Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Некоторые методы диагностики балласта и земляного полотна железнодорожного пути 12
1.1 Электроразведка 12
1.1.1 Электромагнитное зондирование 13
1.1.2 Электромагнитное профилирование 13
1.1.3 Скважинная электроразведка 14
1.1.4 Исследование оснований под насыпями и сооружениями 15
1.1.5 Изучение оползней 16
1.1.6 Изучение районов с многолетнемерзлотными породами 18
1.1.7 Поиск грунтовых вод 18
1.2 Сейсмическая разведка 20
1.2.1 Метод отраженных волн 20
1.2.2 Метод преломленных волн 21
1.2.3 Задачи сейсморазведки на железнодорожном транспорте 22
1.3 Магниторазведка 23
1.3.1 Область применения и методика съемки 23
1.3.2 Полевая магнитная съемка 24
1.3.3 Микромагнитная съемка. 25
1.4 Гравиметрия. 25
1.5 Динамическое и статическое зондирование (пенетрация) 26
1.5.1 Статическое зондирование 26
1.5.2 Динамическое зондирование 27
1.5.3 Область применения 27
1.5.4 Методика съемки 29
1.6 Георадиолокационный метод 3 0
1.6.1 Область применения георадиолокационного метода 32
1.6.2 Задачи георадиолокации на железнодорожном транспорте 33
1.7 Комплексы геофизических методов 36
1.7.1 Комплексы геофизических методов на
железнодорожном транспорте 37
1.8 Диагностические вагоны и комплексы 39
Анализ литературных источников 42
Глава 2. Теоретические основы создания георадиолокационного метода диагностики состояния балласта 44
2.1. Оценка состояния балластного материала
георадиолокационным методом
2.2 Теоретические основы способов георадиолокационной диагностики балласта 45
2.2.1 Оценка изменения состояния среды по скорости распространения электромагнитных волн 45
2.2.2 Оценка изменения состояния среды по затуханию электромагнитного излучения 48
2.2.3 Асимтотические выражения для относительной
отражательной способности 52
Выводы 53
Глава 3. Экспериментальная проверка теоретических основ георадиолокационного метода диагностики состояния балласта 54
3.1 Аппаратурное обеспечение экспериментов 54
3.2 Программа лабораторных экспериментов по геодиагностике балластного материала 55
3.3 Определение диэлектрической проницаемости чистого щебня 57
3.4 Определение диэлектрической проницаемости загрязненного щебня 58
3.5 Определение диэлектрической проницаемости загрязненного и увлажненного щебня 61
3.6 Определение отражательной способности загрязненного щебня 67
3.7 Отражательная способность загрязненного и увлажненного щебня 71
3.8 Определение оптических свойств балласта с влажным загрязнителем 76
3.9 Корреляция между насыпной массой щебня и определяемыми оптическими величинами 78
3.10. Сравнение эффективности методов определения загрязненности балласта 79
Результаты экспериментальной проверки теоретических основ георадиолокационного метода диагностики состояния балласта 83
Глава 4. Натурное исследование балластного слоя железнодорожного пути георадиолокационным методом 87
4.1 Методика и программа натурных экспериментов 87
4.2. Структура георадиолокационного комплекса (размещение измерительной аппаратуры) 89
4.3. Методика обработки георадиолокационной информации при определении относительной отражательной способности 89
4.4. Определение градуировочной зависимости 93
4.5. Определение зависимости кривой с учетом влажности грунта 96
4.6. Анализ зависимости загрязнения балласта и пропущенного тоннажа 97
4.7. Камеральная обработка результатов обследования 100
балласта Некоторые результаты натурных исследований балластного слоя железнодорожного пути георадиолокационным методом 102
Глава 5. Применение метода георадиолокации для мониторинга основной площадки земляного полотна 104
5.1. Задачи диагностики основной площадки земляного полотна методом георадиолокации 104
5.2. Антенные блоки с улучшенными разрешающей способностью, глубинностью и помехозащищенностью 106
5.3. Выбор частоты георадиолокации для обследования балластной призмы и земляного полотна 110
5.4. Содержание экспериментальных работ 112
5.4.1. Размещение аппаратуры на подвижном экипаже 112
5.4.2. Результаты обследования пути на участках перегона Минеральные В оды - Кисловодск 112
5.4.3. Результаты детального обследования земляного полотна 114
Основные результаты применения метода георадиолокации для мониторинга основной площадки земляного полотна 125
Основные результаты
- Исследование оснований под насыпями и сооружениями
- Теоретические основы способов георадиолокационной диагностики балласта
- Программа лабораторных экспериментов по геодиагностике балластного материала
- Структура георадиолокационного комплекса (размещение измерительной аппаратуры)
Введение к работе
Экономическое и социальное развитие нашей страны, рост объемов грузовых и пассажирских перевозок ставят на первый план задачи дальнейшего развития железнодорожной инфраструктуры, увеличения пропускной способности железных дорог, повышения скорости перевозок. Эти задачи как концептуальные нашли свое отражение в документе «Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г.» [1].
