Использование эталонных координатных моделей пути
Б.А. ЛЁВИН, Р.А. БАЛО, А.С. МАТВЕЕВ, С.И. МАТВЕЕВ (МИИТ), И.Н. РОЗЕНБЕРГ, А.В. ИЛЬИН (НИИАС)
Интенсивное внедрение геоинформационных и спутниковых систем и технологий в сфере железнодорожного транспорта показало, что для успешной реализации инновационных решений при содержании железнодорожного пути и повышения безопасности движения поездов необходима интеграция знаний геоинформатики, спутниковой навигации и автономных систем инерциальной навигации.
Сегодня высокоскоростные виды транспорта требуют выполнения задач навигации и управления в режиме реального времени. Для этого, в основном, и были первоначально созданы спутниковые радионавигационные системы, фиксирующие единый пространственно-временной континуум, в котором точность определения времени даже выше точности определения пространственных координат. При этом развитие компьютерных технологий позволяет решать задачи навигации, связанные с алгоритмами дифференциальной геометрии.
Для достижения высокой точности навигации и управления, обеспечения безопасности движения высокоскоростных видов транспорта сегодня используют комплексирование инерциальных, спутниковых, гироскопических и других видов измерений, дублирующих и дополняющих друг друга. Совместная математическая обработка измерений с применением рекуррентных процедур стохастической фильтрации позволяет использовать достоинства всех составляющих комплекса и получить оптимальное решение в режиме реального времени.
Автоматизация навигации, безусловно, попадает в сферу действия геоинформатики. Более того, на стыке геоинформатики и навигации, естественным образом, формируется новая область знаний — геоинформатика транспорта [1] или геоинформатика реального времени.
Геоинформатика транспорта имеет следующие отличительные особенности:
высокоточная временная составляющая; прямая или косвенная синхронизация потоков измерительной информации;
геоинформационное пространство вдоль трасс, включая цифровые модели траекторий движения мобильных объектов.
Под геоинформационным пространством железной дороги будем понимать компьютерные модели реального пространства полосы отвода со всеми объектами инфраструктуры и, конечно, с координатными моделями пути, которым в настоящее время уделяется особое внимание. Приоритет в области разработки теории координатных моделей железнодорожного пути принадлежит коллективу научно-образовательного центра (НОЦ) (МИИТ-НИИАС), который еще в 1999 г. ввел понятия и представил сферы применения координатных моделей железнодорожного пути. Впоследствии в многочисленных статьях, диссертационных исследованиях, монографиях, учебниках и учебных пособиях сотрудников НОЦ новое направление развивалось. Важно отметить, что оно все шире используется в практике железнодорожного транспорта.
В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах типа ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и др. Необходимость их внедрения выдвигает на первый план Постановление № 365 Правительства Российской Федерации от 9 июня 2005 г. «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS». Эти меры направлены на повышение эффективности управления движением на воздушном, водном и наземном транспорте, а также уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов. Железнодорожный транспорт имеет преимущество перед другими видами транспорта, состоящее в том, что траектория движения его мобильных объектов зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП) железнодорожной магистрали. Идея НОЦ по созданию ЭКМП как нового системного средства навигации, обеспечивающего основополагающий принцип метрологии — принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали, подтверждена патентом на изобретение [2].
Под ЭКМП понимают метризованные эталонные функции (модели), условно фиксирующих положение рабочих граней левого и правого рельсов в трехмерной ортогональной системе координат с точностью, необходимой для диагностики геометрических параметров пути. Такое определение дает возможность отнести ЭКМП к групповым рабочим эталонам, позволяющим определять основные геометрические параметры пути (координаты, длины отрезков, продольные и поперечные уклоны, возвышения рельсов, стрелы изгиба, просадки, рихтовки и др.), выполнять калибровку и самокалибровку датчиков угловых и линейных измерений навигационных систем и самонастройку их по эталонной модели.
В последние годы появились мощные путеизмерительные комплексы типа ЦНИИ-4 или интегрированной инерциальной измерительной системы POS/TG корпорации Applanix, работа которых основана на комплексированных гироинерциальных и спутниковых измерениях. Интеграция подобных комплексов с измерительно-вычислительными комплексами НОЦ (МИИТ-НИИАС) Особенно эффективно применение высокоточных координатных моделей пути, таких как ЭКМП, при организации высокоскоростного движения. При повышенных скоростях предъявляются особенно высокие требования к геометрии железнодорожного пути, а следовательно, к высокоточному координатному обеспечению, в состав которого рекомендуется включать:
дифференциальную подсистему глобальной навигационной спутниковой системы; специальную реперную систему; высокоточные координатные модели пути в форме ЭКМП как материальные носители координатной информации, по существу выполняющие функции непрерывных геодезических сетей специального назначения.
Что касается других возможностей применения ЭКМП, то они с одинаковым успехом могут быть использованы как службой пути, так и службой движения. Службой пути они могут быть применены для мониторинга геометрии железнодорожных путей, для расчетов выправки путей в плане и профиле в координатной форме, для разработки САПР ремонтных и выправочных работ.
Таким образом, ЭКМП являются информационной основой для автоматизации работ службы пути. Наиболее удобно представление эталонных координатных моделей пути в виде взвешенного метрического графа [3] с метровыми дугами, определяемого линейными сплайнами длиной 1 м. Точность такого представления вбирает всю точность исходных моделей, а сам граф обеспечивает весьма удобную информацию для автоматизированной выправки пути в плане и профиле.
Список литературы
1. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев С.И. Геоинформатика транспорта. М. : ВИНИТИ РАН, 2006. 336 с.
2. С.И. Матвеев, В.М. Круглов, А.С. Матвеев и др. Способ определения эталонной координатной модели железнодорожного пути и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение № 2287187 2005 г.
3. Матвеев С.И., Матвеев А.С., Розенберг И.Н. и др. Создание координатных моделей железнодорожного пути в виде взвешенных метрических графов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Новочеркасск, 2010. С.7—11.
Бало Руслан Александрович — капитан 61 НИИ МО РФ. E-mail:61niii@mail. ru
Матвеев Александр Станиславович — доцент кафедры «Геодезия, геоинформатика и навигация» МИИТа. E-mail:asm679@mail.ru
Ильин Андрей Владиславович — начальник отдела ОАО «НИИАС». E-mail:А.Iyin@gismps.ru
