Тема Исходные базы данных для проектирования ВСМ Учебные

Тема: Исходные базы данных для проектирования ВСМ Учебные вопросы: • • • 1. Методы создания цифровых моделей местности (ЦММ) и цифровых моделей рельефа местности (ЦМР). 2. Компьютерные технологии проектирования на базе ГИС. 3. Реперная система на ВСМ. Контроль плана и профиля. 4. Специальный геодезический контроль при содержании и мониторинге железнодорожного пути. 5. Технологии и программное обеспечение постановки плана линии в проектное положение при высокоскоростном движении поездов.

l 1. Методы создания цифровых моделей местности (ЦММ) и цифровых моделей рельефа местности (ЦМР).

Карта 1: 50 000

План 1 : 2000

ГОСТ Р 52440— 2005. «Модели местности цифровые» . • Цифровой моделью местности (ЦММ) называется представленное в виде цифровых кодов и хранимое на магнитных носителях логикоматематическое описание местности, адекватное по содержанию плану местности. Основным содержанием ЦММ является топографическая информация: координаты и высоты точек, очертания объектов, их свойства. ЦММ содержит и общую информацию — название участка, систему координат и высот и др. • Цифровой картой называют цифровую модель значительного участка земной поверхности, сформированную с учётом генерализации изображаемых объектов и принятой картографической проекции. • Электронной картой называется изображение местности на экране дисплея, полученное на основе цифровой карты.

Регулярные сетки ЦММ в) а) б)

Данные для нерегулярных ЦММ а) б)

Структурные ЦММ

Возможное размещение узлов для построения структурных ЦММ а) б) в)

Спутниковая радиолокационная съёмка

ЦММ на основе радиолокационной съёмки

Результаты наземного лазерного сканирования (массив точек)

Воздушное лазерное сканирование

Результаты воздушного лазерного сканирования (массив точек)

Триангуляция Делоне для создания ЦММ

Исправление искажений и привязка растровых материалов

Векторизация гидрологической сети

Восстановление рельефа местности по характерным формам

Создание ЦММ по подготовленным данным

Коррекция созданной ЦММ уточняющими структурными линиями

l 2. Компьютерные технологии проектирования на базе ГИС.

• ГИС –это специализированная информационная система, предназначенная для работы на интегрированной основе с геопространственными и различными по содержанию семантическими данными. • Назначением ГИС является ввод, хранение, обработка и вывод геопрострнственной информации.

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ГИС геоинформационная система Глобальные ГИС Субконтинентальные ГИС Субрегиональные ГИС Национальные (государственные) ГИС Локальные (местные) ГИС

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СТРУКТУРА ГИС Данные: географические, описательные Технологии: методы, порядок действия … Аппаратное обеспечение: ЭВМ, сети, накопители, сканер, дигитайзеры … Программное обеспечение

l 3. Реперная система на ВСМ. Контроль плана и профиля.

Точные измерения стоят дорого, а неточные обходятся значительно дороже. Генри Форд

• Реперная система – это геодезическая сеть специального назначения, призванная поддерживать проектную геометрию железных дорог. • Она строится в 2 этапа согласно требований «Специальная реперная система контроля состояния железнодорожного пути в профиле и плане: Технические требования. - М. : МПС РФ, 1998. 29 с: - построение опорной геодезической сети (ОГС); - построение рабочей сети.

Требования к точности специальной реперной системы

Определение планового положения пунктов рабочей реперной сети

Работы по созданию рабочей реперной системы

Закладка реперов

Закладка реперов Закладка парного (створного) репера в опору контактной сети Закладка грунтового створного репера при отсутствии парной опоры

l 4. Специальный геодезический контроль при содержании и мониторинге железнодорожного пути.

