CC BY
27
Осин Виктор Александрович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Студент кафедры «Автоматика и телемеханика», ОмГУПС.
E-mail: osin_victor@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Борисенко, Д. В. Практический подход к изучению микропроцессорных систем интервального регулирования движения поездов [Текст] / Д. В. Борисенко, В. А. Осин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - 1 (29). - C. 90 - 99.
Osin Viktor Aleksandrovich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Graduate student of the department «Signalling and Interlocking», OSTU.
E-mail: osin_victor@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Borisenko D. V., Osin V.A. Teaching and learning microprocessor block signalling systems by practice. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 29, no. 1, pp. 90 - 99 (In Russian).
УДК 621.316.97
В. А. Кандаев, М. А. Леденев, А. В. Пономарев
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ПУСТОТЕЛЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ И АНАЛИЗА
РАСПОЗНАННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
Аннотация. В настоящее время отсутствует эффективное решение по оценке коррозионного состояния подземной части железобетонных опор контактной сети, не требующее откопки опоры. Данная проблема делает актуальной задачу по разработке программно-аппаратного комплекса определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор контактной сети. Авторами данной статьи сформирован программный модуль, позволяющий реализовать панорамную съемку внутренней поверхности подземной части опоры, повысить качество полученных изображений, провести поиск неоднородностей и определить их геометрические параметры, а также выполнить анализ обнаруженных неоднородностей. Внедрение результатов проведенной работы позволит снизить временные и трудовые затраты и повысить эффективность диагностических работ на опорах контактной сети.
Ключевые слова: коррозия, опора контактной сети, блуждающие токи, диагностика, техническое состояние, компьютерное зрение, программный модуль, панорама, внутренняя поверхность.
Vasiliy A. Kandaev, Maxim A. Ledenev, Anton V. Ponomarev
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
THE SOFTWARE MODULE OF FORMATION OF THE PANORAMIC IMAGE
OF AN INTERNAL SURFACE OF AN UNDERGROUND PART OF HOLLOW
REINFORCED CONCRETE SUPPORT OF CONTACT NETWORK AND THE ANALYSIS OF THE RECOGNIZABLE INHOMOGENEITIES
Abstract. Now there is no efficient decision to estimate a corrosion condition of an underground part of reinforced concrete support of contact network which is not demanding digging of a support. This problem makes actual a task of development of a hardware and software system of definition of a corrosion condition of an underground part of reinforced concrete support of contact network. As a result of work the software module allowing to realize panoramic shooting of an internal surface of an underground part of a support, to increase quality of the received images, to carry out searching of inhomogeneities and to determine their geometrical parameters, and also to make the analysis of the
found inhomogeneities. Implementation of results of work will allow to reduce time and labor costs, and also to increase efficiency of diagnostic works on support of contact network.
Keywords: corrosion, support of contact network, ground currents, diagnostics, technical condition, computer vision, software module, panorama, internal surface.
В настоящее время в компании ОАО «Российские железные дороги» находится в эксплуатации около 1,5 млн разнотипных железобетонных опор контактной сети с различным сроком эксплуатации. Для этих опор характерны коррозионные повреждения металлической арматуры подземной части в зоне переменной влажности и максимального приложенного механического момента, приводящие к потере несущей способности. Выход из строя опоры контактной сети приводит к существенным материальным затратам и может повлечь за собой несчастные случаи. Основными источниками коррозионных разрушений являются токи, стекающие с арматуры вследствие неисправности изолирующих элементов опоры [1].
Оценка коррозионного состояния железобетонных опор контактной сети является сложной задачей, потому что основная часть дефектов имеет скрытый характер, а сложное физико-химическое взаимодействие арматуры и бетона требует комплексного подхода к данной проблеме [2]. Сложности возникают при обследовании поверхности бетона и арматуры в подземной части опоры, так как в настоящее время отсутствует эффективное решение по определению коррозионного состояния подземной части железобетонных опор контактной сети, не требующее откопки опоры.
В настоящее время для диагностики состояния железобетонных опор контактной сети применяются различные методы (потенциальных диаграмм, вибрационный, электрохимический, ультразвуковой). Множество методов требует организации доступа к обследуемой поверхности, вследствие чего диагностику состояния подземной части опор без откопки выполнить практически невозможно; результаты данных методов существенно зависят как от параметров грунта, в котором установлена опора, так и от состояния самой опоры [3]. Методы, позволяющие определять состояние опоры без откопки (например, классическая версия визуального метода, определяющая состояние опоры по коррозионным повреждениям на надземной поверхности опоры), как правило, не дают достаточной точности обследования.
Методы оценки технического состояния железобетонных опор контактной сети, рекомендованные действующей нормативно-технической документацией, не позволяют определять состояние подземной части опор контактной сети. Данная проблема делает актуальной задачу по разработке программно-аппаратного комплекса определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор контактной сети.
