Способ измерения рельсового пути

Классификация по МПК: E01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2169809
Дата публикации: 
Среда, Июнь 27, 2001
Начало действия патента: 
Вторник, Февраль 8, 2000


Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к способам измерения рельсового пути. Способ измерения рельсового пути (9) с помощью двух единиц измерительного состава (1, 2) заключается в том, что первая, мобильная единица измерительного подвижного состава (1), перемещается в направлении второй, стационарной единицы измерительного подвижного состава (2). Между обеими единицами измерительного подвижного состава (1, 2) устанавливают контрольную прямую (14) в виде лазерного луча. Перед началом каждого измерительного цикла с помощью приемника глобальной спутниковой системы радиоопределения (19) определяют в известной наземной системе координат относительное местоположение стационарной единицы измерительного подвижного состава (2) относительно стационарной базовой станции глобальной спутниковой системы радиоопределения (29), находящейся вблизи измеряемого участка рельсового пути (28). Используя полученные данные о местоположении, настраивают контрольную прямую (14) на мобильную единицу измерительного подвижного состава (1) и выполняют измерение рельсового пути. Технический результат - уменьшение времени выполнения работ и повышение точности измерений. 5 ил.

, , , ,


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к способу измерения рельсового пути с помощью двух единиц измерительного подвижного состава, перемещающихся независимо друг от друга, причем соответственно первую, мобильную единицу измерительного подвижного состава, устанавливают в одной из двух конечных точек измеряемого участка рельсового пути и определяют координаты второй единицы измерительного подвижного состава, остающейся неподвижной в процессе измерения, и между обеими единицами измерительного подвижного состава устанавливают контрольную прямую в виде оптического измерительного луча, после чего первая единица измерительного подвижного состава перемещается в направлении стационарной единицы измерительного подвижного состава, находящейся на другом конце, а каждое изменение положения радиоприемника первой единицы относительно контрольной прямой регистрируется в качестве поправочного коэффициента.

Такой способ подробно описан в статье "Einsatzerfahrungen mit dem Gleisvormeβwagen" EM-SAT" в специальном журнале "Der Eisenbahningenieur", 46 (1995) 5, стр. 314-318. Процесс измерения носит циклический характер. Стационарная единица измерительного подвижного состава, оснащенная лазерным передатчиком (названная второстепенной), в процессе измерения рельсового пути перемещается в рабочем направлении и доходит до следующей, геодезически измеренной точки фиксации контактного провода, которая находится обычно на мачте контактной сети. Лазерный передатчик настроен относительно точки фиксации, примыкающей к рельсовому пути в поперечном направлении и занимающей поэтому точно заданную позицию. Затем лазерный передатчик с помощью укрепленного на нем телескопа настраивают на радиоприемник, находящийся на мобильной единице измерительного подвижного состава (или главной машине). Измерительная ось мобильной единицы проходит при этом точно через точку фиксации, которую предварительно отмечают краской на подошве рельса. Видеокамера, показывающая подошву рельса и колесо измерительной оси, облегчает такую точную автоматическую установку по месту.

Само измерение участка рельсового пути начинается с продвижения мобильной единицы рельсового подвижного состава, причем положение лазерного луча относительно действительного положения рельсового пути измеряется каждые 20 см, а данные сохраняются в запоминающем устройстве. С помощью специальной компьютерной программы из геометрических данных в плане маркировки пути можно рассчитать проектные стрелы прогиба для направления и уровня. Для этого необходимо лишь ввести данные по геометрии рельсового пути и положение точек фиксации. Эти значения служат для сравнения с измеренными стрелами прогиба, причем разница между ними дает поправочные коэффициенты для уровня и направления. Измерение участка пути считается законченным, как только мобильная единица измерительного подвижного состава подойдет к стационарной единице. Пока стационарная единица измерительного подвижного состава передвигается к следующей точке фиксации, чтобы затем начать следующее измерение, определяются значения смещения и подъема измеренного участка рельсового пути. Полученные поправочные коэффициенты можно хранить на дискетах, чтобы, к примеру, ввести данные в шпалоподбивочную машину и автоматически их обработать для точной корректировки положения рельсового пути.

