Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Специализированная геоинформационная система для обработки асинхронных комплексированных измерений железнодорожного пути

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Специализированная геоинформационная система для обработки асинхронных комплексированных измерений железнодорожного пути"

На правах рукописи

Манойло Дмитрий Сергеевич

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ АСИНХРОННЫХ КОМПЛЕКСИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Специальность 25.00.35 - Геоинформатика

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 Матвеев Станислав Ильич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Кафтан Владимир Иванович кандидат технических наук, Кужелев Павел Дмитриевич Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи (ВНИИАС МПС России).

Защита состоится 21 декабря 2005 г. в 10 часов 00 минут 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 « » ноября 2005 г.

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

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Ю.А. Быков

2006 IS£80

2ШИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Радикальные изменения, происшедшие в области измерительной техники, информационных и компьютерных технологий, определили ориентацию на развитие информационно -управляющих систем, в частности, интегрированных специализированных систем железнодорожного транспорта. Условия для их реализации определены широким проникновением в практику геоинформационных систем (автоматизированных систем связанных с обработкой пространственно - координированной информации) и спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Благодаря последним, человечество впервые получило в своё пользование общеземные пространственные системы координат и возможность решения задач мониторинга и навигации транспортных объектов в режиме реального времени.

Перспективность нового направления навигации подтверждена Постановлением Правительства РФ № 365 от 9 июня 2005 г. «Об оснащении космических и транспортных средств аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС и ГЛОНАСС/GPS».

Для решения задач навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта на уровне интегрированных геоинформационных и навигационных систем имеются уникальные условия, связанные с возможностью быстрого создания эталонных моделей трассы движения - высокоточных цифровых моделей пути (ВЦМП).

Дело в том, что только железнодорожный путь, в отличие от других видов транспорта, имеет наиболее точное, фиксированное во времени и пространстве, положение. Этот момент является определяющим и позволяет создать не менее точную цифровую модель пути, готовую к использованию в автоматизированных системах управления движением поездов, работой

диагностических комплексов, выправочных машин и механизмов и других мобильных средств железнодорожного транспорта.

Высокоточная цифровая модель пути представляет собой упорядоченную последовательность точек оси пути и рабочих граней рельсов, трёхмерные координаты которых определены с субсантиметровой точностью. ВЦМП по существу представляют собой специализированные ГИС железных дорог максимально возможной точности. Их применение в специализированных управляющих геоинформационных и навигационных системах железнодорожного транспорта способно значительно продвинуть уровень надежности и автоматизации содержания геометрии железнодорожного пути и навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта.

Говоря о многофункциональности ВЦМП следует отметить, что они являются:

• новым классом непрерывных геодезических сетей специального назначения и могут быть созданы, в отличие от реперных систем, всего за несколько лет принеся службе пути экономию, выражающююся сотнями миллионов рублей;

• специализированными геоинформационными системами, способными решать задачи мониторинга геометрии пути и оптимального проектирования ремонтных и выправочных работ;

• на их основе могут быть разработаны системы асинхронной привязки показаний путеизмерительных и выправочных комплексов, значительно повышающих функциональные возможности последних;

• применение ВЦМП создаёт возможность повышения качества и надёжности работы существующих АС службы движения, таких как КЛУБ, МАЛС, ГАЛС, и САУТ;

Принимая во внимание, что создание ВЦМП реальными, т.е. высокими темпами существующими технологиями не предусмотрено, прежде всего, необходима разработка технологий создания высокоточных цифровых

моделей пути и их интеграция в системы диагностики и мониторинга железнодорожного пути.

Цель диссертационной работы. Разработка специализированной геоинформационной системы для обработки комплексированных асинхронных измерений железнодорожного пути, как средства создания высокоточных цифровых моделей пути.

Основные задачи исследований:

• Разработка автоматизированной базы данных реперных систем, позволяющей автоматизировать создание РЦМГ1 без каких либо дополнительных измерений.

• Разработка технологий и схем создания РЦМП станционных путей.

• Разработка схем создания РЦМП на основе комплексированных спутниковых и гироскопических измерений.

• Разработка способа координатной привязки показаний путеизмерительных комплексов к РЦМП.

• Разработка алгоритма рекуррентного оценивания параметров ВЦМП по результатам комплексированных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений.

• Разработка специализированной управляющей геоинформационной системы для создания ВЦМП по результатам асинхронных комплексированных измерений.

Методы исследований. Теоретические методы: системный анализ, геоинформационные технологии, объектное программирование, математический аппарат обработки в реальном времени, применение процедур статистического оценивания параметров ВЦМП рекуррентным методом наименьших квадратов. Экспериментальные методы: разработка автоматизированного измерительного комплекса, разработка специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений пути, разработка системы управления базами данных реперных систем, опытные исследования СГС на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

Научная новизна работы состоит в том, что автором впервые разработана специализированная геоинформационная система для создания высокоточных цифровых моделей пути по результатам асинхронных измерений железнодорожного пути, а также разработан способ привязки показаний путеизмерительных средств к системе координат РЦМП.

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

• Разработан способ и автоматизированная система автокалибровки датчика эйлеровых углов полностью компенсирующих систематическую ошибку ухода гироскопа и искажения масштаба.

• Разработана теория привязки и самоколибровки путеизмерительных средств, на базе гироскопа, по разреженным цифровым моделям пути;

• Разработано программное обеспечение для управления базами данных реперных систем в аспекте информационной подсистемы геоинформационной системы железнодорожного участка. Разработанный программный комплекс внедрен на Московской и Северной железных дорогах;

Разработана геоинформационная система для цифрового моделирования путевого развития станций и создания разреженных цифровых моделей станционных путей. Разработанная ГИС практически апробирована при создании цифровых моделей станций Енисей, Бугач, Злобино при внедрении системы МАЛС;

• Разработана специализированная геоинформационная система для обработки комплексированных асинхронных измерений железнодорожного пути;

• Проведена апробация разработанной специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути при создании высокоточной цифровой модели пути 2 пути Экспериментального кольца;

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

Основные положения диссертации докладывались на конференциях «Неделя науки МИИТа» в 2001-2005 гг.; научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2003, 2004 и 2005 гг., на выставке НТТМ 2004 и НТТМ 2005; на Международных конференциях «Information Tecnologies in Scieence, Sociology, Economies and Business» в 2003. 2004 2005 гг.

Основные положения диссертации изложены в 24 опубликованных

работах.

Структура и объём диссертации. Объем диссертации

составляет 174 страницы. Работа содержит 11 таблиц, 59 рисунков. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, библиографический список литературы из 65 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследований, дается основная характеристика работы и обосновывается необходимость данного исследования.

В первом разделе «Автоматизированная система управления базами данных специальной реперной системы контроля положения пути в плане и профиле» описаны исследования автора в области разработки программного обеспечения для решения задач управления базами данных реперных систем, в аспекте разрабатываемой СГС. Обобщена информация о конструкции специальных реперных систем, выполнен анализ вопроса и на его основе проведено информационное моделирование структуры хранения данных

специальной реперной системы (рис.1).