Для выполнения поставленной задачи авторами статьи разработаны модули программно-аппаратного комплекса, позволяющие выполнить контурный анализ изображений [4] и повысить качество изображений, полученных в условиях недостаточной освещенности [5]. Программное обеспечение реализовано на языке C/C++ с подключением библиотеки компьютерного зрения OpenCV, которая содержит алгоритмы компьютерного зрения, обработки изображений и численных алгоритмов общего назначения с открытым кодом.
Разработанные ранее программные модули переработаны, дополнены функцией объединения полученных изображений в панорамное. В результате сформирован программный модуль, позволяющий реализовать панорамную съемку внутренней поверхности подземной части опоры, повысить качество полученных изображений, провести поиск неоднородностей и определить их геометрические параметры, а также проанализировать полученную в результате обработки информацию о найденных неоднородностях.
Блок-схема программного модуля представлена на рисунке 1.
В процессе работы программного модуля обеспечивается формирование панорамного изображения внутренней поверхности опоры с помощью панорамной видеоэндоскопической системы, которая обеспечивает возможность создавать 360-градусную панораму внутренней поверхности опоры, что позволяет в итоге получить изображение требуемого качества, а
также снизить продолжительность обследования опоры и упростить конструкцию видеосистемы, так как отпадает необходимость поворотов в фундаментальной плоскости.
Формирование панорамного изображения осуществляется по фотоснимкам с шести камер, расположенных на одной высоте под углом 60° друг к другу в азимутальной плоскости. Угол обзора каждой камеры составляет 75°, что обеспечивает порядка 20° перекрытия изображений соседних камер (рисунок 2), данное условие позволяет собрать из шести снимков одно панорамное изображение (рисунок 3). Если перекрытие будет меньше или больше указанной величины 20°, то система обработки изображений может не справиться со сборкой панорамы в автоматическом режиме. Поэтому характеристики камер и их расположение играют важную роль в формировании панорамы.
Рисунок 1 - Блок-схема программного модуля
Ий^рюкение 1 Зона и^ряфыши Ида>ражга1к
Рисунок 2 - Пример перекрытия двух изображений
После получения панорамного изображения наступает этап улучшения качества изображения за счет повышения контрастности путем выравнивания гистограммы. Под выравниванием понимается повышение качества визуального восприятия, т. е. проведение таких преобразований, чтобы на изображении в равных количествах присутствовали пиксели с различными значениями яркости из заданного динамического диапазона интенсивностей, делая изображение качественным и информативным. В результате выравнивания гистограммы в большинстве случаев существенно расширяется динамический диапазон, что позволяет отобразить ранее не замеченные фрагменты [6].
Рисунок 3 - Пример части панорамного изображения
Заключительный этап работы программного модуля - контурный поиск, вычисление геометрических параметров и анализ параметров обнаруженных неоднородностей.
Поиск контуров неоднородностей заключается в получении множества непроизводных элементов, которые используются для описания границ, полученных по схеме цепного кодирования, предложенной Фрименом [7]. На двумерное изображение накладывается прямоугольная сетка, и узлы сетки, которые наиболее близки к точкам изображения, соединяют отрезками прямых. Каждому такому отрезку в соответствии с наклоном присваивают восьмеричное число. Таким образом, изображение представляется цепью (последовательностью) или цепями восьмеричных чисел, кодов.
Вычисление геометрических параметров неоднородностей (длина, ширина, площадь) реализовано с помощью функции Open CV: arcLength, boundingRect, contourArea. Пример функции, позволяющей рассчитать длину контура: double arcLength(InputArray curve, bool closed). Curve - вектор, содержащий начальную и конечную точки контура, а closed -метка, указывающая закрытый контур или нет.
Анализ геометрических параметров обнаруженных неоднородностей происходит путем сопоставления полученных результатов с предельно допустимыми размерами повреждений, приведенными в действующей нормативно-технической документации, после проанализированная информация заносится в тот или иной информационный журнал дефектов.
В настоящее время изготовлен макетный образец программно-аппаратного комплекса [8], который содержит панорамную видеоэндоскопическую систему, систему освещения, систему управления эндоскопом, персональный компьютер с программным обеспечением, блок питания.
Система освещения с блоком управления плавной регулировкой яркости обеспечивает возможность изменения уровня освещенности внутренней поверхности опоры, что позволяет получить изображение требуемого качества.
Система управления эндоскопом дает возможность поворота видеоэндоскопа в двух взаимоперпендикулярных плоскостях, что позволяет изменять направление наблюдения та-
ким образом, чтобы обследовать внутреннюю поверхность опоры от поверхности грунта до основания опоры.
