WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Пространственное положение и геометрические параметры железнодорожного пути являются основой для расчетов других параметров ТРА, необходимых для принятия различного уровня управленческих решений. Единство измерений обеспечивается за счет разбивки пикетажа и привязки к нему всех натурных измерений по станции, при этом станционные пути не всегда параллельны главным, на которых разбивается пикетаж. Такой подход является трудоемким и не отвечает современным требованиям эксплуатации железнодорожных путей и функциональным возможностям современной аппаратуры.

Для автоматизации сбора пространственных данных и геометрических параметров пути в Научно-инженерном дорожном центре (НИДЦ) СГУПС с конца 90-х годов ведется разработка и совершенствование аппаратнопрограммного комплекса АПК «Профиль». Группу разработчиков, в составе которой находится автор, возглавляет канд. техн. наук Щербаков В.В. Основная идея при создании комплекса – использование ГНСС для геодезической съемки.

Конструктивно АПК «Профиль» представлен на рисунке 1, где 1 – инерциальный блок, 2 – разборная рама, 3 – ручка, 4 – вилка (24 см), 5 – вилка (100 см), 6 – датчик пути, 7 – источник питания (аккумулятор), 8 – ГНСС приемник, 9 – вешка, 10 – аппаратура ГНСС (антенна).

Рисунок 1 – Схема АПК «Профиль» Проведенные исследования показали, что использование ГНСС без дополнительных измерений невозможно, так как для приведения спутниковых измерений на ось пути или головку рельса необходимо выполнять соответствующие корректировки. Ошибки, вносимые за смещение фазового центра антенны относительно оси пути, при высоте антенны 2,0 м могут достигать следующих величин:

- за продольный уклон (при величине уклона 20 ‰) – 4 см;

- за поперечный уклон (при возвышении рельса 150 мм и ширине пути 1520 мм) – 19,7 см.

Кроме того, измерения, получаемые в кинематическом режиме, не обеспечивают требуемую точность. Для коррекции спутниковых измерений и достижения необходимой точности был разработан инерциальный блок, задачей которого является определение угловых смещений в трех плоскостях.

Инерциальный блок связан с датчиком пути, измеряющим расстояние по головке рельса. На основании измерений приращений в расстоянии и угловых смещений получаем пространственные координаты движения АПК «Профиль» в условной системе координат. Таким образом, мы дважды, независимо друг от друга, получаем пространственное положение пути в двух разных системах координат, которые по отдельности не удовлетворяют необходимой точности.

Данные инерциального блока максимально точны на коротких расстояниях и искажаются пропорционально времени из-за ухода гироскопов. Поэтому точность взаимного положения элементов пути на короткой дистанции до 100 м не превышает 5–10 мм, а на участке в 1 км – 5–10 см. Определение пространственного положения из спутниковых измерений допускается в пределах 10 мм ± 1 мм/км. Таким образом, точки, расположенные друг от друга на удалении в 1 км или 1 м, будут иметь ошибку в определении своего местоположения около 1 см.

При этом по нормативным требованиям взаимное положение точек рельсовой нити на дистанции (хорде) 20 м не должно превышать 1 мм, а пространственное положение – 2–3 см. Данные цифры показывают, что ни одна из приведенных систем не обеспечивает требований по отдельности. Для увеличения надежности и точности получения пространственного положения пути необходимо объединить (комплексировать) системы в единое целое и разработать теоретическое решение обработки данных.

Анализ современных средств и методов определения пространственного положения и контроля геометрических параметров железнодорожного пути показывает, что наиболее актуальны комплексные решения, позволяющие производить регулярную проверку состояния железнодорожного пути. В Германии, США, Канаде, Великобритании, Швейцарии, Японии и Китае основным направлением развития путеизмерительных средств является расширение функций путеизмерителей и увеличение числа измеряемых параметров, в первую очередь, за счет определения пространственного положения объектов.

Современные требования, предъявляемые к состоянию железнодорожного пути и возможности современных измерительных средств, обеспечивают переход от относительных на координатные методы.

Во втором разделе «Разработка и исследование системы геодезического контроля пространственного положения железнодорожного пути» рассмотрены геометрические параметры железнодорожного пути, подлежащие контролю при натурных проверках. Современные методы и технологии сбора информации позволяют повысить производительность выполнения работ и снизить их стоимость по отношению к традиционным методам. В традиционном варианте выполнения съемки первоочередной задачей является разбивка пикетажа. Все остальные измерения привязываются к данному виду работ. Можно выделить следующие недостатки традиционного подхода к выполнению геодезической съемки:

- в случае использования ошибочных данных в пикетажных значениях опорных точек данные разбивки пикетажа и закрепление точек приводят к неоднозначности определения местоположения для всего объекта;

- при изменении значения в начале отсчета пикетажа необходимо повторно выполнить разбивку и закрепление пикетажных точек;

- определение переломов профиля не описано нормативными документами, поэтому выполняется с ошибками субъективного характера.

