ПРИМЕНЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ ОПОРНОГО ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ

Спутниковые системы позиционирования представляют собой современные технологии, использующие спутники и наземные станции для определения точного местоположения объектов на поверхности Земли. Данные системы играют важную роль в создании опорного геодезического обоснования, необходимого для эффективного контроля и управления состоянием железнодорожных путей. Применение спутниковых систем позиционирования в железнодорожной инфраструктуре позволяет решать ряд ключевых задач. Во-первых, они обеспечивают высокую точность определения координат объектов, таких как рельсы, стрелочные переводы, сигнальные устройства и другие элементы инфраструктуры. Это особенно важно для обеспечения безопасности движения поездов и предотвращения аварийных ситуаций. Во-вторых, спутниковые системы позволяют осуществлять мониторинг и контроль за состоянием железнодорожных путей в реальном времени. Они позволяют оперативно выявлять деформации, пучение грунта, смещения и другие дефекты, которые могут привести к аварийным ситуациям или снижению качества движения поездов. Кроме того, применение спутниковых систем позиционирования в железнодорожной отрасли способствует оптимизации процессов технического обслуживания и ремонта.

Создание опорного геодезического обоснования является одним из ключевых аспектов применения ГНСС в этой сфере. Оно представляет собой систему координат, используемую для определения точного местоположения объектов на железнодорожной сети.

Использование ГНСС технологий при создании опорного геодезического обоснования на железной дороге имеет ряд преимуществ, которые делают их более привлекательным вариантом по сравнению с традиционными методами. ГНСС технологии обеспечивают высокую точность позиционирования, что позволяет получить точные координаты опорных точек на железной дороге. Это особенно важно для обеспечения безопасности движения поездов и точного определения геометрических параметров железнодорожного полотна. Использование ГНСС позволяет сократить время и ресурсы, необходимые для создания опорного геодезического обоснования. Спутниковые системы позиционирования обеспечивают возможность создания единой системы координат для всей железнодорожной инфраструктуры, что позволяет легко интегрировать данные о путях, строениях, станциях и других объектах. ГНСС оборудование легко перемещаемо и может быть установлено на различных типах геодезических пунктов. Благодаря возможности оперативного контроля и мониторинга состояния инфраструктуры железной дороги, ГНСС помогает снизить расходы на её обслуживание и эксплуатацию за счёт предотвращения аварий и своевременного обнаружения дефектов. Также спутниковые системы позиционирования легко интегрируются с другими технологиями, такими как геоинформационные системы, аэрофотосъёмка и лидар, что позволяет создать комплексную систему мониторинга и управления железнодорожной инфраструктурой.

В настоящее время рядом с железнодорожным полотном во многих случаях отсутствуют пункты ГГС (сети триангуляции или полигонометрии). Даже в случае наличия таких пунктов, создание сети сгущения не представляется возможным из-за больших расстояний и густой растительности. В связи с этим единственным способом создания опорного геодезического обоснования рядом с железнодорожным полотном является спутниковая система позиционирования.

Процесс создания опорного геодезического обоснования состоит из 3 этапов: подготовительный, полевые работы, камеральная обработка. В ходе подготовительных работ была выбрана система координат, в которой производится съёмка (WGS-84), определено проектное количество закладываемых пунктов, разработан проект сети. После получения всех разрешений для проведения работ на железной дороге начинается этап полевых работ. Месторасположение объекта: участок железнодорожного пути «Астана-Караганда» протяжённостью 4500 метров. Расположение предоставляется в файле «SGFP_GFP-GR.kmz». Началом полевых работ является проведение рекогносцировки местности. Для закладки пунктов опорного геодезического обоснования необходимо выбрать места, не заросшие кустарником и деревьями. Также не должно быть никаких препятствий, загораживающих горизонт на высоте 15°, поскольку они могут уменьшить количество доступных спутников. Закладка пунктов производится на расстоянии 0,7-1 километров друг от друга, плотность – 1 пункт на 1 км2, что соответствует требованиям полигонометрии 4 класса. Опорные геодезические пункты на местности закреплены металлической трубой, в геометрическом центре которой, сверху закреплён наконечник с резьбой для установки ГНСС оборудования. Металлическая труба заливается бетонной смесью и обкапывается.

В процессе проектирования и закладки пунктов на местности необходимо учитывать, что пункты должны быть равномерно распределены по всей сети, пункты должны быть доступны для подъезда и проведения работ, и, что пункты должны иметь хорошую видимость спутников GPS/ГЛОНАСС.

После закладки опорных геодезических пунктов необходимо измерить их планово- высотное положение. Способом определения координат был выбран метод Precise Point Positioning (PPP), в этом случае опорная геодезическая сеть будет являться сетью специального назначения, использующейся только на железной дороге. Метод точного позиционирования PPP – метод абсолютного определения местоположения, основанный на применении спутниковой корректирующей информации, содержащей поправки к эфемеридам и времени бортовых часов навигационных спутников и атмосферных поправок в пределах локальной области [1]. Точность (СКП) определения координат данным методом в плане составляет до 0,03 м.

