УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к спутниковой навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта и может быть использована при строительстве, эксплуатации железнодорожного пути, при плановой выправке пути, при проведении ремонтных работ, при работе, связанной с привязкой координат пути вагонов-путеизмерителей, вагонов-дефектоскопов, дефектоскопных тележек, вагонов-лабораторий по контролю за контактной сетью и других объектов железнодорожного транспорта.
Известны и широко применяются автомобильные навигаторы, включающие цифровые модели местности ЦММ (электронные карты), аппаратуру ГНСС и компьютер, на экране которого по запросу пользователя отображается положение подвижного объекта на электронной карте.
Однако в данных устройствах не предусмотрена функция преобразования пространственных координат (широта, долгота), в линейную систему координат (км+пк+м), принятую на железной дороге, что ограничивает возможности применения указанных навигаторов на железнодорожном транспорте.
Известна технология спутниковой навигации железнодорожного транспорта, осуществляемая путем использования приемника спутниковой радионавигационной системы и данных цифровой модели железной дороги (заявка на патент РФ RU 2002122994, G01C 21/00). Согласно данному техническому решению на подвижный объект устанавливают спутниковый приемник и компьютер, в компьютер вводят координаты точек железнодорожного пути, расположенных на расстоянии нескольких метров друг от друга (цифровую модель железнодорожного пути). Спутниковый приемник соединяют с компьютером. Для определения координат подвижного объекта включают приемник и компьютер, с помощью приемника определяют приближенные координаты локомотива. Далее данные приемника передают в компьютер, с помощью которого определяют точное положение подвижного объекта на цифровой модели и его координаты, исключив предварительно из показаний спутникового приемника систематическую ошибку, найденную путем сравнения известных координат подвижного объекта в моменты остановки с усредненными координатами, полученными приемником.
К недостатку данного технического решения следует отнести недостаточную точность измерений, так как оно не предусматривает создание цифровой модели железнодорожного пути, обеспечивающей единую координатную среду для всех измерительных средств, в полной мере учитывающей всю инфраструктуру железнодорожного пути.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, предназначенных для навигации железнодорожного транспорта с обеспечением высокой точности навигационных измерений.
Техническим результатом полезной модели является создание устройства для спутниковой навигации и оперативного определения местоположения подвижного объекта, на базе определения его пространственных глобальных координат (широта и долгота), с последующим преобразованием их в линейную систему координат железнодорожного пути (км+пк+м) в едином координатном пространстве с инфраструктурой железнодорожного пути и с возможностью визуализации получаемых данных в каждой точке пути следования объекта железнодорожного транспорта.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для спутниковой навигации подвижного объекта железнодорожного транспорта, включающем спутниковый приемник, связанный с входом компьютерного устройства, включающего блок памяти, с записанной в нем цифровой моделью железнодорожного пути, согласно полезной модели, указанное компьютерное устройство содержит процессор, принимающий данные спутникового приемника и преобразующий их в цифровые сигналы, поступающие на первый вход - выход вычислительного модуля компьютерного устройства, второй вход - выход указанного вычислительного модуля связан с указанным блоком памяти, а первый и второй выходы - с модулем записи текущей информации и с устройством визуализации, соответственно, третий вход - выход указанного вычислительного модуля связан с входом - выходом модуля поиска местоположения подвижного объекта, вход которого связан с клавиатурой компьютерного устройства, а выход - с указанным устройством визуализации, при этом указанная цифровая модель железнодорожного пути включает пространственные глобальные координаты каждой из пикетажных точек вдоль железнодорожного пути и соответствующих объектов инфраструктуры в глобальной системе координат, их плоские прямоугольные координаты и соответствующие им линейные координаты железной дороги (Км+ПК+м.), а при движении подвижного объекта по железнодорожному пути его местоположение в линейных координатах железной дороги по оси пути, получаемых за счет интегрирования приращений пути по приращениям плоских прямоугольных координат от каждой пикетажной точки, отображается указанным устройством визуализации.
Преимущественно устройство, согласно полезной модели, выполнено на базе портативного компьютера, снабженного специальным программным продуктом.
Сущность полезной модели заключается в том, что согласно данному техническому решению в устройстве используется цифровая модель железнодорожного пути (ЦМП), включающая пространственное положение оси железнодорожного пути и объектов инфраструктуры данного железнодорожного пути в глобальной системе координат, например WGS-84, в плоской прямоугольной системе координат, а также в линейные координаты железной дороги с привязкой к местоположению эксплуатационного пикетажа железнодорожного пути. Все указанные системы координат - глобальная, плоская прямоугольная и линейная, связаны в едином координатном пространстве с инфраструктурой железнодорожного пути.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, согласно полезной модели, на фиг 2 приведена его структурная схема.
Устройство согласно полезной модели, включает компьютерное устройство 1 связанное с выходом спутникового приемника 2, на вход которого поступает навигационная информация с глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). Спутниковый приемник 2, передает информацию на процессор 3, компьютерного устройства 1. Вход-выход процессора 3 связан с вычислительным модулем 4, который связан (выполнен с возможностью обмена информацией) с блоком памяти 5. Блок 5 памяти включает базу данных, содержащую цифровую модель железнодорожного пути, включающую и его инфраструктуру. Данные с вычислительного модуля 4 поступают на модуль 7 записи информации и на блок 6 визуализации. Компьютерное устройство 1 содержит также связанный с вычислительным модулем 4 и устройством 6 визуализации модуль 9 поиска. Модуль 9 поиска позволяет осуществлять поиск пикетного положения подвижного объекта по запросу оператора, вводимому через клавиатуру 8.
