Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка измерительно-вычислительного комплекса для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Разработка измерительно-вычислительного комплекса для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути"

На правах рукописи

Матвеев Александр Станиславович

РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭТАЛОННЫХ КООРДИНАТНЫХ МОДЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Специальность 25.00.35 - Гео информатика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре «Геодезия и геоинформатика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московского государственного университета путей сообщения» (МИИТ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Круглов Валерий Михайлович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Цветков Виктор Яковлевич кандидат технических наук, Спиридонов Анатолий Иванович Ведущая организация: Институт проблем информатики РАН.

Защита состоится 22 декабрября 2005г. в 4 € ~ часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.11 Московского государственного университета путей сообщения по адресу: 127994, Москва, ул. Образцова, 15, МИИТ.ауд. 1235

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «2А> ноября 2005г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения просим направлять по адресу диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

профессор

Ю.А. Быков

¿006-4 12677

И 93 VI

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах (СРНС) ГЛОНАСС (Россия) и Navstar GPS (США). Актуальность этого положения акцентирует Постановление №365 Правительства Российской Федерации от 9 июня 2005г. «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS». Эти меры направлены на повышение эффективности управления движением на воздушном, водном и наземном транспорте, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов. Железнодорожный транспорт имеет существенное преимущество перед другими видами транспорта, состоящее в том, что траектория его движения зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП) железнодорожной магистрали. ЭКМП может стать системообразующим элементом всех навигационных систем железнодорожного транспорта. Эта возможность пока не использована, поэтому основной целью диссертационной работы является разработка измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), интегрированного со специализированной ГИС для создания эталонных координатных моделей пути и апробация всего компелекса на действующем объекте железнодорожного транспорта - Экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Идея создания ЭКМП родилась в объединённом научно-исследовательском центре «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» МИИТа, как нового системного средства навигации, обеспечивающего основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали. Диссертант является соавтором этой принципиально новой идеи. [1-3].

В соответствии с Концепцией создания геоинформационных систем железнодорожного транспорта (Л6вин Б.А. Цветков В .Я М.:МИИТ, 2001) и Программой

информатизации железнодорожного транспорта России (М.:МПС РФ, 1995), одними из приоритетных направлений применения ГИС являются:

По комплексу 1 (Движение): Создание цифровых моделей главных путей железных дорог России, обеспечивающее решение задач автоматизации управления движением поездов.

По комплексу 3 (Инфраструктура железнодорожного транспорта): Создание реперных систем контроля плана и профиля путей скоростных направлений, как геометрической основы ГИС.

И реперные системы и ЭКМП являются новым классом универсальных специализированных опорных геодезических сетей железнодорожного транспорта.

Цель диссертационной работы. Разработка измерительно-вычислительного комплекса и способа создания эталонных координатных моделей пути, обеспечивающих основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали. Основные задачи исследований:

• анализ существующих средств и методов высокоточной съёмки геометрии железнодорожного пути;

• разработка ИВК для синхронных комплексированных измерений и способа создания ЭКМП на всём протяжении магистрали как системообразующего элемента существующих навигационных систем железнодорожного транспорта;

• выбор в качестве математического базиса ЭКМП оптимальной картографической проекции и системы координат, не дающих практически значимых искажений угловых и линейных размеров геометрических параметров пути;

• разработка эффективных алгоритмов совместной обработки комплексированных измерений путём модернизации фильтра Калмана и применения процедур обобщённого взвешенного метода наименьших квадратов;

Н

• апробация разработанных автором ИВК, способа создания ЭКМП и алгоритмов совместной обработки синхронных комплексированных измерений на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Объектом исследования является эталонная координатная модель железнодорожного пути.

Предмет исследования - устройство и способ определения эталонной координатной модели пути (ЭКМП).

Теоретическая методологическая база исследований. Системный анализ, объектное проектирование и объектное программирование, методы идентификации систем, методы статистической фильтрации и статистического оценивания параметров координатных моделей. Опытные испытания ИВК и способа создания ЭКМП на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Научная новизна работы состоит в том, что автором впервые разработаны измерительно-вычислительный комплекс и способ создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути для целей мониторинга геометрии пути, самокалибровки и самонастройки существующих навигационных систем железнодорожного транспорта. Впервые предложено использовать ЭКМП системообразующим элементом навигационных систем железнодорожного транспорта.

Практическая и теоретическая значимость работы состоит в получении следующих основных результатов, которые и выносятся на защиту:

1. Сформулировано понятие математического базиса ЭКМП, включающее эквидистантную проекцию Коугия и соответствующую ей прямоугольную систему координат, обеспечивающих основной метрологический принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали.

2. Для обеспечения единства измерений предложено через 50-100км создать последовательность временных базовых станций ГЛОНАСС/СРБ, на основе которой впоследствии можно создать дифференциальную подсистему (ДП) СРНС, что позволит довести точность определения координат ЭКМП с 10мм до 1-2мм.

3. Разработан новый ИВК для создания ЭКМГТ. отличающийся наличием математического базиса, последовательностью базовых станций СРНС и оригинальным алгоритмическим и программным обеспечением для совместной обработки комплексированных измерений, в том числе, в режиме реального времени (по сути представляющий сециализирован-ную управляющую ГИС) железнодорожного транспорта.

4. Разработан модернизированный алгоритм фильтра Калмана, позволяющий обрабатывать длинные ряды спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений с выделением скользящего окна.

5. Впервые получена эталонная координатная модель второго пути эспериментального кольца ВНИИЖТа в связи с выполнением НИОКР 19.10.01 ОАО РЖД. Результаты работы получили высокую оценку на Техническом совете Департамента новых научно-технических программ 28 апреля 2005г.

Апробация работы. Исследования выполнены по материалам научно-исследовательских работ, входящих в План НИОКР МПС, тема 19.10.02 за 2003г. и в План НИОКР ОАО РЖД, тема 19.10.01 за 2004г. Все опытные работы проведены на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

Основные положения диссертации докладывались на конференциях «Неделя науки МИИТа» в 2001-2005гт.; научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2003, 2004 и 2005гг., на выставке НТТМ 2004 и НТТМ 2005; на Международных конференциях «Information Tecnologies in Scieence, Sociology, Economies and Business» в 2003, 2004 и 2005гг. Результаты исследований по теме исследований, выполненные в качестве проектов и опытных образцов отмечены дипломами Всероссийских выставок научно-техничес-кого творчества молодёжи НТТМ 2004 и НТТМ 2005. На опорную геодезическую сеть и эталонную модель второго пути экспериментального кольца получен Сертификат соответствия. Публикации. Основные положения диссертации изложены в 30 опубликованных работах (4 без соавторов).