Современный уровень развития ГНСС технологий позволяет определять координаты при данном виде работ в режиме PPP–RTK. Точность определения координат данным методом гораздо выше, чем методом PPP. В данном случае опорная геодезическая сеть может стать частью ГГС. Определение высокоточных координат пользователя производится с одним приёмником в любом месте на территории исследования, в государственной пространственной системе координат, путём получения корректирующей информации от пунктов ФАГС [2]. Однако на территории исследования сеть ФАГС не развита.

Определение координат пунктов выполняется при помощи ГНСС оборудования South G1 plus. После выполнения всех необходимых настроек ровера, производится непосредственное определение координат опорных геодезических пунктов методом PPP в статическом режиме. Перемещая ровер от пункта к пункту, навинчиваем его на специальный штырь, находящийся в геометрическом центре пункта. Время сеанса наблюдения составляет 6-8 часов. При помощи контроллера и установленного на нём специального ПО производится вычисление, уточнение и запись данных о пространственном положении. После выполнения наблюдений на всех необходимых опорных пунктах проект экспортируется с ГНСС оборудования в компьютер в формате RINEX. Следующий этап проведения работ – камеральная обработка данных. После загрузки данных в ПО необходимо выполнить обработку GNSS данных и трансформацию системы координат, так как полевые измерения производились в системе координат WGS-84, а опорное геодезическое обоснование должно быть в местной системе координат МСК-64. Оба этапа обработки производились в ПО Leica Infinity.

Полученные трансформированные координаты используются для создания опорного геодезического обоснования в ПО AutoCAD и заносятся в специальный каталог координат. На основе импортированных координат создаётся схема с отображением условных обозначений и расположением железнодорожного полотна. Полученный каталог координат выполненной съёмки и схема опорного геодезического обоснования после завершения всех работ передаётся специалистам железнодорожного транспорта.

Опорное геодезическое обоснование на железной дороге применяется на протяжении всего её жизненного цикла, начиная с этапа строительства и заканчивая мониторингом планового положения рельсов. Опорное геодезическое обоснование используется геодезистами для точного определения местоположения и характеристик трассы (положение кривых, уклоны, расстояния между станциями и другие параметры). Во время строительства железной дороги опорное геодезическое обоснование позволяет контролировать точность выполнения работ. Проводятся регулярные измерения и сравнение полученные данные с проектными параметрами. Это позволяет обнаруживать любые отклонения от заданных параметров и своевременно корректировать строительные процессы.

Геодезическое обоснование используются для расчёта объёмов земляных и других работ, необходимых для строительства дороги. Проводятся измерения высот, расстояний и объемов, основываясь на которых строится планировка работ и распределяются ресурсы.

Создание опорного обоснования с применением спутниковых систем позиционирования позволяет производить мониторинг деформаций рельсов. Измерения проводятся периодически (например, ежемесячно или ежеквартально) для отслеживания изменений в координатах опорных точек и выявления возможных деформаций или смещений в рельсах. Опорное геодезическое обоснование используются как основа для определения координат рельсовых стыков с помощью электронной тахеометрии. В данном случае можно установить тахеометр на пункте опорного геодезического обоснования или на некотором расстоянии от него и воспользоваться методом обратной засечки. Полученные координаты используются для вычисления отклонений от проектного положения. Например, выделение участков или точек, где обнаружены значительные изменения или деформации. Это могут быть места с повышенным износом, нарушениями геометрии рельсов и т.д.

Применение спутниковых систем позиционирования при создании опорного геодезического обоснования для контроля состояния железнодорожных путей является важным шагом в обеспечении безопасности и эффективности железнодорожного транспорта. Эти системы обеспечивают высокую точность и оперативность получения данных о состоянии инфраструктуры, что позволяет своевременно выявлять потенциальные проблемы и предотвращать аварийные ситуации. Благодаря использованию современных технологий геопозиционирования управление и обслуживание железнодорожной сети становится более эффективным и надежным, что способствует развитию и модернизации транспортной отрасли.

В ходе проведения работ с использованием спутниковых систем позиционирования для создания опорного геодезического обоснования (ОГО) на железной дороге выявлен ряд преимущества применения ГНСС-технологий в этой области:

• высокая точность определения координат: ГНСС позволяет получить точные координаты опорных точек;
• снижение времени и ресурсов: ГНСС позволяет сократить время и ресурсы, необходимые для создания ОГО;
• единая система координат: ГНСС позволяет создать единую систему координат для всей железнодорожной инфраструктуры;
• мобильность: ГНСС оборудование легко перемещаемо и может быть установлено на различных типах пунктов.