способ проведения ремонтов и реконструкции железнодорожной инфраструктуры с использованием цифровой модели пути

Формула изобретения

Способ проведения ремонтов или реконструкций с использованием цифровой модели пути, заключающийся в проведении мониторинга и диагностики фактического состояния ремонтируемого или реконструированного участка железной дороги путем контроля и измерения положения объектов его инфраструктуры и их геометрических размеров, производимых одновременно с помощью программно-аппаратных средств, установленных на одном передвижном средстве, синхронизированных по координате пути и географической координате, обработки данных измерений на основе пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров объектов инфраструктуры участка железной дороги, накоплении обработанных данных мониторинга и диагностики с использованием ЭВМ с последующим сравнением в автоматизированном режиме полученных данных с данными проектного пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров тех же объектов инфраструктуры, представленных в цифровой модели пути ремонтируемого или реконструированного участка железной дороги, анализе результатов сравнения с существующими значениями допусков и ограничений к положению объектов инфраструктуры и их геометрии и предоставлении результатов сравнения для приведения объектов инфраструктуры в положение, близкое к проектному.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам, используемым для ремонта железнодорожного пути и инфраструктуры, и может быть использовано, в частности, при постановке пути в проектное положение.

Известен способ выправки железнодорожного пути, заключающийся в том, что измеряют положение пути относительно реперов в точках их расположения, определяют положение пути между реперами, определяют соответствующие величины сдвигов и/или подъемок пути по результатам сравнения измерительного и определенного положений пути с проектным и выправляют железнодорожный путь в соответствии с этими величинами сдвигов и/или подъемок пути. Положение пути между реперами определяют при помощи перемещаемого по пути измерительного устройства, которое измеряет криволинейность пути в плане и/или в продольном профиле относительно базы измерительного устройства и/или измеряет возвышения пути по уровню, и производят расчет положения пути между реперами в неподвижной системе координат с учетом упомянутого измерения криволинейности пути и/или измерения возвышения пути по уровню (патент RU № 2212486 С2, E01B 35/00, B61K 9/08, от 05.02.2001 г.).

Известное устройство для выправки железнодорожного пути, реализующее известный способ, содержит подъемно-рихтовочное устройство и соединенное с ним измерительное устройство с датчиками измерения криволинейности пути в плане и/или в продольном профиле относительно базы измерительного устройства и/или измерения возвышения пути по уровню. При этом измерительное устройство снабжено устройством для автоматического определения положения пути относительно репера, размещаемого на обочине железнодорожного пути, и компьютером, с входами которого соединены все упомянутые датчики измерительного устройства и устройством для автоматического определения положения пути относительно репера, а выход компьютера соединен с подъемно-рихтовочным устройством.

Недостатками указанных способа и устройства являются высокая стоимость создания и сопровождения рабочей реперной сети с применением трудоемких инструментальных измерений и расчетов проектного положения пути по данным этих измерений.

Наиболее близким аналогом является способ выполнения ремонтных работ участка железных дорог, заключающийся в том, что предварительно проводят электронную разметку железнодорожного пути путем установки электронных меток по оси пути на каждой пикетной и километровой отметке, а на вагоне-путеизмерителе и на каждой выправочно-подбивочно-рихтовочной машине устанавливают сканеры этих меток. Измерение параметров состояния рельсов железнодорожного пути в плане, продольном профиле и по уровню проводят на пути, оборудованном электронными метками. Метки считывают непрерывно, запоминают их идентификационные номера и фиксируют пройденный путь на момент их обнаружения, на стадии проведения расчетов и соответствующих им расчетных перемещений пути создают базу данных электронных меток, сохраняющую информацию о местоположении каждой метки и о расстояниях между смежными метками, результаты полученных расчетов и базу данных электронных меток передают в диспетчерские центры выправочно-подбивочно-рихтовочных машин и далее на компьютеры этих машин, выправляют путь, начиная с заданной метки, непрерывно считывая информацию с электронных меток и автоматически корректируя текущий индекс программного задания в момент обнаружения метки, если измеренное расстояние от начальной метки отличается от паспортного, по данным последующих проходов вагона-путеизмерителя периодически обновляют информацию о текущих расчетных перемещениях пути и передают ее на выправочно-подбивочно-рихтовочные машины в плане, продольном профиле и по уровню (RU 2320801 С1, E01B 35/00, B61K 9/08, 09.02.2007).

