Введение к работе
Актуальность работы. Согласно транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года «...Повышение качества транспортных услуг, эффективности и безопасности транспортного процесса обеспечивается применением современных информационных и телекоммуникационных технологий...».
Железные и автомобильные дороги являются важнейшей инфраструктурой любого государства. Это сложные и дорогостоящие технические сооружения, обладающие набором параметров, напрямую влияющих на их долговечность и безопасность эксплуатации. При всем богатстве методов оценки и контроля этих параметров их можно условно разделить на две группы: статические и динамические.
Для современных технологий управления дорогами, повышения безопасности движения, уменьшения транспортных издержек требуются точные и объективные данные, которые могут быть получены только в результате внедрения динамических методов оценки технического состояния линейных объектов, основанных на регулярном мониторинге объектов управления.
Однако существующие технологии мониторинга железных и автомобильных дорог и средства измерений (вагоны-путеизмерители, дорожные лаборатории) не отвечают современным требованиям по качеству, оперативности и объемам собираемой информации. Кроме того, не решены проблемы обеспечения единства измерений, эффективной обработки данных с использованием статистических методов, методологии интерпретации и применения результатов.
Поэтому разработка новых технологий сбора данных о дорогах и дорожных объектах и современных средств их обработки в режиме мониторинга являются актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка комплексной технологии мониторинга дорог и дорожных объектов, основанной на современных методах получения, обработки, анализа и представления пространственных данных, для принятия более обоснованных решений и повышения безопасности движения на железных и автомобильных дорогах.
, рОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ і
I БИБЛИОТЕКА J
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
провести анализ существующих методов мониторинга дорожных объектов, тенденций развития информационных технологий и методов сбора и обработки данных о дорогах и дорожных объектах;
-
разработать:
методику обеспечения единства измерений данных о дорогах и дорожных объектах;
систему классификации и кодирования информации о дорожных объектах;
структуру эффективной организации динамических пространственных данных в ГИС;
методику автоматизированного заполнения и обновления баз и банков данных о дорогах и дорожных объектах из различных источников:
методику автоматизированного создания системы калиброванных маршрутов в среде ГИС ArcInfo/ArcVievv по результатам паспортизации и специальных инструментальных съемок дорог;
методику и алгоритмы оценки точности цифровой модели дорог ГИС;
методику статистической обработки данных при мониторинге геометрических параметров железных и автомобильных дорог в среде ГИС;
форматы обмена данных ГИС с другими информационными системами;
-
реализовать разработанные алгоритмы и методики в виде программного обеспечения для сбора и обработки данных;
-
разработать средства наглядного представления результатов мониторинга и методику передачи данных в издательские системы;
-
исследовать эффективность применения технологии мониторинга дорог и дорожных объектов с использованием ГИС для принятия более обоснованных решений при эксплуатации железных и автомобильных дорог и повышения безопасности движения.
Объектом исследования являются эксплуатационные параметры железных и автомобильных дорог.
Предмет исследования - технология мониторинга дорог и дорожных объектов с использованием ГИС.
Теоретическая и методологическая база исследования. Поставленные в работе задачи решаются на базе использования теории обработки измерений, математической статистики, математических методов моделирования, геоинформационных технологий, картографических методов исследования.
Произведен анализ работ российских и зарубежных ученых в сфере геоинформатики (А.В. Кошкарева, B.C. Тикунова, A.M. Берлянта, Ю.К. Королева, СИ. Матвеева, В.Я. Цветкова, Л. Джордана, М.Н. Де Мерса и др.); в сфере геоинформационных систем на транспорте (В.М. Круглова, СИ. Матвеева, В.Я. Цветкова, Ю.К. Королева, С.А. Бокарева, В.Н. Бойкова, СП. Крысина, А.В. Скворцова, П.И. Поспелова и др.); в сфере математической обработки измерений (В.Д. Большакова, П.А. Гайдаева, Ю.И. Маркузе, Е.Г. Бойко, В.В. Голубева, А.Н. Лобанова, Е.Н. Львовского и др.); в сфере геодезического обеспечения мониторинга дорог (В.В. Щербакова, СИ. Матвеева, А.П. Карпика, В.А. Коугии, М.М. Железнова и др.) библиотечных и электронных ресурсов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
разработана методика обеспечения единства измерений при мониторинге протяженных линейных сооружений;
-
разработана система классификации и кодирования информации о дорожных объектах;
-
разработана структура организации динамических пространственных данных в ГИС;
-
разработана методика автоматизированного заполнения и обновления баз и банков данных о дорогах и дорожных объектах;
-
разработана методика автоматизированного создания системы калиброванных маршрутов в среде ГИС ArcInfo/ArcView по результатам паспортизации и специальных инструментальных съемок дорог;
-
разработана методика и алгоритмы оценки точности цифровой модели дорог в ГИС;
-
разработана методика статистической обработки данных при мониторинге геометрических параметров железных и автомобильных дорог в среде ГИС;
-
разработана методика оценки наиболее вероятных значений геометрических параметров рельсовой колеи на эталонных участках;
-
разработана методика создания картографических материалов в ГИС для передачи их в издательские системы;
-
разработана технология мониторинга дорог и дорожных объектов с использованием ГИС.