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа объёмом в 122 печатные страницы основного текста включает: введение, четыре раздела, семь таблиц, двадцать рисунков, список библиографии из 74 наименований и два приложения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы основная цель и задачи исследований. Предпосылками работы явилось интенсивное проникновение геоинформационных и спутниковых технологий в сферу железнодорожного транспорта. Значительное влияние на взгляды автора, изложенные в диссертации оказали научные труды в области ГИС-технологий С.К. Дулина, В.М. Круглова П.Д. Кужелева, Б.А. Лёвина, A.B. Мартыненко, У.Д. Ниязгулова, И.Н. Розенберга, В.П. Савиных, В.Я. Цветкова; в области спутниковых и инерциальных технологий В.В. Глушкова, С.Е. Турина, Ю.А. Ерохина, М.М. Железнова, В.И. Кафтана, Е.Б. Клюшина, В.А. Коугия, В.М. Круглова, А.С.Масленникова, Ю.И. Маркузе, А.Ю.Соловьёва, А.Д.Тихонова и многих других.

В разделе 1 приведено обоснование необходимости математического базиса эталонных координатных моделей пути в виде проекции и системы координат, обеспечивающих практически незначимые искажения угловых и линейных параметров железнодорожного пути на всём протяжении магистрали. С этой целью автор начинает изложение с трёхмерных глобальных геоцентрических координат ПЗ-90 и WGS-84 в прямоугольной и геодезических системах координат, имеющих несомненные достоинства, заключающиеся в метрологическом единстве этих систем на всём геопространстве Земли. Однако они не наглядны и плохо приспособлены для применения в ГИС, где наиболее эффективны проек-ции на плоскость, в том числе для подвижных объектов, топоцентрические и объектоцентрические системы координат. В начале раздела приведены общие сведения о Земном эллипсоиде, системах ПЗ-90 и WGS-84, референцных системах координат, методах преобразования пространственных прямоугольных координат,

7

переход от них к референцной системе координат Гаусса-Крюгера. После изучения ряда картографических проекций автор приходит к выводу, что максимальные удобства для создания эталонных координатных моделей представляет эквидистантная проекция Коугия, в которой центральной линией проекции и осью абсцисс на поверхности эллипсоида принимают геодезическую линию, совпадающую с главным направлением магистрали. Ординатами на эллипсоиде принимают геодезические нормали к оси абсцисс. Положение любой точки М железнодорожного пути на эллипсоиде (рисЛа) и на плоскости (рис.16) определяются одинаковыми координатами, поскольку ординаты проектируют на плоскость по эвольвентам.

При отклонении пути от оси абсцисс до 50км пренебрежимы, следовательно, координатные модели пути в такой системе координат с достаточной для диагностики геометрии пути точностью, являются эталонными. В точках излома магистрали автор предлагает использовать буферные зоны с перевычислением прямоугольных координат по схеме центроафинного преобразования. Конечно, при использовании проекции Коугия приходится перевычиоцть прямоуголные координаты в координаты проекции, и решать обратные задачи, однако, при наличии программ этот момент не имеет существенного значения. Кроме того, при современных технологиях измерений геодезические координаты точек непосредственно определят спутниковыми приёмниками. Весьма существенно и то, что в вычислении геодезических координат всех точек геодезической сети нет необходимости. Достаточно определять их через 1-5км. Координаты промежу-

С

Ъ) о

Рис. 1

точных точек сети проще находить путём уравнивания результатов линейно-угловых измерений сети в прямоугольной системе координат проекции. В заключении раздела показано, что определяющим моментом различия обычных ГИС и эталонных координатных моделей пути (ЭКМП), по существу являющихся специализированными управляющими ГИС, является точность, и эта точность для ЭКМП должна быть субсантиметрового порядка.

Раздел 2 «Навигационные методы определения местоположения» посвящён изложению известных принципов и методов определения местоположения с помощью приёмников спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и Navstar GPS. Отмечается, что для создания эталонных моделей пути необходимы только двухчастотные высокоточные геодезические приёмники, работающие в режиме Статика - на базовых станциях и в режиме Кинематика - для подвижного приёмНика-ровера, установленного на подвижном объекте железнодорожного транспорта. Наивысшая точность спутниковых определений достигается в режиме постобработки.

В этом же разделе рассматривается теория гироскопических измерений. Отмечается, что техника гироскопических измерений достигла такого уровня, что к гироскопам стали относить широкий класс приборов, содержащих некий материальный объект, совершающий быстрые периодические движения. При этом устройство становится чувствительным к вращению в инерциальном пространстве. При таком понимании слова гироскоп для него не обязательно наличие ротора. Рассмотрена теория классических гироскопов и их погрешностей, в частности, погрешность ухода гироскопа. Наряду с классическими рассмотрены принципы функционирования гироскопов новых типов. Сейчас известно более ста различных явлений и физических принципов, позволяющих решать гироскопические задачи. Автором описаны принципы гироскопов с воздушной опорой, поплавковые гироскопы, динамические настраиваемые гироскопы с упругим подвесом ротора, кольцевые лазерные гироскопы, созданные на основе лазера с кольцевым резонатором, в котором по замкнутому оптическому контуру одновременно распространяются встречные электромагнитные волны. Приведено описание волоконно-оптических гироскопов, волновых твёрдотельных гироско-

9

пов, вибрационных гироскопов, микромеханических гироскопов, неконтактных гироскопов, с помощью которых достигаются сверхвысокие точности измерений.

В результате проведённого анализа при проектировании ИВК автором применена самоориентирующаяся гироскопическая система курсокреноуказания ССГККУ (патент РФ №2186338).

Система представляет собой трёхосный гиростабилизатор блочно-модуль-ного исполнения на базе динамически настраиваемых гироскопов. Она обеспечивает пространственную ориентацию и выдачу информации об угловом положении объекта относительно земной системы координат. Запрос и выдача информации осуществляется по команде от внешнего абонента через последовательный интерфейс СТЫК-С2 в асинхронном режиме со скоростью приёма и передачи 9600бит/с, время вычисления кода 33л<с. ССГККУ обеспечивает вывод информации обо всех эйлеровых углах объекта со скоростью до 30 раз в секунду, с погрешностью 20". Учитывая соотношение цена / качество, выбор именно этой системы оказался оптимальным для применения в составе ИВК. В результате применения ССГККУ стало возможным построение ЭКМП с погрешностью порядка 3-5мм. Этого удалось добиться за счёт применения фильтра скользящего среднего на интервале длины окружности колеса с целью компенсации систематических погрешностей, связанных с эксцентриситетом колёс и совместной обработки комплексированных гироскопических, спутниковых и дальномерных измерений, теория которых раскрывается в третьем разделе работы.

Третий, основной теоретический раздел диссертации, начинается с определения функционального назначения ЭКМП. Из определения ЭКМП следует, что эталонная модель является прежде всего групповым рабочим эталоном геометрии железнодорожного пути, откуда вытекает основная метрологическая функция ЭКМП - обеспечение единства измерений на всём протяжении магистрали

Сначала на протяжении всей магистрали устанавливают единую систему ортогональных координат в проекции Коугия. Для повышения точности результатов, координирование выполняют путём совместного оценивания параметров (координат точек модели) по результатам комплексированных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений Для этого, вдоль магистрали

10

создают систему временных базовых станций СРНС из двучастотных геодезических приёмников, установленных через 50-100км. На подвижный объект (ПО) устанавливают ИВК, включающий подвижный спутниковый приёмник (ровер), датчик эйлеровых углов, датчики пути и ширины колеи, контроллер для записи синхронных измерений и персональный компьютер (рис.2). При проезде ПО по магистрали контроллер непрерывно ведёт синхронную запись показаний всех измерительных устройств ИВК. Параллельно ведётся непрерывная запись спутниковой информации на временных базовых станциях, функционирующих во время проезда ИВК по всей магистрали.

