CC BY
86
УДК 529.3:624.04
АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕМОНТА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Владимир Васильевич Щербаков
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, кандидат технических наук, профессор кафедры инженерной геодезии, тел. (913)912-86-91, e-mail: [email protected]
Алексей Георгиевич Фомин
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии, тел. (383)328-04-37, e-mail: [email protected]
Ольга Николаевна Лыско
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии, тел. (383)328-04-37, e-mail: [email protected]
Геннадий Васильевич Попов
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, старший преподаватель кафедры инженерной геодезии, тел. (383)328-04-37 e-mail: [email protected]
Анатолий Петрович Могилевич
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, старший преподаватель кафедры инженерной геодезии, тел. (383)328-04-37 e-mail: [email protected]
Рассмотрены преимущества использования цифровых технологий при геодезическом обеспечении ремонта железных дорог, значительно повышающих эффективность и качество этих работ по сравнению с традиционными методами.
Ключевые слова: глобальная навигационная спутниковая система, традиционные методы геодезического обеспечения, система автоматизации управления, электронный проект.
GEODETIC SUPPORT REPAIR OF RAILWAYS
Vladimir V. Scherbakov
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., Ph. D., Prof., head department of Engineering Geodesy, tel. (913)912-86-91, e-mail: [email protected]
Aleksey G. Fomin
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., Ph. D., Assoc. Prof.,department of Engineering Geodesy, tel. (383)328-04-37
Olga N. Lysko
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., Ph. D., Assoc. Prof. department of Engineering Geodesy, tel. (383)328-04-37, e-mail:[email protected]
Gennadii V. Popov
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., Lecturer, department of Engineering Geodesy, tel. (383)328-04-37
Anatolii P. Mogilevich
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk St., Lecturer, department of Engineering Geodesy, tel. (383)328-04-37
The advantages of using digital technology geodetic maintenance repair railways, significantly improve the efficiency and quality of these studies compared to conventional methods.
Key words: global navigation satellite system, the traditional methods, automation systems, electronic project.
Современный уровень ремонта железных дорог представляет собой наличие комплекса высокопроизводительных дорожно-строительных и путевых машин, оборудованных автоматизированными системами управления технологическими процессами. Геодезическое обеспечение ремонта железных дорог при использовании дорожно-строительной и путевой строительной техники принципиально отличается от традиционных методов, в основе которых лежат разбивочные работы.
Процесс геодезического обеспечения традиционными методами начинается с подготовительных работ по восстановлению опорной геодезической сети, контролю ее состояния, расчетами и составлению разбивочных чертежей. На следующем этапе выполняются разбивочные работы. В процессе ремонта производится операционный контроль и после окончания выполняется исполнительная съемка. Геодезисты и технологи на всех этапах от подготовительных работ до исполнительных съемок выполняют большой объем работ, связанный с измерениями, закреплением точек, выносом в натуру высотных отметок, проектных линий, вершин углов поворота кривых и т. д. Наличие «человеческого фактора», трудоемкость работ, грубые ошибки приводят к дополнительным затратам и снижению качества работ.
Применение автоматизированных систем управления (САУ) на базе хордовых методов позволяет выправочно-рихтовочным машинам в автоматизированном режиме выполнять важную функцию по сглаживанию (устранению неровностей в плане и в профиле), что обеспечивает высокий уровень по чистовой выправке пути в процессе ремонта. При этом для постановки пути в проектное положение используются копир-струна и другие средства, требующие основательной геодезической подготовки, как до начала ремонтных работ, так и в процессе их выполнения.
Принципиальные изменения геодезического обеспечения ремонта железных дорог связаны с развитием цифровых технологий, особенно с появлением ГНСС. До появления ГНСС определение координат в автоматизированном режиме выполнялось инерциальными системами, гироскопическими системами, в основе которых лежит схема счисления пути (топопривязчик). Автоматизиро-
ванные системы на основе метода двойного интегрирования (инерциальные системы) приращения ускорений по осям (Х, У,2) или интегрирование приращения курсового угла (схема счисления пути) позволяют на коротких отрезках пути (до 20 м) добиваться миллиметровой точности, но при этом из-за «ухода» гироскопов погрешность накапливается, и результаты измерений на более длинных отрезках пути не обеспечивают требуемой точности определения пространственного положения пути.
