Выбор необходимой частоты коордиантных точек при использовании комбинированного метода съемки

ся целесообразным только в сторону длительных сбоев в движении, имеющих место на сети железных дорог страны.

Выводы

1. В случае организации работ по капитальному ремонту пути становится целесообразным для малых размеров движения осуществлять пропуск только одиночных составов грузовых поездов и организацию их в пакеты для увеличения пропускной способности участков двухпутных железнодорожных линий. Для больших размеров движения становится целесообразным осуществлять пропуск неравного числа поездов по направлениям движения соединенных составов грузовых поездов при длительном закрытии для выполнения работ по капитальному ремонту пути перегонов.

2. Вождение соединенных составов грузовых поездов при капитальном ремонте пути следует осуществлять только в сторону основных затруднений в движении. Пропуск составов соединенных грузовых поездов в сторону пониженного парка вагонов становится нецелесообразной мерой.

3. Внедрение рациональных вариантов пропуска составов грузовых поездов при капитальном ремонте пути позволяет в быстрые сроки восстановить устойчивый пропуск поездов по стыковым пунктам в целом по всей сети железных дорог страны.

4. Использовать временные блок-посты на оставшемся пути перегона производства работ для уменьшения периода графика, то есть для увеличения пропускной способности ремонтируемых перегонов становится целесообразной мерой только для протяженных перегонов. Для коротких перегонов нецелесообразно устраивать временные блок-посты.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аксененко Н. Е., Дмитренко А. В., Милованов

A. И., Поздеев В. Н. Перспективы развития транспорта при переходе к рынку // Железнодорожный транспорт. 1993.№ 2. С. 37-42.

2. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте / Грунтов П. С. и др. М. : Транспорт. 1994. 544 с.

3. Яхимович В. В. Опыт организации движения при капитальном ремонте пути // Железнодорожный транспорт. 2001. № 1. С. 26-30.

4. Яхимович В. В., Никулин А. Н., Дмитренко А.

B. Эффективность «окон» большой продолжительности //Железнодорожный транспорт. 1999. № 5. С. 34-36.

УДК 625.111 Мамитко Андрей Александрович,

аспирант кафедры «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью»

ИрГУПС, тел. 8 914 8956450, e-mail: mamitko@yandex.ru Подвербный Вячеслав Анатольевич, директор Восточно-Сибирского института проектирования транспортных систем (ВСИПТС ИрГУПС), заведующий кафедрой «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью»

ИрГУПС, тел. 8 9025 665 131, e-mail: vpodverbniy@irgups.ru

ВЫБОР НЕОБХОДИМОЙ ЧАСТОТЫ КООРДИАНТНЫХ ТОЧЕК ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМБИНИРОВАННОГО

МЕТОДА СЪЕМКИ

A.A. Mamitko, V.A. Podverbnyy

COMBINING COORDINATE AND CURVATURE RAILWAY TRACK SURVEY METHODS TO IMPROVE ACCURACY OF SPATIAL OUTLINE ESTIMATION OF TRACK HORIZONTAL ALIGNMENT

Аннотация. В статье рассматривается метод определения параметров и элементы планов с целью увеличения точности построения линии пути. Для построения плана линии используется авторское программное обеспечение. Рассматриваются причины и методы улучшения

точности измерений для случая частой координатной съемки. Приводятся графики для оценки минимально необходимого шага координатной съемки.

Ключевые слова: координаты, железнодорожный путь, точность расчетов, проектирова-

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ние выправки, достоверность положения пути, частота точек.

Abstract. In paper the method of determining of parametres and units of plots for the purpose of magnification of an exactitude of construction of a line of a road is observed. For construction of the plot of a line the authoring software is used. The reasons and methods of martempering of an exactitude of measurements for a case of frequent co-ordinate shooting are observed. Graphs for an estimation of minimum necessary step of co-ordinate shooting are resulted.

Keywords: co-ordinates, a track, an exactitude of calculations, bearing designing, reliability of a rule of a road, frequency ofpoints.

