據(jù)采集設(shè)備51、分析服務(wù)器52、高度調(diào)節(jié)桿53和測(cè)試 軌道車54。
[0112] 高度調(diào)節(jié)桿53能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，并將數(shù)據(jù)采集設(shè)備51固定在測(cè)試軌道車54 上。
[0113] 數(shù)據(jù)采集設(shè)備51包括接收機(jī)天線511及其饋線516、攝像頭512及其饋線、無(wú)線信 號(hào)天線513及其饋線、固定架514、自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)515。
[0114] 數(shù)據(jù)采集設(shè)備51中的接收機(jī)天線511、攝像頭512、無(wú)線信號(hào)天線513沿測(cè)試列車 的車頭方向固定在固定架上514,三者間距不宜過(guò)大。
[0115] 固定架514安裝在自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)上515。自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)515可以自動(dòng)地 根據(jù)云臺(tái)515中的三軸加速度計(jì)指示的云臺(tái)姿態(tài)信息，通過(guò)水平和垂直方向做二自由度運(yùn) 動(dòng)，時(shí)刻保持云臺(tái)515上的固定架514處于水平狀態(tài)。
[0116] 換句話說(shuō)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備51中的接收機(jī)天線511及其饋線、攝像頭512及其饋線、 無(wú)線信號(hào)天線513及其饋線通過(guò)固定架沿車頭方向依次固定在自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)515上。
[0117] 攝像頭512的視角應(yīng)接近或等于180度，可使用但不限于魚(yú)眼鏡頭。攝像頭12應(yīng) 當(dāng)略高于接收機(jī)天線511，并使得接收機(jī)天線511的最高點(diǎn)距離攝像頭沿列車方向中心線 的仰角等于5度。換句話說(shuō)，攝像頭512與接收機(jī)天線511最高點(diǎn)之間的仰角應(yīng)為5度，且 兩者之間水平距離應(yīng)在30cm以內(nèi)。
[0118] 攝像頭512的安裝應(yīng)當(dāng)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定內(nèi)容為：（1)當(dāng)測(cè)試軌道車水平放置且處于 靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，放置在自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)15上的攝像頭12獲取到的圖像的垂直中心線與測(cè) 試軌道車的車頭方向平行。（2)保證圖像的中心點(diǎn)為攝像頭12的平面與直線（攝像頭12 的中心點(diǎn)垂直于地面的直線）的交點(diǎn)。接收機(jī)天線平行于地面的最高點(diǎn)所在平面為518。
[0119] 測(cè)試軌道車514由車輪和車架組成。
[0120] 測(cè)量開(kāi)始后，測(cè)試軌道車54沿鐵路線路低速、且勻速行駛。自動(dòng)水平調(diào)整云臺(tái)515 通過(guò)內(nèi)置的三軸加速度計(jì)感知軌道車54水平和垂直方向的傾斜度，實(shí)時(shí)調(diào)整云臺(tái)515的水 平和垂直姿態(tài)，保證云臺(tái)515上的接收機(jī)天線511、攝像頭512、無(wú)線信號(hào)天線513始終處于 水平狀態(tài)。
[0121] 如圖7所示，分析服務(wù)器52包括：無(wú)線通信模塊43、接收機(jī)模塊42、分析裝置41。 其中，如圖8所示，分析裝置41包含差分轉(zhuǎn)發(fā)模塊35、地圖匹配模塊34、圖像處理模塊33、 精密星歷處理模塊32、可用性分析模塊31。