На решение этих задач ежегодно компания затрачивает большие финансовые средства, исчисляемые сотнями миллиардов рублей. Только на ремонт и содержание железнодорожного пути ежегодно выделяется более 40 млрд. рублей.
Однако в настоящее время качественного улучшения путевой инфраструктуры в полной мере достичь не удается. Так, протяженность главных путей, просроченных капитальным ремонтом за пять лет (2007 год по сравнению с 2003 г.), увеличилась в 1,3 раза, в то время как финансирование ремонтов увеличилось в 2,3 раза.
Решение проблемы принципиального улучшения качества железнодорожного пути в настоящее время связывается с дополнительным финансированием ремонтов и реконструкций.
Вместе с этим для преодоления дисбаланса между затраченными средствами и достигнутым качеством пути необходимо внедрять инновационные методы ремонтов и реконструкций, повышать качество проектов, развивать систему дистанционных методов мониторинга, способных выявлять деформации на ранних стадиях их зарождения и контролировать качество выполненных работ.
7 Примером инновационного пути развития может служить
реконструкция железнодорожного пути, выполненная на перегоне Торбино - Боровенка (217,9 -230,69 км) на участке Москва - Санкт-Петербург. Основой технологии стало оборудование разделительных слоев в земляном полотне с применением геотекстиля и георешеток, защитного слоя из балласта разных фракций с добавлением неорганических связующих, послойного уплотнения балласта при организации балластной призмы.
Для построения системы эксплуатации железнодорожной инфраструктуры, обеспечивающую безопасность движения поездов на должном уровне, необходима информация о состоянии железнодорожного пути [2-5].
Вместе с тем высокая стоимость реконструкционных и ремонтных работ делает актуальной научную задачу создания методов неразрушающей диагностики состояния элементов инфраструктуры, которые можно успешно применять на главных путях с повышенной скоростью движения [6].
Для решения этой задачи предполагается использование комплексных диагностических поездов, обеспечивающих получение в едином масштабе координат и времени информации по максимально большому количеству параметров, влияющих на безопасность движения поездов [7-11].
В перечень этих параметров сегодня необходимо дополнительно включать степень загрязнения балласта, качество земляного полотна, оцененное интегрально по числу балластных углублений, влажность земляного полотна и др. [53]. Созданию соответствующих методик и применению их на железнодорожном транспорте и посвящена данная работа. В результате исследований появляется инструментальная
8 возможность назначать ремонты и реконструкции инфраструктуры железнодорожного пути по его реальному состоянию.
Таким образом, актуальность темы исследований определяется тем, что в работе созданы и апробированы программно-аппаратные методики систематического скоростного контроля состояния железнодорожного пути. Технологии скоростного мониторинга инфраструктуры железнодорожного пути, построенные на основе этих и аналогичных методик, являются неотъемлемой частью перспективного направления развития железных дорог, снижающего затраты на текущее содержание балласта и земляного полотна.
Целью работы является совершенствование современного метода георадиолокационной диагностики в системе мониторинга железнодорожного пути, разработка новых методов скоростного обследования балластного слоя и земляного полотна и создание методик обработки результатов измерений.
