CC BY
61
УДК 528.48
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ
Иван Владимирович Щербаков
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, ведущий инженер, e-mail: sibdorproect@bk.ru
Разработка автоматизированных средств и методов геодезического обеспечения реконструкции (ремонта) железных дорог с использованием цифровых технологий.
Ключевые слова: геометрические параметры пути, геоинформационные системы, ремонты пути.
GEODETIC METHODS OF DEFINITION GEOMETRIC PARAMETERS OF RAIL
Ivan V. Shcherbakov
Siberian Transport University, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 Dusi Kovalchuk St., Leading Engineer of the Research Laboratory for Diagnostic of Road Surfacing and Roadbed, tel. (913)795-33-33, e-mail: sibdorproect@bk.ru
Developed three fundamentally different ways and implemented of automatic control systems for the road-building machines.
Key words: locationand geometrics, geoinformation system, repair of rail track.
Железная дорога является сложным инженерным сооружением строительство и эксплуатация, которого регламентируется десятками различных нормативных документов, в том числе по геометрическим параметрам. Кроме того, железная дорога находится под воздействием динамических нагрузок, связанными с природно-климатическими условиями и движением поездов.
На этапе строительства в процессе разбивочных работ, операционного контроля и исполнительных съемках определяются продольные и поперечные уклоны (продольный и поперечный профиль), габариты приближения строений, геометрические параметры рельсовой колеи (возвышение рельса, ширина колеи, положение рельсовых нитей в плане и профиле, длина рельсовой плети).
В процессе эксплуатации дорог, те же параметры определяются с регламентируемой периодичностью, что обеспечивает контроль за отклонением от норм содержания и своевременное устранение дефектов.
Система контроля геометрических параметров является эффективной и обеспечивает безопасность движения и технико - эксплуатационные требования к эксплуатации железных дорог.
Основным средством контроля является вагон-путеизмеритель для магистральных дорог и путеизмерительная тележка типа ПТ-7МК для всех других железнодорожных путей. Оценка состояния геометрических параметров выполняется в стандарте ЦП515. Для контроля геометрии рельсовой колеи ис-
пользуется вагоны - путеизмерители КВЛП, ЦНИИ-4 "Интеграл" и др. типы измерительных и передвижных лабораторных комплексов.
Принцип работы вагонов - путеизмерителей заключается в измерении стрелы изгиба в середине 20 метровой хорде с использованием линейных оптических или механических датчиков, датчиков ширины колеи, инклинометров, энкодеров.
Основным недостатком измерительных систем является ограниченные функциональные возможности, связанные с длиной измерительной базы равной 20 м. Измерительная база 20 метров обеспечивает плавность хода поезда при скоростях до 100км/ч. При увеличении скоростей необходимо измерять геометрические параметры рельсовой колеи на измерительной базе до 200 м. Кроме того при определении динамики измерения геометрических параметров в режиме мониторинга необходимо точная пространственная привязка.
Этим условиям удовлетворяет разработаная в 2002 году способ получения геометрических параметров по пространственным данным с использованием гиросистем устройство для его реализации [1].
Большое распространения в настоящее время получили приборы в основе которых лежит инерциальная система:
• Tachy Rail фирмы «GEO-Metrik AG» (Германия);
• АПК «Профиль» - СГУПС (Россия, г.Новосибирск) (рис. 1);
• Swiss trolleys фирмы «terra Vermessungen ag» (Швейцария);
• GRP System FX фирмы «Amberg Technologies» (Швейцария);
• РПИ (Россия, г. Самара, НПЦ ИН «Инфотранс»).
Рис. 1. АПК "Профиль"
Опыт эксплуатации в течение 15 лет АПК "Профиль" показал недостатки которые ограничивают производительность работ за счет не производительных
простоев при проведении калибровок одометра, инерциальной системы, инклинометра, датчика ширины колеи, а при обработке данных синхронизация измерений ГНСС и инерциальной системы, преобразования систем координат для обеспечения единой координатной среды.
С учетом опыта эксплуатации АПК "Профиль", разработан АПК "Про-филь-М" на базе мультисистемы GNSS Leica Icon80, с двумя антеннами.