Определение коррозионного состояния внутренней подземной части пустотелых железобетонных опор контактной сети и линий электропередач осуществляется следующим образом. Через вентиляционное отверстие опоры во внутреннюю полость опоры помешают панорамную видеоэндоскопическую систему, с помощью системы освещения обеспечивается необходимый уровень освещенности внутренней поверхности опоры, с помощью системы управления эндоскопом перемещают его таким образом, чтобы обследовать всю внутреннюю поверхность опоры от поверхности грунта до основания опоры и определить место расположения коррозионного повреждения. Полученная информация анализируется программным обеспечением для автоматического выявления коррозионных повреждений и определения их геометрических параметров. На основании действующей нормативно-технической документации, по наличию и размеру выявленных коррозионных повреждений, а именно трещин и бурых пятен на внутренней поверхности опоры, судят о коррозионном состоянии подземной части пустотелой железобетонной опоры.
Применение результатов проведенной авторами статьи работы позволит повысить достоверность выполняемых обследований опор контактной сети, снизить временные и трудовые затраты по сравнению с методами, рекомендованными действующей нормативно-технической документацией. Наиболее важными параметрами, характеризующими эффективность и конкурентоспособность данной работы, являются отсутствие необходимости откопки подземной части, малогабаритность и мобильность оборудования.
Список литературы
1. Леденев, М. А. Автоматизированная система выявления повреждений в подземной части железобетонных опор контактной сети и линий электропередач без откопки [Текст] / М. А. Леденев, А. В. Пономарев // Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте: Материалы всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участием / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2016. - С. 226 - 230.
2. Котельников, А. В. Блуждающие токи и эксплуатационный контроль коррозионного состояния подземных сооружений систем электроснабжения железнодорожного транспорта [Текст] / А. В. Котельников, В. А. Кандаев / УМЦ ЖДТ. - М., 2013. - 552 с.
3. Подольский, В. И. Железобетонные опоры контактной сети конструкция, эксплуатация, диагностика [Текст] / В. И. Подольский. - М.: Интекст, 2007. - 152 с.
4. Леденев, М. А. Программный модуль первичной обработки изображений, полученных в условиях ограниченного объема [Текст] / М. А. Леденев, А. В. Пономарев // Повышение энергетической эффективности наземных транспортных систем: Материалы междунар. науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2014. - С. 223 - 228.
5. Кандаев, В. А. Программный модуль определения качества изображений в задачах распознавания [Текст] / В. А. Кандаев, А. В. Пономарев, М. А. Леденев //Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - С. 237 - 248.
6. Кандаев, В. А. Программное повышение качества изображений, полученных в условиях недостаточной освещенности [Текст] / В. А. Кандаев, А. В. Пономарев, М. А. Леденев // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. - Хабаровск. - 2015. - № 2 (4). - С. 35 - 38.
7. Фу, К. Структурные методы в распознавании образов [Текст] / К. Фу. - М.: Мир, 1977. - 319 с.
8. Пат. № 166010 Российская Федерация, МПК 00Ш 21/88. Устройство для определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор линий электропередач и контактной сети [Текст] / В. А. Кандаев, М. А. Леденев, К. В. Авдеева, А. В. Пономарев; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - 2016118504/28; заявл. 27.04.2016; опубл. 10.11.2016, Бюл. № 31.
References
1. Ledenev M.A., Ponomarev A.V. Automated system for detection of damages in the underground part of ferroconcrete pillars of contact network and power lines without excavation [Avtom-atizirovannaja sistema vyjavlenija povrezhdenij v podzemnoj chasti zhelezobetonnyh opor kon-taktnoj seti i linij jelektroperedach bez otkopki]. Pribory i metody izmerenij, kontrolja kachestva i diagnostiki v promyshlennosti i na transporte: Materialy vtoroj vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii s mezhdunaijdnom uchastiem - Devices and methods of measurements, quality control and diagnostics in the industry and on transport: Materials of the second All-Russian scientific and technical conference with international participation, 2016, pp. 226 - 230.
2. Kotel'nikov A.V., Kandaev V.A. Vagabond currents and operational monitoring of a corrosion condition of underground constructions of systems of power supply of railway transport [Blu-zhdajushhie toki i jekspluatacionnyj kontrol' korrozionnogo sostojanija podzemnyh sooruzhenij sis-tem jelektrosnabzhenija zheleznodorozhnogo transporta]. Moscow: The educational and methodical center by training on railway transport, 2014, 552 p.
3. Podol'skij V.I. Reinforced concrete support of contact network design, operation, diagnostics [Zhelezobetonnye opory kontaktnoj seti konstrukcija, jekspluatacija, diagnostika]. Moscow: Intekst, 2007, 152 p.