Рис.2

Для компенсации влияния перекосов и эксцентриситета колёс, показания датчика эйлеровых углов сглаживают фильтром скользящего среднего на интервале скольжения, равном длине окружности колеса ПО.

В моменты приёма спутниковых измерений фиксируются значения сгла-женого курсового угла а„ поперечного д, и продольного V, углов наклона, датчика пути 3/ и спутниковые координаты л, у,, полученные из относительных фазовых определений. В координаты вводят поправки за продольный и поперечный наклоны. В соответствии с рис.3 формулы вычисления координат оси пути имеют вид:

где а, - дирекционный угол курса ПО в точке г; За- агйап(р//); р = асо5(у)8т(£); ? = ас<м(£)зт(у); г = + хауа\Н„- спутниковые координаты центра антенны а-длина антенны.

х, = х. - геолог, + Дат); У, = + г8т(сг, +&*);

(1)

И

У

Р

Рис.3

а

По координатам оси пути, из решения обратных геодезических задач вычисляют последовательные дирекционные углы а,, горизонтальные проложения (¡я' и эталонный пикетаж пути = 5,1, .

На прямых участках пути образуют последовательность точек j, расположенных на значительном (порядка 0,5-2км) расстоянии друг от друга. Для этих точек вычисляют средние весовые значения дирекционных углов прямых участков а1, после чего формируют двумерные массивы спутниковых М и зафиксированных с датчиков т полярных координат.

м = < ; ю = 5/-1 5У

.ан а,_

вычисляют средние координаты Т,а,э,а, вычитая которые, из соответствующих элементов массивов Мит, получают массивы центральных координат Мит, после чего вычисляют матрицу центроафинных преобразований А по формуле:

А - Мтг(ттг)"'; (2)

После этого, показания датчиков 5, и а, во всех точках / принадлежащих интервалу пути от точки ]-1 до точки у перевычисляют в эталонные по формуле:

У У

= А +

&

При таком преобразовании происходит масштабирование и калибровка показаний датчика пути = апз, +о]2а, +Г и калибровка показаний курсового угла а, =о211, + а12а, +а. Во всех приведённых формулах угловые величины выражены в радианной мере.

Показания продольного и поперечного углов наклона калибруют по показаниям цифровоых электронных уровней, ориентированных по продольной и поперечной осям ПО.

После калибровки, все виды комплексированных измерений: эйлеровы углы, расстояния и спутниковые координаты представляют собой практически независимые случайные последовательности. С их помощью образуют два параллельных и совпадающих по расстоянию потока информации:

- последовательность векторов спутниковых координат х, сопровождается ковариационными матрицами К(х),. Эта последовательность образует протяжённую доверительную область диаметром 20-50лш;

- соответствующие приращения координат с(х, , полученные численным интегрированием полярных координат р , показаний гироскопа (дирекционные углы и продольные углы наклона и датчика пути (5) как

Ддг, = ^ «я у «»«•<& ;

я,

Ду, = [«со8У$ша-<&, (4)

"V

А, = |£$ту-<& .

Приращения, за счёт проведённых ранее процедур фильтрации, обладают высокой точностью - порядка 1 мм на 10м пути.

Пренебрегая кривизной траектории на интервале / —»(7+1), и дифференцируя сЬс, по всем переменным, получим

"А*/ С(М 9 сов V -58Ш9С08У - .5 сое эту

¿(сЬ,) =<1 = вт^сгау -^Ш^ШУ <¡4 = Рф. (5)

К вШУ 0 *ссву ау

По теореме о ковариации векторной функции, для ковариационной матрицы приращений Щ&),, будем иметь

К(сЫ)1=РК(р)Рт. (6)

Совместная обработка этих потоков рекуррентным обобщённым методом наименьших квадратов по принципу учёта ошибок исходных данных позволяет сохранить точность спутниковых измерений на дальних расстояниях и взаимную высокую точность точек пути на расстояниях до 100 и более метров.

Из косвенных измерений х, и <Ьс„ поступающих из контроллера на ПК, формируем статистическую модель Гаусса-Маркова:

Ах=1+у с КО) (7)

с матрицами А и К(1) - квазидиагональной структуры. Диагональные блоки их шестого порядка имеют вид

' I 0"

-/ /

K(x\ О О K(dx)„

где I - единичные матрицы третьего порядка, К(1), К(х)„ и K(dx)„ - ковариацион-

Г "1 А»,'

ные матрицы векторов измерений /,= *< А. . х, = У, и dx, = Аи

А Л

Для повышения эффективности оценивания, систему (7) умножением слева на К(1приводим к равноточному виду

= + у с К(1) = мг-1, (9)

где ц - средняя квадрагическая ошибка единицы веса, а блоки А„ имеют вид

Д. =

К(х)~> О -K{dxy} K(dx)~}

Далее осуществляем прямое решение квазидиагональной системы (9) с помощью плоских вращений Гивенса, позволяющих оценивать каждое измерение обобщённым рекуррентным методом наименьших квадратов, выполнять отбраковку грубых измерений, накапливать квадратичную форму вектора поправок гтК(1)~'у. В результате система (9) приводится к верхнетреугольной ленточной форме

Ях = Ъ, (10)

решение которой (оценку х) находим методом обратной подстановки, после чего вычисляем среднюю квадратическую ошибку единицы веса

Для решения вопроса оценки точности вычисляем ковариационную матрицу параметров

или только диагональные элементы её, позволяющие вычислить средние квадрати-

ческие ошибки параметров т,=[л ^К(х)„

Исследования показали, что при высокой точности определения приращений, точность оценивания параметров х повышается пропорционально 4т, где т - число точек спутниковых определений, а результы оценивания совпадают с оценками калмановской фильтрации.

Для протяжённых магистралей применяют принцип авторегрессионных преобразований скользящего среднего, когда вращения Гивенса выполняют на скользящем интервале из к «т точек без ощутимой потери точности.

Для определения эталонной координатной модели пути автором (в соавторстве) предложено устройство, включающее ИВК (см. рис.2). ИВК состоит из спутникового двухчастотного ГЛОНАСС/СР8 приёмника (ровера) - 1, гироско- -пического датчика эйлеровых углов - 2, датчиков пути и ширины колеи - 3, контроллера для синхронной записи показаний этих измерительных устройств по * часам ровера - 4 и персонального компьютера - 5, устанавливаемом на любом ПО (например, путеизмерительном комплексе ЦНИИ-4) и системы временных базовых станций из спутниковых приёмников того же типа, что и ровер, установленных вдоль железнодорожной магистрали через 50-100км друг от друга.