Применение ГНСС для автоматизации в системах управления выправкой пути, вырезкой балласта и других технологических процессах позволило исключить недостатки гироскопических методов, в частности зависимость точности от времени работы системы автоматического управления (САУ). ГНСС в отличие от инерциальных систем не обеспечивает на коротких дистанциях (до20м) высокую точность взаимного положения точек (1-2мм) рельсовой колеи. Вследствие этого при создании измерительного комплекса АПК «Профиль» для геодезического обеспечения железных дорог было выполнено ком-плексирование инерциальных систем, гирополукомпаса и ГНСС, что позволило обеспечить высокую точность взаимного положения точек на коротких дистанциях и приемлемую точность на участках работ до 10 км. АПК «Профиль» позволяет представлять пространственное положение оси железнодорожного пути в координатах (Х,У,Н) с «шагом» в 2 см.
Традиционно пространственное положение оси пути представлялось в виде дирекционных углов, расстояний и характеристик кривых (табл.)
Таблица
Пикетаж точки Характеристика точки Радиус, „м Шшиаил Дирекционный угол направления до ШШ™чки Расстояние между точками пощщщшш. Расстояние между точками по оси дудим.
X У
5859+00.00 Начало дащщ 0 74738.046 10584.282 178-38'54" 4.730 4.730
5859+04.73 Конец прямой 0 74733.317 10 5 84.3 93 179"09'15"
Начало переходной кривой 119.997 120.000
5860+24.73 Конец переходной кривой 2300 74613.333 10586.165 181= 37'50"
Начало круговой кривой 119.758 119.770
5861+44.50 Конец круговой кривой 2300 74493.624 10582.757 184-22'14"
Начало круговой кривой 3600 156.070 156.080
5863+00.58 Конец круговой кривой 3600 74338.007 10570.873 189" 17' 22"
Начало круговой кривой 3300 423.466 423.758
5867+2434 Конец круговой кривой 2300 73920.095 10502.517 194° 56'31"
Начало круговой кривой 2800 192.580 192.622
5869+16.96 Конец круговой кривой 2800 73734.027 104 52.862 197"43'59"
Начало переходной кривой 119.997 120.000
5870+36.96 Конец переходной кривой 0 73619.730 10416.315 198"09'20"
Начало дашш 5003.250 5003.250
5920+40.21 Конец прямой 0 68855.571 8857.319 198"31'39"
Начало переходной кривой 119.999 120.000
5921+00.21 Конец переходной кривой 3000 68751.791 8819.188 203= 35'14"
Начало круговой кривой 449.505 449.940
5926+10.15 Конец круговой кривой 3000 58339.84-1 8639.320 206-38' 51"
Начало переходной кривой 119.996 120.000
5927+30.15 Конец переходной кривой 0 58234.533 8581.791 209"21'38"
Начало дашш 19 85.229 19 85.230
5947+15.33 Конец прямой 0 56498.837 7618.206 208" 43'42"
Начало переходной кривой 99.997 100.000
5948+15.38 Конец переходной кривой 3140 66411.14-8 7570.142 198" 49'07"
Начало круговой кривой 1015.075 1019.570
5958+34.95 Конец круговой кривой 3140 654 50.3 3 3 7242.708 188" 55'90"
Начало переходной кривой 100.000 100.000
5959+34.95 Конец переходной кривой 0 65351.554 7227.128 188" 36' 28"
Начало дашш 65.050 65.050
5960+00.00 Конец прямой 0 652 87.237 7217.392 -
При выполнении контурной съемки железнодорожных путей с использованием АПК «Профиль» исходные данные представлены в виде набора цифр, описывающих пространственное положение железнодорожного пути и геометрические параметры рельсовой колеи:
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-44.896 ,--16.496 ;663.476 ;8655
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-44.454 ;-16.356 ;663.476 ;8656
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-44.033 ;-16.165 ;663.476 ;8657
$ОРОвЛ,050934.00,5507.86243421Л 08257.16677216,Е,4,8,1.0,216.805,М, -35.951,М,1.0,0029*56
$0Р0БУ,2,1,8,2,39,087,46,5,17,216,41,10,69,133,52,13,16,029,38*49
$0Р0БУ,2,2,8,6,24,304,43,24,53,262,49,29,63,281,51,30,28,231,44*72
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-43.659 ;-15.930 ;663.476 ;8658
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-43.348 ;-15.686 ;663.476 ;8659
-5.913 ;662.196 ;-2.448 ;1578.808 ;-43.078 ;-15.467 ;663.476 ;8660
Полученные данные используются для создания электронных проектов. Электронный проект представляет собой данные пространственного положения оси пути и геометрические параметры определенным образом структурированные с форматом, обеспечивающим работу САУ на базе ГНСС.
