2020-06-08
157Учебно-методический план занятия
Дата: 11.05.2020
Группа: ПХ-45, 3 курс
Дисциплина, междисциплинарный курс: целевое обучение.
Преподаватель: Кожемякин С.В.
Тема: Использование инновационных технологий в строительстве железных дорог.Спутниковые и геоинформационные технологии.
Вид занятия: лекция.
1. Печатные издания, электронные издания (электронные ресурсы): 1.Воробьев Э.В. Технология, механизация и автоматизация путевых работ. Часть 1 [Электронный ресурс]: учебное пособие / Э.В. Воробьев, Е.С. Ашпиз, А.А. Сидраков. — Электрон. дан. — М.: УМЦ ЖДТ, 2014. — 309 с. — Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=58948
2.Строительство и реконструкция железных дорог: учебник. — М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2018. — 315 с. Режим доступа: http://umczdt.ru/books/35/18738/— ЭБ «УМЦ ЖДТ»
3.www.rzd.ru (Сайт ОАО «РЖД»)
Домашнее задание: 1. Проработать с материалом и источниками; 2.Составить краткий конспект; 3. Дать ответы на контрольные вопросы.
Ход занятия
Пояснения к работе: Спутниковые и геоинформационные технологии в инфраструктурном комплексе ОАО «РЖД»
Стоящие перед ОАО «РЖД» стратегические задачи по развитию высокоскоростного, скоростного и тяжеловесного движения, повышению эффективности и конкурентоспособности железнодорожного транспорта в настоящее время приходится решать в условиях жестких финансовых ограничений на развитие инфраструктурного комплекса.
Все это обуславливает необходимость поиска новых системно-технических решений, позволяющих достичь значительного снижения затрат на путевые работы и содержание пути, оптимизировать расходы ОАО «РЖД» на развитие и техническое обслуживание путевой инфраструктуры при условии гарантированного предоставления услуг по обеспечению перевозочного процесса и безопасности движения поездов.
Одним из перспективных инновационных направлений, развиваемых ОАО «РЖД» в последние годы стало внедрение, так называемых, координатных методов в задачах управления содержанием путевой инфраструктуры, организации перевозочного процесса и обеспечения безопасного движения подвижного состава, суть которых заключается в том, чтобы:
– используя возможности современных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS и геоинформационных технологий создать вдоль железнодорожных направлений единое координатное пространство;
– в этом координатном пространстве на основании проводимых измерений, сформировать взаимоувязанные цифровые модели пространственного описания железнодорожного пути (ЦМП) на перегонах и путевом развитии станций в координатной форме;
– с помощью соответствующих алгоритмов привязать к ЦМП данные о состоянии объектов путевой инфраструктуры и обеспечить возможность отображения на них местоположения подвижного состава в режиме реального времени.
Практическая реализация перехода на координатные методы применительно к условиям ОАО «РЖД» выглядит следующим образом.
На сети железных дорог с использованием функционирующих ГНСС ГЛОНАСС/GPS создается единое координатно-временное пространство. Физически это осуществляется путем развертывания вдоль железнодорожных направлений высокоточных координатных систем (ВКС) в составе сети наземных спутниковых базовых станций дифференциальной коррекции спутниковых измерений, опорных геодезических сетей (ОГС), аппаратно-программных комплексов сбора, обработки и передачи данных, обеспечивающих точность определения местоположения объектов инфраструктуры порядка 2–5 см в режиме реального времени. С помощью новейших методов геодезических измерений, мобильного и воздушного лазерного сканирования, георадарной съемки и видеопаспортизации проводится комплекс высокоточных съемочных работ (ВСР) по определению геометрических параметров и привязке в координатном поле ВКС всех необходимых объектов путевой инфраструктуры.
На основе полученных пространственных данных формируются в едином координатном пространстве цифровые модели пути (ЦМП), а также 3-D модели путевого развития и инженерных сооружений, к которым привязываются цифровые описания объектов железнодорожной инфраструктуры, включая инженерные сооружения, системы электроснабжения, железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.
С использованием современных средств мониторинга состояния железнодорожного пути, включая путеобследовательские комплексы, диагностические лаборатории и другие технические средства, формируется мощный, постоянно обновляемый информационный ресурс в виде баз данных Комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ).
