和里程计同步测量周期。
S103，根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步。
清空脉冲信号计数器，计数器以北斗\GNSS的1PPS信号为基准，记录里程计期间发出的脉冲数，实现北斗\GNSS与里程计数据采集的同步，同时北斗\GNSS为里程计提供里程位置基准。
S104，建立捣固车的加速度漂移模型。
具体的，如图4所示，S104可包括：
S1041，建立捣固车的加速度的状态方程和观测方程，
状态方程为：
，
观测方程为：
，
其中，为当前时刻的位移，/>为下一时刻的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为当前时刻的加速度，也可记作/>，/>为当前时刻的扰动加速度，也可记作/>，/>为下一时刻的扰动加速度，有/>=/>，
为高斯白噪声，/>为常数；
S1042，建立状态向量为：
，
建立加速度漂移模型为：
，
其中，为位移，/>为/>时段的速度，/>为/>时段的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为高斯白噪声，/>为常数。
S105，利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据的速度与里程计测量速度的误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波。
具体的，如图5所示，S105包括：
S1051，利用加速度漂移模型建立状态向量和测量模型，
状态向量方程为：
，
测量模型方程为：
，
其中，为/>时刻状态向量，/>,/>为/>时刻北斗\GNSS测量的速度，/>为/>时刻里程计测量的速度，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为状态矩阵的观测量，/>为观测矩阵，/>，是***噪声，/>是观测噪声，/>和/>均是服从/>分布的零均值高斯白噪声；
S1052，根据采样周期T离散化卡尔曼滤波方程，进行状态预测，公式为：
，
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态预测向量，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为k-1时刻的状态预测向量，/>为***的采样周期；
S1053，计算先验误差协方差，公式为：
，
，
其中，为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为滤波在/>时刻的后验误差协方差矩阵，/>为/>时刻到/>时刻状态转移矩阵，/>为***的噪声方差矩阵；
S1054，根据先验误差协方差计算卡尔曼增益，公式为：
，
其中，为卡尔曼增益，/>为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为观测矩阵，/>为测量噪声的方差矩阵，/>，/>是速度差值的观测矩阵的协方差参数；
S1055，根据卡尔曼增益矩阵更新后验的状态估计值，公式为：
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态估计向量，/>为k时刻的状态估计向量，/>为卡尔曼增益矩阵，/>为状态矩阵的观测量矩阵，/>为观测矩阵；
S1056，更新状态误差协方差，公式为：
其中，为/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为卡尔曼增益，/>为观测矩阵。
得到新的状态估值后，还需要更新状态误差协方差，为计算下个时刻的先验状态协方差阵做准备。
S106，利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值。
S107，逐个历元地执行S103至S106，得到每个历元的修正后的速度值和里程值。
计算所得结果修正里程计的速度值，根据采样周期T求得里程计的里程变化值，将和/>代入/>时刻，重复执行S103至S106，逐历元计算组合***的里程值。
本实施例的方法的基本逻辑如图2所示。
在本发明一个优选的实施例中，在特殊偏远山区、无人区等区域，无法获取4G/5G移动网络信号，在北斗\GNSS+里程计组合导航定位的基础上加入增强电台。首先需要布设控制网，然后将基准站架设在控制点上，最后开启外挂电台进行基准站和流动站间的数据交互，如图6所示，具体包括以下步骤：
S001，建立精测控制网，精测控制网联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；
S002，架设基准站，将三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上，把基准站接收机安装在三脚架基座，对中、整平、量取仪器高；
S003，利用基准站接收北斗\GNSS数据，配置基准坐标、截止高度角、采样间隔和仪器高，并把主机数据链设置为电台；
S004，在流动站安装接收机天线，并将流动站固定在捣固车D点支座上，设置电台通道、差分电文格式、波特率与基准站保持一致；
S005，流动站通过获取基准站数据与自身采集数据进行差分，解算捣固车D点位置的三维坐标，然后执行S101至S107。
该部分方法的基本逻辑如图7所示。
在北斗\GNSS卫星拒止环境（通常为隧道），采用里程计+RFID的组合定位***，如图10所示。首先在隧道内布设控制网，然后将里程信息绑定到轨枕上RFID芯片中，当捣固车在隧道内作业时主要以里程计进行定位，最后通过扫描固定间隔的RFID芯片对里程计定位结果进行补偿修正。如图8所示，具体包括以下步骤：
S201，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设RFID定位标签，通过轨检仪进行轨道精测，获取轨枕的精测里程，并将轨枕的精测里程写入对应的RFID定位标签中；
S202，捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道；
S203，捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差；
S204，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道。
该部分方法的基本逻辑如图9所示。