Устройство для осуществления известного способа содержит смонтированные в вагоне-путеизмерителе ходовую тележку, измерительное устройство с датчиками пройденного пути, измерения стрел изгиба в плане и продольном профиле и измерения положения рельсовых нитей по уровню, бортовой компьютер, при этом вход контроллера соединен с датчиками измерительного устройства, а выход - с бортовым компьютером, и смонтированные в каждом из двух выправочно-подбивочно-рихтовочных машин измерительную тележку, контроллер, измерительное устройство, подъемно-рихтовочное устройство и бортовой компьютер машины, при этом вход контроллера соединен с бортовым компьютером, а выход - с измерительным и подъемно-рихтовочным устройством, вагон-путеизмеритель и каждая выправочно-подбивочно-рихтовочная машина дополнительно снабжены сканером электронных меток, установленных на оси железнодорожного пути на каждой пикетной и километровой отметке, при этом сканер вагона-путеизмерителя, смонтированного на его ходовой тележке, через контроллер соединен с измерительным устройством и его бортовым компьютером, а сканер выправочно-подбивочно-рихтовочной машины смонтирован на ее измерительной тележке и соединен через контроллер с бортовым компьютером машины и с ее измерительным и подъемно-рихтовочным устройством.

Известная система обеспечивает выправку длинных неровностей с повышенной плавностью, не зависящей от исходного положения пути, с учетом фактического положения пути в кривых участках и переломах продольного профиля, обеспечивая установку начала и конца переходных кривых в зависимости от технологических требований по проекту или с привязкой к фактическому положению пути.

К недостаткам известного способа следует отнести использование в нем относительной системы измерения геометрии пути, основанной на измерениях стрел изгиба пути хордовым методом. На больших расстояниях такая система измерений дает существенные погрешности, приводящие к возникновению длинных неровностей в плане и профиле пути, то есть неровностей, длина которых больше длины базы путевыправочной машины. При использовании относительной системы измерений проект выполняется в адаптированном виде, в котором указываются линейные координаты начала и конца кривых и параметры кривых. В условиях смещения метки при выполнении выправки смещается точка отсчета, от которой строится измерение, исполненная геометрия пути отклоняется от проектной, а отсутствие средств координатной привязки приводит к нарушению габаритов пути относительно других путей (если они есть), балластной призмы и объектов инфраструктуры. Относительные методы выправки не используют в исходном виде проектные данные, содержащие взаимное расположение железнодорожного пути и иных объектов инфраструктуры. При постановке пути в проектное положение после замены рельсошпальной решетки и балласта эти методы неэффективны, так как не существует надежных средств контроля местоположения в пространстве в реальном масштабе времени.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, обеспечивающего автоматизированное выполнение комплекса работ по ремонту и реконструкции участка железной дороги с использованием цифровой модели проектного решения участка железной дороги, выполненной в виде пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров всех объектов инфраструктуры участка железной дороги, включающей путь и объекты инфраструктуры, расположенные в зоне отвода.

Технический результат заключается в повышении качества, точности и оперативности управления ремонтом и реконструкции за счет использования информации цифровой модели проектного решения участка железной дороги, включающей пространственное трехмерное координатное представление положений и геометрических параметров пути и других объектов инфраструктуры участка железной дороги.

Технический результат достигается тем, что в способе проведения ремонтов или реконструкций с использованием цифровой модели пути осуществляют проведение мониторинга и диагностики фактического состояния ремонтируемого или реконструированного участка железной дороги путем контроля и измерения положения объектов его инфраструктуры и их геометрических размеров, синхронизированных по линейной и географической координатам пути, обработку данных измерений на основе пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров объектов инфраструктуры участка железной дороги, накопление обработанных данных мониторинга и диагностики с использованием ПЭВМ с последующим сравнением в автоматизированном режиме полученных данных с данными проектного пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров тех же объектов инфраструктуры, представленных в цифровой модели пути ремонтируемого или реконструированного участка железной дороги, анализ результатов сравнения с существующими значениями допусков и ограничений к положению объектов инфраструктуры и их геометрии и предоставление результатов сравнения для приведения объектов инфраструктуры в положение, близкое к проектному.