Современные средства и методы сбора и хранения данных позволяют автоматизировать работы и получать более плотную, с высокой степенью детализации, съемку. Такие результаты съемки позволяют повысить качество и надежность измерений.

С использованием АПК «Профиль» можно увеличить производительность работ за счет автоматизации сбора полевых данных и исключения одного из этапов – разбивки пикетажа. Результаты съемки имеют высокую плотность измерений. За счет этого повышается детальность и качество отчетных материалов.

Для реализации аппаратно-программного комплекса автором выполнены следующие исследования:

- опорной геодезической сети (специальной железнодорожной реперной сети);

- функциональных возможностей и точностных характеристик использования ГНСС при съемке пространственного положения железнодорожного пути;

- точностных характеристик инерциальных систем для определения пространственного положения пути.

В настоящее время на российских железных дорогах (Северная, ВосточноСибирская, Октябрьская) в соответствии с распоряжением МПС России № С-493у от 27.04.98 г. создана специальная реперная сеть. При этом пункты реперной сети закреплены на опорах контактной сети, что влияет на стабильность их пространственного положения, особенно на высоких насыпях и в выемках. В связи с этим, выполнены исследования и анализ характерных опорных точек сети, расположенных в непосредственной близости к путям, с целью выявления условий наиболее корректного их месторасположения и закрепления, а также возможности их использования.

Для проведения исследований выбрано несколько точек, представляющих наиболее типичные участки железнодорожного пути: насыпь, выемка, остановочная платформа, граница насыпи и выемки, устой моста. В таблице представлены результаты исследований изменения координат точек.

Таблица 1 – Максимальные значения и средние скорости смещения точек Максимальное значение Средние скорости смещения, Точки смещения от первоначального мм/месяц положения, мм X Y S H X/мес Y/мес S/мес H/мес Насыпь -28,0 -12,0 30,1 25,0 -4,1 -5,9 7,9 4,Выемка -10,0 6,0 11,2 16,0 -0,8 -0,4 2,3 -0,Платформа -15,0 -7,0 15,0 -25,0 -3,2 -2,0 4,3 1,Граница насыпи и -32,0 -76,0 41,2 -44,0 -2,6 -4,8 6,9 -6,выемки Среднее значение -2,7 -3,3 5,4 -0,Где X, Y, H – смещение координат, S – линейное смещение в плане Анализ таблицы 1 показывает: смещение точек насыпи железнодорожного пути может достигать значительных величин; скорость движения точек насыпи неравномерна во времени; величина и направление смещения точек на разных участках железнодорожного пути значительно отличаются между собой;

характер движения точек насыпи в плане и по высоте идентичен, однако, количественные значения различаются. Разработаны рекомендации по использованию пунктов, в основе их лежит расчет времени, за которое пространственное положение изменится на величину, превышающую ошибку определения пунктов реперной сети. Допустимый период t использования локальных реперных сетей вычисляется по формуле:

m (1) t =, где m – средняя квадратическая погрешность пунктов реперной сети, – скорость изменения пространственного положения пунктов на земляном полотне.

Величина непостоянная и зависит, как видно из приведенных исследований, от времени года. На основании изложенного следует вывод:

использование базисных точек для сбора геодезических данных, расположенных непосредственно на балластной призме железнодорожного пути, может быть временным, на период от трех недель до двух месяцев в зависимости от сезона.

Для оценки погрешности ГНСС измерений в режиме кинематики (съемка в движении), оценки эффективности работы и разработки методики съемки пути выполнены исследования GPS и ГЛОНАСС/GPS оборудования. Сущность исследования измерений в режиме кинематики заключается в получении координат при многократном движении по одной и той же траектории с минимальным отклонением, не превышающим 1 мм.

Такие исследования проводились, но эффективность их не высока, так как повторяемость движения по заданной траектории была грубее погрешности измерений. Конструкция АПК «Профиль» повторяет траекторию движения с погрешностью 1 мм. Таким образом, результаты исследований позволяют выполнить полноценный анализ факторов, влияющих на погрешность измерений в движении.