Для достижения указанной цели в работе решены следующие научные задачи:
1. Созданы теоретические методы количественного описания
характеристик балласта по скорости распространения электромагнитных
волн и по затуханию электромагнитного излучения. Выполнена
экспериментальная проверка теоретических методов количественного
описания характеристик балласта по скорости распространения
электромагнитных волн и по затуханию электромагнитного излучения в
лабораторных условиях. Установлен характер влияния фракционного
состава загрязнителя и его влажности на электрофизические
характеристики балласта.
2. Апробированы аппаратно-программные методы качественного и
количественного анализа радарограмм при скоростном и детальном
9 обследовании земляного полотна, позволяющие определять дефекты и
деформации основной площадки земляного полотна и дать интегральную
оценку его технического состояния.
3. Экспериментально обосновано применение:
спектрального анализа радарограмм для определения
переувлажненных областей земляного полотна;
- отражательной способности грунтов для определения областей
земляного полотна, аномальных по плотности.
В процессе решения поставленных научных задач впервые:
- теоретически получен и экспериментально подтвержден характер
зависимости отражательной способности от коэффициента затухания
электромагнитного излучения в балластном слое;
экспериментально установлена степень влияния фракционного состава загрязнителя и его влажности на отражательную способность балласта;
создан метод количественного описания загрязненности балласта железнодорожного пути по характеру затухания электромагнитного излучения;
создан скоростной георадиолокационный метод определения загрязненности балласта и определения числа дефектов и деформаций основной площадки;
предложены методики определения технического состояния земляного полотна, основанные на подсчете числа балластных дефектов и деформаций, спектральном анализе радарограмм и их локальной оптической плотности.
Обобщение полученных результатов позволило сформулировать следующие положения, выносимые на защиту:
1. Зависимость между относительной отражательной способностью
балласта и степенью его загрязнения.
2. Метод определения степени загрязнения балласта
железнодорожного пути в режиме скоростного мониторинга.
Метод интегральный оценки степени деформативности земляного полотна для протяженных участков железных дорог.
Метод оценки влажности подстилающих железнодорожный путь грунтов, основанный на спектральном анализе радарограмм.
Достоверность полученных результатов определяется
использованием в теоретических исследованиях современных апробированных представлений волновой теории электромагнитного излучения [12], современных методов вычислений и обработки данных [13-16], библиотек компьютерных алгоритмов [15-19]. Все теоретические выводы и созданные методики подтверждались лабораторными и натурными проверками и испытаниями в соответствии с утвержденными в ОАО «РЖД» методиками.
Использование разработанных георадиолокационных технологий в скоростном режиме в системе мониторинга железнодорожного пути позволит получить достаточно полную и достоверную информацию о состоянии балласта; наличии балластных углублений; однородности материала балластной призмы; возможных разуплотнениях грунтов; зонах наибольших деформаций земляного полотна в межреконструкционный период. Эта информация наиболее эффективно реализует систему технического обслуживания, позволяет дать рекомендации по усилению земляного полотна и искусственных сооружений, предупредить аварийные ситуации, повысить качество ремонтов и увеличить межремонтные сроки железнодорожного пути, экономить материальные и технические ресурсы. Результаты исследований нашли практическое применение на объектах
Северо-Кавказской и Горьковской железных дорогах в процессе текущего содержания, при проектировании противодеформационных мероприятий, капитальных ремонтов и реконструкций железнодорожного пути. Основные положения и результаты работы доложены на:
Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Москва, 2003 г.;
Международной научно-технической конференции (посвящена 100-летию со дня рождения Г.М. Шахунянца) «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», Москва, 2004 г;
Третьей Международной научно-практическая конференции «Инженерная и рудная геофизика - 2007», Геленджик, 2007 г;
Четвертой Международной научно-практической конференции «Инженерная и рудная геофизика - 2008», Геленджик, 2008 г.
Исследование оснований под насыпями и сооружениями
Это направление исследований подразумевает решение задач: - картирование рыхлых отложений, в частности определение их площадного распространения, мощности, степени обводненности, литологического состава аллювиальных, делювиальных, озерных, моренных отложений, а также выветривания; - изучение верхней (до 100 м) части разреза с определением мощности и состава отдельных слоев рыхлых отложений и глубины залегания коренных пород; - картирование элементов тектоники и оценка степени трещиноватости пород; - поиски древних долин; - обнаружение и картирование закарстованных зон, пустот естественного и искусственного происхождения; - оценка коррозионной активности грунтов и интенсивности блуждающих электрических токов; - изучение мерзлых пород.
