CC BY
63
УДК 528.48:629.783
В.В. Щербаков, М.Н. Барсук, В.Н. Васеха СГУПС, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ КООРДИНАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
V.V. Shcherbakov, M.N. Barsuk, V.N. Vasekha Siberian State University of Railways
191 D.Kovalchuk Ul, Novosibirsk, 630049, Russian Federation
UTILIZATION OF GLOBAL SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS FOR COORDINATE METROLOGY OF HIGH SPEED MAIN LINES
The utilization necessity of global satellite navigation system (GSNS) for track alignment has been validated. The hardware and software package “Profile” allowing determination of space and geometrics of gauge have been submitted. The track unevenness at measurement lines of various lengths has been observed.
Применение координатного метода для выправки пути еще несколько (57) лет назад являлось не эффективным. Это связано с высокой стоимостью работ, так как геодезические методы в несколько раз дороже относительных измерений, применяемых на железных дорогах, например метод хорд. Поэтому тенденция выправки пути заключалась в использовании относительных методов и сглаживания неровностей пути в плане и профиле. Недостатком данного метода являются ограниченные возможности при обеспечении прямолинейности на участках, превышающих длину хорды, которая ограничена, соответственно, длиной вагона или путевой машины. При увеличении скорости движения поездов относительные методы не обеспечивают требования определения состояния рельсовой колеи по геометрическим параметрам. Одним из вариантов, позволяющих исключить существующие недостатки, связанные с определением неровностей в вертикальной и горизонтальной плоскости, является создание специальной эффективной реперной сети. Опыт создания специальных реперных сетей в России показал крайне низкую эффективность ее использования, как при капитальных ремонтах, так и при эксплуатационной работе. Причин несколько, одной из главных является конструкция и устройство реперной сети, не позволяющие использовать реперные точки в автоматическом режиме, нестабильность положения точек рабочей реперной сети в плане и высоте. Путевые машины и вагоны-путеизмерители не оборудованы системами автоматической привязки к пунктам реперной сети, кроме того, мастер пути не имеет в своем арсенале эффективных измерительных средств оценки состояния пути по геометрическим параметрам с использованием реперной сети.
Анализ результатов динамики изменения пространственного положения реперных точек показывает, что использование рабочих реперов в соответствии с требованиями, приведенными в п. 5.2 (Указания МПС С-493у от 27 апреля 1998 года) не обеспечивает приемлемой точности и надежности исходных данных. Учитывая ранее приведенные недостатки реперной сети, связанные с автоматизацией привязки данных путевыми машинами и другой измерительной техники, а также технологическими ограничениями применения рабочих реперов при текущем содержании и капитальном ремонте пути, необходимо признать нецелесообразность использования рабочих реперов СГС для выправки пути.
Наиболее перспективным направлением подготовки исходных данных и выправки пути является оперативное позиционирование с использованием специальных измерительных средств. Идеология геодезического обеспечения скоростного движения заключается в использовании высокоточных мобильных средств, позволяющих в автоматизированном режиме определять пространственное положение и геометрические параметры рельсовой колеи и формировать исходные данные для выправки пути при текущем содержании и при проведении капитального ремонта пути. С использованием специальных высокоточных автоматизированных измерительных средств создаются локальные временные реперные сети, например, на период проведения капитального ремонта пути, проектно-изыскательские работы, контроль качества капитального ремонта по геометрическим параметрам и т.д. Для этих целей разработано и разрабатывается десятки измерительных средств, наиболее известные из которых:
- Tachy Rail фирмы «Geo-Metrik AG» (Германия);
- Swiss trolleys фирмы «Terra vermessungen ag» (Швейцария);
- GRP System FX фирмы «Amberg Technologies» (Швейцария).
В России разработан и запатентован аппаратно-программный комплекс АПК «Профиль» (рис. 1). Он позволяет определять пространственное положение и геометрические параметры рельсовой колеи. В 2006 г. АПК «Профиль» прошел комплексные метрологические испытания и сертифицирован. АПК «Профиль» позволяет определять прямолинейность (неровности) на длинных участках пути и выполнять измерения геометрических параметров, включая характеристики кривых.
На рис. 2 приведены неровности (дефекты пути) на хордах различной длины. Из приведенных данных видно, что определение длинных неровностей на хордах менее 100 метров не эффективно, поэтому применение координатных методов на скоростных магистралях решает проблемы обеспечения повышения скоростей движения поездов. Данное измерительное средство в полном объеме соответствует техническим требованиям к геодезическому обеспечению текущего содержания пути и капитального ремонта, включая контроль качества.
Вторым важнейшим фактором координатного (геодезического) обеспечения скоростного движения является создание единой системы
координат для скоростной магистрали или сети железных дорог. Эта задача может быть решена за счет создания системы референц-станций и геодезической реперной сети сгущения для базовых станций ГНСС.
Рис. 1. АПК “Профиль”
0.500
— Хорда 20 метров
10000 Расстояние,м
— Хорда 50 метров — Хорда 100 метров
— Хорда 200 метров
Рис. 2. Неровности на хордах различной длины
0.400
0.300
0.200
0.100
£ 0.000
-0.100
0.200
-0.300
-0.400
-0.500
9000
11000
Таким образом, создание единой системы координат для скоростной магистрали и измерительных средств оперативного позиционирования, позволяет обеспечить скоростные магистрали надежными и высокоточными геодезическими данными в полном объеме.
Затраты на реализацию данной технологии и эксплуатационные расходы в 3-4 раза ниже по сравнению с использованием специальной реперной сети созданной, например, на Октябрьской железной дороге.
Кроме того, высокая динамика развития ГНСС в России позволяет сделать вывод о перспективности данного направления. Технические характеристики современных ГНСС соответствуют требованиям для решения многих трудоемких задач, при комплексировании ГНСС с инерциальными системами дополнительно обеспечивается высокая точность измерений геометрических параметров, при этом стоимость измерительных средств ежегодно уменьшается, функциональные возможности расширяются, а точность повышается.
© В.В. Щербаков, М.Н. Барсук, В.Н. Васеха, 2008
