Projektowanie i eksploatacja dróg szynowych z wykorzystaniem mobilnych pomiarów satelitarnych

Projektowanie i eksploatacja dróg szynowych z wykorzystaniem mobilnych pomiarów satelitarnych

rok wydania: 2021, wydanie pierwsze
ilość stron: 250
ISBN: 978-83-7348-735-2

Opis

Niniejsza monografia zawiera szczegółowy opis aktywnych sieci geodezyjnych GNSS oraz modelowania dokładności określania pozycji w pomiarach satelitarnych. Omówiono również opracowaną technikę mobilnych pomiarów satelitarnych toru kolejowego oraz aplikacje związane z jej zastosowaniem w projektowaniu i eksploatacji dróg szynowych. Autorzy zawarli w pracy wyniki swoich badań, wykonywanych na przestrzeni lat 2009–2015. Badania przeprowadzono w ramach współpracy zespołów z ośrodków naukowych Politechniki Gdańskiej, Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni, Akademii Morskiej w Gdyni oraz Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Ponadto zespół współpracował z przedsiębiorstwami: PKP PLK SA, ZKM Gdańsk (obecnie GAiT), Koszalińska Kolej Wąskotorowa, Budimex SA, a także Leica Geosystems oraz Geotronics Polska. Jak stwierdzono, wprowadzenie do użytku naziemnych korekcyjnych sieci satelitarnych (ASG- -EUPOS, Leica Smart Net) otworzyło możliwości uzyskiwania wysokich, nieosiągalnych dotąd dokładności określania współrzędnych osi toru.
W opracowaniu przedstawiono analizę dokładności mobilnych pomiarów satelitarnych przeprowadzoną na podstawie wielu kampanii pomiarowych, wykonanych na eksploatowanych liniach kolejowych oraz na sieci tramwajowej w Gdańsku. Autorzy zaprezentowali również metodykę projektowania i modelowania układów torowych z wykorzystaniem wyników pomiarów satelitarnych.

Spis treści

Wprowadzenie / 7
1. Aktywne sieci geodezyjne GNNS / 9
1.1. Geneza / 9
1.2. Architektura i serwisy wybranych aktywnych sieci geodezyjnych / 10
1.2.1. Amerykańska sieć CORS / 10
1.2.2. Szwedzka sieć SWEPOS / 11
1.2.3. Brytyjska sieć OS-AGN / 13
1.2.4. Niemiecka sieć SAPOS / 14
1.2.5. Polska sieć ASG-EUPOS / 15
1.2.6. Sieć Leica SmartNet / 18
1.2.7. Sieć TPI NETpro / 19
1.2.8. Sieć VRSnet.pl / 21
1.2.9. Porównanie wybranych aktywnych sieci geodezyjnych / 23
1.3. Metody modelowania korekt PRC / 26
1.3.1. Metoda VRS / 26
1.3.2. Metoda MAC / 27
1.3.3. Metoda FKP / 28

2. Modelowanie dokładności określenia pozycji w pomiarach GNNS / 31
2.1. Niepewność pomiaru / 31
2.2. Pojęcie dokładności współrzędnych w geodezji i nawigacji / 33
2.2.1. Model wyznaczenia współrzędnych pozycji / 36
2.2.2. Miary dokładności wyznaczenia współrzędnych pozycji – 2D / 37
2.2.3. Miary dokładności wyznaczenia współrzędnych pozycji – 3D / 47
2.3. Dostępność i niezawodność systemów nawigacyjnych – model klasyczny / 49
2.3.1. Ewolucja terminologiczna / 49
2.3.2. Kategorie dostępności / 52
2.3.3. Wskaźniki oceny dostępności i niezawodności / 53
2.3.4. Modelowanie matematyczne dostępności i niezawodności / 56
2.4. Wiarygodność systemów nawigacyjnych – model klasyczny / 66
2.5. Interpretacja nawigacyjna miar opisujących przestrzeń wektora stanu serwisów nawigacyjnych ASG-EUPOS / 67
2.5.1. Dokładność określenia pozycji – dwustanowy model niezawodnościowy / 67
2.5.2. Dostępność określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji / 71
2.5.3. Niezawodność określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji / 80
2.5.4. Ciągłość określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji / 82
2.5.5. Ocena charakterystyk niezawodnościowych na podstawie wartości granicznych kryteriów /83

3. Mobilne pomiary satelitarne dróg szynowych / 86
3.1. Opis przeprowadzonych pomiarów / 86
3.2. Analiza dokładności wyznaczenia współrzędnych / 89
3.3. Ocena dokładności w odniesieniu do pomierzonego układu geometrycznego / 94
3.3.1. Przyjęta metodyka analizy / 94
3.3.2. Filtrowanie sygnału / 98
3.3.3. Ocena dokładności poziomej wybranej kampanii pomiarowej / 99
3.3.4. Ocena dokładności poziomej pomiarów przeprowadzonych w latach 2009–2015 / 103
3.3.5. Ocena dokładności pionowej wybranej kampanii pomiarowej / 105
3.3.6. Ocena dokładności pionowej pomiarów przeprowadzonych w latach 2009–2015 / 106
3.3.7. Zestawienie wyników analizy / 108

4. Możliwości aplikacyjne / 110
4.1. Wykorzystanie wyników pomiarów do wizualizacji położenia toru / 110
4.2. Ocena odcinków prostych toru / 111
4.3. Tworzenie poligonu kierunków głównych trasy / 114
4.4. Ocena odcinków trasy położonych w łuku / 115
4.5. Nowa metodyka projektowania / 117
4.6. Uniwersalna metoda regulacji osi toru / 119