Для решения этих задач ведущими являются различные модификации ВЭЗ и электропрофилирования.
Для изучения оползней применяются методы ВЭЗ, КВЗ, ЕП (метод естественного электрического поля), заряда, комплексируя их с высокоточной магниторазведкой, электрическим и радиоактивным каротажем скважин. С их помощью обеспечивается: - картирование массива оползней и отдельных его частей, имеющих литологические и гидродинамические особенности; - изучение рельефа поверхности оползневого ложа и определение литологического состава, степени разрушенности и увлажненности массива, выделение внутренних зеркал скольжения; - исследование гидрогеологических условий в массиве и за его пределами; - определение направления и скорости движения оползня в целом и отдельных его участках.
При проведении работ необходима густая сеть наблюдений, повышенная точность и тщательность исследований, что обуславливается сложным строением оползней, резкой геоэлектрической неоднородностью разреза по площади и глубине, небольшой мощностью оползневых массивов (до 20-40 м), неровности рельефа, вносящими искажения в результаты полевых наблюдений.
Наилучшие результаты электроразведка дает при изучении оползней выдавливания, срезания и скольжения, где обычно существует четко выраженная поверхность скольжения в глинистых породах. Тело оползня сложено породами, отличающимися повышенной разрыхленностью, трещиноватостью, увлажненностью.
Менее эффективны методы электроразведки при изучении оползней течения, оплывин.
В комплексе с терморазведкой, сейсморазведкой, гравиразведкой электроразведке принадлежит ведущая роль при решении следующих задач мерзлотных исследований: - картирование в плане мерзлых и талых отложений (выявление литологических контактов, тектонических нарушений зон трещиноватости; выделение участков сквозных и несквозных таликов, подземных льдов; поиски и разведка обводненных зон; - расчленение мерзлых и талых зон по глубине (определение кровли и подошвы многолетнемерзлых пород, изучение распространения на глубине мерзлых и талых пород и др.); - выявление строения мерзлоты, типов сезонного оттаивания, промерзания и динамики мерзлотных процессов; - поиски и разведка межмерзлотных и подмерзлотных подземных вод.
Этот тип вод встречается в виде подземных потоков, верховодки, линз, и в другом виде. Все разновидности имеют ряд общих свойств: небольшую глубину залегания (от единиц до первых десятков метров), свободную поверхность (напор отсутствует), плавное изменение уровня, а иногда минерализацию, а главное - зоны аэрации и насыщения. Геоэлектрический разрез на участках распространения грунтовых вод близок к горизонтально-слоистому. Для его изучения применяют ВЭЗ (который является ведущим), ЕП и другие методы электроразведки в комплексе с методами каротажа и сейсморазведки. С их помощью: картируют в плане водоносные отложения (пески, гравий, галечник) среди глинистых отложений, определяют их глубину залегания и мощность; изучают рельеф коренного ложа современных рек и древних погребенных долин; оконтуривают площадки с пресной и минерализованными грунтовыми водами; определяют по литологическому составу и фильтрационным свойствам отложения основного водоносного горизонта, а также перекрывающие и водоупорные породы; изучают динамику грунтовых вод (скорость и направление подземного потока, зоны загрузки).
В твердом теле при внезапном приложении силы возникают упругие колебания, или волны, называемые сейсмическими. Сейсмические волны сферически распространяющиеся от источника возбуждения. Величина и направление скорости распространения зависит от свойств и структуры грунтовой среды. Сведения о внутреннем строении грунта получают по результатам анализа времен пробега сейсмических волн от источника колебаний к регистрирующим устройствам [24-26].
Сейсмические волны генерируются искусственными взрывами в неглубоких скважинах, с помощью механических вибраторов и ударами тяжелых предметов по предметам, находящимся на поверхности грунта. Применяются также эхолотные излучатели упругих колебаний большой мощности, электроискровые разряды и другие средства. На практике различают методы отраженных и преломленных волн.
В методе отраженных волн (МОВ) направленные вниз генерируемые волны, достигая геологической границы (т.е. пород, состав которых отличается от вышележащих) отражаются и регистрируются приемным устройством.