С появлением доступной высокопроизводительной вычислительной техники (персональных компьютеров) проблема точности расчетов при выполнении проектирования и определения параметров плана железнодорожного пути отошла на второй план. В настоящее время существуют программные решения, обеспечивающие «абсолютную» точность выполнения расчетов, сопоставимую с точностью представления вещественных чисел в памяти ЭВМ.

С одной стороны, это позволяет выполнять сколь угодно сложные построения в памяти компьютера, не сомневаясь в их «микронной» точности. С другой - решение задач проектирования, выправки и определения параметров плана опирается на сведения о существующем положении пути, и именно точность полевой съемки обуславливает ограничения на практическую пригодность результатов «абсолютно» точных расчетов, выполненных на «не абсолютно» точных данных [1, 2].

Координатные способы съемки

(GPS/ГЛОНАСС, геодезическая съемка) дают сопоставимые величины ошибок определения пространственного положения в каждой отдельной точке, мало зависящие или не зависящие вовсе от расстояния между ними. В то же время из-за относительно большой ошибки (сантиметры) определения пространственного положения взаимное расположение рядом стоящих точек определяется не вполне достоверно, вследствие чего возможности координатных методов в определении локальной кривизны пути существенно уступают традиционным стреловым способам съемки [1].

В свою очередь, способы съемки, основанные на оценке кривизны, из-за накопления небольшой, но все же существующей ошибки измерений дают неудовлетворительные результаты в определении пространственных очертаний про-

тяженных элементов плана. На практике это выливается в невозможность достоверно определить параметры и даже состав элементов плана - одно-радиусные в действительности кривые (рис. 1) распадаются на несколько радиусов, на прямых появляются углы поворота («изломы») (рис. 2). Здесь и далее серая закрашенная область на диаграммах - график сдвигов, горизонтальная пунктирная линия в масштабе соответствует сдвигу 5 см.

Рис. 1. Истинная структура плана участка пути

Рис. 2. Структура плана участка пути по данным съемки стрелами с ошибкой измерения 5 мм

Одним из путей повышения достоверности определения положения пути в пространстве является объединение данных измерений координатных и стреловых способов. В результате будут одновременно использованы аспекты информации о положении линии пути, которые эти способы предоставляют: координатные - очертания и пространственное положение линии в масштабах протяженных участков, стреловые - точные значения кривизны в каждой точке [2, 3].

Авторами были разработаны метод и программное решение, позволяющие выполнять объединение данных съемки методом стрел, содержащих ошибки, вызванные естественной погрешностью полевых измерений, и набора контрольных точек с известным пространственным положением, снятых одним из координатных способов [4].

При использовании разработанного метода комбинированной съемки плана линии в практике содержания и ремонта железнодорожного пути встанет необходимость выбирать частоту расположения точек, подлежащих координатной съемке. Настоящее исследование имеет цель предложить вариант обоснованного выбора верхней границы этой величины - максимальных расстояний между координатными точками, еще позволяю-

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_

ш

щих достоверно определять пространственное положение и параметры плана линии пути при различных величинах ошибок измерения стрел для кривых малого и большого радиуса.

Для получения сведений, позволяющих оценить целесообразную частоту расположения координатных точек при определении пространственного положения пути, был проведен набор вычислительных экспериментов. По проектным параметрам плана участка пути была построена модель его линии. На построенной модели были «измерены» значения стрел. В эти значения была внесена случайная ошибка, имеющая нормальный закон распределения вероятности, моделирующая погрешность измерения. Полученный набор значений стрел, содержащих искусственные ошибки, был использован в качестве исходных данных для комбинирования стреловой и координатной съемки. Координатные точки, использованные при комбинировании, были сняты точно с идеальной модели участка пути. Пространственное очертание линии пути, полученное комбинированным способом, подвергалось сравнению с первоначальной моделью участка.