?

Структура хранения данных СРС в БД СРС.

Рис.1.

Учитывая информационную модель, в результате исследований были определены средства хранения данных и механизмы доступа к ним из программной среды. Проанализировав современные среды разработки программного обеспечения, автором была выбрана среда Borland Delphi 6 как эффективный инструмент для программирования системы.

С учетом общей концепции системы была определена структура информационно-прикладного комплекса программного обеспечения управления базами данных специальных реперных систем, состоящая из базы данных таблиц dBase, хранящих информацию системы, процессора баз данных Borland Database Engine, для доступа к данным БД из программной среды приложений, информационно-управляющего приложения и приложения создания структур данных (рис.2). Данные компоненты объединены в единую информационную систему, образующую информационную подсистему разрабатываемой специализированной геоинформационной системы обработки асинхронных измерений железнодорожного пути.

В

Структура информационно-прикладного комплекса программного обеспечения управления данными СРС.

Рис.2.

Состав и функции прикладных приложений определен из задач автоматизации процессов возникающих при создании и эксплуатации СРС:

• Функции управления, структуризации, фильтрации данных СРС на основе запросного механизма;

• Средства отображения данных, в том числе и с применением методов визуального моделирования для отображения графических форм (продольный профиль, поперечник);

• Специализированные программные средства для автоматизированной обработки данных при создании и обновлении специальных реперных систем;

• Средства для автоматизации и стандартизации процессов документооборота по специальным реперным системам с учетом технических требований;

Форма вывода продольного профиля.

Программирование системы осуществлялось с применением современных подходов на основе метода объектно-ориентированного программирования. Особое внимание при решении задачи уделено средствам визуального отображения данных, так разработан компонент, обеспечивающий графическое отображение, управление и подготовку данных продольного профиля линии (рис.3).

Разработанная система управления базами данных специальных реперных систем внедрена на ряде объектов Московской и Северной железных дорог и используется в учебном процессе на кафедре «Геодезия и геоинформатика» для дисциплин геоинформационного цикла.

В разделе 2 «Асинхронная модель измерений при сборе данных для специализированной геоинформационной системы» приведены исследования по формированию асинхронной модели измерений, объединяющей разреженную цифровую модель пути и схему угловых измерений.

Разработан алгоритм и программное обеспечение для преобразования геометрической формы реперной системы в геометрическую форму

разреженной цифровой модели пути по информации, содержащейся в базе данных.

Разработана технология и алгоритмы обработки данных при создании разреженных цифровых моделей станционных путей.

Схема создания РЦМП станционных путей.

г_*: ]

* - пункты каркасной спутниковой сети (КСС) □ - пункты опорной геодезической сети (ОГС) II разряда

Рис.4.

В работе предложена следующая схема измерений:

1. На станции создают каркасную сеть из 2-3 спутниковых пунктов по схеме рис. 4.

2. Между ними прокладывают полигонометрический ход 2 разряда с закреплением пунктов в фундаментах растяжек контактной сети, или других искусственных сооружений.

3. По первому главному пути разбивают пикетаж, совмещённый с эксплуатационным пикетажом. В стрелочных зонах пикетаж разбивают через 10 м, в парковых, через 50 м.

4. Координируют пикетные точки с ближайших пунктов ОГС методом электронной тахеометрии с СКО порядка 2 см.

5. Координирование точек ЦМП парковой зоны производят способом перпендикуляров от пикетажа главного пути с СКО не превышающей 5 см.

а

Поскольку расстояния между соседними точками паркового пути неодинаковы, а ЦМП удобнее представить в виде равномерной шкалы с интервалом 10 м, то для достижения поставленной цели можно использовать скользящую параболу второго порядка, проходящую через 3 соседние точки пути >1, ), 3+1, вида

X^ = -ь л^/г2 ■

или й^к^ ;

+ *)кг =х1~ Х1-\ 0)

Кроме того, данное представление обеспечивает максимальную интеграцию и унификацию пространственных данных с системой управления движением МАЛС.

В матричном виде (1) примет вид

Аг2к = сЬс, (2)

где

Обобщая решение на координату у, запишем уравнение (2) в виде

АК = ЭХ, (3)

0 0

[к. к А

где * = 1 К к. ; ШГ= <3х}

» 2 4 _ 1

Умножив ( 3 ) на псевдообратную к А матрицу А+ = (АГА)~1 Ат,

получим

VI „2

VI

=А; к=

ск=

(к.

(Зх

7+1

(Аг А)-' АТАК = (Ат А)~х А' ИХ оЬ (Л7 Л)"1 Ат ВХ (4)

где К - оценка матрицы коэффициентов метода наименьших квадратов.

А

Подставив еб в (3), получим оценку ИХ и оценку матрицы

А

ошибок 3 = ОХ — ИХ, после чего можно найти СКО аппроксимации координат параболой как

где |<5|| - евклидова норма матрицы ошибок.

Далее, на интервале от точки }-1 до у вычисляют координаты точек ЦМП по схеме:

1. Ближайшее большее кратное 10 м, обозначим через тогда

с*Хн = + сЬ^хкх + (18)Ак2; (5)

<Ь>Н = У}-А + + <к)_хкА

2. Вычисляют (И$}_х=сЬ}_х+\0 м, и повторяют вычисления по пункту 1 до тех пор, пока ^ я} •

3. Переходят к следующей точке у'=у'+ / и повторяют вычисления по схеме.

По приведенному алгоритму спроектирована и составлена автоматизированная система, интегрированная с геоинформационной системой для цифрового моделирования путевого развития станций (рис.5). При проектировании системы применялись современные подходы геоинформационного моделирования для управления пространственно-координированными данными.

Автоматизированная система цифрового моделирования путевого развития

станций.

' к*<*Щ1К1И1***1<Ш» ГИМ*ЫЙ Ш*ф)»МП« Ш1ЯЦЬрЛЮИХй ПуЛШ» р-ШЫИШ СГДМУгЯ .

ЮНО 10 МО

Рис.5.

Для создания разреженных цифровых моделей пути в соавторстве разработан автоматизированный измерительный комплекс, разработка которого описана в работе. Основу комплекса составляет спутниковый радионавигационный приемник, функционирующий в относительном фазовом режиме определений, интегрированный с датчиком крена и тангажа экипажа, на котором установлена измерительная система.

В дополнении класса асинхронной измерительной модели сформована угловая схема измерений. Основу определений УСИ могут составлять синхронизированные измерения гирокурсокреноуказателя и датчика пройденного пути, при этом гирокурсокреноуказатель (гироскоп) выполняет определения эйлеровых углов в процессе движения измерительного комплекса по определяемому участку, то есть каждый блок угловых измерений имеет привязку к линейному пикетажу. Подобная схема

4*

измерений реализована в современных комплексах диагностики геометрии пути.