С помощью информационно-коммуникационных технологий удаленного доступа обеспечивается взаимодействие созданных баз данных КСПД ИЖТ с отраслевыми АСУ ОАО «РЖД», осуществляется информационное обслуживание пользователей в хозяйствах и службах ОАО «РЖД», проектных, строительных и эксплуатирующих организациях.
В базах данных КСПД ИЖТ происходит консолидация данных топографо-геодезических и инженерных изысканий, высокоточных съемочных работ, материалов проектно-изыскательских работ, результатов исполнительной съемки по объектам завершенного строительства, реконструкции и ремонта; формируются информационные продукты и сервисы для пользователей, позволяющие фиксировать отклонения фактического положения пути от проектного, габариты приближений, места отклонений от норм содержания, определенных действующими нормативно-техническими документами в сфере железнодорожного транспорта.
Совокупность накапливаемых проектных и натурных данных о состоянии железнодорожного пути, увязанных в высокоточном координатном пространстве, затем используется в качестве информационной базы в автоматизированных технологиях управления путевыми машинами разных типов при выполнении работ по выправке и/или постановке пути в проектное положение.
В чем же конкретно состоит преимущество предлагаемых инноваций?
Прежде всего, в значительном повышении производительности труда (на 35-40%), качества работ и существенном снижении издержек при проведении изысканий и проектирования.
При наличии созданной ВКС проектным организациям уже не требуется при проведении топогеодезических изысканий создавать на участках проектирования временную реперную сеть, которая затем утрачивается и при повторном проектировании каждый раз создается заново, а это, как правило, не менее 9–10% от стоимости изысканий.
Важнейшим преимуществом перехода на координатные методы, является возможность практической реализации современной методологии проектного содержания пути. Это позволяет преодолеть серьезные недостатки в современной практике подготовки проектов, когда каждое инфраструктурное хозяйство, выполняя задачу капитального ремонта или обновления своих основных фондов, решает ее по отдельным проектам, привязанным к существующему положению пути. Такие проекты, как правило, разрабатываются только для одного главного пути, или небольшой его части, который необходимо оздоровить.
Проектное содержание пути предполагает использование однажды разработанного проекта и цифровой модели пути не только на период всех стадий жизненного цикла пути, но и до тех пор, пока не потребуется изменить его технические характеристики, связанные, например, с изменением его плана и профиля для повышения скорости или веса поездов. А это реальная возможность уже в ближайшей перспективе достичь существенной экономии расходов на ПИР за счет снижения объемов проектирования модернизации и капитального и других видов ремонта. Экономия времени и, следовательно, средств, при разработке сложных проектов при этом будет достигать не менее 15%.
Переход к координатным методам на основе ВКС и КСПД ИЖТ открывает путь и для внедрения таких прорывных технологий сбора данных об объектах железнодорожной инфраструктуры, как мобильное лазерное сканирование (МЛС). Современные лазерные сканеры позволяют измерять координаты точек поверхности объектов железнодорожной инфраструктуры с высокой скоростью до 600 тысяч точек в секунду. Это позволяет мобильному комплексу без перекрытия движения проводить измерения в любое время суток на скорости до 90 км/ч. При этом на выходе получается реально непрерывная трехмерная модель железнодорожного пути с захватом всего окружения до 500 метров в обе стороны, дополненная снимками фотовидеофиксации. После чего, без проведения натурных измерений в полевых условиях, средствами компьютерной обработки формируются высокоточные цифровые 3D-модели объектов с привязкой к точным пространственным координатам, а затем на их основе и достоверная проектная документация. Производительность по сравнению с традиционной геодезической съемкой объектов возрастает в 35-40 раз. При этом обеспечивается радикальное снижение трудозатрат, а, следовательно, и экономия средств на комплексный мониторинг геометрических параметров объектов железнодорожной инфраструктуры.
Целевым состоянием внедряемых в ОАО «РЖД» координатных методов является непосредственное использование их в задачах выправки пути. Проведенный комплекс работ по внедрению таких методов и оценке их возможностей на Октябрьской и Западно-Сибирской железных дорогах показал, что на их основе может быть создано новое поколение автоматизированных систем управления путевыми машинами. 
