Facebook
YouTube
VKontakte
Instagram

Статьи

Спутниковая геодезия и навигация. Спутниковые технологии мониторинга железных дорог

Новая сфера применения спутниковых GPS технологий на транспорте - это мониторинг геометрии железнодорожных путей.

Актуальность этой задачи объясняется тем, что существующие технологии контроля геометрии плана и профиля, железных дорог, будь-то дискретные схемы наземных измерений или аналоговые методы автоматизированных путеизмерительных устройств, основаны на измерении стрел изгиба fi от перекрывающихся хорд определенной длины d.

Хорошо известно, что способ стрел, реализующий схему перекрывающихся треугольников с измеренными высотами, является неустойчивым в вычислительном отношении и приводит к быстрому накоплению ошибок. В практике железнодорожного транспорта для мониторинга пути в кривых, в качестве меры отклонения пути от тангенса, используют длины эвольвент Эi (по терминологии путейцев, просто эвольвенты). В такой системе каждой измеренной стреле соответствует разностное уравнение

fi = -0.5 * Эi-1 + Эi - 0.5 * Эi+1 (1)

Число уравнений в системе (1) на два больше числа измеренных стрел, поэтому для её решения необходимо не менее двух краевых условий. Обычно принимают эвольвенты 0 и 1 точек равными нулю и вычисляют эвольвенты других точек по формуле

Эi = 2 * [ i * f1 + ( i - 1 ) * f2 + ... + fi ] (2)

Среднеквадратическую ошибку вычисления эвольвент m(Эi), в этом случае можно подсчитать по формуле

m(Эi) = mf * [ 2 * i * ( i + 1 ) * (2 * i + 1) / 3 ] (3)

где mf среднеквадратическая ошибка измерения стрел.

По мере удаления от начала кривой существует чрезвычайно быстрое накопление ошибок определения эвольвент.

Вычисленные по ошибочным эвольвентам проектные эвольвенты (Эi)n содержат систематические ошибки, что снижает эффективность работы выправочных машин и механизмов. Выправив кривую по величинам сдвижек Ci=(Эi)n-Эi, получают некоторую гладкую кривую. Считаю, что её параметры соответствую проекту. На самом деле, вследствие случайных и систематических ошибок измерения стрел, эти параметры не соответствуют действительности, что существенно уже само по себе. Динамические характеристики выправленной кривой хуже чем у проектной, поэтому, при повышении скоростей движения до 160 и более км/час, технология выправки кривой методом сглаживания, приводящая к появлению длинных неровностей пути, совершенно недопустима.

Применение спутниковых технологий позволяет избавиться от указанных недостатков. Летом 1997 г кафедрой геодезии и геоинформатики МИИТа, совместно с фирмой "Геокосмос" была апробирована технология съёмки плана и профиля железнодорожных путей на одной из подмосковных станций. Для съёмки использовались GPS-приёмники фирмы Trimble Navigation. В комплект входили одно и двухчастотные приёмники 4600LS и 4000SSi Geodetic Surveyor.

Непосредственно для съёмки пути использовался двухчастотный приемник 4000SSi, использующий метод Super-track и дающий возможность захвата и удержания слабых спутниковых сигналов даже при наличии интенсивных радиопомех, что весьма существенно при работе в условиях железной дороги.

Модульная конструкция приёмника 4000SSi предоставляет широкие возможности для его дооснащения для точных кинематических съёмок в режиме реального времени. Для управления процессом в таких случаях удобен портативный накопитель данных TDC2.(В настоящее время компания Trimble выпустила новую модель двухчастотных приёмников 5700 и новый накопитель данных TSC1).

Для съёмки рельсовой колеи в кинематическом режиме использовалась тележка дефектоскопа УРД58, оборудованная приспособлениями для установки штативов с GPS приёмниками. Предусмотрено центрирование приёмников по оси рельсов и по оси пути. Тележка легко переносится и перемещается по рельсовой колее. Колеса её изолированы и исключают замыкание электрических рельсовых цепей.

При съёмке пути, приёмник 4600LS устанавливался над опорной точкой на открытом участке, а приёмник 4000SSi - на тележке. Центрировался этот приёмник над осью правого рельса. Измерения выполнялись в динамическом режиме с остановкой на 10-15 сек для ввода в накопитель TDC2 кодов и атрибутов на пикетах, плюсах и для съёмки элементов пути и ситуации. По окончании съёмки приёмник 4000SSi устанавливался на пункте государственной геодезической сети для передачи координат на точку стояния одночастотного приёмника и объекты мониторинга.

Результаты мониторинга показали, что при движении тележки со скоростью порядка 3 км/час дискретность регистрации координат накопителем составляет величину порядка 0.5 м, а среднеквадратическая ошибка их определения не выходит за пределы 5 мм, что вполне удовлетворяет нормативным требованиям, предъявляемым к геометрии пути на скоростных участках железных дорог.

По координатам легко вычислить практически безошибочные значения стрел и эвольвент. Вычисленные по этим данным параметры кривых, эвольвенты и сдвижки будут соответствовать их проектным значениям.

Авторы: Проф.С.И.Матвеев, проф.У.Д.Ниязгулов, к.т.н. С.Р.Мельников, инж. В.В.Легкий, инж.С.Е.Гурин

Статья взята с сайта компании "Навгеоком"

Главная Материалы Статьи Спутниковая геодезия и навигация. Спутниковые технологии мониторинга железных дорог