Определение координат точек модели осуществляют предлагаемым устройством способом, изложенным в предыдущем разделае представленной работы. Существенно новыми моментами предлагаемого устройства следует считать:

1. наличие системы временных базовых станций;

2. наличие в контроллере процедур фильтрации эйлеровых углов фильтром скользящего среднего на интервале скольжения, равном длине окружности колеса ПО;

3. синхронизацию показаний всех измерительных устройств ИВК по показаниям времени часов спутникового приёмника ровера;

4. сглаживание гироскопических углов фильтром скользящего среднего;

5. введение поправок за высоту и наклон антенны приёмника ровера по ' значениям эйлеровых углов;

6. самокалибровку гироскопа и датчиков пути в режиме реального времени способом центроафинных преобразований;

7. модернизированный алгоритм калмановской фильтрации, позволяющий получать координаты эталонной модели пути, как в режиме реального времени, так и уточнённые её координаты в режиме постобработки;

Н

8. ИВК и связанный с ним алгоритмический и программный комплекс представляют собой интегрированную специализированную геоинформационную систему для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути.

В силу разнородности природы измерений, производимых отдельными модулями ИВК, встаёт острая необходимость обеспечения синхронизации информационных потоков и оценки погрешности, вносимой их несинхронностью.

С какими же видами измерений нам пришлось столкнуться? В первую очередь, это измерения «Управляемые» и «Неуправляемые». Отличие первых от вторых как раз и заключается в том, что мы можем повлиять на их параметры, такие, как сам факт их появления, интервалы следования и др.

Во-вторых, пришлось столкнуться с «Апериодическими» и «Периодическими» потоками. И, если появление первых не связано ни с чем, кроме, возможно, потока управления, то вторые могут оказаться подчинены самым разным параметрам, таким как время, пройденный путь, другие, менее очевидные факторы.

Для синхронизации столь разнородных потоков измерений удобнее всего было бы решать все вопросы синхронизации в одном вычислительном процессе, выполняющемся на процессоре контроллера. Однако подобный подход приводит к неоправданному завышению требований к аппаратуре контроллера и значительно усложняет коммутационную часть ИВК, одновременно снижая надёжность и взаимозаменяемость компонентов.

Другим способом синхронизации информационных потоков может стать выбор одного из них в качестве опорного с последующей синхронизацией остальных по его событиям. Например, в качестве опорного можно выбрать поток сообщений от одометра. Тогда все измерения будут привязаны к пройденному расстоянию. Такой механизм синхронизации был применён в АПК СибГУПС. Однако такой подход хорошо работает только при условии, что все «ведомые» информационные потоки - «Управляемые», то есть мы в любой момент времени имеем возможность опросить все датчики, кроме ведущего. Однако, появление в системе нескольких «Периодических» или «Неуправляемых» потоков измерений

/7

приводит к невозможности надёжной синхронизации и возникновению существенных ошибок, обусловленных этой рассинхронизацией.

Дополнительным осложняющим фактором решения задачи синхронизации потоков измерений, явилась необходимость хранения первичных измерений спутникового приёмника в памяти самого приёмника и передачи на контроллер ИВК только навигационных сообщений в формате ММЕА-0183 версии 2.1. Таким образом, в системе появилось два независимых элемента с собственными часами. Проанализировав сложившуюся структуру ИВК автор пришёл к выводу, что если принять время, передаваемое спутниковым приёмником за независимое измерение, то наиболее приемлемым алгоритмом синхронизации становится известный алгоритм Лампорта, который мы успешно использовали в своём ИВК.

В четвёртом разделе представлены результаты апробации Устройства и способа для получения ЭКМП на втором пути экспериментального кольца ВНИИЖТа.

С целью повышения точности мониторинга геометрии путей экспериментального кольца, и создания эталонного полигона для диагностических путеизмерительных комплексов, выправочных машин и механизмов предлагается использовать комплекс, включающий:

1. Космическую группировку ГЛОНАСС/ОРБ;

2. Высокоточную опорную геодезическую сеть из двух каркасных пунктов №50285 и №43568, расположенных в центре экпериментального кольца; координаты которых определены двухчастотными геодезическими приёмниками ГЛОНАССЛЗРБ статическим методом по способу всех комбинаций и абсолютно свободным уравниванием измерений, обеспечивающим оптимальные по евклидовой норме оценки координат пунктов порядка 1-2лсм и 24 пункта ОГС специального назначения IV класса, расположенных в пределах полосы отвода кольцевых путей расстояний 2-Ъмм.

Высоты пунктов ОГС и точек ЭРЦМП обеих головок рельса определены геометрическим нивелированием 4 класса точности. Резуьтаты уравнивания измерений ОГС показали, что средние квадратические ошибки координат и высот

Пунктов ОГС составляют величину от 4 до 1мм относительно центра кольца. Средние квадратические ошибки плоских координат составляют величину порядка 5-10лш. В то же время, на коротких расстояниях при определении ширины рельсовой колеи и возвышений рельсов обеспечивается точность измерений 0,5-1 мм.

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) для создания эталонной координатной модели пути базируется на применении спутниковых радионавигационных систем GPS/ГЛОНАСС для определения координат пунктов. При проектировании ИВК учитывались требования к точности пунктов ЭКМП порядка S-Юлш (среднеквадратические отклонения). Анализ способов и режимов определения координат на основе СРНС показал, что наиболее оптимальным, в данном случае является, метод относительных (дифференциальных) фазовых определений с постобработкой данных в режиме «Кинематика». В реализации данного режима применяется следующая измерительная схема: один спутниковый приемник устанавливается на пункте каркасной геодезической сети, образуя базовую станцию, второй приемник, называемый ровер, монтируется на подвижном средстве. Во время измерений производится запись данных на обоих приемниках, при последующей математической обработке реализуется дифференциальный режим определений: последовательно вычисляется разность координат (приращения координат) обоих приемников. Данный метод обеспечивает высокую точность составляющую, в зависимости от применяемых аппаратных решений, величину субсантиметрового порядка.

В основе аппаратной части комплекса применяются спутниковые двухчас-тотные геодезические приемники Topcon Legasy Е.

Для определения эйлеровых углов в процессе движения комплекса используется специализированный гироскопический курсокреноуказатель (СГККУ). Данное устройство позволяет с высокой огносительной точностью определять углы относительно начальной ориентации системы координат (o,x,y,z). Вывод измеряемых параметров осуществляется в последовательный коммуникационный порт. Питание гироскопа осуществляется от источника постоянного тока 125, через блок питания.

В результате многочисленных экспериментов на испытательном кольце ВНИИЖТа удалось определить фактическую точность создания ЭКМП. По результатам двух заездов среднеквадратические отклонения получились равными

<ЯГ = 3,95 мм, ЗУ = 3,87лш, Ж = 9,94мм.

Возможными путями повышения точности является создание дифференциальных подсистем СРНС и применение более точных измерительных компонентов ИВК.

В результате проведённого анализа, теоретических и экспериментальных исследований автору удалось:

1. Выполнить основную цель исследования - разработать измерительно-вычислительный комплекс для создания эталонных координатных моделей пути, обеспечивающих основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали.

2. Для достижения единства измерений автором был предложен математический базис эталонных координатных моделей, включающий эквидистантную проекцию Коугия и связанную с ней прямоугольную систему координат, не дающую практически значимых искажений угловых и линейных размеров геометрических параметров пути.

3. Разработать ИВК для синхронных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений и способ создания ЭКМП на всём протяжении магистрали. При этом ЭКМП играет роль системообразующего элемента существующих и проектируемых навигационных систем железнодорожного транспорта.