[0122] 數(shù)據(jù)采集設(shè)備51中的接收機(jī)天線511將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)通過(guò)饋線發(fā)送給 分析服務(wù)器52中的接收機(jī)模塊42。攝像頭512通過(guò)饋線發(fā)送天頂圖像數(shù)據(jù)給分析服務(wù)器 52內(nèi)的分析裝置41。無(wú)線信號(hào)天線513通過(guò)饋線將地面通信數(shù)據(jù)發(fā)送給分析服務(wù)器52內(nèi) 的無(wú)線通信模塊43。其中，地面通信數(shù)據(jù)為地面差分基站發(fā)送的差分改正數(shù)據(jù)。地面差分 基站可以是地基差分、星基差分等多種差分系統(tǒng)。
[0123] 分析裝置41通過(guò)內(nèi)部的差分轉(zhuǎn)發(fā)模塊35將差分改正數(shù)據(jù)發(fā)送給接收機(jī)模塊42， 用以提高接收機(jī)模塊42的定位精度。
[0124] 換句話說(shuō)，無(wú)線信號(hào)天線513接收地面差分基站發(fā)送的差分改正數(shù)據(jù)，并發(fā)送至 分析服務(wù)器52中的分析裝置41，并經(jīng)由分析裝置41中的差分轉(zhuǎn)發(fā)模塊35轉(zhuǎn)發(fā)給接收機(jī)模 塊42,使接收機(jī)模塊42完成差分定位，輸出定位結(jié)果。
[0125] 接收機(jī)模塊42周期性向分析裝置41發(fā)送定位結(jié)果，并同時(shí)周期性地通過(guò)1PSS接 口不斷觸發(fā)分析裝置41中的圖像處理模塊33采集車頂攝像頭512的圖像信息。兩個(gè)周期 起始及周期間隔始終保持一致。
[0126] 在接收到接收機(jī)模塊42發(fā)送的定位信息后，圖像處理模塊33將定位信息發(fā)送給 地圖匹配模塊34,地圖匹配模塊34能夠?qū)⒍ㄎ稽c(diǎn)投影到線路數(shù)字軌道地圖上的一個(gè)里程 點(diǎn)，從而獲得當(dāng)前時(shí)刻接收機(jī)天線所在的線路里程信息。線路里程信息是指線路里程點(diǎn)距 離線路某一個(gè)固定點(diǎn)的相對(duì)距離。
[0127] 本發(fā)明中，定位信息是定位點(diǎn)的坐標(biāo)；空間信號(hào)是沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的高頻電子波，經(jīng) 過(guò)接收機(jī)模塊處理后得到定位點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0128]同時(shí)，圖像處理模塊33在1PPS的觸發(fā)下，拍照獲得當(dāng)前時(shí)刻攝像512所在車頂天 空?qǐng)D像，獲得線路當(dāng)前里程點(diǎn)的天空可見(jiàn)度。換句話說(shuō)，接收機(jī)模塊42周期性發(fā)送定位結(jié) 果及1PPS信號(hào)給分析裝置41中的圖像處理模塊33。圖像處理模塊33在1PPS觸發(fā)下，拍 照獲取當(dāng)前定位點(diǎn)的天空?qǐng)D像，通過(guò)圖像處理技術(shù)，獲得天空可見(jiàn)度。
[0129] 也就是說(shuō)，圖像處理模塊33將定位結(jié)果發(fā)送給地圖匹配模塊34進(jìn)行匹配，并獲取 該定位結(jié)果在線路地圖數(shù)據(jù)庫(kù)（等同于上述的線路數(shù)字軌道地圖數(shù)據(jù)）應(yīng)定位點(diǎn)的里程信 息，圖像處理模塊33將天空可見(jiàn)度與里程信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，表示當(dāng)前里程位置點(diǎn)的天空可見(jiàn) 度。整個(gè)測(cè)量過(guò)程需要在有可見(jiàn)光情況下進(jìn)行。
[0130] 天空可見(jiàn)度是指攝像頭仰角大于5度視野內(nèi)天頂?shù)奈幢徽趽鯀^(qū)域。如果存在線路 旁邊、上方的遮擋，當(dāng)前里程點(diǎn)將損失部分天空可見(jiàn)度。圖像處理模塊33能夠計(jì)算損失的 這部分天空可見(jiàn)度的仰角和方位角區(qū)域。