Переход на трехмерный координатный метод геодезического обеспечения проектного содержания позволил сформировать цифровую модель проектного решения участка железной дороги, включающей модели дорожного пути и других объектов инфраструктуры, расположенных в зоне отвода в цифровом виде. Координатный метод определения проектного и фактического положения пути в увязке с применяемыми в настоящее время путеизмерительными вагонами и путерихтовочными машинами способом определения стрел прогиба позволяет повысить качество содержания пути и эксплуатационных характеристик инфраструктуры. Также с привязкой в координатной форме представлена информация о геометрических параметрах элементов контактной сети (расположение опор, высота и зигзаг контактных проводов и др.), объектов сигнализации централизации и блокировки (СЦБ) и связи. Указанная информация привязана к принятой в цифровой модели геометрических параметров пути и инфраструктуры (ЦМП) системе координат и высот, сопоставимой с системами координат, принимаемыми при проектировании, и увязана между собой.

Способ проведения ремонтов и реконструкции железнодорожной инфраструктуры с использованием цифровой модели пути реализуется с помощью системы проведения ремонтов и реконструкции участка железной дороги, представленной на фиг.1.

Система содержит автоматизированное рабочее место 1 оператора мобильного диагностического комплекса, включающего бортовой компьютер 2, блок 3 управления, блок 4 отображения и базу 5 нормативных документов и допусков, входами/выходами соединенную с соответствующими выходами/входами бортового компьютера 2. Система содержит также средство 6 измерения положения и геометрических параметров пути, средство 7 измерения положения и геометрических параметров объектов контактной сети, средство 8 измерения положения и геометрических параметров объектов сигнализации, централизации и блокировки, синхронизатор 9 по линейной и географической координатам пути, выходами подключенный к входам синхронизации средств 6, 7 и 8 измерения, а входом связанный с единой системой 10 координат, снабженной средствами привязки по единой координате пути и средствами привязки по географической координате (на чертеже не показы), блок 11 обработки сигналов измерения, включенный между информационными входами бортового компьютера 2 и выходами средств 6, 7, 8 измерения, базу 12 данных участков железных дорог, включающую цифровые модели участков железных дорог.

При этом соответствующие информационные выходы бортового компьютера 2 через радиомодем 13 по каналам радиосвязи 23, 24, 25 подключены к радиомодемам 14, 15, 16 аппаратно-программных устройств 17, 19 и 21 автоматизированных рабочих мест 18, 20 и 22 соответственно операторов системы пути, системы сигнализации, централизации и блокировки и системы электроснабжения. Входы/выходы бортового компьютера 2 через Интернет подключены к выходам/входам базы 12 данных цифровых моделей проектного решения участков железной дороги. Выходы аппаратно-программного устройства 17 АРМ 18 пути по каналам радиосвязи 26 подключены к путевым выправочным машинам 27.

При осуществлении способа проведения ремонтов и реконструкций участка железной дороги сначала проводят мониторинг и диагностику фактического состояния участка железной дороги с помощью мобильного диагностического комплекса 1. Мобильный диагностический комплекс 1 позволяет одновременно за один проезд определять положение и измерять геометрические параметры пути, контактной сети, сигнализации, централизации и блокировки, расположенных в зоне отвода, и обеспечивает проведение комплексной обработки данных, характеризующих большое число различных технических объектов инфраструктуры участка железной дороги.

Использование единого диагностического комплекса 1 обеспечивает сокращение «окон» для проверок, в отличие от диагностики, осуществляемой многочисленными специализированными контрольными средствами, что позволяет оптимизировать график движения поездов.

Наличие дискретного синхронизатора 9, связанного с каждой из систем 6, 7 и 8 измерения, обеспечивает единую привязку всех измеряемых параметров к высокоточной системе координат (по координате пути и географической координате), что позволяет повысить достоверность и объективность анализа и прогнозирования развития ситуации на железной дороге.

Возможность обработки и анализа огромного объема информации одновременно по всем параметрам, «привязанным» к единой координате пути и географической координате, объективно отражает сложность взаимосвязей и взаимовлияния объектов железнодорожной инфраструктуры.