В ходе исследований автором, определены важнейшие свойства асинхронной модели, предопределяющие структуру специализированной геоинформационной системы, как средства комплексированной обработки РЭЦМП и данных угловой схемы измерений:

1. Высокая абсолютная точность РЦМП.

2. Низкая дискретность РЦМП.

3. В координатной форме угловая схема измерений обладает высокой точностью определений на коротких дистанциях, но данная точность не сохраняется на длинных расстояниях в связи с систематической ошибкой измерения курса гироскопом.

4. Высокая дискретность угловой схемы измерений.

В разделе 3 «Архитектура и структура специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути» приведены исследования и решения ряда задач по разработке специализированной геоинформационной системы обработки асинхронных измерений железнодорожного пути, как средства для решения следующих задач:

1. Привязки показаний путеизмерительных вагонов к линейным системам координат и системам координат специальных реперных систем и цифровых моделей пути. При этом диаграмма рельсовой колеи, определяемая вагоном, координируется в пространстве (в линейной и прямоугольной системе координат геометрической основы линии) по результатам обработки в математическом аппарате СГС.

2. Создание высокоточных цифровых моделей железнодорожного пути, по результатам комплексирования асинхронных измерений пути, для применения в автоматизированных системах управления движением и в автоматизированных комплексах реконструкции пути в качестве пространственно-геометрической основы.

ЛГ

Исходные данные для функционирования системы - измерения путеизмерительных средств, в формате угловой схемы измерений, на железнодорожном участке, оснащенном специальной системой контроля положения пути в плане и профиле или разреженной цифровой моделью пути.

Разрабатываемая СГС является, по сути, многофункциональной интегрирированной навигационно - геоинформационной системой. Механизм управления пространственно локализированными данными интегрирован с математическим инструментарием преобразования визуальных и математических моделей с элементами визуального и математического моделирования.

Определен последовательный алгоритм функционирования математического блока СГС и выполнена его программная реализация в виде программного модуля:

1. Формирование моделей данных разреженной цифровой модели пути (РЦМП) и угловой схемы измерений (УСИ).

2. Формирование передаточных функций РЦМП и УСИ. Наиболее целесообразно, в данном случае, применение в качестве передаточных функций зависимостей угла поворота пути от пикетажа.

)=!(<*/

где ESI - пикетаж I точки модели, а -угол направления от предыдущей к текущей точке модели пути, К - масштабный коэффициент передаточной функции, I - идентификатор пункта модели.

3. Определение элементов и характерных точек передаточных функций.

4. Определение матрицы параметров перехода от системы координат передаточной функции угловой схемы измерений к системе координат передаточной функции разреженной эталонной цифровой модели пути. Для приведения передаточных функций в СГС используется математический

аппарат центроаффинного преобразования систем координат.

И

Х=Ах (6)

где А - матрица центроаффинного преобразования из системы координат х в X. Матрицы координат х и X - центральные координаты объекта. Матрица центроаффинного преобразования находится на основании данных о координатах характерных точек в системе х и X. Система X - система координат эталонной передаточной функции, х - передаточная функция угловой схемы измерений.

А=Ххт(ххт/' (7)

5. Приведение передаточной функции У СИ к ПФ РЦМП. Передаточная функция УСИ приводится к эталонной передаточной функции, образуя единую пространственную модель передаточной функции. Данная модель свободна от искажений УСИ и обладает дискретностью УСИ, точность определения модели соответствует точности РЦМП. На данном этапе решается задача привязки показаний путеизмерительных средств, с помощью которых получена УСИ, к линейной системе координат.

6. Формирование единой передаточной модели на основе РЦМП и приведенной УСИ.

7. Переход от передаточной модели к координатной форме представления данных ЕПМ.

8. Формирование статистической параметрической модели комплексированных измерений.

9. Уравнивание комплексированных измерений методом наименьших квадратов с помощью вращений Гивенса по приведенному алгоритму:

1. Вводится массив координат РЦМП и информация об измерениях УСИ, и вычисляют вектор свободных членов

/, = Ах,-(х1-х,.1)

2. Вычисляют ненулевые элементы строки яу для первого измерения и помещают ев на место первой строки верхней треугольной матрицы Я/ , после чего образуют расширенную строку (Я, I,).

3. Формируют / - ю строку матрицы А, ленточной структуры (/=/, 2,

...,п) и образуют расширенную матрицу

11

X, К

в, 1,

0 0

■)т+2,т+1

Если измерение необходимое, то с помощью левых плоских вращений Гивенса, строка а, и матрица Я,., приводятся к виду

ь; о о

Число строк Я, на одну больше, чем в К,.у. Если же измерение избыточное, то ортогональным преобразованием Гивенса аннулируют все элементы строки а, , приводя (8) к виду

Ь.

Л, .

О Ф,

о о

(9)

где Ь, - вектор преобразованных свободных членов.

4. Вычисляют квадратичную форму , как разность квадратичных форм

Ф/ и Фи . Если (/)' 7 > 2 , то процесс вычислений останавливают и выполняют анализ / -го измерения.

5. Заменяют нулевую строку в исходной иатрице на строку /+/ и выполняют действия по пункту 3. (После ввода последней л-ой строки и её обнуления, переходят к пункту 6.).

6. Находят решение треугольной системы Ят дх = Ь методом обратной подстановки.

7. Для решения вопроса оценки точности вычисляют ковариационную матрицу параметров как

*(<&)=л;1 я/

8. Вычисляют координаты точек ЦМП х - х0 +дх ; поправки к

результатам измерений V, = (х, - х,.^ - I, ; среднюю квадратическую

/г

ошибку единицы веса /л = и СКО параметров и их

функций.

Используя вышеперечисленные алгоритмы, автором разработано программное решение специализированной геоинформационной системы для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути, архитектура системы приведена на рис.6.

Модель архитектуры СГС.

Рис.6.

При реализации интерфейса системы широко применялись средства визуального моделирования при обработке пространственно-координированных данных СГС на различных уровнях, в управлении системой огромная роль отведена механизмами управления на основе визуальных моделей. В качестве иллюстрации подхода к интерфейсу системы

можно привести форму определения общих характерных точек передаточных функций РЦМП и СУИ (рис.7).

Рис.7.

В разделе 4 «Эксперимент по апробации специализированной геоинформационной системы обработки асинхронных измерений железнодорожного пути» приведены результаты апробации СГС при создании высокоточной цифровой модели пути 2 пути Экспериментального /

кольца ВНИИЖТа, выполняемой в рамках НИР кафедры «Геодезия и геоинформатика» по плану НИОКР ОАО «РЖД» в 2004 г. В работе описан эталонный полигон для испытаний, представляющий собой эталонную модель 2 пути кольца, и приведена технология его создания. В обработке данных с помощью СГС использовались следующие варианты асинхронных измерений:

1. Варианты 1,2,3. Разреженная эталонная цифровая модель II пути Экспериментального кольца - модуль эталонного полигона и угловая схема

20

измерений по результатам заезда вагона-путеизмерителя ЦНИИ-4 на скоростях 20,40,60 км/ч.

