CC BY
119
ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ДАННЫМИ ИНФРАСТРУКТУРЫ ТРАНСПОРТНЫХ КОРИДОРОВ
Александр Петрович Карпик
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, ректор
Андрей Вячеславович Никитин
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47, кандидат технических наук, доцент кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог», тел. 8(4212)407-608, e-mail: [email protected]
Аркадий Рудольфович Едигарян
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47, кандидат технических наук, доцент кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог», тел. 8(4212)407-661, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрена технология получения геопространственных данных для модернизации (реконструкции) железнодорожных станций как объекта инфраструктуры транспортных коридоров (ТК) с применением электронных тахеометров и приёмников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Применение приёмников ГНСС позволяет оперативно получать надёжные данные для контроля технического состояния и геометрии различных элементов инфраструктуры ТК. Также для повышения производительности и снижения трудоёмкости работ разработаны специальные методики выполнения геодезических измерений, учитывающие специфику конкретной станции, сезонность, наличие геодезических пунктов и др.
Ключевые слова: транспортные коридоры, приёмники глобальных навигационных спутниковых систем, электронные тахеометры, инфраструктура, железнодорожные станции.
TECHNOLOGY OF MAINTENANCE WITH GEOSPATIAL DATA INFRASTRUCTURES OF TRANSPORT CORRIDORS
Alexander P. Karpik
The rector of the Siberian state geodetic academy, the professor, 630108 Novosibirsk, Plahotnogo st., 10
Andrei V. Nikitin
Far Eastern State Transport University (FESTU), 47, Serysheva st., Khabarovsk, 680021, Russia, associate professor of department «Survey and design of railways», e-mail: [email protected]
Arkadiy R. Edigaryan
Far Eastern State Transport University (FESTU), 47, Serysheva st., Khabarovsk, 680021, Russia, associate professor of department «Survey and design of railways», e-mail: [email protected]
In article the technology of reception of geospatial data for modernization (reconstruction) of railway stations as object of an infrastructure of transport corridors ^C) with application electronic takheometrs and receivers of global navigating satellite systems (GNSS) is considered. Application of receivers GNSS allows to obtain operatively reliable data for the control of a technical condition
and geometry of various elements of infrastructure TC. Also special techniques of performance of the geodetic measurements are developed for increase of productivity and decrease in labour input of works, considering specificity of concrete station, seasonal prevalence, presence of geodetic points, etc.
Key words: transport corridors, receivers of global navigating satellite systems, electronic takheometrs, infrastructure, railway stations.
В 2008 году были утверждены основные документы, определяющие стратегию развития транспортной системы России до 2030 года, а также определены источники финансирования этой программы до 2015 года.
В условиях трансформации модели развития мировой экономики транспорт является инструментом реализации национальных интересов России, обеспечения достойного места страны в мировой хозяйственной системе. Повышение конкурентоспособности РФ на мировом рынке транспортных услуг возможно только при условии эффективного использования основных преимуществ транспортной системы [1].
Стратегическая роль международных ТК для России заключается в следующем:
- Повышение роли Российской Федерации в формировании транзитных грузов и пассажиропотоков, связывающих Европу со странами Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР), Ближнего и Среднего Востока, страны Азии с Северной Америкой;
- Формирование транспортной инфраструктуры, объединяющей российское экономическое пространство и способствующей развитию экономики регионов и диверсификации производства;
- Развитие межрегиональных рынков и привлечение дополнительных инвестиций в экономику северных и восточных регионов Российской Федерации.
Система международных транспортных коридоров, проходящих по территории Российской Федерации, включает в себя два евроазиатских коридора: "Север - Юг" и "Запад - Восток", в том числе панъевропейский транспортный коридор №2, Северный морской путь, панъевропейские коридоры 1 и 9, а также коридоры, связывающие севера - восточные провинции Китая через российские порты Приморского края с портами АТР.
Исторически самую большую роль в развитии России играет коридор "Запад - Восток". Данный коридор представляет собой альтернативу традиционному морскому пути доставки контейнеров и грузов из ЮгоВосточной Азии, который идет вокруг Индии и через Суэцкий канал в Европу.
