Введение к работе
Актуальность проблемы. Радикальные изменения, происшедшие в области измерительной техники, информационных и компьютерных технологий, определили ориентацию на развитие информационно -управляющих систем, в частности, интегрированных специализированных систем железнодорожного транспорта. Условия для их реализации определены широким проникновением в практику геоинформационных систем (автоматизированных систем связанных с обработкой пространственно - координированной информации) и спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Благодаря последним, человечество впервые получило в своё пользование общеземные пространственные системы координат и возможность решения задач мониторинга и навигации транспортных объектов в режиме реального времени.
Перспективность нового направления навигации подтверждена Постановлением Правительства РФ № 365 от 9 июня 2005 г. «Об оснащении космических и транспортных средств аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС и ГЛОНАСС/GPS».
Для решения задач навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта на уровне интегрированных геоинформационных и навигационных систем имеются уникальные условия, связанные с возможностью быстрого создания эталонных моделей трассы движения - высокоточных цифровых моделей пути (ВЦМП).
Дело в том, что только железнодорожный путь, в отличие от других видов транспорта, имеет наиболее точное, фиксированное во времени и пространстве, положение. Этот момент является определяющим и позволяет создать не менее точную цифровую модель пути, готовую к использованию в автоматизированных системах управления движением поездов, работой
3 I рос. национальная]
диагностических комплексов, выправочных машин и механизмов и других мобильных средств железнодорожного транспорта.
Высокоточная цифровая модель пути представляет собой упорядоченную последовательность точек оси пути и рабочих граней рельсов, трёхмерные координаты которых определены с субсантиметровой точностью. ВЦМП по существу представляют собой специализированные ГИС железных дорог максимально возможной точности. Их применение в специализированных управляющих геоинформационных и навигационных системах железнодорожного транспорта способно значительно продвинуть уровень надёжности и автоматизации содержания геометрии железнодорожного пути и навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта.
Говоря о многофункциональности ВЦМП следует отметить, что они являются:
новым классом непрерывных геодезических сетей специального назначения и могут быть созданы, в отличие от реперных систем, всего за несколько лет принеся службе пути экономию, выражающююся сотнями миллионов рублей;
специализированными геоинформационными системами, способными решать задачи мониторинга геометрии пути и оптимального проектирования ремонтных и выправочных работ;
на их основе могут быть разработаны системы асинхронной привязки показаний путеизмерительных и выправочных комплексов, значительно повышающих функциональные возможности последних;
применение ВЦМП создаёт возможность повышения качества и надёжности работы существующих АС службы движения, таких как КЛУБ, МАЛС, ГАЛС, и САУТ;
Принимая во внимание, что создание ВЦМП реальными, т.е. высокими темпами существующими технологиями не предусмотрено, прежде всего, необходима разработка технологий создания высокоточных цифровых
моделей пути и их интеграция в системы диагностики и мониторинга железнодорожного пути.
Цель диссертационной работы. Разработка специализированной геоинформационной системы для обработки комплексированных асинхронных измерений железнодорожного пути, как средства создания высокоточных цифровых моделей пути.
Основные задачи исследований:
Разработка автоматизированной базы данных реперных систем, позволяющей автоматизировать создание РЦМП без каких либо дополнительных измерений.
Разработка технологий и схем создания РЦМП станционных путей.
Разработка схем создания РЦМП на основе комплексированных спутниковых и гироскопических измерений.
Разработка способа координатной привязки показаний путеизмерительных комплексов к РЦМП.
Разработка алгоритма рекуррентного оценивания параметров ВЦМП по результатам комплексированных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений.
Разработка специализированной управляющей геоинформационной системы для создания ВЦМП по результатам асинхронных комплексированных измерений.
Методы исследований. Теоретические методы: системный анализ, геоинформационные технологии, объектное программирование, математический аппарат обработки в реальном времени, применение процедур статистического оценивания параметров ВЦМП рекуррентным методом наименьших квадратов. Экспериментальные методы: разработка автоматизированного измерительного комплекса, разработка специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений пути, разработка системы управления базами данных реперных систем, опытные исследования СГС на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.
Научная новизна работы состоит в том, что автором впервые разработана специализированная геоинформационная система для создания высокоточных цифровых моделей пути по результатам асинхронных измерений железнодорожного пути, а также разработан способ привязки показаний путеизмерительных средств к системе координат РЦМП.
Практическая и теоретическая значимость работы состоит в получении следующих основных результатов, которые и выносятся на защиту:
Разработан способ и автоматизированная система автокалибровки датчика эйлеровых углов полностью компенсирующих систематическую ошибку ухода гироскопа и искажения масштаба.
Разработана теория привязки и самоколибровки путеизмерительных средств, на базе гироскопа, по разреженным цифровым моделям пути;
Разработано программное обеспечение для управления базами данных реперных систем в аспекте информационной подсистемы геоинформационной системы железнодорожного участка. Разработанный программный комплекс внедрен на Московской и Северной железных дорогах;
Разработана геоинформационная система для цифрового моделирования путевого развития станций и создания разреженных цифровых моделей станционных путей. Разработанная ГИС практически апробирована при создании цифровых моделей станций Енисей, Бугач, Злобино при внедрении системы МАЛС;
Разработана специализированная геоинформационная система для обработки комплексированных асинхронных измерений железнодорожного пути;
Проведена апробация разработанной специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути при создании высокоточной цифровой модели пути 2 пути Экспериментального кольца;
Апробация и научные публикации. Исследования выполнены по материалам научно-исследовательских работ в План НИОКР ОАО РЖД, тема 19.10.01 за 2004 г. Все опытные работы проведены на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.
Основные положения диссертации докладывались на конференциях «Неделя науки МИИТа» в 2001-2005 гг.; научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2003, 2004 и 2005 гг., на выставке НТТМ 2004 и НТТМ 2005; на Международных конференциях «Information Tecnologies in Scieence, Sociology, Economics and Business» в 2003. 2004 2005 гг.
Основные положения диссертации изложены в 24 опубликованных работах.
Структура и объём диссертации. Объем диссертации
составляет 174 страницы. Работа содержит 11 таблиц, 59 рисунков. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, библиографический список литературы из 65 наименований.