Имея сведения о натурном положении пути и его проектном положении в цифровом виде в единой системе координат, становится возможным вычислить необходимые эпюры рихтовок (сдвижки и подъемки) для приведения пути в проектное положение, заложить полученные сведения в бортовые компьютеры путевых машин (щебнеочистительных типа RM 80, ЩОМ-1200, РМ 2002, ЭЛБ-4С, выправочно-подбивочно-отделочных ВПО-3000 и Дуоматик) и далее управлять процессами вырезки балласта и постановки пути в проектное положение в автоматическом режиме.
Экономический эффект от перехода на технологии постановки пути в проектное положение на основе координатных методов составляет не менее 9 млн рублей в год на одну ПМС, оснащенную путевыми машинами, оборудованными средствами спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS, при объемах работ порядка 100 км/год.
Очень важно, что наличие ВКС позволяет осуществить после выправки объективный инструментальный контроль результатов проведенного ремонта. Это обеспечивается путем проведения исполнительной съемки с помощью специальной путеизмерительной тележки, оснащенной высокоточным спутниковым оборудованием. По полученным данным оценивается качество выполненных работ и возможность приемки пути в эксплуатацию не только по степени удовлетворения параметрам безопасности движения поездов и скоростному режиму, но и по степени соответствия проектному положению.
Рассмотренные выше направления использования координатных методов на основе ВКС и КСПД ИЖТ полностью соответствуют намеченному ОАО «РЖД» коренному изменению подходов к планированию и организации ремонта инфраструктуры с повсеместным переходом на ремонт пути по технологии «закрытых перегонов», оставив режим традиционных ремонтов в «окно» в основном для однопутных участков.
Именно наличие полной и постоянно обновляемой пространственной информации в базах данных КСПД ИЖТ по всем объектам инфраструктурного комплекса позволит рационально организовать работы на закрытых перегонах всеми инфраструктурными хозяйствами, с концентрацией имеющихся сил и средств путевой техники на фронтах проведения работ.
При этом обеспечиваемое спутниковыми технологиями и ВКС высокоточное позиционирование путевых машин и иного подвижного состава создает оперативную информационную базу для четкого взаимодействия движенцев и ремонтников. В результате будет повышена эффективность в управлении выдвижением техники к фронту работ и оперативный контроль за ее работой при проведении ремонта, как в режиме закрытых полигонов, так и традиционным способом в «окно».
В ОАО «РЖД» внедрение такой технологии контроля за проведением ремонтных работ на всех стадиях идет активными темпами.
В целом, можно констатировать, что технико-экономическая эффективность применения координатных методов в результате внедрения ВКС и КСПД ИЖТ в инфраструктурном комплексе ОАО «РЖД» в ближайшее время будет складываться за счет следующих составляющих:
– существенного снижения затрат на выполнение проектно-изыскательских работ;
– снижения эксплуатационных расходов за счет содержания пути в проектном положении, как этого требуют Правила технической эксплуатации железных дорог в Российской Федерации;
– снижения затрат за счет оптимизации технологии производства ремонтных и планово-предупредительных работ с внедрением автоматизировонного управления путевыми машинами на основе точного позиционирования, наличия ЦМП, знания проектного и натурного положения в едином координатном пространстве ВКС;
– снижения издержек при ремонтах, планово-предупредительной выправке и текущем содержании пути вследствие вовремя проведенной ликвидации выявленных отступлений от геометрических параметров пути и возвращения пути в проектное положение.
В ближайшие годы созданная в ОАО «РЖД» мощная технологическая платформа ВКС и КСПД ИЖТ будет использована на Восточном полигоне при реализации крупнейших инфраструктурных проектов модернизации БАМа и Транссиба в качестве инструмента для достижения синергетического эффекта в задачах снижения стоимости жизненного цикла железнодорожного пути при условии обеспечения требуемого уровня эксплуатационной надежности и безопасности движения.
Контрольные вопросы:
1. Для чего используются возможности современных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS?
2. За счет каких составляющих будет складываться технико-экономическая эффективность применения координатных методов в результате внедрения ВКС и КСПД ИЖТ в инфраструктурном комплексе ОАО «РЖД»?
3. Что позволяет осуществить наличие высокоточных координатных систем (ВКС)?
4. На какой основе формируются в едином координатном пространстве цифровые модели пути (ЦМП)?
Срок сдачи: 12.05.2020
Ответы на контрольные вопросы отправлять на эл.адрес: kojemyakin.sergei@yandex.ru