4. Ledenev M.A., Ponomarev A.V. A software module initial processing of images obtained under conditions in a limited volume [Programmnyj modul' pervichnoj obrabotki izobrazhenij, poluchennyh v uslovijah ogranichennogo obema]. Povyshenie jenergeticheskoj jeffektivnosti nazemnyh transportnyh sistem: Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii -Increase in power effectiveness of land transport systems: Materials of the international scientific and practical conference, 2014, pp 223 - 228.
5. Kandaev V.A., Ponomarev A.V., Ledenev M.A. A software module of image quality defining for pattern recognition tasks [Programmnyj modul' opredelenija kachestva izobrazhenij v zadachah raspoznavanija]. Innovacionnye proekty i tehnologii v obrazovanii, promyshlennosti i na transporte: Materialy nauchnoj konferencii - Innovative projects and technologies in education, the industry and on transport: Materials of a scientific conference, 2015, pp. 237 - 248.
6. Kandaev V.A., Ponomarev A.V. Ledenev M.A. Software quality improvement of images, obtained in low light conditions [Programmnoe povyshenie kachestva izobrazhenij, poluchennyh v uslovijah nedostatochnoj osveshhjonnosti]. Transport aziatsko-tihookeanskogo regiona - Pacific Rim transport, 2015, pp. 35 - 38.
7. Fu K. Structural methods in a pattern recognition [Strukturnye metody v raspoznavanii obrazov]. Moscow: world, 1977, p 319.
8. Kandaev V.A., Ledenev M.A., Avdeeva K.V., Ponomarev A.V. Patent RU 166010 G01N 21/88, 10.11.2016.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Кандаев Василий Андреевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Телекоммуникационные, радиотехнические системы и сети», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-06-94.
Леденев Максим Александрович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Kandaev Vasilii Andreevich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation. Doctor of Technical Sciences, Professor of the department «Telecommunications, radio systems and networks», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-06-94.
Ledenev Maxim Aleksandrovich
Omsk State Transport University (OSTU).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Телекоммуникационные, радиотехнические системы и сети», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-06-94/
E-mail: l.m.aleksandrovich@mail.ru
Пономарев Антон Витальевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая электротехника», ОмГУПС.
Тел.: (3812) 31-06-88.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Кандаев, В. А. Программный модуль формирования панорамного изображения внутренней поверхности подземной части пустотелых железобетонных опор контактной сети и анализа распознанных неод-нородностей [Текст] / В. А. Кандаев, М. А. Леденев, А. В. Пономарев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 1 (29). -C. 99 - 105.
35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation. Post-graduate student of the department «Telecommunications, radio systems and networks», OSTU. Phone: +7 (3812) 31-06-94. E-mail: l.m.aleksandrovich@mail.ru
Ponomarev Anton Vitalievich
Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russian Federation. Candidate of Technical Sciences, the senior lecturer of the department «Theoretical electrical engineering», OSTU.
Phone: (3812) 31-06-88.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kandaev V.A., Ledenev M.A., Ponomarev A.V. The software module of formation of the panoramic image of an internal surface of an underground part of hollow reinforced concrete support of contact network and the analysis of the recognizable inhomogeneities. Journal of Transsib Railway Studies, 2017, vol. 29, no. 1, pp. 99 -105 (In Russian).
УДК 624.04: 624.5
А. С. Дороган
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), г. Хабаровск, Российская Федерация
РЕТРОСПЕКТИВА ВАНТОВО-ВИСЯЧИХ МОСТОВ ПОВЫШЕННОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
Аннотация. Показано возросшее влияние вантово-висячих мостов (ВВМ) для перекрытия морских проливов. Дана ретроспектива больших балочно-комбинированных и вантово-висячих мостов. Приведена перспектива больших балочно-комбинированных мостов. Рассмотрены различные схемы вантово-висячих мостов с прямолинейными «вантами». Предлагаются две новые схемы вантово-висячих мостов с криволинейными вантами, которые можно использовать для мостового перехода с материка на о. Сахалин через пролив Невельского.
Ключевые слова: висячий мост, вантовый мост, вантово-висячий мост.
Alexader S. Dorogan
Far Eastern State Transport University (FESTU), Khabarovsk, the Russian Federation
CABLE-STAYED SUSPENSION BRIDGES WITH HIGH AERODYNAMIC
STABILITY
Abstract: The increased influenceof cable-stayed - suspension bridges for crossing of sea passages is shown. The retrospective show of their development is given. The prospect of the big beam - combined bridges is resulted. Various schemes of vantovo-suspension bridges with rectilinear cables are considered. Two new schemes of cable-stayed suspension bridges with curvilinear cables are offered.
Keywords: suspension bridge, cable-stayed bridge, cable-stayed suspension bridge.
№,01279)t ИЗВЕСТИЯ Транссиба 105
