CC BY
293
УДК 528.48:625.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ
И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Ольга Владимировна Ковалева
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, доцент кафедры «Инженерная геодезия», тел. (383)328-04-37, e-mail: kmn@stu.ru
В статье рассмотрены вопросы применения ГИС-технологий в процессе эксплуатации и при ремонтах пути.
Ключевые слова: геометрические параметры, железная дорога, план, профиль, автоматизированные комплексы, ГИС-технологии.
APPLICATION OF GIS-TECHNOLOGIES FOR RAILWAY POSITION AND LOCATIONAND GEOMETRICS
Olga Vl. Kovalyova
Siberian State University of Railway Engineering, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchouk St., associate professor, department of engineering geodesy, tel. (383)328-04-37, e-mail: kmn@stu.ru
The subject matter of the article relates to the application of GIS-technologies for track maintenance and repair.
Key words: locationand geometrics, railway, plan, cross-section, automation technology, GIS-technologies.
Железнодорожный путь - это объект, имеющий не только пространственное положение, но и регламентированные геометрические параметры. При этом геометрические параметры неразрывно связаны, включая план, продольный и поперечный профили. Увеличение скоростей движения, влечет за собой необходимость повышения требований к геометрическим параметрам и соответственно к содержанию пути, выявлению отступлений и их устранению, применению современных методов получения информации и измерительных средств. Отклонение пути по любому из геометрических параметров содержания ведет к нарушению плавности хода подвижного состава, что влияет на безопасность движения, увеличению динамики расстройства пути и износа элементов верхнего строения пути.
Для обеспечения безопасности движения поездов существуют нормативные документы, регламентирующие отклонение параметров от проектных значений или показателей заложенных в ГОСТ или СНиП. В соответствии с существующими на железных дорогах России стандартами регулярно выполняется контроль отклонения параметров от регламентируемых нормативными документами. Методы и средства диагностики дорог разнообразны и применяются в зависимости от вида и назначения диагностики. Средства измерений делятся на следующие типы: вагоны-путеизмерители;
путеизмерительные тележки; специализированные измерительные средства (шаблоны); геодезические приборы и инструменты. Методы определения геометрических параметров можно разделить на: хордовый; динамический; комбинированный; координатный.
В основном в РФ используют вагоны-путеизмерители различного типа и портативные средства контроля, с высокой периодичностью и строгой регламентацией. Принцип работы путеизмерителей основан на относительных измерениях стрел изгиба на заданной базе (хорде). А для качественного прогноза по дальнейшему развитию отступлений необходимо видеть динамику изменения диагностируемых параметров, соответственно должно быть обеспечено единство измерений во всех проходах вагона. Обеспечить единство измерений можно путем создание специальной реперной сети, что требует больших затраты, и требуется постоянный контроль за положением точек реперной сети [1, 2, 3].
Пространственное положение элементов дорог и геометрических параметров, включая определение длинных неровностей в вертикальной и горизонтальной плоскости («заводин», «лощин»), с высокой точностью может быть определено только геодезическими методами с применением ГИС -технологий [4]. Основой данной технологии является координирование объектов (создание цифровых моделей пути), например, с использованием электронных тахеометров или радионавигационных спутниковых системам глобального позиционирования ГНСС (ГЛОНАСС, GPS). ГНСС позволяют автоматизировать процесс съемки и обработки, сократить некоторые этапы работ, например, этап разбивочных работ, снизить влияние человеческого фактора на результаты наблюдений, повысить скорость выполнения работ.
При выполнении съемочных работ на железной дороге необходимо учитывать, что требования к точности определения геометрических параметров элементов пути (взаимное положение) намного выше требований, по определению пространственного положения этих параметров.
Преимуществом координатных методов является то, что геодезические координаты определяют пространственное положение объекта и могут быть преобразованы из одной системы координат в другую. Координатные методы оценки состояния дорог могут быть использованы для любых расчетов определяющих взаимное положение элементов железнодорожного пути и их положение относительно пространственной системы координат.
ГИС-технологии позволяют значительно расширить диапазон исследований и функциональные возможности измерительных средств используемых при эксплуатации железных дорог, определять координатное положение любой точки, что обеспечивает единство измерений, отображать ее в любой момент времени, получать динамику изменения параметров, выполнять мониторинг, проводить натурные проверки и комплексное автоматизированное проектирование.
Также координатное определение положения пути позволяет регламентировать максимальные руководящие уклоны и минимальные радиусы, получать координаты ИССО и зданий, проводить предпроектные обследования, обеспечивать точность отвода земель под полосу отчуждения.