Исследования двух антенных спутниковых приемников позиционирования GNSS с двумя синхронно работающими измерительными системами различных разработчиков для выбора оптимального спутникового приемника (разрабатываемого АПК) выполнялось в соответствии с критериями, наличие доступных протоколов обмена данными, соответствующих работе с референц-сетью и временными базовыми станциями, синхронизации и точности измерений, надежности и функциональных возможностей аппаратуры (скорость обмена данными, частота и др). Всего исследования были выполнены по четырем фирмам: Trimble (SPS855; SPS555H), Leica GNSS ( ICON 80), Javad (Sigma), Topcon (OEM-1), имеющим двух антенную аппаратуру для взаимного определения их положения. Sigma (Javad) при исследовании из-за ограниченных функциональных возможностей и не соответствующего нашим требованиям протокола обмена был забракован, а из остальных по обозначенным критериям выбран ICON 80.
По результатам исследований, разработан АПК "Профиль-М" Общий вид АПК "Профиль-М" показан на рис. 2, кинематическая схема на рис. 3, структурная схема показана на рис. 4.
Рис. 2. общий вид АПК "Профиль-М"
Рис. 3. Кинематическая схема АПК "Профиль-М"
Основными узлами АПК "Профиль-М" является ходовая тележка 1, спутниковый приемник GNSS-2, с антеннами 3 и компьютер 4.
Сущность работы АПК "Профиль-М" заключается в измерении координат фазовых центров антенн, вычисление пространственной ориентации оси тележки, вектора движения и оси пути соответственно.
Главным условием определения геометрических параметров рельсовой колеи является обеспечение параллельности вектора движения и оси пути. Для этого разработана специальная конструкция ходовой тележки.
Ширина колеи (шаблон):
АХ = Х2 - X,
2 1 (1) АY = У2 - У,
I = л1АХ 2 + АУ2 (2)
Возвышение рельса (уровень):
АН = Н2 - Н (3)
Положение рельсовых нитей в плане определяется с использованием координатных методов в соответствии со следующими алгоритмами:
Рис. 4. Схема определения неровности (стрелы изгиба) в горизонтальной плоскости
У„
X.. + X,,
_ 7-1_7+1
" 2
У . + У.+1
7-1_7+1
2
(4)
ГАХ' = X - X
7 В
АУ' = У - Ув
(5)
¿ = 12 +АУ '2
(6)
Положение рельсовых нитей в вертикальной плоскости (просадка):
ЯН , + Н ,
_ _ 7-1 7+1
2
(7)
АН' = Н - Н
в 7
(8)
Рис. 5. Схема определения неровностей рельсовой колеи в вертикальной плоскости (просадки в стандарте ЦП 515)
<
Результаты расчета и визуализации геометрических параметров рельсовой колеи показаны на графиках в стандарте ЦП 515 ОАО «РЖД» на рис. 6.
Рис. 6. Расчет и визуализация геометрических параметров рельсовой колеи
в стандарте ЦП 515
Результаты расчета и визуализации параметров кривой в стандарте ОАО 'РЖД" ФП-5 показан на рис. 7.
Рис. 7. Расчет и визуализация параметров кривой в стандарте ОАО «РЖД» ФП-5
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления: пат. на изобретение 2261302 Российская Федерация, МПК 51 Е01В35/00 / В.В. Щербаков [и др.]; заявитель и патентообладатель СГУПС. -№ 2003111110/11; заявл. 17.04.2004, опубл. 27.09.2005.
2. Щербаков В. В. Выправка пути при реконструкции и ремонте железнодорожных путей с использованием ГИС-технологий и ГНСС // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Между-нар. 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.
3. Разработка систем автоматизированного управления выправкой пути на базе ГНСС, Транспортное строительство, 2015г, №9 стр22-25
4. Щербаков В. В., Щербаков И. В. Анализ способов постановки железнодорожного пути в проектное положение при реконструкции (модернизации) и эксплуатационной работе // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2014. X Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 1. - С. 87-92.
5. Пат. 116862 Российская Федерация МПК 51 Е01В 35/00 В61К 9/08. В.Д. Верескун, В.А. Герасимов, В.В. Щербаков и др. - № 2011150328/11; 09.12.2011; опубл. 10.06.2012.
© И. В. Щербаков, 2017
