Применение спутниковых Технологий при выполнении работ по выправке железнодорожного пути машинизированным комплексом

 

Шатульский Николай Юрьевич, студент

Оспанов Арман Русланович, студент

Руководитель: Абраров Равиль Габдулллович

Челябинский институт путей сообщения – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уральский государственный университет путей сообщения»
(ЧИПС УрГУПС)

Российская Федерация, Челябинск

 

 «Применение спутниковых технологий при выполнении работ по выправке железнодорожного пути машинизированным комплексом» позволяет автоматизировать наиболее трудоемкие работы при планировке, профилировании земляного полотна, а также решении других инженерно-геодезических задач в транспортном строительстве за счет внедрения глобальных навигационных спутниковых систем типа (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС.

Внедрение спутниковых технологий, в том числе запуск системы ГЛОНАСС, дает технические возможности для высокоэффективного решения инженерных задач в путевом хозяйстве. Необходимо отметить, что рассматривать лишь один из этапов работ при достижении проектных параметров пути после ремонта ошибочно. Процесс технологии производства работ надо рассматривать в комплексе. Например, не достигнув проектных отметок по вырезке загрязненного балласта, невозможно обеспечить нормативную толщину щебеночного балласта под шпалой, достигнуть проектных отметок при выправке железнодорожного пути.

Принципы действия спутниковой навигации (триангуляция) основана на определении расстояния от текущих координат(3 координаты – X,Y и Z) до группы из трех спутников минимум. Мы с точностью можем определить местоположение спутниковГНССизвестно из данных эфемерид и альманаха, передаваемых в навигационных сообщениях. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех сфер.Точность определения местоположения объекта системой ГЛОНАСС составляет примерно до 8 миллиметров. Для более точного определения координат можно воспользоваться наземной реперной системой (поправочный коэффициент).

Для управления технологии работ имеется два пункта (пульта): один из них находится вне кабины, которым можно управлять с улицы, второй в кабине локомотива с использованием спутникового навигационного приемника GPS/ГЛОНАСС, интегрированного в КЛУБ-У (комплексное локомотивное устройство безопасности). Система ведет отсчет текущего времени с корректировкой по астрономическому времени спутниковой навигационной системы, формирует информацию о значениях скорости движения, определяет параметры движения поезда, ведет прием и запись данных электронной карты пути и графика движения поездов, сравнивает фактические и графиковые значения.

В настоящее время при постановке пути в проектное положение используют данные в относительных величинах, как правило, это расстояние между осями проектного и соседнего путей и превышение относительно фиксированной точки на опорах контактной сети. В настоящее время несколько организаций, включая Ленжелдорпроект, Иркутскжелдорпроект, выполняют проектирование в геодезической системе координат, что позволяет автоматизировать процесс и повысить качество проекта и путевых работ.Особенностью данной технологии является принцип сохранения цепочки операций без изменения последовательности, реализация идет путем внедрения на определенных этапах техники и технологий, позволяющих точно контролировать исполнение проектных решений и автоматизировать процесс.

Применение геодезических координат исключает длинные неровности в плане и профиле. Постановка пути в проектное положение значительно эффективнее при использовании координатных методов, чем относительных. Повышается точность, упрощается организация подготовительных операций. Изыскательские работы выполняют с помощью тахеометров и спутниковых приемников позиционирования.

Методика натурной съемки, например, при проектировании реконструкции верхнего строения и капитального ремонта пути является традиционной. В нее входят разбивочные работы, создание опорной геодезической сети, закрепление пикетов и других точек на местности, измерение координатжелезнодорожного пути (рис. 5).

Рис. 5. Этапы внедрения спутникового оборудования
в технологию реконструкции железнодорожного пути

 

Первый этап. Проектирование и создание цифровой модели пути (ЦМП).

На сегодняшний день исполнитель работ по реконструкции и ремонтам пути (ПМС) получает проект на бумажном носителе. Основными документами для реализации проектных решений являются: утрированный продольный профиль, «эпюра рихтовок» в относительных величинах (расстояния от опор контактной сети (ОКС) и междупутье, вырезка относительно существующего положения пути и т.д.). В координатах проект не выдается.