4. Разработать систему компенсации эксцентриситета колёс подвижного объекта на показания гироскопа за счёт применения фильтра скользящего среднего на длине окружности колеса.

5. Разработать наиболее эффективный в вычислительном плане модернизированный алгоритм фильтра Калмана для совместной обработки комплексных измерений, отличающийся применением ортогональных

го

преобразований Гивенса, дающий возможность отбраковки грубых измерений, уточнения координат за счёт обратной подстановки и сокращения численных расчётов за счёт применения принципа скользящего окна. (Этот пункт следует считать основным теоретическим достижением автора).

6. Создание опытного образца ИВК и его испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Для этого на кольце была создана высокоточная опорная геодезическая сеть (см. Приложение III), получившая сертификат отдела метрологии ЦНИИГАиК. На её основе с помощью ИВК были созданы эталонные разреженная, и полная координатные модели второго пути. Вся работа выполнена Объединённым научно-исследовательским центром «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» при УНИР МИИТа при активном участии автора.

7. Работа по созданию опытного полигона для отработки спутниковых технологий мониторинга пути и навигации объектов ж.д. транспорта на основе ЭКМП выполнялась по плану НИОКР ОАО РЖД (тема 19.10.01) в 2004г. На состоявшемся 28 апреля Техническом совете Департамента реализации новых научно-технических программ эта работа получила высокую оценку.

Если говорить о сферах возможного применения ЭКМП, то они могут стать:

• новым классом непрерывных опорных геодезических сетей специального назначения способными полностью заменить реперные системы контроля плана и профиля пути на не скоростных направлениях железных дорог;

• естественной геометрической основой отраслевых геоинформационных систем;

• групповым рабочим эталоном геометрии железнодорожных путей;

• готовым материалом для проектных, ремонтных и выправочных работ;

• системообразующим элементом при интеграции с диагностическими и вы-правочными комплексами;

• системообразующим элементом в существующих навигационных системах железнодорожного транспорта;

• ЭКМП сами являются специализированными ГИС, обладающими

31

аналитическими возможностями самокалибровки и самонастройки интегрированных с ними навигационных систем ж.д. транспорта. Следует подчеркнуть, что достигнутая точность определения координат ЭКМП при высоких скоростях движения находится в интервале 10-15лш. Эта точность может бьггь повышена до субсантиметрового уровня за счёт применения более точных составляющих ИВК, установки на него датчиков ускорения и создания вдоль магистрали дифференциальной подсистемы СРНС, что планируется выполнить силами ВНИИАС МПС и МИИТа.

Основные результаты опубликованы автором в следующих статьях:

1. Железное М.М., Зензинов Б.Н., Матвеев A.C. и др. Технологии цифрового моделирования объектов железнодорожного транспорта. // Сборник научных трудов МИИТа 2005, вып. №1001, М.: МИИТ, 2005 с.7

2. Железное М.М., МанойлоД.С., Матвеев A.C. Эталонирование путеизмерительных устройств выправочных машин на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. // Труды IV научно практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2003.

3. Железное М.М., Матвеев A.C. и др. Создание высокоточной цифровой модели пути и привязка показаний путеизмерительных устройств к реперной сети. // Научные труды конференции «Транссибирская магистраль на рубеже XX-XXI веков». И М.: МИИТ, 2003, c.Va-8-9.

4. ЛёвинБ.А., Круглое В.М., Матвеев A.C. Кибернетические технологии содер-жания и управления ж.д. транспортом. // Сборник трудов МИИТа вып. №1001, М.: МИИТ, 2005. - с. 3-5.

5. МанойлоД.С., Матвеев A.C. Интегрированные геоинформационные и навига-циионные системы. // Сборник трудов «Неделя науки 2005», М.: МИИТ, 2005.

6. Манойло Д.С., Матвеев A.C. и др. Эксперимент по созданию цифровой модели пути экспериментального кольца ВНИИЖТа. // Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2003.

7. Методика комплексной оценки пространственного положения постоянных устройств железных дорог на основе реперных систем. - Отчёт НИОКР МПС РФ №55 н/2001 - 61с.

8. Отчёт по теме 19.10.02 НИОКР МПС РФ «Создание эталонного полигона для отработки спутниковых технологий управления движением подвижного состава на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ». - М.: МПС, 2003.

9. Технические требования на приложения ГИС к системе баз данных по управлению инфраструктурой железнодорожной дороги (СБД-И)// Отчёт НИОКР МПС РФ №1/1154, № гос. Регистрации 01200004886,1999.- 55 с.

10.KruglovV.M., MatveevA.S. etc. New class geoinformatic systems. Il XXXI inter-national conference and scientific club. IT+SE'2004. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2004, p.66-68.

11 .Levin B.A., Kruglov V.M., Matveev A.S. etc. High precision digital models of rail-way is geometrical base of navigating kibernetical systems. // XXXI international conference and scientific club. IT+SE'2004. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2004, p.302-304.

12. Matveev A.S. High precision digital models railway. // XXXI international conference and scientific club. IT+SE'2004. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf2004, p.69-70.

»21 989

РНБ Русский фонд

Матвеев Александр _ „ „ ^ .

2006-4 18677

Разработка измерител ьно-выч. для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути

Специальность 25.00.35 - Геоинформатика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Подписано в печать - Н. 05. Формат -

Печать офсетная. Бумага для множит, апп. Объём - /

Тираж 80 экз. Заказ - 638 .

Типография МИИТ, 127994 г. Москва ул. Образцова д. 15.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Матвеев, Александр Станиславович

ВВЕДЕНИЕ.

1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

1.1. Общие положения.

1.2. Элементы земного эллипсоида.

1.3. Преобразование пространственных прямоугольных координат из одной системы в другую.

1.4. Математический базис специализированных геоинформационных систем.

1.5. Методика установления оптимальной системы координат для железнодорожной магистрали.

1.5.1. Трансформирование плоских прямоугольных координат.

1.5.2. Определение геодезических координат по координатам в проекции.

1.5.3. Определение плоских прямоугольных координат по геодезическим.

1.6. Переход от геоцентрических пространственных координат к топоцентрическим. ♦ 1.7. Перспективы замены электронных и компьютерных карт цифровыми моделями железных дорог при управлении объектами железнодорожного транспорта.

2. НАВИГАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ.

2.1. Спутниковые радионавигационные системы.

2.1.1. Спутниковая навигационная система NAVSTAR GPS.

2.1.2. Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС.

2.1.3. Формирование результатов измерений при определении местоположения по спутникам системы Navstar GPS.

2.1.4. Определение координат с помощью кодовых измерений.

2.1.5. Определение координат пунктов по результатам фазовых измерений.

2.1.6. Метод относительных измерений.

2.1.7. Спутниковы приборы и методы измерений.

2.2. Гироскопические измерения. ф 2.2.1. Классические гироскопы.

2.2.2. Новые типы гироскопов.

2.2.3. Гироскопы с воздушной опорой.

2.2.4. Поплавковые гироскопы.

2.2.5. Динамически настраиваемые гироскопы.

2.2.6. Кольцевые лазерные гироскопы.

2.2.7. Волоконно-оптические гироскопы.