ПКА ПКУ ПАП

Основные характеристики Тип системы GPS ГЛОНАСС 24 24 Число орбит 6 (через 60 о ) 3 (через 120 о ) Число ИСЗ на одной орбите 4 (через 90 о ) 8 (через 45 о ) Тип орбиты Круговая Высота орбиты 20 145 км 19 100 км Наклонение орбиты 55 о 64, 8 о Период обращения 11 ч 57 м 58, 3 с (1/2 зв. суток) 11 ч 15 м 44 с Система координат WGS-84 ПЗ-90 Штатное число ИСЗ

Состав группировки КНС GPS на 11. 02. 14 г • Иформационно-аналитический центр Федерального космического агентства. Всего в составе ОГ GPS* 32 КА Используются по целевому назначению 31 КА На этапе ввода в систему 1 КА Временно выведены на техобслуживание - На этапе вывода из системы -

Состав группировки КНС ГЛОНАСС на 11. 02. 2014 г. Всего в составе ОГ ГЛОНАСС Используются по целевому назначению 28 КА 24 КА На этапе ввода в систему - Временно выведены на техобслуживание - Орбитальный резерв 3 КА На этапе летных испытаний 1 КА

На каждом ИСЗ находится: Водородные стандарты частоты и времени для генерирования опорной частоты f 0 = 10, 23 МГц и формирования несущих частот: L 1 = 154 f 0 = 157, 42 МГц (длина волны 19 см) L 2 = 154 f 0 = 1227, 60 МГц (длина волны 24 см). Радиопередатчик с устройством модуляции частот L 1 и L 2 для передачи навигационных сигналов потребителям; Радиоприемник для приема информации от наземного сектора управления; Бортовой процессор, солнечные батареи, система ориентации и др.

Измерительными сигналами, непрерывно транслируемыми спутниками, являются высокостабильные несущие частоты L 1 и L 2, модулированные дальномерными кодами. Сигнал на частоте L 1 модулирован кодом свободного доступа С/А, точным кодом Р и навигационным сообщением. Сигнал на частоте L 2 модулирован только Р – кодом.

С/А-кодом (от английского clear acquisition – свободного пользования) стандартной точности Р-кодом (от английского protected, precise – защищенный, точный) повышенной точности. Код – непрерывно излучаемые, образуемые по определенным алгоритмам, последовательности -1 и +1. Навигационное сообщение – файл данных (в двоичном коде) для вычисления координат спутника, ошибки часов, ионосферной поправки и др.

Подсистема контроля и управления Выполняет: - Определение параметров орбит и ошибок часов спутников; - Засылку текстов навигационных сообщений на спутники; - Контроль функционирования технических средств системы.

Включает: • Станции слежения - служат для сбора информации о движении спутников. Их пять: • • • Колорадо Спрингс (штат Калифорния, США), о. Диего Гарсиа (Индийский океан), атолл Кваджалейн (Тихий океан), о. Вознесенья (Юж. Атлантика) Гавайские о-ва.

Подсистема аппаратуры потребителей Включает множество средств, выполняющих прием информации со спутников для целей морской, воздушной и наземной навигации, геодезии и др. ) В результате обработки результатов измерений получают координаты приемника и, если необходимо,

В зависимости от числа принимаемых частот спутниковая аппаратура бывает одночастотная и двухчастотная. Одночастотные - принимают сигналы только на частоте L 1. Двухчастотные - принимают сигналы на частотах L 1 и L 2, являются более точными, позволяют определить и ослабить влияние ионосферы.

Геодезический спутниковый приемник 1 – датчик (антенна и высокочастотный блок), 2 – подставка, 3 – соединительные кабели, 4 – контроллер (микропроцессор, упр. уст-во, уст-во памяти), 5 – штатив, 6 – аккумулятор.

Спутниковый геодезический приемник

• Наибольшее распространение в России получили СГА следующих фирм: «Ashtech Inc» , «Trimble Navigation» (США), «Leica AG» (Швейцария), «Sersel» (Франция), «Geotronics AB» (Швеция).

Классификация СГА • – по числу принимаемых частот: одночастотные, двухчастотные; • – по типам используемых СРНС спутниковые приемники ГЛОНАСС, спутниковые приемники GPS, спутниковые приемники GPS/ГЛОНАСС). • – по числу каналов обработки (4, , 12 ); • – по виду принимаемых и обрабатываемых сигналов кодовые, кодово-фазовые.

Приемники выполняют кодовые и фазовые измерения, которые связывают положение приемника с положением всех спутников, с которыми в данный момент времени имеется радиовидимость.