Регистрация сейсмических волн ведется чувствительными приборами сейсмоприемниками, или геофонами, которые располагаются на земной поверхности или в скважинах на определенном расстоянии от места возбуждения волн. Геофоны преобразуют механические колебания грунта в электрические сигналы. Интерпретация сейсмограмм позволяет измерить время прохождения волны от источника до отражающего слоя и обратно к поверхности с точностью до тысячных долей секунды. Скорость сейсмических волн зависит от упругости и плотности среды, в которой они распространяются. В воде она составляет примерно 1500 м/с, в неконсолидированных песках и почвах, содержащих воздух в поровых пространствах, - 600-1500 м/с, в твердых известняках - 2700-6400 м/с и в наиболее плотных кристаллических породах до 6600-8500 м/с (в глубинных слоях Земли до 13 000 м/с).
Геофоны равномерно располагают на одной линии с источником возбуждения. Поскольку известны расстояние до геофона и скорость распространения сейсмических волн в изучаемых породах, по временам пробега волн можно рассчитать глубину отражающей границы. Путь волны может быть описан в виде двух сторон равнобедренного треугольника (так как угол падения равен углу отражения), а глубина отражающего слоя соответствует его вершине. Суммарная длина сторон такого треугольника равна произведению времени прохождения волны и ее скорости. Глубины поверхности отражения рассчитываются в пределах достаточно обширной площади, что позволяет проследить конфигурацию пласта, разломы и аномалии.
Теоретические основы способов георадиолокационной диагностики балласта
В качестве теоретической предпосылки используем известное [12, 29, 30, 55] соотношение между диэлектрической проницаемости (є), скоростью распространения излучения в вакууме (с) и среде (v):
Рассмотрим схему георадиолокационного зондирования. На рис. 2.1 изображен антенный блок (АБ), передающая (а) и приемная (б) антенны, граница балластного слоя и луч, отраженный границей и попадающий в приемную антенну. Зная положение нижней границы балластного слоя (И), время распространения импульса излучения георадара (7) до границы и обратно в приемную антенну, а также расстояние между геометрическими центрами приемной и передающей антенн (d) (рис. 2.1), путь (//), проходимый электромагнитным излучением в среде, можно определить соотношением:
Тогда диэлектрическую проницаемость среды можно определить из (2.1) в следующем виде: є = (ct)2 (2.2)
Ah2 + d2 Многократные измерения, включающие в себя георадиолокационные обследования и вычисления (2.2), а также измерения загрязненности балласта, выполненные согласно [54], позволят построить зависимость вида (2.3) где W- загрязненность балласта, выраженная в процентах. Эта величина определяется как относительная масса материала, выраженная в процентах, просыпавшегося через сито с диаметром отверстий 25 мм, при просеивании балласта, извлеченного из балластной призмы по методике [54]. Рис.2.1
При выполнении натурных исследований выражение (2.3) имеет смысл градуировочной зависимости, на которую влияет не только степень загрязненности балласта, но и его химический и структурный состав, а также влажность. В связи с этим под (2.3) следует понимать семейство кривых, которые получены для разных значений влажности.
Следовательно, для реализации метода определения степени загрязнения грунта в условиях скоростного мониторинга необходимо: 1) определить зависимость величин s = e(s) (2.4) по формуле (2.2), где s - координата местоположения в железнодорожной системе отсчета; 2) привести эту зависимость с учетом семейства градуировочных кривых (2.3) к виду W = W(s). (2.5)
Таким образом, определяемая в процессе диагностики величина диэлектрической проницаемости балласта и ее сравнение с семейством градуировочных зависимостей (2.3) позволяет определить неизвестную в этом случае загрязненность балласта.
Диэлектрическая проницаемость, определенная выражением (2.3), зависит, как отмечалось выше, не только от массы загрязнителя, но и от его физико-химического состояния, например, химического состава, крупности, агрегатного состояния и т.п. Однако в данной работе этот аспект проблемы не рассматривался, поскольку предполагалось, что выражения (2.3-2.5) будут определяться для конкретного участка железнодорожного пути с устоявшейся и слабо меняющейся структурой грузоперевозок. При переносе методики на другой участок железной дороги указанные закономерности должны уточняться.