2.2.8. Волновые твердотельные гироскопы (ВТГ).

2.2.9. Вибрационные гироскопы.

2.2.10. Микромеханические гироскопы.

2.2.11. Неконтактные гироскопы.

2.2.12. Характеристики ССГККУ, входещей в состав ИВК.

3. РАЗРАБОТКА ИВК ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭКМП НА ОСНОВЕ СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1.0 функциональном назначении эталонных координатных моделей пути.

3.2. Математическая обработка динамических потоков комплексных измерений

3.3. Устройство для определения эталонных координатных моделей железнодорожного пути.

3.4. Возможные пути синхронизации комплексных измерений.

3.4.1. Алгоритм Лампорта. Логические часы.

3.5. Возможности повышения точности определения координат ЭКМП за счёт создания дифференциальных подсистем срнс.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ИВК ПРИ СОЗДАНИИ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ ПУТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОЛЬЦА ВНИИЖТА.

4.1. Создание опорной геодезической сети экспериментального кольца.

4.2 Создание эталонной координатной модели II пути.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка измерительно-вычислительного комплекса для создания эталонных координатных моделей железнодорожного пути"

В настоящее время навигация всех видов транспорта основана на спутниковых радионавигационных системах (СРНС) типа ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и др. Актуальность этого положения акцентирует Постановление №365 Правительства Российской Федерации от 9 июня 2005 г. «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS». Эти меры направлены на повышение эффективности управления движением на воздушном, водном и наземном транспорте, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов. Железнодорожный транспорт имеет преимущество перед другими видами транспорта, состоящее в том, что траектория движения подвижных объектов (ПО) его, зафиксирована на местности с высокой точностью, что, в свою очередь, позволяет определить эталонную координатную модель пути (ЭКМП) железнодорожной магистрали. Эта возможность пока не использована, поэтому основной целью диссертационной работы является разработка измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) для создания эталонных координатных моделей пути и апробация его на действующих объектах железных дорог. Идея создания ЭКМП родилась в объединённом центре «Геоинформационные и спутниковые навигационные системы железнодорожного транспорта» МИИТа, как нового системного средства навигации, обеспечивающего основополагающий принцип метрологии - прннцнп единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали. Диссертант является одним из соавторов этой принципиально новой идеи. [30,34,43,65,70-72].

Для начала введём понятие эталонной координатной модели пути.

Под ЭКМП понимают метризованные эталонные функции (модели), представленные в виде равномерных (например, метровых) точечных шкал, условно фиксирующих положение рабочих граней левого и правого рельсов в трёхмерной ортогональной системе координат с точностью, необходимой для диагностики геометрических параметров пути. Такое определение позволяет отнести ЭКМП к групповым рабочим эталонам [55], позволяющим определять основные геометрические параметры пути {координаты, длины отрезков, продольные и поперечные уклоны, возвышения рельсов, стрелы изгиба, просадки, рихтовки и др.), выполнять калибровку и самокалибровку датчиков угловых и линейных измерений навигационных систем и самонастройку их по эталонной модели.

Определение пространственного положения объектов в некоторой системе координат принято называть съёмкой. Безусловно, известно большое количество устройств и способов съёмки железнодорожного пути, начиная с известных геодезических способов, наиболее точным из которых следует считать съёмку пути электронным тахеометром [21,42,43]. Однако его производительность мала и не приемлема для создания ЭКМП в широком масштабе. В последние годы появились мощные путеизмерительные комплексы типа ЦНИИ-4, или инерциальной измерительной системы POS/TG корпорации Applanix [6,7], работа которых основана на применении комплексированных гироинерциальных и спутниковых измерениях. Хорошо известен также аппаратно-программный комплекс АПК-СибГУПС, разработанный под руководством профессора В.М. Круглова.

Однако и они не обеспечивают точного определения непрерывной эталонной координатной модели на всём протяжении железнодорожной магистрали, т.е. не удовлетворяет основному принципу метрологии -обеспечению единства измерений.

Для достижения поставленной цели, автор поставил задачу создания ИВК и способа создания ЭКМП на всём протяжении железнодорожной магистрали для обеспечения самокалибровки и самонастройки навигационных систем локомотивов, диагностических и выправочных комплексов.

Для обеспечения единства измерений на протяжении всей магистрали должна быть установлена единая, не дающая практически значимых искажений углов и расстояний система ортогональных координат. Проведённый автором анализ картографических проекций [4,7,18,23] позволил ему выбрать в качестве оптимальной эквидистантную проекцию В.А. Коугия. [42,43] Центральной линией проекции и осью абсцисс на поверхности земного эллипсоида принимают геодезическую линию, совпадающую с главным направлением магистрали. Ординатами на эллипсоиде принимают геодезические нормали к оси абсцисс.

Положение любой точки М железнодорожного пути на эллипсоиде (рис. 1а) и на плоскости (рис. 16) определяется одинаковыми координатами х и у, измеренными в первом случае - по геодезическим, во втором - по прямым линиям. При отклонениях пути от оси абсцисс до 50 км, искажения углов и расстояний являются пренебрежимыми, следовательно, координатные модели пути в такой системе координат, определённые с достаточной для диагностики геометрии пути точностью являются эталонными. Третья координата - высота Н

С с м М

Рис.1 определяется в общепринятой ортометрической системе высот.

Для повышения точности результатов координирования точек модели предполагается разработать ИВК, включающий дифференциальную подсистему

СРНС ГЛОНАСС/GPS, высокоточный приёмник-ровер, гироскопический датчик эйлеровых углов, датчики пути, ширины колеи, контроллер для записи синхронизированной информации и компьютер с программным обеспечением, выполняющим совместное оценивание параметров [8] (координат точек модели) по результатам комплексированных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений. Учитывая, что измерения выполняются в режиме реального времени, перед автором возникают задачи фильтрации высокочастотных измерений и рекуррентного оценивания параметров с модернизацией процедур калмановской фильтрации, предусматривающие получение координат ЭКМП как в режиме реального времени, так и в режиме постобработки. Компоненты ИВК (рис.2) предусмотрено устанавливать на любой подвижный объект (ПО) железнодорожного транспорта, начиная с путеизмерительной тележки и заканчивая путеизмерительным комплексом ЦНИИ-4.

Планируется, что полученные таким образом эталонные координатные модели пути станут новым классом непрерывных опорных геодезических сетей специального назначения и могут эффективно использоваться взамен создаваемых на скоростных магистралях реперных систем контроля плана и профиля пути, став оптимальной геометрической основой создаваемых по Программе информатизации [50] отраслевых геоинформационных систем (ГИС).