[0131] 圖像處理模塊33計(jì)算損失的這部分天空可見(jiàn)度的仰角和方向角區(qū)域的方法包 括：
[0132] (1)將圖像中的相對(duì)位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為以定位點(diǎn)為原點(diǎn)，確定圖像中其他位置點(diǎn)相 對(duì)于原點(diǎn)的方位角、高度角關(guān)系。如圖9所示，方位角以真北方向?yàn)?°點(diǎn)，取值范圍為 0-359° ;高度角以本地地平線為0°點(diǎn)，取值范圍為0-90°。圖像垂直中心線與0°方位角 之間的夾角等于接收機(jī)輸出的$XXVTG語(yǔ)句（如果是GPS(全球定位系統(tǒng)）的NMEA語(yǔ)句，XX 表示GP;如果是BDS(中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）的NMEA語(yǔ)句，XX表示BD;如果是GLONASS(俄 羅斯的全球定位系統(tǒng)）的NMEA語(yǔ)句，XX表示G1)中的運(yùn)動(dòng)角度值。圖像的仰角劃分是固 定的，不隨定位點(diǎn)變化而變化。找到圖像中0°方位角線和0°高度角線，即可確定圖像中 每個(gè)扇形區(qū)域塊所覆蓋的方位角和仰角范圍。換句話說(shuō)，圖像處理過(guò)程中，需要將圖像中的 相對(duì)位置關(guān)系轉(zhuǎn)換為以定位點(diǎn)為原點(diǎn)，其他位置點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的方位角、高度角關(guān)系。如圖 4所示，圖像垂直中心線與0°方位角之間的夾角等于接收機(jī)22輸出的$XXVTG語(yǔ)句中的運(yùn) 動(dòng)角度值。
[0133] (2)通過(guò)對(duì)圖像中遮擋特征的提取，找到扇形區(qū)域內(nèi)被建筑物等遮擋的區(qū)域，其 余區(qū)域（且仰角大于y度）作為天空可見(jiàn)度的仰角和方位角區(qū)域，y的取值范圍通常為5、 15,取決于實(shí)際鐵路應(yīng)用中接收機(jī)偽距定位時(shí)所采用衛(wèi)星仰角的最小值。換句話說(shuō)，通過(guò)對(duì) 圖像中遮擋特征的提取，找到扇形區(qū)域內(nèi)被建筑物等遮擋的區(qū)域，其余區(qū)域（且仰角大于5 度）作為天空可見(jiàn)度。
[0134] 精密星歷處理模塊32是一種后處理方式，因此在完成上述過(guò)程后，需要首先獲取 測(cè)量當(dāng)天的24小時(shí)精密星歷數(shù)據(jù)，例如IGS(三維數(shù)模）網(wǎng)站的SP3格式精密星歷，精密星 歷的軌道精度為2. 5cm左右，在觀測(cè)后12-18天才能得到，其高精度特性適合將精密星歷給 出的衛(wèi)星軌道坐標(biāo)作為真值。由于精密星歷間隔15分鐘給出衛(wèi)星在ITFR(International TerrestrialReferenceFrame，國(guó)際地球參考框架）系下的三維軌道信息，因?yàn)镮TFR坐標(biāo) 系與廣播星歷采用的WGS84 (為GPS全球定位系統(tǒng)使用而建立的坐標(biāo)系統(tǒng)）坐標(biāo)系偏差為 厘米級(jí)，在計(jì)算過(guò)程中可以忽略不計(jì)。為了獲得更多的精密星歷數(shù)據(jù)，需內(nèi)插精密星歷，使 歷元間隔縮小至1分鐘，因此可獲得24小時(shí)內(nèi)的1440組衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)。
[0135] 可用性分析模塊31根據(jù)里程點(diǎn)所在的經(jīng)煒高程信息，根據(jù)這1440組衛(wèi)星軌道數(shù) 據(jù)，計(jì)算該里程點(diǎn)處、在天空可見(jiàn)度條件下的衛(wèi)星可見(jiàn)數(shù)的最小值，即為公式（1)中變量a 的值。
[0136] 可用性分析模塊31計(jì)算衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)的本地可用性的方法為：