В качестве ГНСС может быть использована, например, система ГЛОНАСС/GPS, в качестве спутникового приемника, спутниковый приемник типа Trimble R7.
Компьютерное устройство 1 оснащено специальным программным комплексом, разработанным авторами.
Работает устройство следующим образом.
Перед началом работ создается цифровая модель пути (ЦМП). Для этого железнодорожный путь оцифровывается. В процессе оцифровки определяются пространственные глобальные координаты пикетажных точек данного железнодорожного пути (широта, долгота), а также других объектов инфраструктуры железнодорожного пути. Указанные координаты (широта, долгота), определяются с помощью ГНСС, преобразуются с использованием известных алгоритмов (в частности, по ГОСТ Р51794-2008) в плоские прямоугольные и включаются в цифровую модель пути. Далее для каждой из указанной координаты устанавливают значения линейных координат железной дороги (Км+ПК+м), которые соответственно включают в ЦМП. Также к цифровой модели пути в координатах железнодорожной дороги (Км+ПК+м) привязывают базы данных инфраструктуры, например, паспортные данные, базы данных вагонов - путеизмерителей, вагонов-дефектоскопов, АСУ «Земполотно», АСУ «Путь», а также базы данных проектных решений, мониторинга и т.д.
По полученным данным формируется база данных (цифровая модель пути, ЦМП) установленного формата и структуры, которая экспортируется в блок 5 памяти компьютерного устройства 1.
С использованием сформированной таким образом ЦМП в дальнейшем получают данные о местоположении подвижного объекта для каждой из i-ых точек по оси железнодорожного пути.
При движении подвижного объекта (вагон-путеизмеритель, вагон-дефектоскоп и другие подвижные объекты) по железнодорожному пути спутниковый приемник 2 принимает сигналы с навигационных спутников ГНСС и передает информацию о текущем местоположении (координатах) подвижного объекта в компьютер 1. Процессор 3 компьютера 1 принимает текущую информацию в глобальной системе координат (широта, долгота) и преобразовывает ее в цифровые сигналы, которые поступают в вычислительный модуль 4.
При этом вычислительный модуль 4 в соответствии с указанным программным обеспечением пересчитывает пространственные глобальные координаты каждой i-той точки в плоские прямоугольные координаты. Далее, путем интегрирования единичных приращений плоских прямоугольных координат, вычислительный модуль 4 вычисляет линейную координату текущего местоположения подвижного объекта и, сравнивая ее с координатами в ЦМП в базе 5 данных, находит соответствующее ей значение текущего местоположения подвижного объекта в координатах железной дороги, которое автоматически отображается на дисплее устройства 6 визуализации в виде данных Км+ПК+м.
С целью привязки к эксплуатационному пикетажу и обеспечения единой координатной среды, привязка местоположения подвижного объекта осуществляется в линейной системе координат (Км+Пк+м) путем пересчета глобальных пространственных координат в плоские прямоугольные координаты и двойной интерполяции текущего местоположения по координатам оси пути и линейным координатам смежных (сзади и спереди) эксплуатационных пикетов за счет интегрирования приращений пути, полученных по приращениям координат от каждой пикетажной точки. За счет этого обеспечивается учет возможных отклонений расстояний между пикетами заданному стометровому значению (заданному интервалу пикетажа).
В процессе движения объекта по рельсовому пути данные всех осуществляемых модулем 4 измерений поступают в модуль 7 записи информации, чем обеспечивается полная запись данных о траектории движения подвижного объекта, а также автоматическое ведение журнала проводимых работ. Доступ пользователей в модуль 7 записи информации обеспечивается по соответствующему запросу через клавиатуру 8.
По запросу оператора модуль 9 поиска запрашивает в вычислительном блоке 4 данные о текущем местоположении подвижного объекта и связанные с местоположением подвижного объекта данные об объектах инфраструктуры железной дороги и/или проектные данные, включенные ЦПМ. После чего модуль поиска 9 осуществляет сравнение введенной с клавиатуры 8 запрошенной линейной координаты (км+пк+м) с текущим линейным положением оператора, полученным из вычислительного блока 4, и отображение на устройстве визуализации 6 расстояния до искомой точки. Поиск начинается после нажатия на кнопку клавиатуры 8 и заканчивается после достижения нужной точки. В процессе следования по пути в режиме поиска, расстояние или увеличивается, если оператор удаляется от искомой точки, или уменьшается, если оператор приближается к точке поиска. Пример, оператор в строке "Найти: "вводит величину 300 метров. Если оператор находится на сотом метре (в линейной координате), то на устройстве 6 визуализации будет отображаться «Расстояние до точки поиска: 200 метров». При приближении к искомой точке, расстояние будет автоматически уменьшаться.
Таким образом, при выполнении измерений с устройством, согласно полезной модели, в любой i-той точке железнодорожного пути пользователь по своему запросу оперативно получает линейные координаты (км+пк+м) подвижного объекта, жестко связанные с эксплуатационным пикетажем или плоские прямоугольные координаты (Χ, Υ, Η), а также служебную информацию, связанную с координатами i-той точки, например междупутье, проектное расстояние, расстояние до опор контактной сети, дефекты и т.д.