В процессе эксперимента вычисления были выполнены с различными величинами ошибки измерения стрел и частоты координатной съемки. Учитывая случайные составляющие эксперимента, для получения статистически достоверных результатов эксперимент был повторен 100 раз, в качестве числовых значений результатов были использованы средние арифметические полученных величин. Сводная диаграмма результатов набора экспериментов приведена на рис. 3.

По горизонтальной оси отложено значение ошибки измерения в миллиметрах (95 % значений ошибки попадают в диапазон). По вертикальной оси - шаг контрольных точек в метрах. В основной области построены изолинии максимального зафиксированного отклонения линии комбинированной съемки относительно истинного положения проектной линии пути. Значения усреднены по результатам повторения эксперимента. Шаг изолиний - 1 см значения обнаруженного максимального отклонения. Область, охватывающая левый нижний квадрат, соответствует диапазону значений отклонений от 0 до 1 см, максимальное значение в правом верхнем квадрате - 40 см.

Суть отраженных на диаграмме данных иллюстрирует рис. 4.

Рис. 4. График сдвижек линии комбинированной съемки относительно истииного положения

На нем приведен график отклонения (сдвижек) линии комбинированной съемки относительно истинного положения. По горизонтальной оси отложен «пикетаж», по вертикали - величина отклонения (см). На рисунке приведен график сдвижек одного из ста повторений эксперимента при ошибке измерения стрел 5 мм и точкам, снятым координатам способом через 100 м. Максимальное отклонение на этом графике совпадает со значением, которое можно определить на рис. 3 по изолиниям.

На рис. 5. приведен план линии пути, построенный для этого примера.

Рис. 3. Отклонение комбинированной линии от истинного пространственного положения

Рис. 5. План линии пути, построенный по комбинированной съемке

Для построения плана линии использовалось разработанное автором программное обеспечение [5].

Диаграмма, приведенная на рис. 3, позволяет оценить закономерности увеличения пространственного отклонения линии, полученной по комбинированной съемке, при увеличении ошибки

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

измерения стрел и уменьшении частоты точек, снятых координатным способом. Для более наглядной оценки рационального шага координатой съемки при различных величинах ошибки измерения стрел было построено семейство графиков зависимости пространственного отклонения линии комбинированной съемки от истинного положения (рис. 6).

Рис. 6. Графики максимального отклонения линии комбинированной съемки от истинного положения

По горизонтальной оси расположен шаг координатной съемки в метрах, по вертикальной -величина максимального отклонения линии комбинированной съемки от истинного положения. Справа указана величина погрешности измерения стрел (мм), которой соответствует каждый из графиков.

Левую четверть графиков (диапазон шага координатной съемки от 0 до 50 м) в практических целях следует рассматривать с определенной осторожностью. Причина заключается в том, что на точность определения локальных очертаний линии пути влияет погрешность определения пространственного положения точек при координатной съемке. На рис. 7 приведены аналогичные графики для случая определения пространственного положения координатных точек с погрешностью 1,5 см (99,7 % точек отклоняются от истинного положения не более чем на эту величину).

Рис. 7. Графики максимального отклонения линии комбинированной съемки от истинного положения

На графиках видно, что при точности измерения стрел порядка 1-2 мм использование координатной съемки с шагом менее ~50-100 м для уточнения пространственного положения пути не приводит к улучшению результатов. Едва заметная, но статистически повторяющаяся «просадка» графиков для измерений стрел с точностью 1 мм и 2 мм в области, соответствующей шагу координатной съемки 50-100 метров, объясняется тем, что при высокой точности измерения стрел ошибка, накапливающаяся на коротких участках, оказывается меньше ошибки координатной съемки.

О том, что при использовании комбинированной съемки «рекомендуется брать координаты не чаще чем через 5-10 точек» (снятых стреловым способом), говорится и в других источниках [6].

При наличии потребности со стороны потенциальных пользователей, в будущих исследованиях автору видится перспективным модифицировать разработанные ранее метод и программное обеспечение для случая частой координатной съемки ограниченной точности.