Блок 4 отображения снабжен единым интерфейсом и позволяет одновременно визуально отображать результаты измерений и анализа всех систем 6, 7 и 8 измерения, синхронизированных по единой координате пути и географической координате. Одновременный просмотр параметров различных контрольно-измерительных систем на одном мониторе обеспечивает возможность наглядной графической интерпретации числовых характеристик измеряемых параметров, характеризующих рассматриваемое явление, тем самым позволяет обнаружить потенциально «опасные места» объектов инфраструктуры и выявить основные причин тех или иных проблем.

Программное обеспечение бортового компьютера 2 позволяет осуществлять:

- комплексную обработку данных измерений в виде пространственного трехмерного координатного представления фактического положения и геометрических параметров объектов инфраструктуры участка железной дороги;

- сравнение в автоматизированном режиме данных обработки с данными цифровой модели проектного решения данного участка дороги;

- направление результатов сравнения в соответствующие службы для приведения объектов инфраструктуры в положение, близкое к проектному, с учетом существующих допусков и ограничений.

Средство 6 измерения положения и геометрических параметров пути предназначено для измерения геометрических параметров рельсовой колеи, а именно отклонения ширины рельсовой колеи, просадки рельсовой нити, взаимного положения рельсовых нитей по уровню, стрел изгиба рельсовой нити в горизонтальной плоскости, неровности продольного профиля пути, уклона продольного профиля пути, а также вертикального, бокового и приведенного износов рельса, величин стыковых зазоров, состояния балластного слоя, состояния верхней зоны земляного полотна под основной площадкой, положения границ слоев балласта.

Средство 6 включает: устройство измерения взаимного положения рельсовых нитей по высоте в поперечной плоскости (механизм уровня), механизм измерения местных просадок обеих рельсовых нитей (механизм просадок), механизм измерения ширины колеи (механизм шаблона), механизм измерения положения обеих рельсовых нитей по направлению в плане на прямых и кривых участках пути (механизм рихтовки), механизм для измерения стрел изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости, лазерные датчики, радиолокационные устройства.

Средство 7 измерения положения и геометрических параметров объектов контактной сети осуществляет измерение высоты контактного провода над уровнем головки рельсов, бесконтактное измерение положения контактного провода в плане (зигзаг и вынос), измерение понижения контактного провода на воздушных стрелках относительно основного контактного провода, положения по высоте дополнительных фиксаторов и отходящих ветвей относительно основного контактного провода, измерение износа контактного провода, измерение положения отходящих ветвей относительно основного контактного провода, регистрацию ударов по токоприемнику в продольном направлении, регистрацию отрывов токоприемника от контактного провода; регистрацию положения опор; измерение высоты основных стержней фиксаторов относительно контактного провода, регистрацию ударов и отрывов токоприемника от контактного провода.

Средство 7 включает специальную аппаратуру для измерения и регистрации указанных параметров объектов контактной сети, например ИК-камеру ТН7102 фирмы NEC, используемую для тепловизионного контроля состояния контактной сети.

Средство 8 измерения положения и геометрических параметров объектов сигнализации, централизации и блокировки и связи, измерения положения позволяет измерять расстояния от установленных вдоль пути шкафов СЦБ с устройствами электрической и диспетчерской централизации, параметры стрелочных переводов и др.

Средство 8 включает специальную аппаратуру для измерения и регистрации указанных параметров объектов СЦБ и связи, например мобильный лазерный сканер.

Бортовой компьютер 2 осуществляет долговременное хранение измеренной информации.

Каждое средство измерения 6, 7, 8 связано с синхронизатором 9, осуществляющим согласование и привязку к единой координате пути и географической координате данных измерений.

Линейная координата пути и географическая координата формируются единой системой 10 координат. Единая система 10 координат реализуется координатами пунктов опорной геодезической сети, основанной на спутниковых измерениях вдоль железной дороги, базовых пунктов дифференциальной подсистемы глобальной навигационной системы и пунктов рабочей реперной сети, установленной вдоль трассы.

Синхронизатор 9 формирует запускающие синхронизирующие импульсы в опорную геодезическую сеть (ОГС), создаваемую преимущественно по спутниковым измерениям вдоль трассы, по единой координате пути, привязанной к географической координате, которые поступают к средствам 6, 7, 8. Команда начала измерений формируется бортовым компьютером 2. После получения команды начала измерений средства 6, 7 и 8 синхронно производят измерения. Данные измерений отправляют в блок 11 первичной обработки информации, который преобразует данные измерений, формирует пакет данных и направляет его в бортовой компьютер 2.