Анализ кинематических измерений, выполненных оборудованием с использованием только американской спутниковой системы GPS (Trimble 5700) и оборудованием, использующим системы ГЛОНАСС и GPS (Trimble R7, SP Epoch 35), приведен в таблице 2. Эксперимент проводился на криволинейном участке железнодорожного пути Новосибирск–Пашино длиной в 493 м.

Оборудование ГНСС по очереди устанавливалось на путеизмерительную тележку АПК «Профиль». В качестве эталонного значения использовались данные, полученные лазерным сканером Leica ScanStation-2.

Таблица 2 – Анализ спутниковых измерений Количество Погрешность измерений, мм циклов По внутренней По абсолютным Оборудование измерений сходимости значениям план высота план высота макс./среднее макс./среднее макс./среднее макс./среднее Trimble 5700 16 20/11 30/18 31/21 33/SP Epoch 35 16 17/12 26/12 23/19 26/Trimble R7 16 13/7 22/11 19/12 20/Сравнительный анализ использования спутниковой геодезической аппаратуры на железной дороге показывает:

- двухсистемные приемники, работающие как с американской системой GPS, так и российской ГЛОНАСС, например Trimble R7, показали более высокие результаты по отношению к односистемным, например Trimble 5700, при этом характеристики точности, заявленные производителями для исследуемых приемников, одинаковые;

- использование ГНСС для съемки пространственного положения пути, в режиме кинематики, не обеспечивает необходимой точности.

Для определения точностных характеристик и их анализа выполнены исследования инерциального блока АПК «Профиль». Исследование второй составляющей комплексной системы – инерциального блока, выполнялись также на участке железнодорожного пути Новосибирск–Пашино. Результаты исследований определения пространственного положения пути приведены в таблице 3, результаты исследований определения геометрических параметров пути – в таблице 4.

Таблица 3 – Результаты определения пространственного положения Погрешность измерений, мм Количество По внутренней По абсолютным Оборудование циклов сходимости значениям измерений план высота план высота АПК «Профиль» 16 30 35 50 Таблица 4 – Результаты определения геометрических параметров Погрешность измерений, мм Оборудование АПК «Профиль» ЦНИИ-4 Инструментальная съемка Рихтовка, хорда 21,495 м 2 2 Просадка, хорда 5.4м 1 1 Шаблон 1 1 Уровень 1 2 По результатам исследований инерциальных измерений можно сделать следующие выводы:

- неопределенное значение начального направления разворачивает всю траекторию в пространстве;

- на фиксированной длине хорды 20 м, принятой на железных дорогах России, получаем результаты с повторяемостью в 1–2 мм;

- при протяженных по времени измерениях получаем отклонения от фактического положения, значительно превышающие нормативные требования;

- инерциальные системы не целесообразно использовать без комплексирования с другими измерительными системами для определения пространственного положения пути, при этом на короткой базе до 20 м определение геометрических параметров эффективно и обеспечивает допуски нормативных документов ОАО «РЖД».

В результате исследований разработаны рекомендации, в частности по ориентированию системы перед началом работ. Проведенные исследования полностью подтвердили расчеты и обоснование того, что по отдельности каждая из исследуемых систем в полном объеме не обеспечивает нормативных требований российских железных дорог. Инерциальные системы на коротких расстояниях обеспечивают высокую точность измерений и в целом высокую точность относительных параметров пути, а данные ГНСС обеспечивают необходимую относительную точность определения пространственного положения железнодорожного пути на больших расстояниях. На основании функциональных возможностей исследуемых систем предложена комплексная система контроля пространственного положения железнодорожных путей.

Комплексирование данных инерциальной системы и ГНСС – одна из главных задач при создании и усовершенствовании АПК «Профиль», так как позволяет повысить точность и надежность получаемых измерений.

Совместная обработка подразумевает синхронизированную работу спутникового приемника и инерциального блока. Повышение точности обеспечивается за счет подавления ошибок, которые имеются у обеих составляющих.

Фильтрация ошибок основана на различии динамических свойств оборудования: чем дальше разнесены спектры частот погрешностей, тем выше эффективность их подавления. Схема комплексирования совместной работы спутникового приемника и инерциального блока представлена на рисунке 2.

WСпутниковый x1=x+1 Фприемник Wy Инерциальный x2=x+2 Фблок Рисунок 2 – Структурная схема комплексирования Задача комплексирования состоит в том, чтобы получить сигнал y, который давал бы информацию о полезной величине x с меньшими погрешностями чем 1, и 2. Для этой цели сигналы проходят через фильтры Ф1 и Ф2. В соответствии со структурной схемой выходной сигнал y имеет вид:

Pages:     | 1 || 3 | 4 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.