Планируется выполнение геодезических съёмок инфраструктуры подразделениями ОАО «Росжелдорпроект» с использованием координатной среды, при выдаче проектных решений на реконструируемый путь, существующий соседний путь, боковую грань опор контактной сети (КС), положения контактного провода КС, полосу отвода в координатах WGS-84. Детализация на прямых и кривых участках пути через 0,5 м. Также требуются координаты всех объектов обустройства (изостыки, мосты, НПК, КПК, мачты светофоров и т.д.) и создание цифровой модели пути (ЦМП).

Результат 1 этапа – цифровая модель пути.

Второй этап. Натурная съемка пути и ведомственная экспертиза ЦМП.

Ведомственная экспертиза производится путем натурных измерений на участке пути до начала реконструкции с использованием АПК «Профиль». Программный комплекс для обработки цифровой модели пути реконструируемого участка в геодезических координатах местной системы координат (МСК) с габаритными расстояниями до опор, платформ, мостов, междупутья и т.д. позволит проверить ЦМП на соответствие действительности. При необходимости выдаются замечания к проекту, и передаются проектировщику для доработки ЦМП.

Результат 2 этапа – цифровая модель пути (с учетом корректировок), окончательное согласованное и утвержденное проектное решение в координатной среде.

Третий этап. Переход к координатному методу контроля вырезки (очистки) загрязненного балласта.

Вырезка (очистка) загрязненного балласта в соответствии с типовой технологией машинами тяжелого типа (РМ, СЧ, ЩОМ-1200) контролируется вручную относительным методом от соседнего пути и реперов на опорах контактной сети, поперечный уклон контролируется путевым шаблоном ЦУП, при этом возникают сложности при высоких темпах работ и в ночное время.

Работа системы управления вырезкой (очисткой) балласта заключается в сравнении текущих высотных отметок (координат) нижней части баровой цепи щебнеочистительной машины по правой и левой направляющим баровой цепи или продольной оси (средней части баровой цепи) с проектными высотными отметками (координатами) в текущей точке пути.

Работает система следующим образом. В полевой портативный компьютер экспортируются проектные данные высотных отметок уровня вырезки (очистки) балласта и соответствующая линейная координата (пикетаж). Спутниковая антенна ГНСС принимает сигнал от космических аппаратов (спутников) по каналу связи передает в спутниковый приемник для определения собственных координат, кроме того, в приемник поступает по каналу связи (радиомодем, GPRS и т.д.) корректирующий сигнал с базовой станции, установленной на исходном репере с известной высотной отметкой в системе высот проектных данных (рис. 6).

Рис. 6. Схема реализации управления вырезкой загрязненного балласта

На каждый момент времени с заданным интервалом выполняется сравнение текущего значения высотной отметки правой и левой направляющей баровой цепи с проектной высотной отметкой в текущей i- й точке пути.

Вычисляемая таким образом разность значений является величиной, на которую необходимо поднять или заглубить балку баровой цепи в ручном или автоматизированном режиме. Значение по правой и левой направляющим, равное нулю свидетельствует о проектном положении балки баровой цепи в вертикальной плоскости (по высотным отметкам) и поперечному уклону.

Результат 3 этапа – возможность вырезки (очистки) загрязненного балласта до проектных отметок, с созданием нормативного поперечного уклона по всей ширине основной площадки земляного полотна.

Четвертый этап. Переход на координатный метод постановки пути в проектное положение при балластировке.

В соответствии с типовой технологией проектное положение контролируется вручную относительным методом от соседнего пути и реперов на опорах контактной сети, что вызывает сложности при высоких темпах работ и в ночное время (рис. 7). На данном этапе на ЭЛБ установлено и эксплуатируется спутниковое оборудования с программно-аппаратным. После укладки РШР (либо после очистки при усиленном среднем и среднем ремонте пути) на этапе балластировки, при помощи ЭЛБ постановка пути в проектное положение производится путем послойной подъемки и рихтовки.