2. Вариант 4. РЦМП II пути, полученная с помощью ИВК МИИТ установленного на вагоне ЦНИИ-4 и угловая схема измерений по результатам того же заезда на скорости 40 км/ч.

3. Вариант 5. РЦМП II пути, полученная с помощью ИВК МИИТ установленного на дрезине и угловая схема измерений по результатам заезда ЦНИИ-4 на скорости 60 км/ч.

Данный набор исходных данных формировался с целью оценки функционирования СГС на основе асинхронной модели измерений во многих возможных режимах и средствах проведения измерений. Проведена обработка вариантов с помощью разработанной СГС.

Отклонения вычисленных значений координат от эталонных значений, а) Вариант I. Среднее среднеквадратическое отклонение <1=0,0049м.

.-I

..........ГУ

б » К 11

39 Я 31

«всоквоав гопаоаеяо

б) Вариант 2. Среднее среднеквадратическое отклонение <1=0,0051м.

НЮ 106 310

в) Вариант 4.

0 10 20 30 40 90 И 70 00 90 100110 130 130 140 150 180 170 100 190 200 2)0 220 230 ЭЯО 200 300 7П Я® ЗЮ 300 МО 339 330 ЭМ ЗВО <306

Рис. 8.

Заключение. В ходе теоретических и практических исследований была решена основная задача диссертации - разработана специализированная геоинформационная система для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути. При достижении данной цели автором получены решения ряда важных, в аспекте диссертационной работы, научно-практических задач:

1. Разработка автоматизированной базы данных реперных систем, позволяющей автоматизировать создание РЦМП без каких либо дополнительных измерений.

2. Разработка технологий и схем создания РЦМП станционных путей.

3. Разработка схем создания РЦМП на основе комплексированных спутниковых и гироскопических измерений.

4. Разработка способа координатной привязки показаний путеизмерительных комплексов к РЦМП.

5.Разработка алгоритма рекуррентного оценивания параметров ВЦМП по результатам комплексированных измерений.

6. Создание специализированной управляющей геоинформационной системы для создания ВЦМП по результатам асинхронных комплексированных измерений.

Основные аспекты диссертационной работы докладывались на различных конференциях, в том числе и на международных и опубликованы в следующих источниках:

1. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Опыт разработки геоинформационной системы. Тезисы докладов конференции «Неделя науки 2000 МИИТ»;

2. Лёвин Б.А., Матвеев С.И., Манойло Д.С., Лях Р.И. Геоинформационные технологии железнодорожного транспорта. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».

3. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Разработка программного обеспечения для управления базами данных специальных реперных систем. Геоинформационые технологии и СРНС на ж.д. транспорте. Труды МИИТ, вып. 130,2002.

4. В.А. Levin, S.I. Matveew, D.S. Manoilo, M.M. Geleznov, R.I. Liah. GIS technologies railway transport ofRussia. XXIX International conférence and scientific discussion club/ Gurzuf. 2002. C. 141-143.

5. Матвеев С.И., Еремушкин A.A., Манойло Д.С., Железное M.M. В будущее по Эксперементальному кольцу. Геодезисть №1,2003

6. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Тихонов А.Д., и др. Эксперимент по созданию цифровой модели пути Эксперментального кольца ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

7. Круглое В.М., Матвеев С.И., Зензинов Б.Н., Манойло Д.С. Геоинформационные и спутниковые технологии как средство безопасности ж.д. транспорта России. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

8. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железное М.М., Матвеев А.С. Эталонирование путеизмерительных устройств выправочных машин на Эксперементальном кольце ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

9. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Матвеев А.С., Бондаренко А.А.,

Потапчук К.И. Специализированные геоинформационные системы и

безопасность железных дорог, руды V научно-практической конференции

«Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

23

• 21990

10. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железное М.М., Юдин С.Ю., Зензинов Б.Н., Еремушкин A.A., Каплин В.Н. Полигон для испытания измерительных кибернетических систем железнодорожного транспорта. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ,

2004.

11. Манойло Д.С. Программное обеспечение для управления базами данных реперных систем. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

12. Манойло Д.С. Геометрическая основа геоинформационной системы железнодорожной линии. Труды научно-практической конференции «Неделя науки - 2004 «Наука-Транспорту»». - М.: МИИТ, 2004.

13. Манойло Д.С. Специальные реперные системы как основа геоинформационной системы железнодорожной линии. Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». - М.: МИИТ,

2005.

Манойло Дмитр!

Специализированная геоинформаи асинхронных комплексированных из

РНБ Русский фонд

2006-4 18680

Специальность 25.00.35 - «Геоинформатика» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Подписано в печать - 1%.. /Л 05~. Формат - 60*&4/'Гб Печать офсетная. Бумага для множит, аппарата Объем - 5". Тираж 80 экз. Заказ - 637.

Типография МИИТ, 1273ЭД г. Москва, ул. Образцова д. 15.

24-

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Манойло, Дмитрий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ СПЕЦИАЛЬНОЙ РЕПЕРНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПУТИ В ПЛАНЕ И ПРОФИЛЕ.

1.1. Специальная реперная система контроля положения пути в плане и профиле.

1.2. Разработка базы данных специальной реперной системы.

1.2.1. Обоснование внедрения системы.

1.2.2. Система хранения информации.

1.2.3. Архитектура и структура программного комплекса для управления базами данных СРС.

1.2.4. Механизмы доступа к данным.

1.2.5. Модель и структура данных СРС.

1.2.6. Программа создания баз данных специальной реперной системы.

1.2.7. Информационно-управляющая программа комплекса «БД СРС».

1.3. Внедрение системы управления базами данных реперных систем и интеграция в информационное поле СГС.

2. АСИНХРОННАЯ МОДЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ СБОРЕ ДАННЫХ ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.

2.1. Алгоритм создания разреженной эталонной модели пути по базе данных специальной реперной системы.

2.2. Методика построения разреженной эталонной цифровой модели станционных путей геодезическими методами.

2.3. Методика построения разреженной цифровой модели пути на основе спутниковых технологий.

2.3.1. Спутниковые радионавигационные системы.

2.3.2. Комплекс для проведения измерений при создании РЦМП.

2.4. Угловая схема измерений.

2.5. Обобщение класса асинхронной модели измерений железнодорожного пути.

3. АРХИТЕКТУРА И СТРУКТУРА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ АСИНХРОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ.

3.1. Архитектура специализированной геоинформационной системы.

3.1.1. Спецификации СГС.

3.1.2. Алгоритм функционирования СГС.

3.1.3. Модель архитектуры специализированной геоинформационной системы.

3.2. Структура программной среды специализированной геоинформационной системы.

3.2.1. Среда разработки программного обеспечения.

