АНАЛИЗ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Нгок Туан Фам, Тимофеев А.Н., Коротаев В.В., Рыжова В.А., Родригеш Ж.Ж.П.К. Анализ дополнительных погрешностей оптико-электронной системы контроля положения железнодорожного пути // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 1. С. 15–23. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-1-15-23

Предмет исследования. Рассмотрена дополнительная погрешность контроля положения железнодорожного пути стереоскопическими методами и оценка степени влияния составляющих погрешности на результат измерения линейных смещений пути в профиле и плане. Метод. Предложен метод оценки дополнительных погрешностей стереоскопической оптико-электронной системы контроля положения пути по активным реперным меткам, расположенным на опорах контактной сети. На основе компьютерного моделирования исследована степень влияния составляющих погрешности системы на суммарную величину дополнительной погрешности. Выводы сформулированы на основе анализа диаграмм, полученных на компьютерной модели, и результатов экспериментального исследования технологических образцов системы. Основные результаты. Получена взаимосвязь линейных смещений пути в профиле и в плане с координатами реперных меток, а также параметров элементов системы с информативными параметрами сигнала. Предложено математическое описание составляющих дополнительных погрешностей стереоскопической системы при изменениях температуры среды, амплитуды вибрации, вертикального градиента температуры воздушного тракта и скорости перемещения. Показано, что наибольшее влияние на суммарную дополнительную погрешность по степени убывания оказывают составляющие погрешности, обусловленные вибрациями, инерционностью системы, температурной деформацией корпуса. Теоретические, экспериментальные и натурные испытания показали, что оценка случайной составляющей погрешности контроля смещений при измерениях положения пути не превышает в продольном профиле 0,8 мм, а в плане — 1,8 мм. Практическая значимость. Разработана методика исследования дополнительных погрешностей определения смещения пути в профиле и в плане средствами стереоскопической системы контроля. Предложены рекомендации для снижения наиболее сильно влияющих составляющих дополнительной погрешности. Созданы стенд и программное обеспечение для статических и динамических испытаний физических моделей. Предложенные решения направлены на достижение полной автоматизации контроля фактического положения железнодорожного пути при обслуживании технологий непрерывной выправки высокопроизводительными путевыми машинами с использованием стереоскопических оптико-электронных систем. Полученные результаты могут быть использованы разработчиками высокоточных оптико-электронных систем обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта.

1. Sánchez A., Bravo J., González A. Estimating the accuracy of track- surveying trolley measurements for railway maintenance planning // Journal of Surveying Engineering. 2017. V. 143. N 1. P. 05016008. doi: 10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000197

2. Щербаков В.В., Земерова А.А., Комягин С.А., Попов И.А. Контроль геометрических параметров в процессе строительства и ремонта железных дорог // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018. № 1. C. 64–70.

 3. Li Q., Chen Z., Hu Q., Zhang L. Laser-aided INS and odometer navigation system for subway track irregularity measurement // Journal of Surveying Engineering. 2017. V. 143. N 4. P. 04017014. doi: 10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000236

4. Yao L., Sun H., Zhou Y., Li N., Sun P. Detection of high speed railway track static regularity with laser trackers // Survey Review. 2015. V. 47. N 343. P. 279–285. doi: 10.1179/1752270614Y.0000000135

5. Сычев В.П. Виноградов В.В., Быков Ю.А., Коваленко Н.И. Автоматизированная технология текущего содержания железнодорожного пути // Вестник МГСУ. 2016. № 3. C. 68–78.

6. Chen Q., Niu X., Zuo L., Zhang T., Xiao F., Liu Y., Liu J. A railway track geometry measuring trolley system based on aided INS // Sensors. 2018. V. 18. N 2. P. 538. doi: 10.3390/s18020538

7. Akpinar B., Gülal E. Multisensor railway track geometry surveying system // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2012. V. 61. N 1. P. 190–197. doi: 10.1109/TIM.2011.2159417

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

9. Самратов У.Д., Сакович Л.А., Кривдин Д.Г. О точности определения геометрических параметров железнодорожного пути с помощью автоматизированных путеизмерительных комплексов // Геопрофи. 2007. № 6. С. 28–32.

10. Chen Q., Niu X., Zhang Q., Cheng Y. Railway track irregularity measuring by GNSS/INS integration // Navigation, Journal of the Institute of Navigation. 2015. V. 62. N 1. P. 83–93. doi: 10.1002/navi.78

11. Glaus R. Kinematic Track Surveying by Means of a Multi-Sensor Platform. Zürich, Switzerland: Eidgenössische Technische Hochschule ETH, 2006. 196 p. doi: 10.3929/ethz-a-005168061

12. Коган А.Я., Ершова К.Б., Петуховский В.В. Актуальные проблемы выправки и приемки пути после ремонта // Путь и путевое хозяйство. 2007. № 5. С. 7–9.

13. Коротаев В.В., Пантюшин А.В., Тимофеев А.Н. Оптико- электронные системы контроля положения реперных меток // Путь и путевое хозяйство. 2012. № 11. С. 34–37.

14. Сарвин А.А. Системы бесконтактных измерений геометрических параметров. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1983. 144 с.

15. Pham N.T., Timofeev A.N., Nekrylov I.S. Study of the errors of stereoscopic optical-electronic system for railroad track position // Proceedings of SPIE. 2019. V. 11056. P. 110562F. doi: 10.1117/12.2526081

16. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах: справочник. М.: Металлургия, 1989. 382 с.

17. Механизированная выправка и подбивка железнодорожного пути: учеб. пособие / под ред. М.В. Поповича. Л.: ЛИИЖТ, 1984. 102 с.

18. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах. СПб.: Лань, 2013. 400 с.

19. Козирацкий Ю.Л., Прохоров Д.В., Курьянов И.Ю., Шатский Е.Д. Исследование алгоритма высокоточного сопровождения зенитных управляемых ракет матричным фотоприемником по блику формирующей оптики системы самонаведения // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: техника и технологии. 2016. Т. 9. № 3. С. 401–415. doi: 10.17516/1999-494X-2016-9-3-401-415

20. Галиев И.И., Нехаев В.А., Николаев В.А., Ушак В.Н. Основы механики подвижного состава. Часть I: учебное пособие. Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2013. 202 с.

21. Hodara H. Laser wave propagation through the atmosphere // Proceedings of the IEEE. 1966. V. 54. N 3. P. 368–375. doi: 10.1109/PROC.1966.4698

22. Федоров А.С., Неумывакин Ю.К., Перский М.И., Захаренко М.А. Автоматизация геодезических измерений в мелиоративном строительстве. М.: Недра, 1984. 126 с.

23. Грейм И.А. Оптические дальномеры и высотомеры геометрического типа. М.: Недра, 1983. 320 с.

24. Nekrylov I.S., Timofeev A.N., Konyakhin I.A., Korotaev V.V., Hoa T.M. Peculiarities of reducing the impact of air tract on the accuracy of positioning elements of robotics at analysis of a diffraction pattern of air tract dispersion on a photo matrix field // Studies in Systems, Decision and Control. 2020. V. 261. P. 189–197. doi: 10.1007/978-3-030-32710-1_14

25. Сычева Е.А., Коротаев В.В., Мараев А.А., Тимофеев А.Н. Компенсация погрешности определения пространственного положения реперных марок, вносимой воздушным трактом // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2018. Т. 61. № 4. С. 348–355. doi: 10.17586/0021-3454-2018-61-4-348-355

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License