х_МСК;у_МСК;Ъ_МСК;1а1^^)884;1оп^)^^)884;пшет;возвышенж;вырезт;код 6049807.43;416269.27;98.79;54.5666;73.7046;57000.73;0.00;0.20 РК570 604973 7.27;416340.88;98.83;54.5660; 73.7057;57100.98; 0.00; 0.20;РК5 71 6049667.61;416412.58;98.88;54.5654; 73.7068;57200.95; 0.00; 0.20;РК5 72 6049598.52;416483.69;98.92;54.5647; 73.7080;57300.09;0.00;0.20;РК573 6049528.26;416555.58;98.96;54.5641; 73.7091;57400.61;0.00; 0.20;РК5 74
Из приведенных величин в таблице 1 и структуры данных электронного проекта видно насколько отличается представление электронного проекта от традиционного проекта выправки пути.
В Сибирском государственном университете путей сообщений (СГУПС) разработаны САУ на базе ГНСС для всех типов путевых строительных машин (ЭЛБ, ВПО, Доумат, ЩСМ1200, ЯМ2002). В настоящее время эти машины работают на ЗСЖД. СГУПС в оснащении путевой строительной железнодорожной техники на базе ГНСС занимает лидирующие позиции в России.
Внедрение цифровых технологий позволило значительно повысить эффективность геодезического обеспечения ремонта железных дорог за счет сокращения этапов и отдельных видов работ. Подготовительные работы с использо-
ванием САУ на базе ГНСС включают в себя создание электронного проекта, при этом этап разбивочных работ исключается из технологического процесса. Операционный контроль выполняется с использованием непосредственно САУ по избыточной информации. Данные по выправке пути и вырезке балласта в процессе работы САУ записываются в БД САУ и после окончания ремонта используются для контроля соответствия выполненных работ проектным данным. Исполнительная съемка выполняется с использованием АПК «Профиль».
Таким образом, геодезическое обеспечение ремонта железных дорог с использованием цифровых технологий принципиально изменилось и в настоящее время все технологические процессы, включая постановку пути в проектное положение, автоматизированы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент 147033 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В29/04. Система для управления выправкой пути / В.В. Щербаков, А.И. Пименов, И.В. Щербаков, А.Н. Модестов, И.А. Бунцев, В.П. Славкин. -№ 2014120965/11; заявл. 23.05.2014, опубл. 27.10.2014.
2. Патент 2261302 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В35/00. Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления / В.В. Щербаков, А.Н. Модестов, В.М. Круглов, И И. Козятник, А.В. Демура. - № 200311110/11; заявл. 20.10.2004, опубл. 27.09.2005.
3. Ковалева О. В. Использование ГИС-технологии при определении пространственного положения и геометрических параметров железной дороги // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 101-107.
4. Патент 112209 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В35/00. Путевая машина / В.В. Щербаков, А.Н. Модестов, В.Д. Верескун, А.С. Пикалов. - № 2011133389/11; заявл. 09.08.2011, опубл. 10.01.2012.
5. Патент 136048 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В29/04. Устройство для выправки железнодорожного пути / В.В. Щербаков, И.В. Щербаков, А.Н. Модестов, И.А. Бун-цев, В.П. Славкин. -№ 2013134278/11; заявл. 22.07.2013, опубл. 27.12.2013.
6. Щербаков В. В. Выправка пути при реконструкции и ремонте железнодорожных путей с использованием ГИС-технологий и ГНСС // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 3. - С. 14-20.
© В. В. Щербаков, А. Г. Фомин, О. Н. Лыско, Г. В. Попов, А. П. Могилевич, 2015