3.2.2. Инструментальное приложение СГС.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Специализированная геоинформационная система для обработки асинхронных комплексированных измерений железнодорожного пути"

Радикальные изменения, происшедшие в области измерительной техники, информационных и компьютерных технологий, определили ориентацию на развитие информационно — управляющих систем, в частности, интегрированных специализированных систем железнодорожного транспорта. Условия для их реализации определены широким проникновением в практику геоинформационных систем (автоматизированных систем связанных с обработкой пространственно — координированной информации) и спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Благодаря последним, человечество впервые получило в своё пользование общеземные пространственные системы координат и возможность решения задач мониторинга и навигации транспортных объектов в режиме реального времени.

Перспективность нового направления навигации подверждена Постановлением Правительства РФ № 365 от 9 июня 2005 г. «Об оснащении космических и транспортных средств аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС и ГЛОНАСС/GPS».

Для решения задач навигации подвижных объектов железнодорожного транспорта на уровне интегрированных геоинформационных и навигационных систем имеются уникальные условия, связанные с возможностью быстрого создания эталонных моделей трассы движения -высокоточных цифровых моделей пути (ВЦМП). Идея создания ВЦМП как основы навигационных кибернетических систем принадлежит профессору С.И. Матвееву.

Дело в том, что только железнодорожный путь, в отличие от других видов транспорта, имеет наиболее точное, фиксированное во времени и пространстве, положение. Этот момент является определяющим и позволяет создать не менее точную цифровую модель пути, готовую к использованию в автоматизированных системах управления движением поездов, работой диагностических комплексов, выправочных машин и механизмов и других мобильных средств железнодорожного транспорта.

В настоящее время успешно функционируют СРНС второго поколения: ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США). Заканчивается создание подобной, но более совершенной СРНС «Галилео» для стран европейского союза. Безусловно, применение СРНС наиболее эффективно для целей управления всеми видами транспорта и, в особенности, железнодорожного. В ряде стран для управления транспортом создаются дифференциальные подсистемы GPS. Создание такой подсистемы NDGPS в США стало частью закона о развитии транспорта на 1998 г. Инициатива в проведении этих работ исходит от Федеральной администрации высокоскоростного транспорта, Федеральной администрации и Агенства по точному управлению поездами.

В настоящее время подобные работы проводятся на Красноярском железнодорожном полигоне в связи с совершенствованием работы автоматизированных систем МАЛС и САУТ. Подобное применение СРНС безусловно приносит значительный экономический эффект за счёт повышения степени безопасности движения, увеличения функциональных возможностей систем диспетчерского управления и др. Вместе с тем, не все ожидания разработчиков оправдались, что объясняется с одной стороны низкой точностью автономных способов определения местоположения, с другой — высокой стоимостью создания и содержания постоянно функционирующих дифференциальных подсистем GPS.

Внедряемая с 1998 г [52], перспективная технология координатного содержания геометрии пути на основе реперных систем контроля плана и профиля пути затормозилась по трём причинам:

• Отсутствия обученных кадров пользователей;

• Отсутствия автоматизированных систем привязки показаний диагностических комплексов и выправочных машин к системе координат реперной системы;

• Высокой стоимости и низкой производительности создания реперных систем.

В этой ситуации в некоторых дистанциях делается попытка вернуться к технологии хордовой съёмки пути, по определению не способной поставить путь в проектное положение и методу сглаживания, выдающему вместо проектной кривой набор гладких кривых с неизвестным и фиктивным набором параметров, что недопустимо ни с практической, ни тем более с теоретической точек зрения.

Научно-исследовательским и испытательным центром «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» (ГСТЖТ) при УНИР МИИТа с 2000 г велись исследования по возможности создания специализированных управляющих геоинформационных систем железножорожного транспорта. При разработке темы 19.10.02 НИОКР МПС РФ сотрудникам Центра удалось наметить основное направление разработки таких систем, основанное на уникальной возможности железных дорог - создании высокоточных цифровых моделей железнодорожных путей (ВЦМП) [37].

Высокоточная цифровая модель пути представляет собой упорядоченную последовательность точек оси пути и рабочих граней рельсову трёхмерные координаты которых определены с субсантиметровой точностью. ВЦМП по существу представляют собой специализированные ГИС железных дорог максимально возможной точности. Их применение в специализированных управляющих геоинформационных и навигационных системах железнодорожного транспорта способно значительно продвинуть уровень надёжности и автоматизации содержания геометрии железнодорожного пути и навигации подвижных объектов (ПО) железнодорожного транспорта.

Говоря о многофункциональности ВЦМП следует отметить, что они являются:

• новым классом непрерывных геодезических сетей специального назначения и могут быть созданы, в отличие от реперных систем, всего за несколько лет принеся службе пути экономию, выражающююся сотнями миллиардов рублей;

• специализированными геоинформационными системами, способными решать задачи мониторинга геометрии пути и оптимального проектирования ремонтных и выправочных работ;

• на их основе могут быть разработаны системы асинхронной привязки показаний путеизмерительных и выправочных комплексов, значительно повышающих функциональные возможности последних;

• применение ВЦМП создаёт возможность повышения качества и надёжности работы существующих АС службы движения, таких как КЛУБ, МАЛС, ГАЛС, и САУТ;

Принимая во внимание, что создание ВЦМП реальными, т.е. высокими темпами существующими технологиями не предусмотрено, прежде всего, необходима разработка измерительно-вычислительного комплекса (ИВК). Его основными элементами очевидно должны стать: двухчастотные геодезические приёмники ГЛОНАСС/GPS, трёх координатные гироскопические датчики эйлеровых углов, датчики пути, контроллер для записи и предварительной обработки всех информационных потоков. Комплекс должен использоваться как модуль оперативного сбора координатных данных в специализированной управляющей геоинформационной системе (СГИС). Функционирование СГИС возможно как в синхронном, так и в асинхронном режимах. Асинхронный режим функционирования СГИС позволяет использовать для создания ВЦМП и проведения мониторинга геометрии пути существующие цифровые записи многочисленных путеизмерительных комплексов, в частности комплекса ЦНИИ-4. Для координатной привязки таких записей необходимо сравнение геометрических образов инвариантных относительно системы координат передаточных функций ВЦМП. Такие функции наиболее просто могут быть созданы по разреженным цифровым моделям пути (РЦМП).

В связи с изложенным, целью исследований автора стала разработка специализированной управляющей геоинформационной системы, функционирующей в асинхронном режиме, представляющем наиболее широкие возможности для создания ВЦМП. Анализ состояния проблемы позволил автору сформулировать круг задач, решение которых на его взгляд наиболее эффективно может привести его к достижению цели:

1. Разработка автоматизированной базы данных реперных систем, позволяющей автоматизировать создание РЦМП без каких либо дополнительных измерений.

2. Разработка технологий и схем создания РЦМП станционных путей.

3. Разработка схем создания РЦМП на основе комплексированных спутниковых и гироскопических измерений.

4. Разработка способа координатной привязки показаний путеизмерительных комплексов к РЦМП.