Необходимо отметить также, что при этом способе измерений параметры обследования (положение антенного блока относительно рельсо-шпальной решетки, тип антенного блока, режимы генерации и регистрации излучения и т.п.) всегда должны совпадать.
Программа лабораторных экспериментов по геодиагностике балластного материала
Георадиолокационная аппаратура должна обладать рядом качеств, обеспечивающих возможность ее использование в условиях железнодорожной инфраструктуры в составе подвижных экипажей, перемещающихся вдоль железнодорожного пути со скоростью до 150 — 200 км/ч. Анализ этих качеств, приводит к следующим требованиям, предъявляемым к георадиолокационной аппаратуре при решении поставленной задачи. Она должна: - обеспечить глубинность зондирования более чем 1,0 метр; - обеспечить разрешение границ раздела сред не менее 0,05 м; - обладать свойствами помехозащищенности, в условиях железнодорожной инфраструктуры; - обеспечить совместно с программным комплексом возможность оценки загрязненности балластного материала в пределах до 30% и более (условие планирования среднего ремонта [57]).
Соответствие для проведения лабораторных и натурных экспериментов были выбраны георадары серии «Око» с антенными блоками с частотой излучения 1.2 ГГц — 1.7 ГГц; с рупорами из проводящих материалов, (разработанных в РГУПС). Процесс зондирования задавался и контролировался программой «GeoScan-32», поставляемой в комплекте с устройством и установленной на ЭВМ.
Регламент выполненных экспериментов устанавливается разработанной программой исследований.
Для проверки экспериментов по диагностики балластного материала методом георадиолокации был изготовлен контейнер из непроводящего материала (органического стекла). Размеры контейнера в плане 0,43 х 0,26 м, высота - 0,24 м.
Контейнер имел объем 0,027 м3 . В нем размещался щебень фракции 25-60 мм массой до т0 = 40 кг. Поперечное сечение контейнера принято из условия размещения антенного блока АБ-1700 с центральной частотой 1,7 ГГц.
Программа лабораторных экспериментов предусматривала изучение вида зависимостей 2.3 и 2.22 методом прямых измерений. Она включала в себя определение диэлектрической проницаемости и относительной отражательной способности балластного материала при его состояниях: - не загрязненном (карьерный щебень); - загрязненном; - загрязненном и увлажненном. Загрязнение проб осуществлялось добавлением материалов: - пыль; - песок мелкой фракции (речной); - щебень фракции dc - до 5 мм; - щебень фракции dc - от 10 до 25 мм.
Состояние загрязнения проб (Wm) определялось выражением: =( 2-).100%. (3.1) тг и изменялось от 0 до 23%. Загрязнитель массой тзас вносился в контейнер равномерным по поверхности просыпанием без использования механических средств перемешивания и уплотнения.
Состояние увлажнения (W) проб с разным составом загрязнения определялось выражением: т = (-2-) 100%. (3.2) тг и изменялось от 0 до 3.45 %. Для увлажнения использована техническая вода, распыляемая равномерно по поверхности контейнера. Состав использованных проб представлен в таблице 3.1.
Диэлектрическая проницаемость (є) балласта в методе прямого зондирования может быть определена путем подбора, выполненного до совпадения положения видимой границы раздела среды и высоты Рис. 3.1 Определение диэлектрической проницаемости балласта контейнера (рис. 3.1). На этом рисунке приведена радарограмма, полученная от чистого щебня, размещенного в контейнере и трасса зондирования. Горизонтальной линией на радарограмме и трассе отмечено положение максимума отражения от дна контейнера. Подбор величины диэлектрической проницаемости позволяет масштабировать шкалу по глубине, что следует из соотношений (2.1-2.2). При значении диэлектрической проницаемости є, равной 4.5, достигнуто значение глубины для положения максимума отражения, близкое к 0,24 м.
Точность определения диэлектрической проницаемости связана с точностью позиционирования границы раздела сред. Поскольку временная протяженность ее изображения равна At = 0.25нс, а временя прохождения сигнала через контейнер примерно ровна t = 4нс, то погрешность - . ДА д/ , „, зондирования может быть оценена величиной — - — » 5 - 6%.
