МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к области обследования железных дорог, в частности к задачам изысканий по определению эксплуатационных характеристик состояния балластного слоя и основной площадки земляного полотна железнодорожного пути.
В настоящее время существуют различные подходы к определению характеристик балластного слоя и основной площадки земляного полотна ж.д. пути, требующие использования антенных блоков различной частоты. В том числе и методы, не основанные на классическом подходе выделения слоев с различной диэлектрической проницаемостью (профилировании) http://www.earthdoc.org/detail.php?pubid=49980 [1].
Известен многоканальный георадиолокационный комплекс для зондирования балластного слоя и основной площадки земляного полотна железнодорожного пути, содержащий размещенные на железнодорожной подвижной единице блок управления и регистрации и георадарную аппаратуру (см. патент RU №88152, кл. G01N 22/00, опубл. 27.10.2009) [2].
Недостатками этого и всех известных аналогичных комплексов выявления тех или иных характеристик состояния балластного слоя и основной площадки земляного полотна является отсутствие дифференцированного подхода к размещению, характеристикам используемых антенных блоков в зависимости от их функциональных возможностей и методам анализа получаемой информации.
Задачей полезной модели является устранение отмеченных недостатков.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности обследования балластного слоя и земляного полотна, который достигается за счет особой топологии размещения георадарной аппаратуры на передвижной нешунтовой железнодорожной тележке или скоростном диагностическом комплексе и дифференцируемом подходе к обработке данных с целью выявления полного состава эксплуатационных характеристик для неразрушающих методов диагностики.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что многоканальный георадиолокационный комплекс для зондирования балластного слоя и основной площадки земляного полотна железнодорожного пути содержит размещенные на железнодорожной подвижной единице блок управления и регистрации и георадарную аппаратуру, которая включает по три антенных блока низкой, до 600 МГц, для определения дефектов основной площадки земляного полотна и/или средней, от 800 до 1200 МГц, для выделения границ раздела слоев, центральных частот, одни из которых расположены на железнодорожной подвижной единице по оси пути, а два других - по торцам шпал, и/или два антенных блока высокой, от 1700 МГц до 2500 МГц, для определения загрязненности балластного слоя, центральной частоты, которые расположены по торцам шпал.
На фиг.1 показана топология размещения георадарной аппаратуры многоканального георадиолокационного комплекса (вид сверху), на фиг 2 - то же, вид сбоку, на фиг.3 - то же, вид спереди.
На фиг.1, 2 и 3 изображена предлагаемая топология размещения антенных блоков высокой (1700 МГц и более), средней (от 800 до 1200 МГц) и низкой (до 600 МГц) частот относительно рельсо-шпальной решетки (вид сверху) многоканального георадиолокационного комплекса. На чертежах обозначены границы бокового габарита подвижного состава, оси рельсовых нитей, ось пути и антенные блоки (1-8).
Комплекс содержит размещенные на железнодорожной подвижной единице (передвижной нешунтовой железнодорожной тележке или скоростном диагностическом комплексе) блок управления и регистрации (на чертежах не показан) и георадарную аппаратуру, которая включает:
- антенные блоки с центральной частотой до 600 МГц (6-8) размещаются точно по оси пути и торцам шпал. Их оптимально использовать для локализации деформаций основной площадки (с учетом их геометрии), а также мест вероятного скопления влаги в области основной площадки земляного полотна на глубине до 2,5 метров [1]. Выявляемые параметры: наличие/отсутствие деформации, геометрические характеристики деформаций (протяженность, глубина распространения), вероятное наличие/отсутствие областей скопления влаги.
- антенные блоки с центральной частотой от 800 до 1200 МГц размещаются по оси пути и торцам шпал и служат для профилирования границы разделительного, либо верхней и нижней границ защитного слоя земляного полотна. Выявляемые параметры: продольный и поперечный профиль ж.д. пути, толщина балластного слоя, глубина залегания разделителя, толщина защитного слоя.
- антенные блоки с центральной частотой от 1700 МГц до 2500 МГц размещаются по торцам шпал и предназначены для профилирования границы щебня, имеющего загрязненность менее 30%.
Размещение и минимальная центральная частота антенных блоков, ориентированных на реализацию технологии определения загрязненности балластного слоя ж.д. пути принципиальна и обусловлена многочисленными лабораторными экспериментами и натурными испытаниями.
Все антенные блоки располагаются поперечно по отношению к оси пути так, чтобы приемник и передатчик антенного блока в определенный момент времени могли находиться в одном и том же межшпальном пространстве. Для антенных блоков 1 и 2 допускается продольное расположение. Ось пути проходит точно через центр антенных блоков 4 и 7.
Антенные блоки 1, 2, 3, 6 и 8 выдвигаются в сторону торцов шпал до максимального расстояния L3 от оси пути и поднимаются на минимальное расстояние H1 в соответствии с габаритом 1-Т (ГОСТ 9238-83. «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм») (L3=1700 мм, H1=380 мм) или другими действующими нормативными документами для уменьшения влияния рельсошпальной решетки. Допускается расположение указанных антенных блоков на расстояние L3 ближе к оси пути, но не далее 100 мм от линии бокового габарита.
Расстояния между внешними краями антенных блоков 1-го, 2-го ряда L1 и 2-го, 3-го ряда L2 определяются удобством расположения антенных блоков на конкретной ж.д. подвижной единице, но составляют не менее 100 мм.
В лабораторных условиях в качестве модели, имитирующей балластный слой ж.д. пути, использовался контейнер из непроводящего материала (дерево), в котором, последовательно, изменялся уровень загрязненности рассматриваемых 40 см балластного слоя от 45% до 5%, путем досыпки чистого щебня фракции 25-60 мм. В ходе экспериментов подтвердилась возможность качественного определения загрязненности или измельченности балластного материала методом анализа абсолютных значений амплитуд сигнала, характеризующих отражения от воздушных пустот зондируемой среды.
Натурные испытания проводились на станции Ростов Товарный Северо-Кавказской железной дороги, в городе Щербинка, на экспериментальном кольце ВНИИЖТа и на полигонах Московской и Октябрьской железных дорог. На станции Ростов Товарный предварительно было выбрано три участка ж.д. пути, балластный слой которых имел загрязненность 0-5, 20-30 и 45-60% соответственно. Серия съемок проводилась при различном размещении АБ относительно уровня головки рельса и оси пути. Подтвержденная результатами лабораторных и натурных испытаний концепция определения загрязненности балластного слоя легла в основу алгоритмов и процедур для разработки программного обеспечения автоматизированного анализа состояния балластного слоя железнодорожного пути, с возможностью выделения на радарограмме зоны балластного слоя, имеющей различные степени загрязненности (измельченности), например, толщину балластного слоя, имеющего загрязнянность менее 30%. В городе Щербинка, на экспериментальном кольце ВНИИЖТа проводились георадарные обследования защитного и разделительного слоев земляного полотна ж.д. пути. На полигонах Московской и Октябрьской железных дорог проводились скоростные георадарные обследования состояния основной площадки земляного полотна. В ходе проведенных натурных испытаний получено соответствие характеристик, определенных на основе георадарных данных и на основе инструментальных обследований зондируемой среды (Долгий А.И., Уманский В.И., Явна В.А., Хатламаджиян А.Е. Программно-аппаратный комплекс определения качества укладки объемной георешетки в подбалластных слоях ж.д. пути // Вестник РГУПС. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУПС, 2010, №4. - С.88-93.).