WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КАНАШИН НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОЙ СКАНЕРНОЙ СЪЕМКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ

Специальность: 25.00.35 Геоинформатика

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в государственных образовательных

учреждениях высшего профессионального образования

Петербургском государственном университете путей сообщения и

Московском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Коугия Вилио-Ристо Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Масленников Александр Сергеевич

кандидат технических наук

Духин Степан Владимирович

Ведущая организация – Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского (ЦНИИГАиК)

Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 г. в 13 ч на заседании диссертационного совета Д 218.005.11 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, Москва, ул. Образцова, дом 9, стр. 9, ауд. № 1235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 24 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Ю.А. Быков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования: Интенсивное совершенствование компьютерной техники, интернет-технологий и других технических средств, связанных со сбором, обработкой, хранением и передачей информации способствует развитию геоинформатики и широкому внедрению геоинформационных систем (ГИС) во все сферы человеческой деятельности, в том числе и на железнодорожном транспорте.

Основной целью ГИС железнодорожного транспорта является обеспечение комплексной пространственно-координированной информацией (геоинформацией) всех сфер его деятельности для решения задач проектирования, эксплуатации, инвентаризации и управления.

При создании ГИС и периодическом обновлении геоинформации порядка 70% затрат средств и времени связано со сбором геоданных, основным источником получения которых являются топографические съемки местности.

Одной из перспективных технологий сбора геоданных, позволяющих существенно сократить затраты труда и времени, а также повысить информативность получаемой геоинформации при выполнении таких съемок является лазерное сканирование.

Развитию технологии лазерного сканирования способствовали труды многих ученых, таких как Данилин И.М., Журкин И.Г., Карпик А.П., Медведев Е.А., Мельников С.Р., Науменко А.И., Середович В.А. Чибуничев А.Г. и др.

Существенный вклад в развитие методов обеспечения ГИС железнодорожного транспорта геоинформацией внесли известные специалисты в области геоинформатики и геодезии: Берлянт А.М., Глушков В.В., Коугия В.А., Круглов В.М., Маркузе Ю.И., Масленников А.С., Матвеев С.И., Машимов М.М., Ниязгулов У.Д., Тикунов В.С., Цветков В.Я., Щербаков В.В. и др.

Однако задача разработки технологий сбора и обработки геоданных на железнодорожном транспорте все еще актуальна. В частности, съемка железнодорожных станций является трудоемкой задачей, что обусловлено наличием на станциях значительного количества объектов инфраструктуры, инженерно-технических сооружений и устройств. Часто оперативное выполнение съемки железнодорожных станций требует использования нескольких полевых бригад и связано с существенными затратами времени и средств. Ускорению и снижению трудоемкости таких съемок, а также повышению информативности получаемой при этом геоинформации могло бы послужить применение сканерной съемки. Однако технология сканерной съемки железнодорожных станций на сегодняшний день не разработана.

Цель диссертационной работы. Разработка технологии съемки железнодорожных станций с использованием наземных лазерных сканеров.

Идея работы. Применение на железнодорожных станциях наземной сканерной съемки для сокращения затрат труда и времени на сбор геоинформации с одновременным повышением ее информативности.

Основные задачи исследований:

– анализ требований нормативных документов к точности выполнения съемок железнодорожных станций;

– исследование возможности применения наземных лазерных сканеров для съемки железнодорожных станций;

– исследование особенностей выполнения сканерной съемки на железнодорожных станциях;

– разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций;

– разработка алгоритмов предрасчета точности и уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями.

Объектом исследования являются железнодорожные станции.

Предметом исследования является технология съемки железнодорожных станций с применением наземных лазерных сканеров.

Методы исследований. Теоретические методы: методы математической статистики, метод наименьших квадратов, градиентный метод, теория ошибок измерений. Экспериментальные методы: анализ данных экспериментальной сканерной съемки железнодорожной станции, модельные исследования.

Научные положения, выносимые на защиту:

– технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

– предрасчет точности вытянутого сканерного хода;

– способы уравнивания сканерных сетей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– разработана технология построения сканерной сети в условиях железнодорожной станции;

– разработана технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

– разработан метод предрасчета точности вытянутого сканерного хода;

– разработан способ уравнивания сканерной сети градиентным методом;

– на основе градиентного метода разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат;

– разработан способ уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы проектно-изыскательскими институтами и подразделениями железных дорог, выполняющими топографические съемки железнодорожных станций, а также положены в основу программного обеспечения ГИС, обеспечивающего математическую обработку сканерных измерений.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью полученных теоретических и практических результатов, их внедрением в производственную деятельность ФГУП “Аэрогеодезия” и ООО “НПП “Бента”, что подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (ПГУПС, апрель 2007 г.), IX научно-практической конференции “Безопасность движения поездов” (Москва, октябрь 2008 г.), международной научно-технической конференции “Геодезия, картография и геоинформационные системы” (Новополоцк, декабрь 2008 г.) и на заседаниях кафедр “Инженерная геодезия” ПГУПС и “Геодезия, геоинформатика и навигация” МГУПС (МИИТ).