На основе ЭКМП могут быть созданы стратегически безопасные автономные самокалибрующиеся и самонастраивающиеся по эталонным координатным моделям навигационные системы железнодорожного транспорта без использования спутниковых технологий (технологий двойного назначения). 1 з

- ШS с

ЙйП П

5 )

Рис.2

Предпосылками работы явилось интенсивное проникновение геоинформационных и спутниковых технологий в сферу железнодорожного транспорта. Значительно влияние на взгляды автора, изложенные в диссертации, оказали научные труды в области проектирования и строительства железных дорог Е.С. Ашпиза, В.В. Виноградова, Ю.А. Быкова, В.А. Бучкина,

Г.Г. Коншина, Г.Г. Переселенкова, И.В. Турбина; в области ГИС-технологий A.M. Берлянта, С.К. Дулина, В.М. Круглова П.Д. Кужелева, Б.А. Левина,

A.В. Мартыненко, У.Д. Ниязгулова, И.Н. Розенберга, В.П. Савиных, У.Д. Самратова, В.Я. Цветкова; в области спутниковых и инерциальных технологий В.В. Глушкова, С.Е. Турина, Ю.А. Ерохина, М.М. Железнова,

B.И. Зубинского, В.И. Кафтана, Е.Б. Клюшина, В.А. Коугия, В.М. Круглова, А.С. Масленникова, Ю.И. Маркузе, А.Ю. Соловьёва, А.Д. Тихонова и многих

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Матвеев, Александр Станиславович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённого анализа, теоретических и экспериментальных исследований автору удалось:

1. Выполнить основную цель исследования — разработать измерительно-вычислительный комплекс для создания эталонных координатных моделей пути, обеспечивающих основополагающий принцип метрологии - принцип единства измерений на протяжении всей железнодорожной магистрали.

2. Для достижения единства измерений автором был предложен математический базис эталонных координатных моделей, включающий эквидистантную проекцию Коугия и связанную с ней прямоугольную систему координат, не дающую практически значимых искажений угловых и линейных размеров геометрических параметров пути.

3. Разработать ИВК для синхронных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений и способ создания ЭКМП на всём протяжении магистрали. При этом ЭКМП играет роль системообразующего элемента существующих и проектируемых навигационных систем железнодорожного транспорта.

4. Разработать систему компенсации эксцентриситета колёс подвижного объекта на показания гироскопа за счёт применения фильтра скользящего среднего на длине окружности колеса.

5. Разработать наиболее эффективный в вычислительном плане модернизированный алгоритм фильтра Калмана для совместной обработки комплексных измерений, отличающийся применением ортогональных преобразований Гивенса, дающий возможность отбраковки грубых измерений, уточнения координат за счёт обратной подстановки и сокращения численных расчётов за счёт применения принципа скользящего окна. (Этот пункт следует считать основным теоретическим достижением автора).

6. Создание опытного образца ИВК и его испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Для этого на кольце была создана высокоточная опорная геодезическая сеть (см. Приложение III), получившая сертификат отдела метрологии ЦНИИГАиК. На её основе с помощью ИВК были созданы эталонные разреженная, и полная координатные модели второго пути. Вся работа выполнена Объединённым научно-исследовательским центром «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» при УНИР МИИТа при активном участии автора.

7. Работа по созданию опытного полигона для отработки спутниковых технологий мониторинга пути и навигации объектов ж.д. транспорта на основе ЭКМП выполнялась по плану НИОКР ОАО РЖД (тема 19.10.01) в 2004г. На состоявшемся 28 апреля Техническом совете Департамента реализации новых научно-технических программ эта работа получила высокую оценку.

Если говорить о сферах возможного применения ЭКМП, то они могут стать:

• Новым классом непрерывных опорных геодезических сетей специального назначения способными полностью заменить реперные системы контроля плана и профиля пути на не скоростных направлениях железных дорог;

• Естественной геометрической основой отраслевых геоинформационных систем;

• Групповым рабочим эталоном геометрии железнодорожных путей;

• Готовым материалом для проектных, ремонтных и выправочных работ;

• Системообразующим элементом при интеграции с диагностическими и выправочными комплексами;

• Системообразующим элементом в существующих навигационных системах железнодорожного транспорта;

• ЭКМП сами являются специализированными ГИС, обладающими аналитическими возможностями самокалибровки и самонастройки интегрированных с ними навигационных систем ж.д. транспорта.

Следует подчеркнуть, что достигнутая точность определения координат ЭКМП при высоких скоростях движения находится в интервале 10—15 мм. Эта точность может быть повышена до субсантиметрового уровня за счёт применения более точных составляющих ИВК, установки на него датчиков ускорения и создания вдоль магистрали дифференциальной подсистемы СРНС, что планируется выполнить силами ВНИИАС МПС и МИИТа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Матвеев, Александр Станиславович, Москва

1. Альберт А. Регрессия, псевдообращение и рекуррентное оценивание. - М.: Наука.- 1977. - 221 с.

2. Бокс Д., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Вып. 1. М.: Мир, 1974.-408 с.

3. Борзов В.И., Ищлинский А.Ю.Лекции по теории гироскопов. М.: Издательство МГУ, 1983, 248 с.

4. Бугаевский Л.М. Математическая картография. // М.: 1998. 224с.

5. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы.- М.: Златоуст, 2000-224 с.

6. Воеводин В.В., Кузнецов Ю.А. Матрицы и вычисления. М.: Наука, 1984. - 320 с.

7. Гаусс К.Ф. Избранные геодезические сочинения. // М.гГеодезиздат, т. 1957.

8. Гельмерт Ф.Р. Математические и физические теории высшей геодезии. // М.:Геодезиздат, т.1. 1957.

9. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС // Интерфейсный контрольный документ. М.:ВКС РФ, 1995.

10. Глушков В.В., Насретдинов К.К., Шаравин А.А. Космическая геодезия: методы и перспективы развития. М.: Институт политического и военного анализа, 2002. - 448 с.

11. И. Глушков В.М. Кибернетика. Вопросы теории и практики. М.: Наука, 1986. -488 с.

12. Грооп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979. - 302 с.

13. Джордж Ф. Основы кибернетики. М.: Радио и связь, 1984. 272 с.

14. Ерохин Ю.А. СпособСпособ совмещённой радиосвязи и радионавигации и устройство его реализациии для ж.д. транспорта. \ Патент на изобретение №218252, приоритет от 04.04.1996г.

15. Железнов М.М., Зензинов Б.Н., Матвеев А.С. и др. Технологии цифрового моделирования объектов железнодорожного транспорта. // Сборник научных трудов МИИТа 2005, вып. №1001, М.:МИИТ, 2005 с.7

16. Железнов М.М., Манойло Д.С., Матвеев А.С. Эталонирование путеизмерительных устройств выправочных машин на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. // Труды IV научно практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2003.

17. Железнов М.М., Матвеев А.С. и др. Создание высокоточной цифровой модели пути и привязка показаний путеизмерительных устройств к реперной сети. // Научные труды конференции «Транссибирская магистраль на рубеже XX-XXI веков». // М.: МИИТ, 2003, c.Va-8-9.

18. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. // М.:Недра, 1976. 511с.

19. Иванников А.Д., Кулагин В.П. и др. Информационная безопасность в геоинформатике. // М.: МАКС Пресс, 2004 336с.

20. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н. Пракладная геоинформатика. // М.: МАКС Пресс, 2005. 360с.

21. Инженерная геодезия. Учебник для вузов железнодорожного транспорта. Под ред. С.И. Матвеева. М.: УМК МПС РФ, 1999. - 455с.

22. Информационные технологии в высшей школе. Официальные термины и понятия. ОСТ ВШ. Термины и определения 01.002-95. Дата введения 01.03.96 М.: Госкомвуз, 1996 - 13 с.