При проектировании выправки пути целью повышения точности съемки является обеспечение определения правильного положения пути. Для задач построения существующего плана пути существенным является определение пространственных очертаний линии пути. Именно «характеристики форм» элементов плана отражаются в значениях параметров элементов плана, которые, в свою очередь, являются конечным результатом этих работ и попадают на соответствующие чертежи и в ведомости.

Рис. 8. Зависимость возможности определения параметров плана от шага координатной съемки

Четыре графика соответствуют различным «стандартам» на допустимое отклонение плана линии от съемочного положения пути (указано справа от графиков, мм). По горизонтальной оси отложена погрешность измерений стрел (мм), по вертикальной оси - шаг (м) расположения точек,

Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство _Экономика и управление_

ш

положение которых определяется координатным способом. Графики отражают максимальный шаг координатной съемки, при котором еще возможно устойчивое определение параметров плана. Последнее означает (в рамках эксперимента), что одноради-усные в действительности кривые определяются именно как однорадиусные и значения параметров плана отличаются от истинных не более чем на 5 %.

Важно отметить, что при использовании данных, представленных на рис. 8, на практике при выборе шага съемки для определения параметров плана следует учитывать, что реальная форма линии участка пути всегда будет несколько отличаться от идеальных прямых, круговых и переходных кривых. Допустимую величину этого отличия следует «закладывать» в выбор соответствующего графика из семейства - варианта допуска на отклонение линии плана от существующего положения пути.

Графики, приведенные на рис. 8, являются результатом выполнения масштабного вычислительного эксперимента: для возможных комбинаций трех параметров (максимально допустимого отклонения, ошибки стреловой и шага координатной съемки) было построено 100 вариантов плана линии по данным, содержащим искусственную случайную ошибку. Для каждого варианта был рассчитан существующий план (всего 72 000 рассчитанных вариантов), результаты расчетов сравнивались с эталонным планом участка. В эксперименте было использовано программное обеспечение, разработанное автором ранее [5] и модифицированное для выполнения объемных вычислений. Расчеты выполнялись на проектной модели участка пути, приведенного на рис. 1.

Результаты исследования дают возможность оценить характер и количественные показатели зависимости точности определения пространственного положения и параметров плана пути от величин ошибки стреловой и шага координатной съемки при использовании метода комбинированной координатно-стреловой съемки.

Графики на рис. 6, 7 и 8 приведены с целью дать потенциальным пользователям метода воз-

можность оценить минимально необходимый шаг

координатной съемки при решении тех или иных

задач в различных условиях на практике.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Влияние точности съемки методом стрел на результаты рихтовки / И. П. Корженевич // Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта : материалы науч.-техн. конф., посвященной 125-летию Свердловской железной дороги. Екатеринбург, 2003. С. 440-444.

2. Лагерев С. Ю. Совершенствование способов съемки плана железнодорожного пути : авто-реф. дис ... канд. техн. наук : 05.22.06 / С. Ю. Лагерев. Иркутск, 2012. 24 с.

3. Точность съемки плана железнодорожного пути и методы ее повышения / И. П. Корженевич, О. А. Суслов // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог : тр. всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием / Иркутск. гос. ун-т путей сообщ. Иркутск, 2009. Т. 2. С. 110-116.

4. Мамитко, А. А., Подвербный В. А. Комбинирование стреловых и координатных методов съемки железнодорожного пути с целью повышения точности определения пространственных очертаний плана линии // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 1 (33). С. 274-278.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011619174. Проектирование и расчет параметров плана железнодорожного пути (Наноплан) / А. А. Мамитко; правообладатель А. А. Мамитко. № 2011619174; заявл.06.10.2011; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.11.2011. 1 с.

6. Выправка и проектирование плана железнодорожного пути с помощью программы РВПлан / И. П. Корженевич. URL: http://www.brailsys. com/ Files/RWPlan_RU.pdf (Дата обращения 17.08.2012).