В таблице 3.2 приведены результаты прямого измерения диэлектрической проницаемости (є) щебня, загрязненного пылью, получаемой при истирании щебня. На рис: 3.2 приведена прямая є — є{т), полученная аппроксимацией экспериментальных данных для разных значениях масс загрязнителя (т). В качестве аппроксимирующей зависимости выбрана линейная зависимость. Обоснование выбора приведено в Приложении Б. Результаты статистической оценки качества
Структура георадиолокационного комплекса (размещение измерительной аппаратуры)
В целях получения непрерывной информации о загрязненности балласта выполнены натурные георадиолокационные эксперименты на железнодорожном пути. Для этого использован георадарный комплекс, включающий аппаратные и программные средства. Некоторые особенности комплекса изложены ниже.
При небольших объемах измерений георадарный комплекс может располагаться на путевой тележке. Безусловное преимущество путевых тележек, при обследовании небольших участков железнодорожного пути и соблюдении требований техники безопасности, заключается в том, что они не нарушают графика движения поездов на перегоне.
При значительных объемах обследования георадарный комплекс может быть установлен на экипаж подвижного состава (вагон-путеизмеритель или вагон-дефектоскоп, автомотрису, локомотив и др.).
Для экспериментов на железнодорожном пути предусматривается использовать помехозащищенные, экранированные антенные блоки, разработанные РГУПС [58] для применения в условиях железнодорожной инфраструктуры. В этих антеннах обычный вибратор (например, типа "бабочка") сверху закрыт проводящим полимерным материалом или металлическим проводником, который выполняется в форме купола или рупора. Такая конструкция, как показали исследования [59], обеспечивает существенное ослабление сигналов в верхнем полупространстве (над поверхностью грунта), чем достигается ослабление регулярных помех, сигналов от элементов верхнего строения пути, контактной сети и обустройств, расположенных вдоль железнодорожного пути. Использование экранированных антенн приводит к существенному упрощению технологии первичной обработки радарограмм.
Натурные эксперименты на железнодорожном пути выполнены в соответствии с основными документами, регламентирующими применение метода георадиолокации на железнодорожном пути: Технические указания по инструментальной диагностике земляного полотна [60] и Методические указания по георадиолокационной диагностике объектов земляного полотна железнодорожного пути [61]. При георадиолокационном исследовании измерительную аппаратуру предусматривается устанавливать на съемную путевую тележку или подвижную единицу.
Георадиолокационный комплекс, размещенный на подвижном экипаже размещенный на путевой тележке, оснащенной дополнительными источниками питания. На рис. 4.2 изображен антенный блок георадара, размещенный в обтекателе, который закреплен на вагоне дефектоскопе. В этом случае минимальное расстояние между нижней плоскостью обтекателя и балластом, согласно габаритным размерам подвижного состава, по данным исследований должно быть больше 0.25 -0.30 м.
В процессе георадиолокации полученная информация фиксируется с привязкой к железнодорожному пикетажу, что может обеспечиваться следующими способами: - при небольших скоростях движения - с использованием меток, наносимых оператором на радарограммы (по пикетным столбикам); - методами глобального позиционирования (в системе GPS или ГЛОНАСС); - по информации вагонов - путеизмерителей/дефектоскопов.
В процессе обработки информации, получаемой на натурных объектах, использовались несколько математических процедур, не связанные с типом измерительных приборов и используемого подвижного экипажа.
В частности, в процессе обработки информации необходимо выполнить: - подавление колебания подвеса при проведении геодиагностики с подвижного экипажа или путевой тележки; - определение положения нижней постели (подошвы) шпал и границы балластного слоя; - выбраковка дефектных трасс; - расчет отражательной способности.
Полученные таким образом результаты использовались для построения графиков зависимости (2.22) (в данном случае - градуировочным зависимостям) или для определения степени загрязнения по заранее построенным градуировочным зависимостям.
Указанные процедуры запрограммированы и доступны пользователям программы «GeoRailWay».
Остановимся на этих процедурах подробнее: I. Размещение георадиолокационной аппаратуры на выносных консолях или под дном вагонов путеизмерителей или дефектоскопов предусматривает закрепления конструкции подвеса к подрессоренным узлам подвижного состава. В результате конструкция будет совершать колебания с пиковыми