Ключевыми его элементами являются морские порты Дальнего Востока и Северо-Западного региона, обеспечивающие связь этого коридора с международными транспортными маршрутами и Транссибирской магистралью. Транссибирская магистраль проходит по территории 25 регионов, 5
федеральных округов и составляет основу российской транспортной системы, обеспечивая перевозку свыше 50 процентов экспорта России. В регионах,
обслуживаемых магистралью, сосредоточено 80 процентов промышленного потенциала страны и основных природных ресурсов, включая нефть, газ, уголь, лес, руды черных и цветных металлов.
Важнейшим фактором функционирования системы ТК является получение оперативных данных для контроля технического состояния и геометрии различных элементов и узлов. На данном этапе выполнение инженерногеодезических работ осуществляется предприятиями и организациями, относящимися к различным министерствами и ведомствам. В связи с этим назрела необходимость проведения единой политики в области геодезии для повышения надёжности и качества предоставления геоданных.
Решение проблемы совершенствования инженерно-геодезических работ для ТК становится актуальным в настоящее время, когда появились современные средства автоматизации геодезических измерений, такие как электронные тахеометры, кодовые нивелиры и теодолиты, приёмники глобальных навигационных спутниковых систем (GPS / ГЛОНАСС), позволяющие в автоматическом режиме определять координаты различных точек земной поверхности и инженерных сооружений. Это делает возможным использовать их в качестве геопространственных данных в геоинформационных системах (ГИС), позволяющих накапливать, сохранять, обрабатывать, моделировать и распространять необходимую информацию на этапах изысканий, проектирования, строительства объектов инфраструктуры ТК.
Основной задачей геоинформационных технологий является формирование единого геоинформационного пространства железнодорожного транспорта России. Это пространство создается на основе отраслевой ГИС, являющейся информационно-управляющей системой, призванной решать задачи всех комплексов информационных технологий, в особенности задачи управления инфраструктурой и управления движением поездов [2].
Транспортные коридоры как элемент системы транспортного пространства включает в себя следующие составляющие инфраструктуры: железнодорожный, автодорожный транспорт, трубопроводы, нефтепроводы, узлы и терминалы позволяющие осуществлять взаимодействие между объектами системы [3].
Данная работа посвящена вопросам комплексного использования приёмников ГНСС и электронных тахеометров при выполнении геодезических работ для модернизации железных дорогах как объекте инфраструктуры ТК.
На железных дорогах России эксплуатируются около 200 тысяч железнодорожных станций различных типов, являющихся сложными и дорогостоящими объектами железных дорог. От их надежной работы зависит безопасность движения поездов, бесперебойность перевозочного процесса и экономические показатели путевого хозяйства.
Одной из наиболее сложных задач в инженерно-геодезических изысканиях является съёмка железнодорожных станций и узлов. Это обусловлено наличием на станциях значительного количества объектов инфраструктуры, инженернотехнических сооружений и устройств. Часто оперативное выполнение съемки железнодорожных станций требует использования нескольких полевых бригад
и связано с существенными затратами времени и средств. Для повышения производительности и снижения трудоёмкости работ необходимо разрабатывать специальные методики выполнения геодезических изысканий, учитывающие специфику конкретной станции, сезонность, наличие геодезических пунктов и др. При этом, следует применять традиционные геодезические методы с использованием оптико-механических средств измерений и современные с электронными тахеометрами и приёмниками ГНСС [4,5].
Рассмотрим технологию получения геопространственных данных на примере геодезической съёмки под реконструкцию железнодорожной станции Ландыши Дальневосточной железной дороги, выполненную в 2011 году. Данное железнодорожное направление относится к ТК "Запад - Восток".
В соответствии с нормативными документами [6] допустимая относительная ошибка проложения базисных ходов съёмочного геодезического обоснования на железнодорожных станциях не должна превышать 1/4000. Геодезическое обоснование создавалось с применением электронных тахеометров Sokkia 530RL. При этом координаты должны быть определены в местной системе координат п. Ванино (Хабаровский край).
