Содержание к диссертации
1. Анализ средств и методов диагностики рельсовой колеи но геометрическим нараметрам1.1. Назначение диагностики
1.2. Нормативные требования к контролируемым параметрам
1.3. Средства и методы определения геометрических нараметров рельсовой колеи
1.3.1. Геодезические методы
1.3.2. Вагоны-нутеизмерители
1.3.3. Нортативные средства
1.4. Зарубежные средства и методы онределения геометрических нараметров рельсовой колеи
1.4.1. Геодезические методы
1.4.2. Вагоны-путеизмерители
1.4.3. Нортативные средства
1.5. Анализ средств и методов онределения геометрических нараметров рельсовой колеи
2. Теоретическое обоснование и разработка алгоритма онределения геометрических нараметров рельсовой колеи по геодезическим координатам
2.1. Хордовые методы онределения геометрических нараметров
2.2. Динамические методы
2.3. Комбинированные методы
2.4. Координатные методы
2.5. Координатный метод СГУНС
3. Разработка измерительного комплекса для определения пространственного положения и геометрических параметров рельсовой колеи
3.1. Принципиальная схема комплекса
3.2. Устройство аппаратно-программного комплекса «Профиль»
3.3. Результаты исследований аппаратно-программного комплекса «Профиль»
3.3.1. Исследования точностных характеристик АПК «Профиль»
3.3.2. Определение наличия связей между геометрическими параметрами рельсовой колеи
3.3.3. Сравнительные исследования АПК «Профиль» и других портативных средств контроля состояния рельсовой колеи
3.3.4. Сравнение АПК «Профиль» с типовыми вагонами-путеизмерителями
3.4. Разработка методики повышения точности измерений за счет коррекции гироскопов
4. Методика применения АПК «Профиль» при эксплуатационной работе на железных дорогах
4.1. Методика автоматизированного определения пространственного положения и геометрических параметров рельсовой колеи
4.2. Методика определения параметров кривых
4.3. Методика калибровки вагонов-путеизмерителей
Введение к работе
Железные дороги - одна из важнейших государственных инфраструктур путей сообщения. Передвижением по железным дорогам пассажирских и грузовых экипажей осуществляется оборот материальных и финансовых ресурсов. На период до 2020 года Транспортная стратегия Российской Федерации [79] в качестве главных приоритетов предусматривает повышение качества транспортных услуг, эффективности и безопасности на железных дорогах.
С увеличением скорости движения и повышением эффективности железнодорожного транспорта для полной гарантии безопасности движения поездов и сохранении плавности хода, необходимо обеспечить прочность и устойчивость всех элементов железнодорожного пути, в том числе верхнего строения пути. Обеспечение безопасности на железных дорогах - комплексная задача, включающая широкий спектр мероприятий, одним из которых является совершенствование средств и методов измерения геометрических параметров [82]. Существующая система контроля параметров устройства железнодорожного пути в Российской Федерации базируется на использовании вагонов-путеизмерителей различного типа и применении портативных средств контроля. В основе такой системы лежит контроль состояния железных дорог с высокой периодичностью и строгой регламентацией на всех уровнях управления принятия необходимых мер по предотвращению аварийных ситуаций. Качество и объективность оценки зависит от точности измерений геометрических параметров, привязки данных к линейной координате пути и возможности определения параметров в широком диапазоне частот. Наиболее достоверные данные о состоянии железных дорог можно получать при оценке динамики изменения параметров. Последние модели путеизмерителей типа КВЛ-П2.1 [71] позволяют получать погрешности по всем контролируемым параметрам не более 1 мм при рабочей скорости до 120км/ч, что соответствует требованиям нормативных документов. Основпым недостатком путеизмерителей КВЛ-П, ЦНИИ, портативных приборов типа НТ-7МК и других, принцип работы которых основан на методе хорд, являются ограниченные фупкциональные возможности, не позволяющие выполнять оценку параметров па хордах различной длины. Также к одному из существенных недостатков можно отнести отсутствие единства измерений.
Нужно учесть и то, что полученные в процессе измерений данные не могут обрабатываться с использованием современных программных комплексов ГИС, позволяющих в режиме мопиторинга выполпять оценку содержания железнодорожного пути с высокой точностью и оперативностью. Основной причиной приведенных недостатков являются относительные измерения на заданной базе (хорде).
Контроль нараметров устройства железнодорожного пути на современном уровне возможен при совершенствовании средств и методов измерения геометрических параметров и внедрении в производство работ многофункциональных путеизмерительных устройств, оборудованных новейшими измерительными приборами. Реализация передовых способов измерений и комплексов на их основе позволит получить принциниально новые возможности. Такие комплексы должны устранить недостатки имеющихся устройств, обеспечить определение координат нути в геодезической системе координат, что позволит обеспечить единство измерений. В свою очередь, это дает возможность проведения мониторинга для определения динамики изменения состояния железных дорог. Использовапие геодезических координат пути позволит выявлять длипные неровности, превышающие стандартную длину базы измерения, определять взаимное положение рельсовых нитей по уровню, в плане, просадки рельсовых нитей и ширину колеи - характерные параметры рельсовой колеи, а также пространственное положение линии.
В последнее время абсолютные измерения координат железнодорожного нути необходимы при производстве кадастровых съемок [51], паспортизации пути и использовании ГИС на железных дорогах [40]. Сейчас определение координат пути и других сооружений на железных дорогах осуществляется, в основном, традиционными методами, а именно: теодолитами и нивелирами, что очень трудоемко и экономически нецелесообразно. Но возможности и точностные характеристики современных измерительных датчиков и вычислительной техники позволяют создавать новые, полностью автоматизированные средства и методы измерений геометрических параметров.
