CC BY
236
СОВРЕМЕННОЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА (РЕМОНТА) И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Владимир Васильевич Щербаков
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, Заведующий кафедрой «Инженерная геодезия», к.т.н., профессор тел. +7-913912-86-91, e-mail: [email protected]
В статье приведены проблемы геодезического обеспечения железных дорог, особенности и специфика решения инженерных задач на железных дорогах и основные направления развития средств и методов для повышения уровня геодезического обеспечения железных дорог компании ОАО «РЖД»
Ключевые слова: Геодезическое обеспечение железных дорог, ГИС-технологии, Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), системы управления выправкой пути (СУВП), системы управления вырезкой балласта (СУВБ).
MODERN GEODETIC CONTROL OF DESIGNING, CONSTRUCTION (REPAIRS) AND MAINTENANCE OF RAILWAYS
Vladimir V. Shcherbakov
Ph.D., Prof., head of the Department of Engineering Surveying, Siberian State University of Communication, 191 D. Kovalchuk St., Novosibirsk 630049, phone: +7-913-912-86-91, e-mail: [email protected]
The paper deals with the problems of geodetic control at railways, with the specific character and peculiarities of railway engineering problems and their solutions, and with the principal guidelines for facilities and methods development of geodetic control and the standard of its improvement at railways of RZD Corporation.
Key words: geodetic control at railways, technologies based on geoinformation system, global satellite navigation systems, track alignment control system, ballast cutting-out control system
Геодезическое обеспечение железных дорог включает широкий круг инженерных задач связанных с проектированием, строительством (ремонтом) и эксплуатацией железных дорог. Исторически сложилось так, что развитие железных дорог способствовало развитию инженерной геодезии, разработке новых средств и методов геодезического обеспечения железных дорог, внедрению новых технологий и подготовке специалистов высокого уровня. Инженерные задачи, решаемые на железных дорогах связаны с обеспечением геометрических размеров, пространственных параметров сооружений,
обеспечения взаимного положения отдельных элементов конструкции и объекта в целом.
Особенности геодезического обеспечения железных дорог всегда были связаны со спецификой линейных объектов находящихся под действием
динамических нагрузок и их влияния на геометрические параметры верхнего строения пути, а при увеличении скоростных режимов значительно увеличились требования к геометрическим параметрам и динамике их изменения. Требования к точности измерений предусматривают широкий диапазон допусков от одного метра до 0.1 мм. К специфике геодезического обеспечения железных дорог необходимо отнести наличие специализированных средств измерения (шаблоны), применяющихся в место геодезических приборов и инструментов.
В соответствии с широким кругом решаемых задач, требованиям к точности и диапазонам измерений набор (линейка приборов и инструментов) и методов геодезического обеспечения железных дорог разнообразен и включает десятки типов геодезических приборов, шаблонов, приборов для контроля и мониторинга состояния инженерных сооружений. Анализ показывает, что основными методами измерений и получения информации являются относительные методы (метод Гоникберга, метод хорд и т.д.).
На современном этапе особенность геодезического обеспечения железных дорог заключается в применении наряду с нивелирами и теодолитами самых современных приборов, например мобильных лазерных сканеров и таких исторических средств как леска и линейка для измерения стрел изгиба при определении параметров кривой. При этом леска с линейкой применяется чаще других инструментов, особенно в дистанциях пути. Таким образом, в настоящее время на железных дорогах применяются различные средства и методы от самых современных до средств имеющих столетнюю историю. Такое состояние геодезического обеспечения связано со спецификой проектирования ремонтов, реализацией проектов и эксплуатацией железных дорог в последние 20-30 лет. Главным фактором влияющим на методы геодезического обеспечения является применение относительных методов проектирования, контроля состояния рельсовой колеи, верхнего строения пути, технологии ремонтов и реконструкции. Так, съемка пути при натурных проверках и других видах работ выполняется относительным методом (методом Гоникберга), контроль состояния рельсовой колеи - методом хорд по стрелам изгиба на хорде 20м, при этом одним из главных критериев оценки является плавность хода. Отклонения от проектного значения не контролируются и такой контроль не предусмотрен регламентом. Поэтому современные путеизмерители (вагоны-путеизмерители) оснащенные современными лазерными измерительными системами измеряют стрелы изгиба и другие относительные параметры. Для обеспечения безопасности регулярно измеряются габариты приближения строений.