Для обеспечения ГИС, на железной дороге необходимо проведение комплекса различных операций, начиная от сбора данных при выполнении проектно-изыскательских работ и заканчивая выправкой пути. ГИС объединяет все эти операции в общую технологическую цепочку.
Особенно актуально создание автоматизированной комплексной системы и разработка методик позволяющих в комплексе вести сбор, обработку и выдачу результатов по максимально возможному числу параметров при применении систем автоматизированного управления (САУ) строительной техникой, паспортизации и натурных проверках плана и продольного профиля. Для каждого вида работ есть специфика их выполнения.
Прежде всего, необходимо создать геодезическую основу проводимой съемки, в зависимости от характеристик объекта, линейный или площадной, выбрать способ создания и прибор для его реализации.
Паспортизацию железных дорог предпочтительно вести с движущегося транспортного средства спутниковыми приемниками позиционирования в режиме кинематики в реальном времени, поскольку высокой точности проведения работ не требуется, а объемы работ, как правило, значительны.
Землеустроительные и кадастровые работы на открытой местности небольшого участка предпочтительнее вести тахеометром, если же местность пересеченная, то наиболее актуально использовать спутниковые приемники позиционирования.
Съемку железнодорожных станций и пути при выполнении натурных проверок плана и продольного профиля удобнее проводить не спутниковыми приборы или тахеометрами, а аппаратным комплексом АПК «Профиль» (рис. 1), структурная схема АПК приведена на (рис. 2) [5]. Съемку выполняют по разработанной технологической схеме (рис. 3).
Рис. 2. Структурная схема аппаратуры для определения пространственного положения объектов и геометрических параметров дорог
Рис. 1. АПК «Профиль»
АПК “Профиль” обеспечивает максимальную автоматизацию сбора данных за счет использования спутниковой аппаратуры геодезического класса точности комплексированной с инерционной системой, что позволяет определять координаты пути с приемлемой (±3см) точностью, а геометрические параметры на базе 5-40м с миллиметровой точностью, путеизмерительной тележкой и обрабатывать полученную информацию в программах, таких как Trimble Geomatic Office, ArcView и “Профиль-2” [6].
Такое устройство способно не только надежно фиксировать положение антенны спутникового приемника на оси пути, но и фиксировать другие данные (ширину колеи, уровень, углы наклона ходовой тележки). За один проход можно собрать полную информацию о железнодорожном пути (табл. 1) с надлежащей точностью регламентированной инструкциями ЦПТ 54/26 и ЦПТ 54/27 и подготовить отчетные формы.
Высокие технические характеристики АПК «Профиль» получены за счет комплексирования гироскопической системы определения координат и ГНСС.
Обработка файлов данных производится в специализированных программных продуктах, либо в системах для работы с пространственными данными, таких как настольные картографические системы, системы САПР (CAD), системы управления базами данных (СУБД или DBMS).
Подготовка технической документации
■S Ознакомление с ТЗ ■S Проверка приборов ■S Сбор имеющейся информации
Получение исходных сведений
Схематический план станции Данные предыдущей съемки Сведения о реперах и марках
Выполнение геодезических измерений Определение параметров элементов пути
^ Базовые станции Заполнение пикетажного журнала
^ Оси путей Обследование ИССО
^ Пикетажные точки < V ^ Характеристики элементов пути
^ Предварительная обработка
Обработка полевых измерений
Анализ и корректировка данных Построение осей пути Спрямление уклонов Создание продольного профиля Построение плана станции
Вычисление геометрических параметров
Получение данных в формате ЦП-515 Составление карточек кривых Формирование данных по уровню, шаблону, рихтовке, просадке
Составление пояснительной записки О Сдача материалов заказчику
Размножение материалов Передача в бумажном виде Передача в электронном виде ) Исправление замечаний
Общая характеристика Продольные профиля План станции Приложения h і
Рис. 3. Технологическая схема для съемки железнодорожных станций
Таблица 1
Выходные данные АПК «Профиль» для формирования плана, профиля и ведомости геометрических параметров рельсовой колеи
Путь, м Х,м У,м Н,м Врем я,о ^эовень,мм Рихтовка пр, мм Рихтовка лев, м м ИЬблон, м м Прок
23.0 6113677.654 14630445.336 250897 561.455 -29.14 9.53 5.63 1519.86
23.5 6113677.582 14630445.183 250 896 561.473 -30.45 8.82 5.28 1519.80
24.0 6113677.509 14630445.031 250894 561.491 -31.63 8.55 7.61 1520.60
24.5 6113677.437 14630444.879 250 893 561.909 -32.26 9.19 10.59 1521.49
25.0 6113677.365 14630444.727 250892 561.527 -32.79 10.00 11.40 1521.86
25.5 6113677.292 14630444.575 250 891 561.545 -33.09 10.83 12.55 1522.38
26.0 6113677.220 14630444.423 250 В90 561.364 -33.79 11.94 14.85 1522.40
Уровень автоматизации играет важную роль в процессе получения исходных данных, поскольку именно от технологии сбора данных зависит способ их обработки. Обработка представляет собой получение на основе координат точек цифровой модели пути, рельефа и других объектов. Цифровую модель пути сглаживают и сплайнируют по определенным алгоритмам, в соответствии с требуемой точностью. Желательно, чтобы работа проводилась одновременно с планом, профилем и поперечником для повышения качества составления профилей, после чего выполняют отрисовку чертежей натурной проверки плана и продольного профиля (рис. 4).