На защиту выносятся:
-
методика обеспечения единства измерений при мониторинге протяженных линейных сооружений;
-
методика статистической обработки данных при мониторинге геометрических параметров железных и автомобильных дорог в среде ГИС;
-
методика автоматизированного создания системы калиброванных маршрутов в среде ГИС ArcInfo/ArcView по результатам паспортизации и специальных инструментальных съемок дорог;
-
методика автоматизированного заполнения и обновления баз и банков данных о дорогах и дорожных объектах;
-
технология мониторинга дорог и дорожных объектов с использованием ГИС.
Теоретическая значимость работы. Теоретическое значение диссертации заключается в выработке комплексного подхода к сбору, хранению и анализу данных о дорогах и дорожных объектах с целью их мониторинга, а также в предложенных алгоритмах статистической обработки данных.
Практическая значимость работы. Внедрение разработанной в диссертации технологии позволило модернизировать ГИС автомобильных дорог Новосибирской области в части обновления пространственной информации о дорогах и построении на её основе новой структуры организации данных - системы калиброванных маршрутов, автоматизировать заполнение баз данных об автомобильных дорогах Новосибирской области и Республики Алтай по результатам паспортизации.
Мониторинг геометрических параметров рельсовой колеи позволил определить наиболее вероятные значения геометрических параметров рельсовой колеи на 44 участках Западно-Сибирской и 19 участках Красноярской железной дороги, что позволяет выявлять и исключать систематические погрешности вагонов-путеизмерителей и тем самым качественно повысить уровень диагностики железнодорожного пути с минимальными затратами.
Созданное программное обеспечение может использоваться и в других прикладных науках, где есть потребность в обработке и расчете геометрических параметров линейных объектов.
Изданные атласы, настенные и раскладные карты являются информационной основой при планировании и принятии обоснованных решений.
Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований использованы при выполнении следующих научно-исследовательских, производственных и практических работ:
-
для модернизации ГИС автомобильных дорог Новосибирской области и при решении ряда задач в ГИС в ОГУ «ТУАД Новосибирской области»;
-
для создания ГИС автомобильных дорог Республики Алтай в РУАД «Горноалтайавтодор»;
-
для обработки данных паспортизации и инвентаризации автомобильных дорог Новосибирской области и Республики Алтай;
-
для мониторинга геометрических параметров рельсовой колеи на Западно-Сибирской железной дороге (ЗСЖД);
-
для оценки математических ожиданий на эталонных участках Западно-Сибирской и Красноярской железной дороги;
-
для построения продольного профиля пути станций ЗСЖД;
-
для построения продольного профиля главного пути участка «Бейнеу-Мангышлак-Узень» республики Казахстан.
Разработанное в диссертационной работе методическое, алгоритмическое и программное обеспечение используется в лаборатории диагностики дорожных одежд и земляного полотна НИДЦ СГУПС, в ОГУ «ТУАД Новосибирской облас-
ти», в РУАД «Горноалтайавтодор», в подразделениях ЗСЖД, Красноярской, Восточно-Сибирской, Свердловской железной дороги, в учебном процессе СГУПС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлены и получили одобрение: на Новосибирской межвузовской научной студенческой конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» в 1994, 1996 гг. (г. Новосибирск), на научно-технических конференциях преподавателей СГТА «Современные проблемы геодезии и оптики» в 1997, 1998, 1999, 2000, 2001 гг. (г. Новосибирск), на международной научно-технической конференции «Современные проблемы геодезии и оптики» в 1998г. (г. Новосибирск), на всероссийской учебно-технологической конференции «Проблемы ввода и обновления пространственной информации» в 1999г. (г. Москва), на международных выставках-конференциях «Сибирская Ярмарка» в 1999 и 2000 гг. (г. Новосибирск), на второй Дальневосточной региональной конференции «Геоинформационные и кадастровые технологии в управлении территориями и городами» в 1999 г. (г. Находка), на международной конференции пользователей программных продуктов ESRI & ERDAS в России и странах СНГ в 1999 г. (г. Москва - г. Голицыно), на научно-технической конференции «Геомониторинг на основе современных технологий сбора и обработки информации» в 1999 г. (г. Новосибирск), на семинаре «Эффективность применения информационных технологий для управления дорожным хозяйством, автомобильными перевозками и дорожным движением» в 2000 г. (г. Москва - г. Тверь), на научно-практической конференции «ГИС-технологии в решении задач управления дорожным хозяйством территорий: пути решения, обмен опытом, перспективы» в 2000 г. (г. Красноярск), на региональной научно-практической конференции «ВУЗы Сибири и Дальнего Востока ТРАНССИБУ» в 2002 г. (г. Новосибирск), на международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2005» в 2005 г. (г. Новосибирск).
Результаты исследований по теме диссертации отмечены: большой золотой медалью Сибирской ярмарки за разработку актуальных программ по внедрению геоинформационных технологий, современных материалов и образцов дорожной техники в дорожном комплексе Новосибирской области в 1999 г. (г. Новосибирск), большой золотой медалью Сибирской ярмарки за разработку геоинформационной
системы автомобильных дорог Новосибирской области в 1999 г. (г. Новосибирск), 1-м местом в конкурсе по номинации «Лучший доклад» на 5-й международной конференции пользователей программных продуктов ESRI & ERDAS в России и странах СНГ в 1999 г. (г. Москва), дипломами Сибирской ярмарки в 1999 и 2000 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ (10 - без соавторов).
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографии и приложений. Общий объем работы составляет 128 страниц печатного текста, 11 таблиц, 31 рисунок, 65 пунктов библиографии и 5 приложений.