本发明另一实施例还提供一种增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***，如图11所示，包括：
采集模块1，用于采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，在北斗\GNSS数据不可用时，单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；
第一修正模块2，用于根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；
同步模块3，用于根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步；
模型建立模块4，用于建立捣固车的加速度漂移模型；
滤波模块5，用于利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据与里程计测量速度误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波；
第二修正模块6，用于利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值；
遍历模块7，用于控制同步模块3、模型建立模块4、滤波模块5、第二修正模块6相互配合，逐个历元地对里程计的速度值和里程值进行修正。
在本发明另一个优选的实施例中，当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时，如图12所示，还包括：
精测控制网8，精测控制网8联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；
基准站9，基准站9通过三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上；
流动站10，流动站10安装有接收机天线，流动站10固定在捣固车D点支座上，流动站10的电台通道、差分电文格式、波特率与基准站9保持一致。
在本发明另一个优选的实施例中，捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时，如图13所示，还包括：
RFID定位标签11，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设，RFID定位标签11中写入对应的精测里程；
数据通道控制模块12，用于捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道；
标签同步模块13，用于捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签11获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果。其中，的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (10)
1.增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，包括：
S101，采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，若可用，则执行S102；若不可用，则单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；
S102，根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；
S103，根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步；
S104，建立捣固车的加速度漂移模型；
S105，利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据的速度与里程计测量速度的误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波；
S106，利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值；
S107，逐个历元地执行S103至S106，得到每个历元的修正后的速度值和里程值。
2.根据权利要求1所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，所述S102包括：
S1021，计算加速度差值，公式为：
，
式中，为当前时刻的加速度差值，/>为上一时刻的加速度差值，/>为当前时刻里程计的加速度，/>为当前时刻北斗\GNSS数据的加速度；
S1022，将与预设最大限定值/>进行比较，若/>，则判定捣固车发生了空转或滑行，若/>，则判定捣固车未发生空转或滑行；
S1023，若捣固车发生空转或滑行，则以北斗\GNSS数据的速度为参考对空转或滑行导致的速度和位移误差进行修复，公式为：
，
，
式中，为当前时刻捣固车的速度；/>为北斗\GNSS数据测得当前时刻的速度；为误差总和；/>为上一时刻测量的捣固车的位移；/>为北斗\GNSS数据和里程计同步测量周期。
3.根据权利要求2所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，所述S104包括：
S1041，建立捣固车的加速度的状态方程和观测方程，
状态方程为：
，
观测方程为：
，
其中，为当前时刻的位移，/>为下一时刻的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为当前时刻的加速度，也可记作/>，/>为当前时刻的扰动加速度，也可记作/>，/>为下一时刻的扰动加速度，有/>=/>，
为高斯白噪声，/>为常数；
S1042，建立状态向量为：
，
建立加速度漂移模型为：
，
其中，为位移，/>为/>时段的速度，/>为/>时段的加速度，/>为随机加速度的当前均值，/>为高斯白噪声，/>为常数。
4.根据权利要求1所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，所述S105包括：
S1051，利用加速度漂移模型建立状态向量和测量模型，
状态向量方程为：
，
测量模型方程为：
，