Рис. 7. Постановка пути в проектное положение машиной ЭЛБ

 

Принцип работы СУВП ЭЛБ основан на сравнении проектных поперечных уклонов, плановых координат и высотных отметок в текущей точке пути с фактическими поперечными уклонами, плановыми координатами и высотными отметками оси пути, вычислении величин сдвижек и подъемок для постановки пути в проектное положение.

Результат 4 этапа – железнодорожный путь, выставленный в проектное положение с абсолютной точностью ±15 мм для последующей выправки Дуоматик (ВПР-02).

Пятый этап. Окончательная выправка пути машинами Дуоматик (ВПР-02)

Выправка пути выполняется по расчету программы «Навигатор», часто (по практическим промерам на участках реконструкции пути и результатам статистических исследований) со сдвижкой от проектного положения, поставленного ЭЛБ. Необходима выправка пути машинами Дуоматик (рис. 8), оснащенных оборудованием с ГЛОНАСС/GPS. На данном этапе предусмотрена установка на машину Дуоматик автоматизированной системы управления выправкой координатными методами с использованием спутникового оборудования в комбинации с системой сглаживания.

Рис. 8. Выправка пути машиной Дуоматик

 

Результат 5 этапа – окончательная выправка пути с постановкой в проектное положение.

Шестой этап. Исполнительная съемка железнодорожного пути и инфраструктуры после реконструкции.

В соответствии с существующей технологией съемка производится вручную, относительными методами – контрольными промерами междупутья и расстояний до опор контактной сети. Недостатки существующего способа съемки: низкая производительность и невысокая точность. На данном этапе предусматривается проход АПК «Профиль» до открытия пути для движения поездов с целью проверки его на соответствие проекту. При наличии отступлений производится устранение выявленных отклонений в рамках одного закрытия перегона, без дополнительных «окон». Методика измерений выполняется аналогично выполнению экспертизы ЦМП, а оценка качества - в соответствии с ТУ на реконструкцию (модернизацию) железнодорожного пути. При отсутствии отступлений оперативно производится выдача требуемых форм (лента вагона-путеизмерителя, карточки кривых, план, продольный профиль и т.д.) без привлечения вагона-путеизмерителя и ЦНИИ-4.

Результат 6 этапа – проверка соответствию проекту, выдача документации для сдачи железнодорожного пути в эксплуатацию соответствующей нормативной документации.

Применение описанной выше технологии предполагает качественно новый уровень производства работ по реконструкции (модернизации) железнодорожного пути, позволяющий автоматизировать производственные процессы и повысить качество работ.

На сегодня имеется множество процессов реконструкции (модернизации), капитального, среднего ремонтов пути, предусматривающих производство работ, которые отличаются условиями, видом скрепления, балласта, наличием тех или иных машин, производством работ в «окно» или на «закрытом перегоне». Поэтому в данной технологии не приводятся конкретные процессы, но описаны этапы, на которых происходит внедрение спутниковых технологий для достижения контроля исполнения проектных решений и автоматизации производственного процесса, без изменения основных операций, сложившихся в структурах ЦДРП.

Рис. 9. Работой путевой техники в системе ГЛОНАСС

 

Вывод: инновационные технологии при ремонте инфраструктуры железнодорожного пути с использованием спутникового контроля позволяет качественно выполнять путевые работы на более высоком уровне с точностью до миллиметра.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Статья «Внедрение инновационных спутниковых и геоинформационных технологий». http://www.rzd-expo.ru/innovation/the_introduction_of_innovative_satellite_and_gis_technologies/

2. Статья «ГЛОНАСС/GPS мониторинг железнодорожного транспорта». https://www.glonass-expert.ru/products/monitoring-transporta/solutions/kontrol-zh-d-transporta

3. Газета «Комсомольская правда» 08 июня 2021 года. Стаья «Мы идем в «цифру»: опыт РЖД и АО «ГЛОНАСС» в трансформации транспорта». https://www.kp.ru/daily/27287/4425600/

4. Портал InfraNews 13 мая 2009 года. Статья « Зачем РЖД ГЛОНАСС?» http://infranews.ru/novosti/2082-zachem-rzhd-glonass/

5. Евразия Вести VII 2009. Статья « Внедрение современных спутниковых технологий в ОАО «РЖД». http://eav.ru/publ1.php?publid=2009-07a04