Из US 5 493 499 известен другой способ измерения рельсового пути, причем в обеих конечных точках измеряемого участка устанавливают два перемещающихся по нему измерительных устройства и определяют положение каждого относительно точки фиксации контактного провода пути. Затем одно из измерительных устройство начинает понемногу двигаться в сторону другого измерительного устройства, причем для выполнения измерения во время каждой остановки данные действительного положения пути сравнивают с данными заданного положения, определяют разницу и вводят ее в запоминающее устройство. При этом, приняв первое сообщение глобальной спутниковой системы радиоопределения (Global Positioning System, GPS), определяют местоположение обоих измерительных устройств относительно друг друга в системе координат. Во время каждой остановки, которые делает второе устройство в процессе своей измерительной поездки в направлении первого измерительного устройства, находящегося на другом конце, определяют соответствующее относительное изменение положения, получая следующее сообщение глобальной радионавигационной системы.

Подробности указанных способов измерения рельсового пути описаны также в статье "Stand der Langsehnenvermessung mitteis EM-SAT oder GPS" в специальном журнале "Der Eisen-bahningenieur" 46 (1995) 8, стр. 560-563.

Из статьи "GPS-based data collection" в журнале "Railway Age" за декабрь 1994, стр. 66 и 67 известно применение глобальной спутниковой системы радиоопределения для получения данных по участкам пути, на которых требуется выполнить работы.

Наконец, в патенте US 4 812 991 описаны способ и устройство для быстрого и точного определения в системе координат местоположения движущегося радиоприемника относительно стационарного радиоприемника.

Задачей предложенного изобретения является создание вышеназванного способа, позволяющего быстро и успешно выполнять работу при сохранении высокой точности измерений.

Согласно изобретению эта задача решается посредством указанного способа, причем таким образом, что перед началом каждого измерительного цикла с помощью GPS-приемника определяют местоположение стационарной единицы измерительного подвижного состава относительно базовой стационарной GPS-станции в известной наземной системе координат и находящейся рядом с измеряемым участком рельсового пути, а затем, используя полученные данные о местоположении, настраивают контрольную прямую на мобильную единицу измерительного подвижного состава и выполняют измерение пути во время продвижения этой мобильной единицы.

Такой способ измерения имеет особое преимущество: отпадает операция настройки лазерного передатчика на находящуюся вблизи точку фиксации контактного провода, отнимающая много времени. Кроме того, экономится время, затрачиваемое раньше на установку обеих единиц измерительного подвижного состава точно по месту, соответственно в начале или конце измеряемого участка пути, а участки пути можно измерять, избегая пересечения хордовой подвески контактного провода. Наконец, данные измерения можно также выгодным образом использовать для составления плана положения рельсового пути, точно определенного в системе координат.

Изобретение описывается ниже более подробно со ссылкой на чертеж, где представлен пример выполнения:
фиг. 1 - две единицы измерительного подвижного состава для измерения участка рельсового пути, вид сбоку;
фиг. 2 - схематичное изображение заданного положения рельсового пути и контрольной прямой, образованной лазерном лучом обеих единиц измерительного подвижного состава;
фиг. 3-5 - значительно упрощенное изображение различных местоположений обеих единиц измерительного подвижного состава во время обмера рельсового пути.

Главная машина, показанная на фиг. 1, будет называться в дальнейшем мобильной единицей измерительного подвижного состава 1, так как в процессе измерения рельсового пути она перемещается относительно второй, стационарной единицы измерительного подвижного состава 2, называемой также второстепенной. Обе единицы измерительного подвижного состава 1, 2 имеют машинные рамы 5, 6, опирающиеся на ходовые механизмы 3, 4, и выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга по рельсовому пути 9 благодаря своим собственным приводам движения 7, 8. В передвижной кабине 10 мобильной единицы измерительного подвижного состава 1 находится вычислительно-управляющий блок 11. Стрелка 12 показывает рабочее направление мобильной единицы измерительного подвижного состава 1 во время измерения рельсового пути. За ходовыми механизмами 3, 4 под передним концом машины находится приемное устройство 13, представляющее собой систему быстрой фотограмметрической обработки снимков для локализации контрольной прямой 14, образованной лазерным лучом. Приемное устройство 13, установленное на шарнирах на одном конце на раме машины 5, опирается с помощью колес с гребнем 15 на рельсы 16 пути 9.

Стационарная единица измерительного подвижного состава 2, оборудованная сиденьем 17 для оператора, имеет радиопередатчик 18 в виде диодного лазера, установленного на раме машины 6 с возможностью передвижения благодаря приводам. Для приема данных местоположения с помощью глобальной системы координат на стационарной единице 2 установлен соответствующий радиоприемник 19. Для передачи данных, полученных от обеих единиц измерительного подвижного состава 1, 2, в вычислительно-управляющий блок 11 предусмотрены радиоустройства 20. Для измерения расстояния на мобильной единице 1 установлен прибор для измерения расстояния 21.

