Способ контроля состояния железнодорожного пути

 

Изобретение относится к диагностике железнодорожных путей и может быть использовано для автоматизации выправки плана и профиля железнодорожного пути при текущем их содержании. Способ контроля состояния железнодорожного пути осуществляется путем координатной привязки показаний путеизмерительных устройств к реперной сети с использованием бортового компьютера, установленного на выправочной машине. На обследуемом участке железнодорожного пути привязку производят к системе координат реперной сети. Для этого используют базу данных реперной системы, в которую вводят вычислительные координаты, отметки и пикетаж реперов с промерами расстояний до ближайшего рельса. На основе этих данных программным путем строят цифровую модель углов поворота трассы обследуемого участка пути. Затем совмещают системы координат путеизмерительного устройства и реперной сети. Далее получают точную непрерывную координатную модель, по которой судят о состоянии железнодорожного пути для постановки в проектное или другое оптимальное положение. Технический результат состоит в повышении эффективности работы путевых машин и механизмов, предназначенных для выправки пути. 2 ил.

Изобретение относится к диагностике железнодорожных путей и может быть использовано для автоматизации выправки плана и профиля железнодорожного пути при текущем их содержании.

В известном способе выправки (Л-1) железнодорожную кривую размечают вручную, через одинаковые интервалы, измеряют стрелы изгиба от хорд, или координаты оси пути в этих точках. Затем по той, или иной схеме вычисляют проектные данные и сдвижки пути в точках деления кривой. Величины сдвижек вводят в бортовой компьютер выправочной машины, которая и осуществляет выправку кривой в точках деления. При автоматизированной съемке стрел вагоном-путеизмерителем или путеизмерительной системой выправочных машин для достижения необходимой точности определения фактического положения пути требуется привязка системы координат, в которой работает машина, к трехмерной прямоугольной системе координат реперной сети. Для этих целей разработаны специализированные дорогостоящие и к сожалению малоэффективные оптико-электронные устройства (Л-2).

Наиболее близким по технической сущности является способ выправки железнодорожного пути, описанный в (Л-1). Он и взят за прототип.

Прототип не обеспечивает точную и эффективную выправку железнодорожного пути в плане и в профиле.

Технический результат заявляемого объекта выражается в повышении эффективности работы путевых машин и механизмов, предназначенных для выправки пути.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для выправки железнодорожного пути используют базу данных реперной системы, в которой вычислены координаты, отметки и пикетаж реперов с промерами расстояний и превышений до ближайшего рельса. По этим данным определяют координаты, отметки и пикетаж точек головки рельса, образующих точную цифровую модель рельса (ЦМР) в системе трехмерных прямоугольных координат реперной сети.

Далее программным путем образуют разреженную двумерную цифровую модель углов поворота трассы (ЦМУ) обследуемого участка пути. Эта разреженная эталонная модель строится по координатам, хранящимся в базе данных реперной системы путем решения обратных геодезических задач. Для этого вычисляют дирекционные углы хорд а_i, и острые углы перекрывающихся треугольников е_i,, е_i+1. Затем определяют двумерный массив точных координат криволинейных полярных координат М вида: М=(a_i, s_i), где s_i - пикетаж центральной точки i-го участка кривой (см. фиг.1).

Массив М можно представить в виде графика функции a(s). См. фиг.2.

Затем по данным вагона-путеизмерителя или путеизмерительного устройства выправочной машины строят приближенно привязанную к пикетажу s передаточную функцию углов , в которой углы поворота аⁿ_i вычисляют по формуле

где ƒ_i+1, ƒ_i - измеренные стрелы;

dsⁿ_i - интервал цифрования (расстояние между соседними стрелами);

ρ=206265″.

Наклонные (соответствующие круговым кривым) и горизонтальные (соответствующие прямым) участки графиков аппроксимируют прямыми линиями методом наименьших квадратов. Пересечения прямых образуют две ломанные конфигурации: точную (А В С D Е...) и приближенную (а в с д е...).

Далее путем двумерных аффинных преобразований А, переводят конфигурацию (а в с д е...) в точную конфигурацию (А В С Д Е...), что является ключевым моментом автоматизированной привязки координатной системы путеизмерительного вагона (машины). После этого координаты a_i, s_i любой точки конфигурации (а в с д е...) пересчитываются в точные координаты а^T_i, S^T_i по известному правилу преобразования векторов из одной координатной системы в другую

где А - матрица аффиннного преобразования координат;

n - число точек конфигурации.

Таким образом, пикетаж путеизмерительного устройства приближенно, с точностью порядка 1 м, совмещают с пикетажем реперной сети. Элементы матрицы аффинных преобразований находят обобщенным методом наименьших квадратов по способу С.И.Матвеева, изложенному, например, в работе - Матвеев С.И. Цифровое трансформирование аэрокосмических снимков с измеренными координатами центров фотографирования /Труды МИИТа, вып.915, 1998, с. 29-31/.

Путеизмерителем выполнены непрерывные измерения расстояний по рельсовой нити и стрел ƒ при постоянной длине хорды d. Для обработки данных путеизмерителя принимают следующие исходные данные: координаты х_нач, y_нач некоторой начальной точки ЦМР и ее пикетаж s_нач и дирекционный угол α_нач предыдущего прямого участка.

Учитывают следующие соотношения. Изменение направления на длине хорды d равно

Длина кривой, опирающейся на хорду

σ=Rε.

Связь длины хорды с радиусом кривизны

d=2Rsin(ε/2).

Связь длины кривой с углом поворота

Производная направления от пикетажа

По результатам измерения стрел вычисляют дирекционные углы и координаты точек, которые по пикетажу соответствуют контрольным точкам ЦМР

Получим второй массив координат для контрольных точек ЦМР

Начальные значения координат контрольных точек ЦМР принимают исходными. При этом вычисляются невязки ƒ_x=x’-x, ƒ_y=y’-y, используемые при вычислении координат промежуточных точек.

Координаты промежуточных точек вычисляются по формулам (1)-(3) и исправляются поправками δx, δу, получаемыми интерполированием пропорционально расстоянию от предыдущей точки ЦМР между одноименными поправками к предыдущей и последующей контрольным точкам ЦМР.

Таким образом, получают высокоточную непрерывную цифровую (координатную) модель рельса, или оси плана пути в системе координат реперной сети с точностью 5-10 мм. Эта модель готова для автоматизированной выправки кривых при введении ее в бортовые компьютеры выправочных машин и механизмов, оснащенных программным обеспечением для выправки пути не по стрелам, а по координатам, что единственно позволяет приводить путь к проектному очертанию.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение:

1. Технические требования. Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане: Технические требования. - М.: МПС РФ, 1998, 29 с.

2. Попович М.В. Механизированная выправка железнодорожного пути. 2000, 125 с.

Формула изобретения

Способ контроля состояния железнодорожного пути, осуществляемый путем координатной привязки показаний путеизмерительных устройств к реперной сети с использованием бортового компьютера, установленного на выправочной машине, отличающийся тем, что на обследуемом участке железнодорожного пути привязку производят к системе координат реперной сети, используя базу данных реперной системы, в которую вводят вычисленные координаты, отметки и пикетаж реперов с промерами расстояний до ближайшего рельса, далее на основе этих данных программным путем строят цифровую модель углов поворота трассы обследуемого участка пути, затем совмещают системы координат путеизмерительного устройства и реперной сети, далее получают точную непрерывную координатную модель, по которой судят о состоянии железнодорожного пути для постановки в проектное или в другое оптимальное положение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2