Было создано специальное геодезическое съёмочное обоснование, включающее 19 точек сети. Такое количество точек позволяет проводить дополнительный контроль за счёт избыточных измерений. Закрепление точек осуществлялось железнодорожными костылями. Сложность проведения работ заключалось в том, что работы необходимо было проводить на функционирующей станции в условиях интенсивного движения подвижного состава по ДВЖД. Поэтому, например, практически невозможно применять системы наземного лазерного сканирования [7].
Для съёмки станций необходимо выполнить следующие виды работ: разбивку пикетажа; съёмку плана и профиля железнодорожного пути; съёмку поперечных профилей; определения центров стрелочных переводов; топографическую съёмку площадки, путевого развития, пристанционной территории и искусственных сооружений; габаритных расстояний; сортировочных горок. В зависимости от назначения съёмки (для реконструкции или для ТРА) планируется определённая последовательность работ, и подбираются различные геодезические средства измерений. Для съёмки поперечников однозначно следует использовать оптический нивелир. С его применением достигается необходимая точность определения отметок головок рельсов, кроме того, в процессе работ часто приходиться устанавливать рейку в момент остановки подвижного состава и отсутствия видимости.
В настоящее время на железных дорогах для определения геометрических параметров и пространственного положения рельсовой колеи применяют геодезические средства измерений, а также интегрированные путеизмерительные комплексы типа ЦНИИ-4 и КВЛ-П, оснащенные спутниковой аппаратурой ГЛОНАСС/GPS и специализированным ПО, разработанном объединенным научно-исследовательским и испытательным центром «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» (МИИТ-НИИАС) [2].
При геодезическом обеспечении технико-распорядительных актов (ТРА) железнодорожных станций используют методические указания по составлению масштабных планов железнодорожных станций (ОАО «РЖД» 2008) и методические указания по составлению продольных профилей станций путей и перегонов (ОАО «РЖД» 2008).
Разработанная для этих целей в СГУПС путеизмерительная тележка АПК «Профиль» с приёмником ГНСС [7] представляет практический интерес, но область её применения ограничена, так как часто для ТРА требуется определять координаты объектов расположенных вне путевого развития и в присутствии подвижного состава на железнодорожном пути.
Технологическую цепочку получения геопространственных данных представим с помощью программ обработки измерений, для железнодорожных станций и узлов, разработанной в ДВГУПС под руководством профессора Шварцфельда В.С. [9] и программы Trimble Geomatics Office (TGO).
Программный комплекс составления масштабных планов станций, паспортизации плана и продольного профиля станционных путей на основе данных инструментальной съемки («План станций») предназначен для обеспечения единой технологии автоматизированной обработки геодезических измерений, составления и ведения данных для дальнейшего решения функциональных задач управления инфраструктурой путевого хозяйства и железнодорожного транспорта.
Комплекс позволяет:
- Реализовать единую технологию инструментальной съемки железнодорожных станций, камеральной обработки геодезических измерений, паспортизации продольных профилей станционных путей с обеспечением выполнения всех требований к составу и форме представления данных;
- Автоматизировать задачу составления масштабных планов станций и продольных профилей станционных путей;
- Получить наиболее полную и объективную информацию для эффективной эксплуатации станций;
- Повысить уровень контроля за своевременностью и качеством составления масштабных планов станций, их ведения и корректировки;
- Использовать данные электронных масштабных планов станций для решения широкого круга задач эксплуатации и управления инфраструктурой железнодорожного транспорта;
- Снизить трудозатраты на подготовку исполнительной документации;
- Использовать и обновлять данные по железнодорожным станциям в системе баз данных путевого хозяйства (СБД-П);
- Подготовить электронный план станции для комплексного проектирования ее развития;
- Подготовить масштабный план станции для конвертации его в геоинформационную систему ObjectLand, используемую в АС ТРА.