5. Разработка алгоритма рекуррентного оценивания параметров ВЦМП по результатам комплексированных спутниковых, гироскопических и дальномерных измерений.

6. Разработка специализированной управляющей геоинформационной системы для создания ВЦМП по результатам асинхронных комплексированных измерений.

Таким образом, окончательные параметры ВЦМП предполагается получать в режиме постобработки на основе программного комплекса СГИС, максимально использующего возможности авторегрессионных преобразований, фильтра скользящего среднего (ФСС) и процедур рекуррентного оценивания параметров создаваемых моделей.

Что касается применения ВЦМП, то они с одинаковым успехом могут быть использованы как службой пути, так службой движения [22]. В службе пути они готовы:

• для замены практикуемых дорогостоящих реперных систем контроля плана и профиля железнодорожных путей;

• как готовый исходный материал для расчётов выправки плана и профиля путей в координатной форме;

• для разработки САПР ремонтных и выправочных работ.

Таким образом, ВЦМП являются информационной основой для полной автоматизации работ службы пути.

В службе движения на их основе, при соответствующей модернизации, может значительно повыситься эффективность работы существующих автоматизированных систем : КЛУБ, МАЛС, ГАЛС и САУТ.

Значительное влияние на взгляды автора, изложенные в работе, оказали научные труды в области проектирования и строительства железных дорог (Ашпиза Е.С., Бучкина В.А., Быкова Ю.А., Виноградова В.В., Коваленко Н.И., Коншина Г.Г., Новаковича В.И., Переселенкова Г.С., Турбина И.В., Шахунянца Г.М. и др.), в области геинформатики (Дулина С.К., Кужелева П.Д., Лёвина Б.А., Матвеева С.И., Ниязгулова У.Д., Розенберга И.Н., Цветкова В.Я.), в области спутниковых и инерциальных технологий (Глушкова В.В., Турина С.Е., Ерохина Ю.А., Зубинского В.И., Кафтана В.И., Коугия В.А., Круглова В.М., Масленникова А.С., Тихонова А.Д.).

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Манойло, Дмитрий Сергеевич

Данные выводы сделаны автором на основе опыта практического применения разработанной технологии и автоматизированной системы на станциях Енисей, Бугач, Злобино.

2.3 Методика построения разреженной цифровой модели пути на основе спутниковых технологий

2.3.1 СПУТНИКОВЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Последние годы широкое применение на всех видах транспорта, в геодезии и геоинформатике находят спутниковые технологии навигации, опирающиеся на использование глобальных космических радионавигационных систем Navstar GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

Спутниковая навигационная система NavstarGPS

В структуру глобальной радионавигационной системы Navstar GPS (Navigation Sattelite Timing and Ranging Global Positioning system) входят три комплекса технических средств: космический, наземный комплекс управления и пользовательский сегмент [22].

Космический комплекс включает 24 искусственных спутника Земли (ИСЗ), вращающихся вокруг Земли по 8-ми орбитам близким к круговым на высоте около 20000 км, чему соответствует период обращения, равный половине звёздных суток (11ч57м58,3с). Наклонение орбит 55°. На каждом спутнике установлен водородный стандарт частоты и времени, генерирующий опорную частоту /о = 10, 23 МГц с суточной нестабильностью 10"14-г10~15 и формирующий несущие частоты радиоизлучения Lj =157,42 МГц и Ь2 =1227,60 МГц; радиопередатчик - для посылки сигналов потребителям и приёмник — для приёма информации от наземного комплекса управления. Кроме того, имеются: бортовой вычислительный процессор, солнечные батареи, аккумуляторы, система ориентации и коррекции орбиты [22,4].

Спутник излучает радиосигналы на частотах Z,/ и L?, модулированные дальномерными кодами и навигационным сообщением.

Наземный комплекс управления осуществляет контроль функционирования технических средств системы, определение параметров орбит, поправок часов спутников и загрузку навигационной информации на спутники. В состав комплекса входят главная контрольная станция, станции слежения, управляющие станции.

Комплекс пользователей - это набор аппаратных и программных средств, выполняющих прием информации со спутников, измерение параметров, связывающих положение аппаратуры пользователя с расположением спутников, и их обработку. В результате определяются координаты пользователя на поверхности Земли, в воздухе или околоземном космическом пространстве.

Геодезические приемники — приемники способные обрабатывать фазовый сигнал, бывают одночастотные и двухчастотные. Двухчастотные наиболее точны, так как результаты измерений на двух частотах позволяют точнее определить погрешность, возникающую из-за влияния задержки сигнала в ионосфере.

Основными частями приемника являются: приемная антенна, высокочастотный блок, микропроцессор, управляющее устройство (конроллер), память, блок питания. Всенаправленная антенна приемника принимает сигналы всех находящихся над горизонтом спутников. Высокочастотный блок имеет несколько (до 40) каналов, каждый из которых удерживает контакт со своим спутником. В состав высокочастотного блока входит кварцевый генератор с суточной нестабильностью 10~7, вырабатывающий опорную частоту, на основе которой, как и на спутниках, формируются частоты L1 и L2 и копии кодовых последовательностей С/А и Р.

Частота L1 модулируется копией кода С/А. Полученный эталон сравнивается с принимаемым на частоте L1 сигналом спутника, искаженным сигналами других спутников и шумами. Эталон и сигнал смещают во времени так, чтобы они максимально соответствовали друг другу, что оценивается с помощью математической корреляции. При этом используется свойство некоррелированности между собой кодов разных спутников.

Большой коэффициент корреляции указывает на правильность опознания спутника и верность установленного смещения. Смещение At соответствует времени движения сигнала от антенны спутника до фазового центра антенны приемника. Затем сигнал очищается от кода, из него выделяется навигационное сообщение, после чего остается несущая частота L1 (со сдвигом Доплера). На этой частоте измеряется сдвиг по фазе между колебаниями принятого сигнала и собственными колебаниями частоты L1. Простота С/А кода и его повторение каждую миллисекунду позволяют быстро войти в контакт со спутником и выполнить измерения.

Если доступен код Р, то с ним выполняют такие же действия, как с кодом С/А. Указание на то, в каком месте длинного кода Р искать контакт с сигналом спутника, содержится в навигационном сообщении. Так называемый Z-count, извлеченный из слова HOW, позволяет вычислить вид кода Р на момент начала следующего 6-секундного интервала [22,59].

На частоте L2 также выполняются кодовые (с кодом Р) и фазовые измерения.

Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС

Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) разработана в СССР в 70-е годы для применения в нуждах Министерства обороны, в гражданских целях система эксплуатируется с 1995 года. Некоторые параметры систем ГЛОНАСС и GPS приведены в таблице 9 [22].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе теоретических и практических исследований была решена основная задача диссертации — разработана специализированная геоинформационная система для обработки асинхронных измерений железнодорожного пути. При достижении данной цели автором получены решения ряда важных, в аспекте диссертационной работы, научно-практических задач:

1. Разработка автоматизированной базы данных реперных систем, позволяющей автоматизировать создание РЦМП без каких либо дополнительных измерений.