Переход от относительных измерений на базе хорды, равной длине вагона, к измерениям геодезических координат позволит расширить функциональные возможности измерительных средств, повысить точность и использовать ГИС. Таким образом, разработка новых способов определения пространственного положения и геометрических параметров с использованием геодезических методов, позволяющих значительно расширить функциональные возможности измерительных средств, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы: разработка и внедрение нового измерительного комплекса, повышающего полноту, достоверность и точность определения пространственного положения и расчета геометрических параметров железнодорожного пути за счет использования автоматизированного координатного метода.
Задачи исследования:
1. Провести анализ существующих методов и средств определения пространственного положения и геометрических параметров и разработать:
• алгоритм определения геодезических координат и расчет по ним геометрических нараметров в соответствии с существующими стандартами;
• измерительную систему для определения координат и геометрических параметров рельсовой колеи;
• методику автоматизированного определения пространственного положения, геометрических параметров и оценки параметров кривых.
2. Реализовать разработанные алгоритмы и методики.
3. Исследовать эффективность применения средств и методов определения геометрических параметров и создания продольных профилей по геодезическим координатам.
Объект исследования: железнодорожный путь.
Предмет исследования: геометрические параметры железной дороги.
Теоретическая и методологическая база исследоваиий; поставленные в работе задачи решаются на базе использования математических методов моделирования, математической статистики, сравнительного анализа, теории обработки измерений.
Выполнен анализ работ российских и зарубежных ученых в области разработки измерительных средств диагностики, оценки состояния рельсовой колеи и расчета ее геометрических параметров (В.А. Коугия, СИ. Матвеев, В.М. Круглов, В.Я. Цветков, М.М. Железнов, А.К. Дюнин, Г.И. Шахунянц, Н.И. Карпущенко, В.В. Щербаков, Т.Г. Яковлева, И.И. Кантор, В.Б. Бредюк и др.), в области спутниковых радионавигационных систем ( Н.А. Телеганов, К.М. Антанович, В.А. Коугия, СИ. Матвеев, А.П. Карпик и др.), в сфере геоинформационных систем на транспорте (СИ. Матвеев, В.А. Коугия, Б.А. Левин, В.М. Круглов, В.Я. Цветков, СА. Бокарев и др.), в области геодезических наук на железнодорожном транспорте (Г.С Бронштейн, В.А. Коугия, СИ. Матвеев, В.Е. Новак, Г.П. Левчук, П.С Закатов, А.А. Визгин и др.), в сфере математической обработки измерений (В.Д. Большаков, П.А. Гайдаев, А.А. Визгин, Ю.В. Линник, А.Н. Лобанов и др.), библиотечных и электронных ресурсов.
Научная иовизиа диссертационной работы:
• разработана методика автоматизированного определения пространственного положения и геометрических параметров рельсовой колеи по геодезическим координатам;
• разработан алгоритм определения геометрических параметров по геодезическим координатам;
• разработан измерительный комплекс для определения пространственного положения и геометрических параметров.
На защиту выносятся;
• методика автоматизированного определения пространственного положения и геометрических параметров рельсовой колеи по геодезическим координатам;
• алгоритм определения геометрических параметров по геодезическим координатам;
• измерительный комплекс для определения пространственного положения и геометрических параметров.
Теоретическая значимость работы; разработка принципиальпо нового подхода к определению геометрических параметров косвенными методами по геодезическим координатам рельсовой колеи.
Практическая значимость работы; внедрение разработанных средств и методов определения геометрических параметров на Западно-Сибирской, Восточно-Сибирской, Забайкальской железных дорогах филиалах ОАО «РЖД» и Норильской железной дороге, Уральском государственном университете путей сообщения, ОАО «Беловопогрузтранс» и других организациях позволило повысить качество сверки вагонов-путеизмерителей, оценки состояния рельсовой колеи, характеристик кривых и производительность работ при создании продольных профилей. Внедрение разработок на всех этапах позволило автоматизировать процесс сбора, обработки, калибровки данных и получения отчетных материалов.
Реализация результатов работы. Нредставленные в диссертации результаты исследований использованы при проведении следующих научноисследовательских и производственных работ:
• натурной проверки плана и продольпого профиля на 30 железнодорожных станциях Западно-Сибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД»;
• натурной нроверки плана и продольного профнля на 5 железнодорожных станциях Норильской железной дороги - филиала ОАО «РЖД»;
• паспортизации железнодрожных путей необщего пользования ОАО «Беловопогрузтранс».
Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты доложены и обсуждены на следующих конференциях:
• межвузовской научной студенческой конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири», Новосибирск, 2002;
• научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века», Новосибирск, 2002;
• региональной научно-нрактической конференции «Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу», Новосибирск, 2002;
• международной научно-технической конференции «Современные проблемы геодезии и оптики», Новосибирск, 2003;
• всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации.», Новосибирск, 2003;
• научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века», Новосибирск, 2005;
• международном геодезическом конгрессе «ГЕО-СИБИРЬ - 2006», Новосибирск, 2006;
• международном геодезическом конгрессе «ГЕО-СИБИРЬ - 2007», Новосибирск, 2007.
Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации изложены в 19 работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка, включающего 94 наименования.
Общий объем работы составляет 120 страниц, содержит 32 рисунка, 21 таблицу, 5 приложений.
1. Анализ средств и методов диагностики рельсовой колеи но геометрическим нараметрам