其中，为/>时刻状态向量，/>,/>为/>时刻北斗\GNSS测量的速度，/>为/>时刻里程计测量的速度，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为状态矩阵的观测量，/>为观测矩阵，/>，/>是***噪声，/>是观测噪声，/>和/>均是服从/>分布的零均值高斯白噪声；
S1052，根据采样周期T离散化卡尔曼滤波方程，进行状态预测，公式为：
，
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态预测向量，/>为/>时刻到/>时刻的状态转移矩阵，/>为k-1时刻的状态预测向量，/>为***的采样周期；
S1053，计算先验误差协方差，公式为：
，
，
其中，为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为滤波在/>时刻的后验误差协方差矩阵，/>为/>时刻到/>时刻状态转移矩阵，/>为***的噪声方差矩阵；
S1054，根据先验误差协方差计算卡尔曼增益，公式为：
，
其中，为卡尔曼增益，/>为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为观测矩阵，/>为测量噪声的方差矩阵，/>，/>是速度差值的观测矩阵的协方差参数；
S1055，根据卡尔曼增益矩阵更新后验的状态估计值，公式为：
，
其中，为k-1时刻对k时刻的状态估计向量，/>为k时刻的状态估计向量，/>为卡尔曼增益矩阵，/>为状态矩阵的观测量矩阵，/>为观测矩阵；
S1056，更新状态误差协方差，公式为：
其中，为/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为滤波在/>时刻的先验误差协方差矩阵，/>为卡尔曼增益，/>为观测矩阵。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时，还包括：
S001，建立精测控制网，精测控制网联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；
S002，架设基准站，将三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上，把基准站接收机安装在三脚架基座，对中、整平、量取仪器高；
S003，利用基准站接收北斗\GNSS数据，配置基准坐标、截止高度角、采样间隔和仪器高，并把主机数据链设置为电台；
S004，在流动站安装接收机天线，并将流动站固定在捣固车D点支座上，设置电台通道、差分电文格式、波特率与基准站保持一致；
S005，流动站通过获取基准站数据与自身采集数据进行差分，解算捣固车D点位置的三维坐标，然后执行S101至S107。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法，其特征在于，当捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时，还包括：
S201，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设RFID定位标签，通过轨检仪进行轨道精测，获取轨枕的精测里程，并将轨枕的精测里程写入对应的RFID定位标签中；
S202，捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道；
S203，捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差；
S204，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道。
7.增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集北斗\GNSS数据，解析GGA格式的定位结果，判断北斗\GNSS数据是否可用，在北斗\GNSS数据不可用时，单独使用里程计定位，并记录不可用时间，当不可用时间达到阈值时，制动捣固车并报警；
第一修正模块，用于根据北斗\GNSS数据修正捣固车发动时里程计车轮的空转、滑行误差；
同步模块，用于根据北斗\GNSS数据对脉冲信号计数器的数据进行同步；
模型建立模块，用于建立捣固车的加速度漂移模型；
滤波模块，用于利用加速度漂移模型选取北斗\GNSS数据与里程计测量速度误差为状态量，对速度误差进行卡尔曼滤波；
第二修正模块，用于利用卡尔曼滤波所得结果修正里程计的速度值和里程值；
遍历模块，用于控制同步模块、模型建立模块、滤波模块、第二修正模块相互配合，逐个历元地对里程计的速度值和里程值进行修正。
8.根据权利要求7所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***，其特征在于，当捣固车处于无4G/5G移动网络信号的区域时，还包括：
精测控制网，所述精测控制网联接原有控制网点或国家控制点，按照二等GNSS精度进行数据处理；
基准站，所述基准站通过三脚架架设在原有控制网点或国家控制点上；
流动站，所述流动站安装有接收机天线，所述流动站固定在捣固车D点支座上，流动站的电台通道、差分电文格式、波特率与基准站保持一致。
9.根据权利要求7所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的***，其特征在于，捣固车处于北斗\GNSS卫星拒止环境区域时，还包括：
RFID定位标签，在北斗\GNSS卫星拒止环境区域内的轨枕上以预设间隔布设，所述RFID定位标签中写入对应的精测里程；
数据通道控制模块，用于捣固车运行至北斗\GNSS卫星拒止环境区域的时刻关闭捣固车的北斗\GNSS数据通道，捣固车驶出北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，北斗\GNSS数据初始化，定位精度稳定后开启北斗\GNSS数据通道；
标签同步模块，用于捣固车进入北斗\GNSS卫星拒止环境区域后，通过读取每个RFID定位标签获取当前轨枕的精测里程，与里程计结果进行同步和互校，消除里程计累计误差。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1至6中任一项所述的增强基于北斗\GNSS的捣固车里程定位技术稳定性的方法。
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