В настоящее время проектно-изыскательские работы также выполняются с использованием относительных методов. Заказчику для постановки пути в проектное положение передаются эпюры рихтовок от соседнего пути и продольный профиль. Пространственные данные не используются, даже если геодезическая съемка выполнялась в пространственных системах координат с использованием тахеометров. Это связано с тем, что в настоящее время в России на железных дорогах нет систем управления выправкой пути (СУВП), принцип работы которых основан на применении пространственных данных.
Поэтому у строителей основным способом постановки пути в проектное положение является измерение расстояния от соседнего пути, сравнение его с проектным расстоянием (по эпюре рихтовок) и сдвижка пути на соответствующую разность. Такой подход, позволяет минимизировать затраты и время постановки пути в проектное положение, при этом имеются недостатки принципиального характера.
Главным недостатком является использование рельсовых нитей соседнего пути в качестве реперных. Так временной интервал от изысканий до ремонта может составлять не один год, за это время выполняется изменение пространственного положения пути (сдвижка) при текущем ремонте, из-за динамических нагрузок и других факторов. Относительные методы не обеспечивают устранение длинных неровностей в плане и профиле, а также многорадиусных кривых. Поэтому плавность хода обеспечивается только для ограниченных скоростей и развитие высокоскоростного движения требует принципиально новых подходов в использовании координатных методов и создания нормативно-правовой базы их внедрения.
Одним из сдерживающих факторов развития современных геодезических методов и геоинформационных систем на железных дорогах России для решения инженерных задач являлось отсутствие нормативно-правовых документов регламентирующих использование пространственных данных и соответственно применения ГИС - технологий. В 2010 г. президентом компании ОАО «РЖД» В.И. Якуниным подписано распоряжение №2511 от 03.12.2010г «О создании комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта». Это распоряжение позволит принципиально улучшить систему геодезического обеспечения железных дорог для целей проектирования, ремонтов, эксплуатации, мониторинга ИССО, земляного полотна, рельсовой колеи и безопасности движения.
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) одним из первых в России применяет на железных дорогах ГИС- технологии, спутниковую аппаратуру позиционирования, инерциальные системы. Опыт, полученных за 20 лет эксплуатации современных спутниковых и ГИС - систем позволяет оптимизировать сферы применения и сделать прогноз на дальнейшее развитие геодезических методов с использованием ГНСС и ГИС-технологий на железных дорогах России. СГУПС в 2002году впервые в России запатентовал способ получения геометрических параметров рельсовой колеи по пространственным данным, что позволило расширить область применения ГНСС, инерциальных систем и ГИС-технологий. На базе данного способа разработаны и выпускаются диагностические приборы для контроля состояния рельсовой колеи, приборы для натурных проверок плана и профиля железнодорожных станций и изыскательских работ, включая мобильные системы лазерного сканирования. Кроме того, впервые в России на базе этого способа разработана СУВП для путевых машин типа балластер и ВПО.
Одним из наиболее масштабных проектов СГУПС является разработка электронной навигационной карты ЗСЖД. Выполнены теоретические исследования, проведены экспериментальные работы и в настоящее время
создана электронная навигационная карта Трассибирской магистрали в границах ЗСЖД. Основным отличием карты ЗСЖД от карт, создаваемых для ОАО «РЖД» является то, что она создается по высокоточным цифровым моделям пути (ВЦМП) полученным соответственно по данным натурной съемки железнодорожного пути, а также наличие двух систем координат, одна из которых пространственная, другая линейная. Разработан алгоритм перехода из одной системы координат в другую. В соответствии с техническим заданием координируются все ИССО, пикеты и километровые знаки, что обеспечивает решение проблемы единства измерений при решении инженерных задач.
Разработки, выполняемые в настоящее время в СГУПС, позволят перейти на координатные методы выправки пути и проектирования. В 2010 году прошли успешные испытания СУВП на Октябрьской железной дороге. В 2011г СГУПС выполнил разработку комплексной технологии и САУ для четырех основных путевых машин технологического цикла, разработал и согласовал с проектными организациями форматы данных и структуру дополнений к проектной документации для использования пространственных данных. 2012 году
предусмотрены комплексные испытания и внедрение на ЗСЖД координатных методов и систем управления выправкой пути.
Таким образом, опыт, полученный СГУПС и тенденции развития геодезического обеспечения, показывают, что основным направлением развития средств и методов геодезического обеспечения, железных дорог является переход на координатные методы от проектной документации до постановки пути в проектное положение с использованием САУ, обеспечение единства измерений и разработка нормативной базы для систематизации и структурирования средств измерения по видам работ, применяющихся на железной дороге.
© В.В. Щербаков, 2012