Как указывалось выше, плановое съёмочное обоснование создавалось с применением электронных тахеометров. При выполнении полевых работ с использованием тахеометров для съёмки железнодорожных станций используют координатную съёмку [10]. Однако в ДВГУПС съёмка проводится в режиме записи углов и расстояний. Такая методика обусловлена программой обработки результатов измерений, разработанной в университете. Была выполнена оценка точности измерений в программном модуле ОКЕБО_ БАТ 3.12 (характеристика теодолитных и нивелирных ходов приведена в табл. 1 и 2).
Таблица 1. Характеристики теодолитных ходов
Ход Точки хода Длина, м N Fb факт. Fb доп. Невязки
Fx Fy Fs [S]/Fs
1 ST1, ST15, ST14 531.885 3 0°00'07" 0°01'02" 0.006 0.004 0.007 76778
2 ST14, ST16, ..., ST19 887.681 5 0°00'40" 0°01'12" -0.017 0.014 0.022 40410
3 ST14, ST13, ST18 616.901 3 -0°00'57" 0°01'02" 0.006 -0.002 0.006 104482
4 ST14, ST11, ..., ST3 569.106 8 -0°01'16" 0°01'42" -0.023 0.034 0.041 13757
5 ST3, ST1 158.188 2 0°00'04" 0°00'51" 0.004 0.004 0.006 27801
6 ST18, ST19 323.747 2 -0°00'07" 0°00'51" 0.004 -0.008 0.008 38453
Таблица 2. Характеристики нивелирных ходов
Ход Точки хода Длина, км Fh факт. Fh доп.
1 ST1, ST23, ST24, ST25, ST26, ST27, В8, ..., ST1 1.300 -0.007 0.034
2 ST1, ST22, БТ1, БТ0, БТ2, ST2, ST11, ST10, ST9, ..., ST3, ST1 0.600 0.004 0.023
3 ST20, ST28, ST29, ..., ST20 1.140 -0.003 0.032
4 ST14, ST13, ST18, ST19, ST21, ST17, ST16, ..., ST14 0.900 0.027 0.028
Для определения координат точек обоснования в местной системе координат были применены двухчастотные GPS - приёмники Trimble 5700. При этом базовые станции располагались на геодезических пунктах полигонометрии 4 класса "Дюанко" (рис. 1) и №1275. Наблюдения точек обоснования
проводились в режиме Fast Static, а время нахождения на точках составило 40 минут при количестве спутников более 8. На рис. 2 показано расположение подвижного приёмника на станции.
Рис. 2. GPS-приёмник Trimble 57GG на ст. Ландыши
Обработка результатов измерения была выполнена в программе ТОО. На рис. 3 представлена схема базовых линий, а на рис. 4 приведены результаты обработки базовых линий.
Рис. 3.ОР8 - обработка базовых линий
Рис. 4. Итоги обработки базовых линий
В результате обработки все базовые линии удовлетворяли установленным производителем ПО ТОО допускам для получения качественного решения [11]. В дальнейшем было выполнено замыкание полигона и оценка точности результатов обработки, а также получены координаты точек обоснования в местной системе координат.
Следующим этапом получения геопространственных данных является нивелирование поперечников. Причём для получения качественных результатов приходилось нивелировать поперечники на расстояния до ста метров от оси пути. В некоторых транспортных проектно - изыскательских организациях превышения определяют тригонометрическим нивелированием. Но в условиях значительной залесённости Дальнего Востока применение электронных тахеометров для нивелирования поперечников не всегда рационально (рис.5). Кроме того в соответствии с нормативными документами и методическими указаниями ОАО «РЖД», определение отметок головок рельсов на основной площадке должно быть определено геометрическим нивелированием (например, возвышение наружного рельса на кривых необходимо указывать с точностью до миллиметров).
Результаты обработки нивелирования поперечников, выполненные в ПО ДВГУПС, представлены на рис. 6.
Заключительным этапом получения геопространственных данных является электронный план ст. Ландыши (рис. 7).