На фиг. 2 в упрощенном виде дано заданное положение рельсового пути 9. На плане маркировки пути определены точные координаты рельсового пути 9 относительно точки фиксации 22 контактного провода на опорах 23. Штрихпунктирной линией 24 показана ось пути. Положение рельсового пути определяется по стрелам прогиба 25, расстояние между которыми составляет 5 м. Хорда 26, являющаяся базой для стрел прогиба 25, определяется по заданной точке 27, находящейся на заданном расстоянии от указанной точки фиксации 22.

В известном вышеупомянутом способе измерения рельсового пути с помощью EM-SAT радиопередатчик 18 стационарной единицы измерительного подвижного состава 2 настраивается точно на заданную точку 27 с целью формирования базы для стрел прогиба 25 с помощью лазерного луча в виде контрольной прямой 14. Для такого точного определения координат радиопередатчика 18 бригада геодезистов должна была провести соответствующие замеры перед измерением рельсового пути с учетом расположенных друг против друга точек фиксации 22, причем результаты измерений записывались, например, на шпалах. Также возможно определять координаты радиопередатчика 18 с помощью закрепленного на нем телескопа, что связано, естественно, с соответствующими затратами времени и требует, кроме того, установки единицы измерительного подвижного состава 1 точно в заранее определенную заданную точку 27.

Далее описывается более подробно заявленный способ измерения участка рельсового пути 28 со ссылкой, в частности, на фиг. 3-5.

Перед началом измерения рельсового пути стационарная единица измерительного подвижного состава 2 въезжает в область измеряемого рельсового участка 28 и останавливается, как только достигает зависимой от атмосферных условий предельной границы для приема лазерного луча или контрольной прямой 14. Благодаря работе радиоприемника 19 происходит прием данных о местоположении стационарной единицы 2, которые соотносятся с уже известными данными о местоположении стационарной базовой GPS-станции 29, находящейся вблизи рельсового пути 9. Так как местоположение базовой станции 29 точно известно в наземной системе координат, то также точно можно определить и местоположение стационарной единицы измерительного подвижного состава 2 в системе координат и передать с помощью радиоустройства 20 в вычислительно-управляющий блок 11. Данные о местоположении моментально сравниваются в нем с накопленными данными о заданных величинах и учитывается возможная разница при последующем измерении.

После наведения контрольных прямых 14 путем настройки лазерного луча радиопередатчика 18 на приемное устройство 13 и с началом перемещения вперед мобильной единицы измерительного подвижного состава 1 начинается само измерение участка рельсового пути 28. При этом через каждые 20 см измеряется положение контрольных прямых 14 относительно действительного положения рельсового пути, а результаты поступают в приемное устройство 13 через колеса с гребнем 15. В связи с измерением расстояния с помощью устройства для измерения расстояния 21 происходит запоминание зависящих от места поправочных коэффициентов, представляющих собой разницу между заданными и действительными величинами.

На фиг. 4 представлен завершающий этап измерительного цикла, когда мобильная единица 1 в рамках измерения подошла к стационарной единице 2. С продвижением вперед стационарной единицы измерительного подвижного состава 2 начинается следующий цикл измерений (фиг. 5).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ измерения рельсового пути (9) с помощью двух единиц измерительного подвижного состава (1,2), способных перемещаться независимо друг от друга, причем первая, мобильная единица измерительного подвижного состава (1), занимает позицию в одной из двух конечных точек измеряемого участка рельсового пути (28), а в системе координат определяют положения второй единицы измерительного подвижного состава (2), остающейся неподвижной во время процесса измерения, и между обеими единицами измерительного подвижного состава (1, 2) устанавливают контрольную прямую (14) в виде оптического измерительного луча, после чего первая единица измерительного подвижного состава (1) передвигается в направлении второй, стационарной единицы измерительного подвижного состава (2), находящейся на другом конце, а любое изменение положения радиоприемника (13) первой единицы измерительного подвижного состава (1) относительно контрольной прямой (14) регистрируется в качестве поправочного коэффициента, отличающийся тем, что перед началом каждого измерительного цикла с помощью приемника глобальной спутниковой системы радиоопределения (19) определяют в известной наземной системе координат относительное местоположение стационарной единицы измерительного подвижного состава (2) относительно стационарной базовой станции глобальной спутниковой системы радиоопределения (29), находящейся вблизи измеряемого участка рельсового пути (28), и, используя полученные данные о местоположении, настраивают контрольную прямую (14) на мобильную единицу измерительного подвижного состава (1) и выполняют измерение рельсового пути, перемещая вперед мобильную единицу измерительного подвижного состава (1).