Процесс съемки, расчета и составления профилей, планов станций, а также получения карточки (паспорта) кривой автоматизирован на всех этапах. Полностью исключаются разбивочные работы, минимизируется влияние человеческого фактора. Сокращаются затраты и повышается качество работ.
Рис. 4. Фрагменты масштабного плана станции и продольного профиля
Одним из перспективных направлений при эксплуатационной работе является мониторинг рельсовой колеи по геометрическим параметрам. Высокая
точность, детализация и единство измерений выполненных в разное время путеизмерителем, оснащенным ГНСС позволяет вести мониторинг (рис. 5), сопоставляя данные разных проходов, давать точные оценки по содержанию пути и выполнять комплексное проектирование новой или реконструкцию существующей дороги как единого пространственного объекта.
Ри с. 5. Результаты мониторинга геометрических параметров рельсовой колеи по параметру уровень
Используя ГИС-технологии можно рассчитывать параметры выправки пути (рихтовки) и текущего ремонта. Высокий уровень технологичности при использовании координат (цифровых моделей пути) позволяет передавать проектные данные в системы автоматизированного управления (САУ) на путеремонтные машины (электробалластер, ВПР, ЯМ и др.) для проведения ремонтов и реконструкции железнодорожного пути [7].
САУ путевой машины при выправке пути за один проход в режиме реального времени определяет координаты оси измерительной тележки, сравнивает значения координат оси пути с проектными координатами, рассчитывает отклонения и выдает управляющий сигнал на подъемно -рихтовочное устройство (ПРУ), производящее постановку пути в проектной положение. Проектные координаты (цифровая модель) могут быть получены АПК «Профиль» или другими приборами, при этом полученные координаты должны быть трансформированы в систему координат проекта и соответ стве нно измерител ьного комплекса выправочной машины.
ГИС-технологии позволяют обеспечить единство измерений, проводить не только обработку материалов изысканий и исполнительных съемок, но и комплексное автоматизированное проектирование, включая вынос проекта в натуру, при этом значительно повышается производительность труда.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гольдман, В.И. Специальная реперная система / В.И. Гольдман, Л.А. Сакович, И.Н. Ефремов // Путь и путевое хозяйство. - 2001. - №6. - С.12-16.
2. Ковалева, О.В. Использование GPS геодезической точности для определения деформаций основания // C6. науч. тр.: Инженерная геодезия и межпредметная интеграция в техническом вузе / Новосибирск, СТУПС - 2004. - C.36-41.
3. Резницкий Ф.Е., Ерохина Е.Ю., Абраров Р.Г. О создании реперной системы на железных дорогах // Транспортное строительство. - 2001. - №12. - C.22-24.
4. Левин Б.А., Круглов В.М., Матвеев СИ., Плешков В.Г. Особенности EHC железнодорожного транспорта // C6. науч. тр., Вып. 930: Геоинформационные технологии и спутниковые радионавигационные системы на железнодорожном транспорте. М.: МИИТ, 2002.
C. 5-8.
5. Щербаков В.В., Ковалева О.В. Cпутниковые технологии на съемке рельсовой колеи // Транспортное строительство. - 2006. - № 10. - C. 16-18.
6. Щербаков В.В., Ковалева О.В. Координатный способ определения геометрических параметров железных дорог // Геодезия и картография. - 2007. - № 9. - C. 16-18.
7. Верескун В.Д., Воробьев В.С, Щербаков В.В. Оценка надежности системы управления выправкой пути на базе глобальных навигационных спутниковых систем. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2009. №4. C.53-56.
© О.В. Ковалева, 2013