5. Analiza równań parametrycznych krzywych przejściowych dla dróg kolejowych / 121
5.1. Ogólna charakterystyka krzywych przejściowych / 121
5.2. Metodyka wyznaczania równań krzywych przejściowych / 122
5.3. Analiza wybranych postaci krzywych przejściowych / 123
5.3.1. Klotoida / 123
5.3.2. Parabola czwartego stopnia / 124
5.3.3. Krzywa Blossa / 127
5.3.4. Cosinusoida / 127
5.3.5. Sinusoida / 129
5.4. Analiza krzywych przejścia / 130
5.4.1. Krzywa przejścia o krzywiźnie liniowej / 130
5.4.2. Krzywa przejścia o krzywiźnie wielomianowej / 131
5.4.3. Krzywa przejścia o krzywiźnie trygonometrycznej klasy C1 / 133
5.4.4. Krzywa przejścia o krzywiźnie trygonometrycznej klasy C2 / 135
5.5. Podsumowanie analizy krzywych przejściowych / 136

6. Analityczna metoda projektowania łuków kołowych / 138
6.1. Podstawowe założenia / 138
6.2. Projektowanie symetrycznego układu geometrycznego / 142
6.2.1. Założenia ogólne / 142
6.2.2. Lokalny układ współrzędnych / 143
6.2.3. Określenie rzędnych krzywej przejściowej w układzie współrzędnych (xk, yk) / 144
6.2.4. Transformacja krzywej przejściowej do lokalnego układu współrzędnych / 145
6.2.5. Określenie rzędnych łuku kołowego / 146
6.2.6. Uzupełnienie rzędnych dla drugiej części projektowanego rejonu trasy / 147
6.3. Projektowanie niesymetrycznego układu geometrycznego / 148
6.3.1. Założenia ogólne / 148
6.3.2. Wyznaczenie współrzędnych krzywej przejściowej KP / 149
6.3.3. Wyznaczenie współrzędnych krzywej przejściowej KP2 / 150
6.3.4. Określenie rzędnych łuku kołowego / 150
6.3.5. Skompletowanie rzędnych całości układu geometrycznego / 152
6.3.6. Przeniesienie rozwiązania do układu PUWG-2000 / 152
6.3.7. Rozwiązanie dla przypadku symetrycznego / 153
6.3.8. Przykłady obliczeniowe / 153

7. Analityczna metoda projektowania łuków koszowych / 158
7.1. Podstawowe założenia / 158
7.2. Wyznaczenie współrzędnych pierwszej krzywej przejściowej / 159
7.3. Wyznaczenie współrzędnych pierwszego łuku kołowego / 160
7.4. Wyznaczenie współrzędnych drugiej krzywej przejściowej / 161
7.5. Wyznaczenie współrzędnych drugiego łuku kołowego / 163
7.6. Wyznaczenie współrzędnych trzeciej krzywej przejściowej / 164
7.7. Określenie współrzędnych pozostałych punktów charakterystycznych / 165
7.8. Wybór wariantu projektowego / 166
7.9. Przykład obliczeniowy / 167

8. Analityczna metoda projektowania łuków odwrotnych / 171
8.1. Założenia ogólne / 171
8.2. Dobór parametrów projektowanego układu geometrycznego / 172
8.3. Wyznaczenie współrzędnych pierwszej krzywej przejściowej / 173
8.4. Wyznaczenie współrzędnych pierwszego łuku kołowego / 174
8.5. Wyznaczenie współrzędnych drugiej krzywej przejściowej / 175
8.6. Wyznaczenie współrzędnych trzeciej krzywej przejściowej / 176
8.7. Wyznaczenie współrzędnych drugiego luku kołowego / 177
8.8. Wyznaczenie właściwego położenia początku lokalnego układu współrzędnych / 179
8.9. Przykłady obliczeniowe / 180

9. Wspomaganie komputerowe w projektowaniu układu geometrycznego z wykorzystaniem pomiarów satelitarnych / 183
9.1. Metoda mobilnych pomiarów satelitarnych a techniki CAD / 184
9.2. Algorytmy i programy wspomagające projektowanie i ocenę układów geometrycznych linii kolejowej w planie sytuacyjnym / 189
9.2.1. Wizualizacja trasy / 193
9.2.2. Poligon trasy – analiza odcinków prostych / 197
9.2.3. Ocena rejonu zmiany kierunków głównych trasy / 206

10. Określanie parametrów pomierzonego układu geometrycznego / 209
10.1. Założenia do uniwersalnego programu wspomagającego projektowanie osi toru / 210
10.2. Analiza przypadków z zastosowaniem algorytmów wspomagających projektowanie i ocenę układów geometrycznych / 211
10.2.1. Kierunki główne / 211
10.2.2. Rejon zmiany kierunku trasy / 214
10.2.3. Łuk koszowy / 220
10.2.4. Złożony układ geometryczny / 221

11. Nowa metoda regulacji osi toru / 224
11.1. Pojęcie regulacji osi toru / 224
11.2. Uwagi na temat metodyki regulacji osi toru / 224
11.3. Stosowana metodyka regulacji osi toru / 226
11.4. Uniwersalna metoda regulacji osi toru / 229
11.4.1. Podstawowe założenia / 229
11.4.2. Tworzenie poligonu kierunków głównych trasy / 229
11.4.3. Ocena odcinków prostych trasy / 231
11.4.4. Projektowanie trasy położonej w łuku / 232
11.4.5. Kryteria optymalizacji / 232
11.4.6. Proces optymalizacji wyboru wariantu / 233
11.4.7. Podsumowanie / 237

Zakończenie / 239
Bibliografia / 242
Streszczenie w języku polskim / 249
Streszczenie w języku angielskim / 249