Также для производства топографической съёмки применяли кинематический метод(81;ор - and - Go). Однако область его использования ограничена, особенно в условиях железнодорожных станций и залесённых участков Дальнего Востока.
Рис. 5. Нивелирование поперечников
Рис. 9. Электронный план ст. Ландыши, 2011 год
Анализируя производственные результаты получения
геопространственных данных для инфраструктуры транспортных коридоров можно сделать следующие выводы:
- Использование двухчастотных спутниковых приёмников Trimble 5700 позволяет повысить производительность и качество работ и контролировать пространственное положение точек геодезического съёмочного обоснования;
- Для повышения производительности работ для съёмки под реконструкцию железнодорожных станций и узлов рекомендуется применять оптико-механические и современные геодезические средства измерений;
- Применение электронных тахеометров позволяет получать линейную невязку для базисных ходов 1/5000 - 1/10000;
- Увеличение количества точек сети улучшаете её качество за счёт избыточных измерений;
- Область применения кинематического метода определения координат приёмниками ГНСС на железнодорожных станциях ограничена.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Левитин, И.Е. Развитие транспортной системы и экономический рост регионов (на примере транспортного коридора "Запад — Восток") / И.Е.Левитин // Материалы международной научно - практической конференции от 16.04.2008, М.: Совет Федерации Федерального Собрания РФ, 2008. - С. 7-10. [Электронный ресурс].- Режим доступа: / http://www.c0uncil.g0v.ru /files / journalsf / number / 20100227141157.pdf.
2. Духин, С.В, Железнов, М.М., Матвеев, С.И., Манойло, Д.С. Формирование единого геоинформационного пространства российских железных дорог. / С.В. Духин, М.М. Железнов, С.И. Матвеев, Д.С. Манойло / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2008-07a07.
3. Транспортные коридоры. / [Электронный ресурс].- Режим доступа: / http: // ru.wikipedia.org / wiki / %D0.
4. Шварцфельд В.С., Никитин А.В., Едигарян А.Р. Особенности создания геодезического обоснования для проектирования реконструкции верхнего строения пути участков Забайкальской железной дороги с применением двухчастотных GPS-приёмников TRIMBLE 5700 / В.С. Шварцфельд, А.В. Никитин, А.Р. Едигарян // Современные проблемы инженерной геодезии / Труды международной научно-практической конференции / Под ред. М. Я. Брыня, СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - С.80 - 87.
5. Никитин, А.В. Инженерно-геодезическая съемка на станциях / А.В.Никитин // Мир транспорта. - 2011. - № 3. - С. 46 - 49.
6. СНиП 11.02.96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. -М.: Росстройизыскания, 1997. - 102с.
7. Канашин Н.В., Виноградов К.П. Сканерная сеть для съемки железнодорожной станции / Н.В. Канашин, К.П. Виноградов // Геодезия и картография. - 2009. - № 5. - С. 14 -16.
8. Жидов, В. М. Обоснование комплексирования спутниковых и инерциальных измерений для съемки железнодорожных путей / В.М. Жидов // Геодезия и картография. -2010. - № 11. - С. 10-12.
9. Шварцфельд, В.С., Соколов, А.В., Науменко, В.Г., Кухаренко, О.А. Создание электронных паспортов планов железнодорожных станций : метод. пособие / В.С. Шварцфельд, А.В. Соколов, В.Г. Науменко, О.А. Кухаренко. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2006. - 58 с.
10. Толстов Е.Г., Крашеницин Д.В., Никитчин А.А., Канашин Н.В. Использование полиномиальной интерполяции при построении продольного профиля линейного сооружения / Е.Г. Толстов, Д.В. Крашеницин, А. А. Никитчин, Н.В. Канашин // Изыскательский вестник. - 2009. - №2(8). - С.69 - 72.
11. Trimble Geomatics Office. Wave Baseline Processing. Руководство пользователя. Trimble Navigation Limited, октябрь 2001 года.
© А.П. Карпик, А.В. Никитин, А.Р. Едигарян, 2012