2. Разработка технологий и схем создания РЦМП станционных путей.

3. Разработка схем создания РЦМП на основе комплексированных спутниковых и гироскопических измерений.

4. Разработка способа координатной привязки показаний путеизмерительных комплексов к РЦМП.

5. Разработка алгоритма рекуррентного оценивания параметров ВЦМП по результатам комплексированных измерений.

6. Разработка специализированной управляющей геоинформационной системы для создания ВЦМП по результатам асинхронных комплексированных измерений.

Основные аспекты диссертационной работы докладывались на различных конференциях, в том числе и на международных и опубликованы в следующих источниках:

1. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Опыт разработки геоинформационной системы. Тезисы докладов конференции «Неделя науки 2000 МИИТ»;

2. Левин Б.А., Матвеев С.И., Манойло Д.С., Лях Р.И. Геоинформационные технологии железнодорожного транспорта. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов».

3. Матвеев С.И., Коугия В.А., Манойло Д.С. и др. Реперная система участка Северной железной дороги. Труды IV научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте». М.:2000.

4. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Разработка программного обеспечения для управления базами данных специальных реперных систем.

Геоинформационые технологии и СРНС на ж.д. транспорте. Труды МИИТ, вып. 130, 2002.

5. В.А. Levin, S.I. Matveew, D.S. Manoilo, M.M. Geleznov, R.I. Liah. GIS technologies railway transport of Russia. XXIX International conference and scientific discussion club/ Gurzuf. 2002. C. 141-143.

6. Матвеев С.И., Еремушкин A.A., Манойло Д.С., Железное M.M. В будущее по Экс перементальному кольцу. Геодезистъ №1, 2003

7. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Тихонов А.Д., и др. Эксперимент по созданию цифровой модели пути Эксперментального кольца ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

8. Круглов В.М., Матвеев С.И., Зензинов Б.Н., Манойло Д.С. Геоинформационные и спутниковые технологии как средство безопасности ж.д. транспорта России. Труды IV научно-практической конференции

Безопасность движения поездов» М.:2003.

9. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Матвеев А.С. Эталонирование путеизмерительных устройств выправочных машин на Эксперементальном кольце ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

10. Матвеев С.И., Савенков Е.Н., Симаков А.Н., Манойло Д.С. Реперная система линии «Москва-Петушки» готова к использованию. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:2003.

11. Матвеев С.И., Манойло Д.С. и др. О создании реперных систем контроля геометрии плана и профиля пути на скоростных участках железных дорог. Сборник научных трудов «Геодезия и геоинформатика в транспортном строительстве» Вып. 924. М.: МИИТ - 2001.

12. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Матвеев А.С. Высокоточные цифровые модели железнодорожного пути как геометрическая основа навигационных кибернетических систем. Научно-теоретический журнал «Успехи современного естествознания» №5 2004 Приложение №1 Материалы XXXI Международной конференции и дискуссионного научного клуба «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе».

13. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Матвеев А.С., Бондаренко А.А., Потапчук К.И. Специализированные геоинформационные системы и безопасность железных дорог. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

14. Зорин В.И., Шухина Е.Е., Киселева С.В., Матвеев С.И., Манойло Д.С. Геодезические методы создания ЦМП станций для системы КЛУБ-У. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». — М.: МИИТ, 2004.

15. Манойло Д.С., Волков В.Ф., Юдин С.Ю., Сабирзянов А.А. Объединенный молодежный научно-исследовательский и испытательный центр «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта». Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

16. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Юдин С.Ю., Зензинов Б.Н., Еремушкин А.А., Каплин В.Н. Полигон для испытания измерительных кибернетических систем железнодорожного транспорта. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ,

2004.

17. Манойло Д.С., Матвеев А.С. Измерительная система для создания ВЦМП. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

18. Манойло Д.С. Программное обеспечение для управления базами данных реперных систем. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2004.

19. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Юдин С.Ю. Высокоточная цифровая модель железнодорожной магистрали «Москва -Санкт-Петербург» (пилот-проект). Сборник материалов всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2005. - М.: ВВЦ,

2005.

20. Манойло Д.С. Геометрическая основа геоинформационной системы железнодорожной линии. Труды научно-практической конференции «Неделя науки - 2004 «Наука-Транспорту»». - М.: МИИТ, 2004.

21. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Матвеев А.С. Кибернетические технологии содержания и управления железнодорожным транспортом. Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». - М.: МИИТ, 2005.

22. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Железнов М.М., Зензинов Б.Н., Матвеев А.С. Технологии цифрового моделирования объектов железнодорожного транспорта.Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». -М.: МИИТ, 2005.

23. Манойло Д.С. Специальные реперные системы как основа геоинформационной системы железнодорожной линии. Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». - М.: МИИТ, 2005.

24. Савенков Е.Н., Еремушкин А.А., Матвеев С.И., Манойло Д.С. и др. Эксперимент по созданию цифровой модели пути экспериментального кольца ВНИИЖТа. Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». - М.: МИИТ, 2005.

Ряд разработок автора полученных в ходе работы над диссертацией внедрены в использование на предприятиях ОАО «РЖД». Так комплекс по управлению базами данных реперных систем внедрен и используется на Московской и Северной железных дорогах. Специализированная геоинформационная система обработки асинхронных измерений железнодорожного пути внедрена в ОАО «РЖД», как модуль эталонного полигона для отработки спутниковых технологий на Экспериментальном кольце, созданного в рамках НИОКР ОАО «РЖД» (шифр 10.19.01) ОНИИЦ «ГСТЖТ» при УНИР МИИТа.

Научная ценность данной работы заключается в инновационной постановке и решении ряда задач обеспечивающих создание высокоточных цифровых моделей пути по результатам асинхронных измерений железнодорожного пути. На основной алгоритм разработанной СГС получен патент РФ на изобретение № 2226672 государственный реестр изобретений РФ от 10.04.2004г.

Актуальность и практическая ценность диссертационной работы заключается в разработанной технологии создания высокоточных цифровых моделей по результатам асинхронных измерений, технологии привязки показаний путеизмерительных средств к реперным системам и цифровым моделям, что существенно расширяет возможности диагностических комплексов пути.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Манойло, Дмитрий Сергеевич, Москва

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

2. Бокс Д., Дженинкс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управления. Вып. 1.-М.: МИР, 1974.-408 с.

3. Воеводин В.В., Кузнецов Ю.А. Матрицы и вычисление. — М.: Наука, 1984.-320 с.

4. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии. М.: «Картгеоцентр» - «Геодезиздат», 1999 -272 с.

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

6. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. Среда визуального программирования. Delphi. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 1999. - 816 с.

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

8. Кафтан В.И. Вертикальное движение земной поверхности и сейсмическая опасность в районах железных дорог// Труды научно-практической конференции «Транссибирская магистраль на рубеже XX-XXI веков». М.: МИИТ, 2003.