Бортовой компьютер 2 осуществляет комплексную обработку пакета данных измерений и формирует пространственное трехмерное координатное представление фактического положения объектов инфраструктуры участка железной дороги с указанием геометрических параметров в каждой координатной плоскости. Затем бортовой компьютер 2 запрашивает в базе 12 данных участков железной дороги информацию о цифровой модели проектного решения участка дороги, содержащей проектное пространственное трехмерное координатное представление положения объектов инфраструктуры участка железной дороги с указанием геометрических параметров в каждой координатной плоскости, после чего в автоматизированном режиме осуществляет сравнение данных обработки с данными проектного пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров объектов инфраструктуры этого участка дороги. По результатам сравнения выявляют соответствие или недопустимое отклонение исследуемых геометрических параметров от проектного решения и существующих допусков и ограничений к положению объектов инфраструктуры и их геометрии.

Данные существующих допусков и ограничений к положению объектов инфраструктуры и их геометрии бортовой компьютер 2 запрашивает в базе 5 нормативных документов и допусков.

Результаты сравнения отображаются на интерфейсе блока 4 отображения. Блок 4 отображения визуализирует синхронизированные данные всех контрольно-измерительных систем, наглядно демонстрирует состояние объекта инфраструктуры в разные моменты времени, позволяя оператору диагностического комплекса выявить дефекты и отклонения от нормы, а также закономерности развития во времени неисправностей, ведущих к аварийной ситуации в будущем, тем самым являясь важным компонентом анализа состояния инфраструктуры, осуществляя хронологический анализ ситуации во времени - от ретроспективы к прогнозу.

Это повышает оперативность и качество анализа как на стадии осуществления текущих замеров, так и на стадии углубленного анализа, с использованием предыдущих результатов диагностики из базы 12 данных.

Анализ результатов сравнения фактического положения объектов инфраструктуры участка железной дороги и их геометрических параметров с их положением и аналогичными геометрическими параметрами проектного решения позволяет выявить взаимосвязи между изменениями положений объектов инфраструктуры и их параметров во времени. Эти данные позволяют оператору выработать оптимальную стратегию проведения ремонтов или реконструкций участков железной дороги.

Оператор автоматизированного рабочего места 1 мобильного диагностического комплекса с помощью блока 3 управления передает бортовому компьютеру 2 соответствующие команды для формирования стратегии проведения ремонта или реконструкции участка железной дороги.

Бортовой компьютер 2 направляет в соответствующие службы информацию для приведения объектов инфраструктуры в положение, близкое к проектному с учетом существующих допусков и ограничений к положению объектов инфраструктуры и их геометрии. В аппаратно-программное устройство 17 автоматизированного рабочего места 18 оператора дистанции пути (АРМ 18 ПЧ) эта информация передается по каналу 23 радиосвязи посредством радиомодемов 13 и 14, в аппаратно-программное устройство 19 автоматизированного рабочего места 20 оператора системы сигнализации, централизации и блокировки (АРМ 20 ШЧ) - по каналу 24 радиосвязи посредством радиомодемов 13 и 15, в аппаратно-программное устройство 21 автоматизированного рабочего места 22 оператора системы тягового электроснабжения (АРМ 21 ЭЧ) - по каналу 25 посредством модемов 13 и 16.

По результатам полученных данных работник АРМ 21 ЭЧ дает задание бригаде района контактной сети на выполнение корректировки устройств тягового электроснабжения (опор, контактной сети и др.), работник АРМ 19 ШЧ дает задание бригаде дистанции СЦБ и связи на выполнение корректировки устройств СЦБ и работник АРМ 17 ПЧ дает задание по каналу радиосвязи 26 путевым выправочным машинам 27 на выполнение выправки участка пути.

После проведения ремонтов или реконструкций участка железной дороги мобильный диагностический комплекс осуществляет повторное измерение и обработку его результатов в виде пространственного трехмерного координатного представления положения и геометрических параметров объектов его инфраструктуры и направляет его в базу железных дорог на хранение.