Исследование и разработка стереоскопической оптико-электронной системы контроля пространственного положения железнодорожного пути

• Автор: Араканцев, Константин Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
1.1 Современные средства контроля пространственного положения
железнодорожного пути, реализующие относительный метод измерений
1.2 Современные средства контроля пространственного положения
железнодорожного пути, реализующие абсолютный метод измерений
1.2.1 Путеизмерительные комплексы
1.2.2 Путеизмерительные тележки
1.2.2.1 Путеизмерительные тележки с электронным тахеометром
1.2.2.2 Путеизмерительные тележки со спутниковым приемником
1.2.2.3 Сравнение путеизмерительных комплексов и АПТ различных типов.
1.3 Пути развития методов и средств контроля пространственного положения железнодорожного пути
1.3.1 Дальномеры физического тина
1.3.2 Дальномеры геометрического типа
1.3.2.1 Принципы композиции дальномеров геометрического типа с базисом при инструменте
1.3.2.2 Стереоскопическая оптико-электронная система с параллельными оптическими осями
1.4 Цель и задачи диссертационного исследования
1.5 Выводы по Главе
ГЛАВА 2. ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СОЭС КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
2.1 Модель ИОЭП на основе перспективной проекции
2.2 Модель СОЭС на основе перспективной проекции
2.3 Методы расчета пространственных координат КЭ в СОЭС при статическом и динамическом режимах измерений
2.3.1 Статические измерения
2.3.1.1 Метод двух скрещивающихся визирных линий
2.3.1.2 Метод, основанный на решении системы линейных уравнений
2.3.2 Динамические измерения
2.3.3 Сравнение методов обработки измерительной информации в СОЭС
2.4 Выводы по Главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ СОЭС КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
3.1 Измерительная задача
3.2 Анализ основных составляющих погрешности измерений
3.2.1 Основные габаритные соотношения и элементная база
3.2.2 Проверочный энергетический расчет
3.2.3 Первичные погрешности
3.2.4 Частичные погрешности
3.2.4.1 Систематические погрешности
3.2.4.2 Случайные погрешности

3.2.5 Метод численного анализа погрешностей с использованием теории возмущений линейных операторов
3.2.6 Рекомендации к выбору метода определения параметров СОЭС
3.3 Методы калибровки внешних и внутренних параметров СОЭС
3.3.1 Калибровка одного ИОЭГТ
3.3.2 Взаимное ориентирование ИОЭП
3.5 Выводы по Главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОЭС КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ.ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГ О ПУТИ
4.1 Описание экспериментальной установки
4.2 Ход эксперимента и калибровка СОЭС
4.2.1 Ход эксперимента
4.2.2 Калибровка СОЭС
4.3 Анализ погрешностей измерений
4.4 Выводы по Главе
ГЛАВА 5. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА СЧИТЫВАНИЯ РЕПЕРНЫХ МЕТОК
5.1 Техническое описание ОЭССРМ
5.1.1 Структурная схема ОЭССРМ
5.1.2 Схема соединений и схема подключений ОЭССРМ
5.1.3 Устройство и работа составных частей ОЭССРМ
5.1.3.1 Базовый блок
5.1.3.2 Метка реперная
5.1.3.3 Блок обработки
5.1.4 Описание программного обеспечения
5.2 Стендовые испытания
5.3 Эксплуатационные испытания
5.4 Выводы по Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АКТЫ ПРИЕМКИ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АКПП - автоматическое устройство приемки и контроля пути;
АПК — автоматизированный путеизмерительный комплекс;
АПТ - автоматизированная путеизмерительная тележка;
ББ - базовый блок;
БО - блок обработки;
БПО - блок пространственной ориентации;
ВПР— выправочно-подбивочно-рихтовочная машина;
ДО - датчик опор;
ИОЭП - измерительный оптико-электронный преобразователь;
КББ - крепление базового блока;
КМОП - комплиментарный металл-оксид-полупроводник;
КМР — крепление метки реперной;
КЭ — контрольный элемент;
МР - метка реперная;
МСУВП - микропроцессорная система управления выправкой пути;
О - отражатель;
ОПАУ — оптическое приемно-анализирующее устройство;
ОРСЗ - оптическая равносигнальная зона;
ОСШ - отношение сигнал/шум;
ОЭС — оптико-электронная система;
ОЭССРМ - оптико-электронная система считывания реперных меток; ПЗС - прибор с зарядовой связью;
ПИД - полупроводниковый излучающий диод;
ПК - промышленный компьютер;
ПН - преобразователь напряжения;
ПУЛ - прибор управления по лучу;
ПЧФ — позиционно-чувствительный фотоприемник;
СКЗ - среднее квадратическое значение;
СОЭС - стереоскопическая оптико-электронная система;
У - уровень;
ЦБО - центральный блок обработки;
ЭВМ — электронно-вычислительная машина;
GPS - Global Positioning System;
RTK-GPS - Real Time Kinematic GPS;
SVD - Singular Value Decomposition.

• большие габариты и высокая стоимость измерительного оборудования;
• для измерения протяженных участков требуется переносить тахеометр вдоль пути и, соответственно, заново определять пространственные координаты его точки стояния, что, в свою очередь, также снижает производительность;
• метод измерения координат не является полностью автоматизированным (для проведения измерений требуется присутствие оператора, перемещающего АПТ и дающего команду на измерение);
• измерения производится в ненагруженном состоянии пути, что может иметь значение при совместном контроле разнородных по возможности просадки участков пути, например, пути на мосту и подъездного;
• для измерений необходим набор дорогостоящих оптических отражателей.
Метод, основанный на использовании технологии СРБ-ЯТК, позволяет достичь наибольшей производительности измерений фактического положения железнодорожного пути, в особенности при наличии в месте измерений заранее созданной сети базовых станций. В этом случае, к измерениям можно приступать, немедленно после установки и включения АПТ. Технология ОРБ-ЯТК дает возможность автоматизировать измерения (что, однако, способствует снижению точности). К недостаткам метода относятся:
• относительно невысокая точность измерений при использовании одной базовой станции: минимальная погрешность определения пространственных координат в данном случае составляет величину порядка 10 мм;
• повышение точности требует использования гироскопических платформ и создания целой сети базовых станций с одним или несколькими центрами управления, что является трудоемкой и дорогостоящей задачей.