Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах (СРНС) ГЛОНАСС (Россия) и Navstar GPS (США). Актуальность этого положения акцентирует Постановление №365 Правительства Российской Федерации от 9 июня 2005г. «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS». Эти меры направлены на повышение эффективности управления движением на воздушном, водном и наземном транспорте, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов. Железнодорожный транспорт имеет существенное преимущество перед другими видами транспорта, состоящее в том, что траектория его движения зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП) железнодорожной магистрали. ЭКМП может стать системообразующим элементом всех навигационных систем железнодорожного транспорта. Эта возможность пока не использована, поэтому основной целью диссертационной работы является разработка измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), интегрированного со специализированной ГИС для создания эталонных координатных моделей пути и апробация всего компелекса на действующем объекте железнодорожного транспорта - Экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Идея создания ЭКМП родилась в объединённом научно-исследовательском центре «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» МИИТа, как нового системного средства навигации, обеспечивающего основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали. Диссертант является соавтором этой принципиально новой идеи. [1-3].
В соответствии с Концепцией создания геоинформационных систем железнодорожного транспорта (Лбвин Б.А. Цветков В.Я М.:МИИТ, 2001) и Программой
информатизации железнодорожного транспорта России (М.:МПС РФ, 1995), одними из приоритетных направлений применения ГИС являются:
По комплексу 1 (Движение): Создание цифровых моделей главных путей железных дорог России, обеспечивающее решение задач автоматизации управления движением поездов.
По комплексу 3 (Инфраструктура железнодорожного транспорта): Создание реперных систем контроля плана и профиля путей скоростных направлений, как геометрической основы ГИС.
И реперные системы и ЭКМП являются новым классом универсальных специализированных опорных геодезических сетей железнодорожного транспорта.
Цель диссертационной работы. Разработка измерительно-вычислительного комплекса и способа создания эталонных координатных моделей пути, обеспечивающих основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали.
Основные задачи исследований:
анализ существующих средств и методов высокоточной съёмки геометрии железнодорожного пути;
разработка ИВК для синхронных комплексированных измерений и способа создания ЭКМП на всём протяжении магистрали как системообразующего элемента существующих навигационных систем железнодорожного транспорта;
выбор в качестве математического базиса ЭКМП оптимальной картографической проекции и системы координат, не дающих практически значимых искажений угловых и линейных размеров геометрических параметров пути;
разработка эффективных алгоритмов совместной обработки комплексированных измерений путём модернизации фильтра Калмана и применения процедур обобщённого взвешенного метода наименьших квадратов;
*
апробация разработанных автором ИВК, способа создания ЭКМП и алгоритмов совместной обработки синхронных комплектованных измерений на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Объектом исследования является эталонная координатная модель железнодорожного пути.
Предмет исследования - устройство и способ определения эталонной координатной модели пути (ЭКМП).
Теоретическая методологическая база исследований. Системный анализ, объектное проектирование и объектное программирование, методы идентификации систем, методы статистической фильтрации и статистического оценивания параметров координатных моделей. Опытные испытания ИВК и способа создания ЭКМП на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Научная новизна работы состоит в том, что автором впервые разработаны измерительно-вычислительный комплекс и способ создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути для целей мониторинга геометрии пути, самокалибровки и самонастройки существующих навигационных систем железнодорожного транспорта. Впервые предложено использовать ЭКМП системообразующим элементом навигационных систем железнодорожного транспорта.
Практическая и теоретическая значимость работы состоит в получении следующих основных результатов, которые и выносятся на защиту:
-
Сформулировано понятие математического базиса ЭКМП, включающее эквидистантную проекцию Коугия и соответствующую ей прямоугольную систему координат, обеспечивающих основной метрологический принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали.
-
Для обеспечения единства измерений предложено через 50-100км создать последовательность временных базовых станций ГЛОНАСС/GPS, на основе которой впоследствии можно создать дифференциальную подсистему (ДП) СРНС, что позволит довести точность определения координат ЭКМП с Юмм до 1-2мм.
-
Разработан новый ИВК для создания ЭКМП. отличающийся наличием математического базиса, последовательностью базовых станций СРНС и оригинальным алгоритмическим и программным обеспечением для совместной обработки комплексированных измерений, в том числе, в режиме реального времени (по сути представляющий сециализирован-ную управляющую ГИС) железнодорожного транспорта.
-
Разработан модернизированный алгоритм фильтра Калмана, позволяющий обрабатывать длинные ряды спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений с выделением скользящего окна.
-
Впервые получена эталонная координатная модель второго пути эспериментального кольца ВНИИЖТа в связи с выполнением НИОКР 19.10.01 ОАО РЖД. Результаты работы получили высокую оценку на Техническом совете Департамента новых научно-технических программ 28 апреля 2005г.
Апробация работы. Исследования выполнены по материалам научно-исследовательских работ, входящих в План НИОКР МПС, тема 19.10.02 за 2003г. и в План НИОКР ОАО РЖД, тема 19.10.01 за 2004г. Все опытные работы проведены на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.
Основные положения диссертации докладывались на конференциях «Неделя науки МИИТа» в 2001-2005гт.; научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2003, 2004 и 2005гг., на выставке НТТМ 2004 и НТТМ 2005; на Международных конференциях «Information Tecnologies in Scieence, Sociology, Economics and Business» в 2003, 2004 и 2005гг. Результаты исследований по теме исследований, выполненные в качестве проектов и опытных образцов отмечены дипломами Всероссийских выставок научно-техничес-кого творчества молодёжи НТТМ 2004 и НТТМ 2005. На опорную геодезическую сеть и эталонную модель второго пути экспериментального кольца получен Сертификат соответствия. Публикации. Основные положения диссертации изложены в 30 опубликованных работах (4 без соавторов).
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа объёмом в 122 печатные страницы основного текста включает: введение, четыре раздела, семь таблиц, двадцать рисунков, список библиографии из 74 наименований и два приложения.