9. Инженерная геодезия: Учебник для ВУЗов ж.д. транспорта / Под ред. С.И. Матвеева. М.: УМК МПС РФ, 1999 - 455 с.

10. Коугия В.А., Богомолова Е.С., Верещагин С.Г. Геодезическая сеть для высоскоростной магистрали. // Геодезия и картография. — 1997. №1. -с. 12-16.

11. Круглов В.М. и др. Комплекс для определения параметров пути. // М.: Путь. 2002, №2.- с.5-8.

12. Кужелев П.Д. Концепция аналитической геоинформационной системы // Сборник научных трудов «Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на железнодорожном транспорте». М.: МИИТ, 2005.

13. 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.

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

15. Манойло Д.С. Специальные реперные системы как основа геоинформационной системы железнодорожной линии.// Сборник научных трудов. Применение геоинформационных и спутниковых радионавигационных систем на ж.д. транспорте. М.: МИИТ, 2005.

16. Манойло Д.С., Матвеев А.С. Измерительная система для создания ВЦМП. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ, 2004.

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

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

19. Матвеев С.И., Еремушкин А.А., Манойло Д.С., Железнов М.М. В будущее по Эксперементальному кольцу. Геодезистъ №1, 2003.

20. Матвеев С.И., Коугия В.А. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигация железнодорожного транспорта: Монография. — М.: Маршрут, 2005. 290 с.

21. Матвеев С.И., Коугия В.А. Реперные системы для высокоскоростных железнодорожных магистралей // Геодезия и картография. 1999 №12. с. 13-18.

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

23. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Измерительная система для создания ВЦМП. Труды V научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». М.: МИИТ. 2004.

24. Матвеев С.И., Манойло Д.С. Разработка программного обеспечения для управления базами данных специальных реперных систем. Геоинформационные технологии и СРНС на ж.д. транспорте. Труды МИИТ, вып. 130, 2002.

25. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Батраков А.А. Алгоритм выправки кривых. // Неделя науки 2001. М.: МИИТ, 2001.

26. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Матвеев А.С., Железнов М.М. Эталонирование путеизмерительных устройств и выправочных машин на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» М.:МИИТ,2003.

27. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Матвеев А.С., Железнов М.М. Создание высокоточной цифровой модели пути и привязка показанийпутеизмерительного устройства к реперной сети. Транссибирскаямагистраль на рубеже ХХ-ХХ1 веков. М. МИИТ, 2003, C.Va-8-9.

28. Матвеев С.И., Манойло Д.С., Тихонов А.Д., и др. Эксперимент посозданию цифровой модели пути Экспериментального кольца

29. ВНИИЖТа. Труды IV научно-практической конференции

30. Безопасность движения поездов» М.:2003.

31. Матвеев С.И., Незнакомов Г.Г., Садакова М.Н. Создание универсальной опорной геодезической сети Экспериментального кольца ВНИИЖТа // Инженерная геодезия в строительстве: Сб. науч. тр. / ВАГО. М.: 1986 - с.97-108.

32. Матвеев С.И., Савенков Е.И., Манойло Д.С., Матвеев А.С., Еремушкин А.А. Эксперимент по созданию цифровой модели пути ЭК ВНИИЖТа. Сб. трудов МИИТ. М.: 2005. Вып. №1001. с.3-5.

33. 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.

34. Методика комплексной оценки пространсвенного положения постоянных устройств железных дорог на основе реперных систем. // Отчет НИОКР МПС РФ №55 / 2001. 61 с.•4 34. Митчелл Керман. Программирование и отладка в Delphi. М.:1. Вильяме, 2004 720 с.

35. Основные положения о государственной геодезической сети. М.: ЦНИИГАиК. 1997. -18с.

36. Отчет по теме 19.10.01 плана НИОКР ОАО «РЖД» «Создание эталонного полигона для отработки спутниковых технологий мониторинга пути и управления движением подвижного состава на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа.» М.: ОАО «РЖД», 2004.

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

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

39. Рао С.Р. Линейные статистические методы и их применение. М.: Наука,1968,586 с.

40. Садакова М.Н., Матвеев С.И., Незнакомов Г.Г. и др. Технические указания по геодезическому контролю за состоянием исскуственных сооружений // Отчет по теме И 51. М.: МИИТ, 1987,- 156 с.

41. Сетевые спутниковые радионавигационные системы./Под. Ред. B.C. Шебшаевича. М.: Радио и связь, 1993.

42. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 268 с.

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

44. Спутниковый приемник Topcon HiPer. www.topcongps.com/hardware/hiperseries.htm

45. Стренч Г. Линейная алгебра и ее применение. М.: МИР, 1980. - 455 с.

46. Тейксера Стив, Пачеко Ксавье. Borland Delphi 6. Руководство разработчика.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. — 1120 с.

47. Технические указания по определению и использованию характеристик устройства и состояния пути, получаемых ВПС ЦНИИ-4. — М.: МПС, 2000.

48. Тихонов А.Д. Перспективы применения спутниковых технологий для решения геодезических задач. // Геоинформационные технологии и спутниковые радионавигационные системы на железнодорожном транспорте. Сб. науч. тр. Вып. 930. М.: МИИТ, 2002, с. 104-105.

49. Тихонов А.Н. О некорректных задачах линейной алгебры и устойчивом методе их решения. // ДАНСССР. 1965. Т. 163. -№ 3.

50. Тихонов А.Н. Об устойчивости алгоритмов для решения вырожденных систем линейных алгебраических уравнений. // ЖВМ и МФ. 1965. -№4.

51. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1974.

52. Указание МПС №С-493у об устройстве реперной системы контроля железнодорожного пути в профиле и плане от 27.04.1998. М.: МПС РФ, 1998.

53. Хорн Р., Джонсон И. Матричный анализ. М.: МИР, 1989. - 655 с.

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

55. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. -228 с.

56. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: МГУГиК, 2000.- 69 с.

57. Цветков В.Я. Основы геоинформационного моделирования // Геодезия и аэрофотосъемка, 1999, №4. с.55-59.

58. Alfred Leick. GPS Satelite Surveying. Second Edition. New York, John Willey & Sons, Inc.

59. B. Hofmann Welenhof, H. Lichteneger, J. Collins. GPS Theory and Practice Second Edition. - N.Y. Springer - Verlag Wien, 1992, 352 p.

60. Borland Developer Network., www.bdn.borland.com .

61. Marco Cantu. Mastering Delphi 7 First Edition. Sybex Inc, 2003. - 1011 p.

62. P.J. de Jange. A processing strategy for the application of the GPS in network. NCG. Delft, 1998. - 335 p.

63. Soft Architecture. MSDN Library, www.msdn.microsoft.com.

64. Steve Teixeira, Xavier Pacheko. Borland Delphi 5 Developer's Guide. -N.Y: SAMS Publishing, 2000 1493 p.