Классификация способов позиционирования Способы позиционирования Абсолютные Автономные Дифференциальные Относительные Статические Постобработка Статика В реальном времени Кинематические Непрерывная (постобработка ) Ускоренная статика Реоккупация «Стой и иди (постобработк а)» В реальном времени

• 3. Использование спутниковой аппаратуры для решения задач железнодорожного транспорта

Система геоинформационного мониторинга

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ФУНКЦИИ СИСТЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Цель создания систем геоинформационного мониторинга заключается в повышении надежности системы обеспечения безопасных условий их строительства и эксплуатации. Задачи геоинформационного мониторинга: § определение пространственного положения элементов конструкции и их изменений во времени; § определение геометрических параметров и выявление причин их изменения; § выдача предупреждения в случае несоответствия геометрических характеристик сооружения их проектным значениям. Функции геоинформационного мониторинга: измерение физических величин, передача, обработка, накопление и предоставление информации обслуживающему персоналу в непрерывном режиме.

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА Система геоинформационного мониторинга Входит в состав общей системы мониторинга объекта На этапах строительства и эксплуатации: Является основой для геодезической разбивочной сети контроля - Обеспечивает выполнение съемочных и разбивочных работ - Осуществляет непрерывный контроль геометрических параметров возведенных элементов конструкции - Представляет данные для определения амплитудно-частотных характеристик Системы мониторинга

СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА могут включать в себя различные типы геодезических приборов и геотехнических датчиков и их комбинации - электронные тахеометры, спутниковые приемники, дальномеры, инклинометры, датчики температуры и пр. А также соответствующее программное обеспечение. Электронные тахеометры Инклинометры Спутниковая аппаратура Прочие датчики

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ СИСТЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА GNSS приемники Leica Geosystems Novatel Javad Sokkia Trimble

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА РАБОТЫ СИСТЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Базовые станции Контролируемые точки GNSS приемник Солнечная батарея Система электроснабжения GNSS приемники Система электроснабжения Geo. Mo. S Professional GNSS QC GPS Spider LAN X, Y, Z Другие датчики Радио модемная связь, Wireless или LAN связь, Кабели (RS 232, RS 485)

РАЗМЕЩЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ СИСТЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Базовые станции Размещаются на специальных пунктах длительной сохранности. Могут быть совмещены с пунктами геодезической разбивочной сети. Мобильные приемники На этапах строительства устанавливаются на контролируемых точках сооружения для обеспечения съемочных и разбивочных работ. На этапе эксплуатации мобильные приемники войдут в состав постоянной системы, тем самым обеспечив непрерывный и независимый контроль геометрических параметров сооружения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ МОБИЛЬНЫХ ПРИЕМНИКОВ ОТНОСИТЕЛЬНО Спутниковые БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ измерения Спутниковые приемники Базовая станция (исходная) user 2 Базовая станция Центр управления коммуникации

КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Опорные точки X, Y, Z Естественные поверхности Точки мониторинга X, Y, Z Другие датчики Интернет применение Кабина измерений Программы управления, обработки и анализа данных Пилон Безопасность коммутатор Радио, WLAN, GSM/GPRS, Кабель (RS 232, RS 485) Системы экстренного оповещения Метеодатчики Охлаждение/отопление Солнечная батарея Энергопитание/ИБП

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Анализ в реальном времени тахеометр GPS Nivel • Специализированное ПО позволяет – Принимать потоки данных в форматах NMEA GGA , GGQ, LLQ and LMM – Несколько одновременных соединений – Серийное или TCP/IP соединение с передачей данных с частотой до 20 Гц – Отображение продольного, поперечного высотного, по X, по Y, 2 D и 3 D смещения, 2 D разброс. Также включая CQ и HDOP

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Необходимость системы: • только при условии создания и настройки СГМ возможно полноценное геодезическое обеспечение строительства объектов такого класса; • СГМ обеспечивает выполнение съемочных и разбивочных геодезических работ в реальном времени; • позволяет выполнять оперативный контроль геодезической разбивочной сети. Особенности создания: • разработка технических проектов создания СГМ для каждого конкретного объекта; • необходимость тонкой настройки аппаратуры и программного комплекса; • обучение персонала.

Тележка с оптическим прибором для считывания координат с опор контактной сети