Личный вклад автора заключается в проведении анализа современных видов топографических съемок железнодорожных станций и требований нормативных документов к точности их выполнения, разработке технологии создания сканерной сети в условиях железнодорожной станции, разработке технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети, разработке метода предрасчета точности и способов уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями, и выполнении анализа полученных результатов.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 публикациях, три из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, библиографический список из 87 наименований и 5 приложений. В работе 23 рисунка и 19 таблиц.

В первой главе выполнен анализ современных методов съемок железнодорожных станций и требований нормативных документов к точности их выполнения. Приведены общие сведения о сканерной съемке и выполнен анализ возможностей ее применения для съемок железнодорожных станций.

Вторая глава описывает разработку способов уравнивания сканерных сетей.

Третья глава посвящена разработке технологии сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по разработке технологии сканерной съемки железнодорожных станций и уравниванию сканерных сетей.

Основное содержание работы

1. Технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети.

Разработанная технология съемки включает подготовительный этап, полевые и камеральные работы.

Подготовительный этап включает проектирование работ и рекогносцировку объекта съемки. При проектировании работ уточняют вид и требования к конечному продукту результатов съемки. Выбирают масштаб съемки и ее точность, систему координат и высот, в которой ее будут выполнять, осуществляют сбор информации о наличии пунктов государственной геодезической сети, выбирают съемочное оборудование. Исходя из предложенной формулы вычисления погрешности положения точки объекта сканерной съемки, для съемки станций рекомендованы конкретные модели сканеров.

При рекогносцировке выбирают места расположения пунктов съемочной сети, составляют схему путевого развития станции, где указывают места смены шпал и рельсов, наличие изолирующих стыков. Последовательность съемки путей согласовывают с начальником станции. Составляют схему и выполняют предрасчет точности съемочной сети. Анализ нормативных документов показал необходимость определения координат пунктов съемочной сети с погрешностями их взаимного положения, не превышающими 5 мм.

В ходе полевых работ создают съемочную сеть и выполняют сканерную съемку. Съемочную сеть предложено создавать как двухуровневую. Сеть первого уровня представляет собой разреженный каркас съемочной сети, пункты которой предлагается располагать в горловинах станции и в середине станционного парка. При наличии прямой видимости между пунктами сеть предложено создавать как линейно-угловую, при отсутствии видимости – прокладывать ходы полигонометрии или выполнять спутниковые определения. В дальнейшем пункты съемочной сети первого уровня служат исходными для сгущения съемочной сети по результатам сканерных измерений в ходе съемки местности.

Съемку станционных парков предложено выполнять, прокладывая вдоль путей между горловинами станции сканерные ходы, где геодезическими измерениями определяют координаты только расположенных на концах крайних облаков точек (для краткости назовем их опорными точками). Для вычисления остальных общих для смежных облаков (связующих) точек выполняют уравнивание сканерных измерений.

При сканерной съемке железнодорожной станции разные пути из-за их занятости подвижным составом снимают в разное время, получая несколько сканерных ходов, которые с помощью общих связующих точек предлагается объединять в единую сеть (рис. 1).

В ходе построения сканерной сети возникает возможность сокращения числа точек, координаты которых необходимо определять геодезическими измерениями. При этом увеличивается избыточность измерений, благодаря чему повышается точность определения координат пунктов сети по результатам уравнивания.

Рис. 1. Схема сканерной сети:

– железнодорожные пути; – опорные точки; – связующие точки;

– точки установки сканера для съемки; вх – входная горловина станции;

вых – выходная горловина станции.

Сканерную съемку дополняют традиционными геодезическими измерениями, выполняемыми в местах, которые не попадают в поле зрения сканера. При необходимости и наличии на станции освещения съемку предложено выполнять ночью, когда движение поездов менее интенсивно. В качестве опорных и связующих точек используют сканерные марки, которые предложено закреплять на опорах контактной сети, светофорах и других станционных сооружениях. На места смены шпал, рельсов, изолирующие стыки, начала остряков и хвосты крестовин стрелочных переводов предложено устанавливать щитки или сканерные марки, которые четко отображаются в облаках точек.

Сканерную съемку участков станции, не входящих в станционные парки предложено выполнять, прокладывая разомкнутые сканерные ходы. Для съемки всей полосы отвода при расположении путей на насыпи ход прокладывают по ее бровке.

При камеральной обработке выполняют уравнивание выполненных измерений. Облака точек с использованием стандартного программного обеспечения объединяют в единую модель. Цифровая точечная модель станции в сочетании с семантическими данными содержит всю полноту собранной при съемке геоинформации, с помощью которой в зависимости от решаемых задач составляют цифровой топографический план или цифровую векторную модель. Точечная модель позволяет получать в последующем геометрические характеристики и габариты станционных сооружений на любом этапе проектирования или эксплуатации без необходимости повторной съемки. Поэтому получение такой модели, координаты точек которой определены с заданной пользователем точностью, является первой и главной задачей сканерной съемки.

Построение плана или векторной модели станции осуществляют с использованием стандартного программного обеспечения.

При построении плана особое внимание следует уделять изображению рельсовых нитей, которое предлагается выполнять соединением векторными линиями точек оси головок рельсов через заданный интервал, например через пикет.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»