23. Каврайский В.В. Избранные труды. Том 2. Математическая картография Выпуск 1. Общая теория картографических проекций./ Изд. УНГС ВМФ, 1958,319 с.

24. Кибернетика. Дела практические. М.: Наука, 1984 - 178 с.

25. Коугия В.А. и др. Геодезическая сеть для высокоскоростной железнодорожной магистрали //Геодезия и картография, 1997. №1. с. 12-16.

26. Коугия В.А.Рекуррентные способы уравнивания измерений на галсе // Геодезия и карьография. 1983. -№ 3. - С. 30-33.

27. Круглов В.М. и др. Комплекс для определения параметров пути // Путь.2002. № 2. - С. 5 - 8.

28. Левин Б.А., Матвеев С.И., Цветков В.Я. Концепция создания геоинформационных систем железнодорожного транспорта // Геодезия и геоинформатика в транспортном строительстве: Сб.науч.тр. Вып. 924 МИИТ. - М., 2001. -С. 3-7.

29. Левин Б.А., Розенберг И.Н. Перспективы развития геоинформационных технологий в сфере ж.д. транспорта. // Сборник трудов «Неделя науки 2005», М.: МИИТ, 2005.

30. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев А.С. Кибернетические технологии содержания и управления ж.д. транспортом. // Сборник трудов МИИТа вып. №1001, М.: МИИТ, 2005. с. 3-5.

31. Лоусон Ч., Хенсон Р. Численное решение задач метода наименьших квадратов. М.: Наука, 1986. - 232 с.

32. Магнус К. Гироскоп: Теория и применения. М.: Мир, 1974, 526 с.

33. Маркузе Ю.И. Основы уравнительных вычислений. // М.: Недра, 1990.

34. Манойло Д.С., Матвеев А.С. Интегрированные геоинформационные и навигационные системы. // Сборник трудов «Неделя науки 2005», М.: МИИТ, 2005.

35. Манойло Д.С., Матвеев А.С. и др. Эксперимент по созданию цифровой модели пути экспериментального кольца ВНИИЖТа. // Труды IV научно практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ,2003.

36. Матвеев С.И., Садакова М.Н. Измерение осадок железнодорожного пути Экспериментального кольца ВНИИЖТа //Астрономические и геодезические исследования. Труды VII съезда ВАГО. М.: ВТИ, 1982. - С. 100 - 110.

37. Матвеев С.И., Коугия В.А. Реперные геодезические системы на скоростных участках железных дорог//Геодезия и картография. 1999. - № 12. - С. 13 - 18.

38. Матвеев С.И. Общий подход к уравниванию свободных и несвободных геодезических сетей //Геодезия и картография. 1985. - №7. - С. 6 - 11.

39. Матвеев С.И. Уравнивание повторных измерений с учётом подвижности пунктов геодезической сети //Геодезия и картография. — 1986. №3. — С. 20 -24.

40. Матвеев С.И. Общий подход к математической обработке результатов съёмки железнодорожных кривых // Геодезия и картография. 1989. - №9. - С. 17-22.

41. Матвеев С.И. Геометрия группового уравнивания // Геодезия и картография. 1997.- №10.-С. 13-16.

42. Матвеев С.И., Коугия В.А., Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте. М.:УМК МПС России, 2002. -С. 288.

43. Матвеев С.И., Коугия В.А. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигаци железнодорожного транспорта. М.: Маршрут, 2005. -290 с.

44. Матвеев С.И., Мартыненко А.И. Геоинформатика как новое средство управления воздушным и наземным транспортом. // Системы и средства информатики (спец. Выпуск. 4) М.: РАН, 2005, с. 198-204.

45. Машимов М.М. Уравнивание геодезических сетей. // М.: Недра, 1989, -208с.

46. Методика комплексной оценки пространственного положения постоянных устройств железных дорог на основе реперных систем. Отчёт НИОКР МПС РФ №55 н/2001 - 61с.

47. Морозов В.П. Курс сфероидической геодезии. М.: Недра, 1979. - 320с.

48. Основные положения о государственной геодезической сети. М.: ЦНИИ-ГАиК, 1997.- 18 с.

49. Отчёт по теме 19.10.02 НИОКР МПС РФ «Создание эталонного полигона для отработки спутниковых технологий управления движением подвижного состава на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ». М.: МПС, 2003.

50. Программа информатизации железнодорожного транспорта России на период с 1996 по 2005г. М.: МПС РФ, 1995.

51. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 2001. - 224 с.

52. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С.Шебшаевича. М.: Радио и связь, 1993. - С. 83 - 84.

53. Соловьёв Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.-268 с.

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

55. Спиридонов А.И. Основы геодезической метрологии. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 2003, 248 с.

56. Таненбаум Э., Стеен М. Распределённые системы принципы и парадигмы. // СПб.: Питер, 2003. 877с.

57. Технические требования на приложения ГИС к системе баз данных по управлению инфраструктурой железнодорожной дороги (СБД-И)// Отчёт НИОКР МПС РФ №1/1154, №гос. Регистрации 01200004886, 1999. 55 с.

58. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998.

59. Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование // Информационные технологии.- 1999, -№3. с. 23-27.

60. Шестов С. А. Гироскоп на земле, в небесах и на море. М,: Знание, 1989, 188с.

61. Энциклопедия. Железнодорожный транспорт./ М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - 559 с.

62. Bjerhammar F. Theory of errors and generalized matrix inverses. N.Y.: ELSEVIER, 1973.- 420 p.

63. Golub Gene Y. etc. Matrix Computations. // The Johns Hopcins University Press, 1996.

64. Hofmann-Wellenhof В., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Springer-Verlag, Wien new York, 1992. - PP. 92-95.

65. Kruglov V.M., Matveev A.S. etc. New class geoinformatic systems. // XXXI international conference and scientific club. IT+SE'2004. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2004, p.66-68.

66. Lamport L. Concurrent Reading and Writing of Clocks. // ACM Trans. Сотр. Syst., vol.8, №4, p.305-310, Nov. 1990.

67. Lapucha, Darius etc. Highe-rate precise real-time positioning using differential carrirer phase. // Navigation. 1996, 43:295-305.

68. Levin B.A., Jeleznov M.M. etc. GIS technologies railway transport of Russia. // XXIX international conference and scientific club. IT+SE'2002. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2002, p.141-143.

69. Levin B.A., Kruglov V.M., Matveev A.S. etc. High precision digital models of railway is geometrical base of navigating kibernetical systems. // XXXI international conference and scientific club. IT+SE'2004. Information

70. Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2004, p.302-304.

71. Matveev A.S. High precision digital models railway. // XXXI international conference and scientific club. IT+SE'2004. Information Tecnologies in Science, Education, Telecommunication, Business. Gurzuf 2004, p.69-70.

72. Rao C.R., Mitra S.K. Generalized inverses of matrices and its application. -N.Y.: WILEY, 1971.-242 p.

73. Yang Ming, Goad, Clyde etc. Real-time on the fly ambiguitu resolution over short baselines in the presence of anti-spoofing. // Proceedings of ION GPS-94, p.519-525, Salt Lake Sity.