RU2810283C2 - Path control system - Google Patents
Path control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810283C2 RU2810283C2 RU2021139147A RU2021139147A RU2810283C2 RU 2810283 C2 RU2810283 C2 RU 2810283C2 RU 2021139147 A RU2021139147 A RU 2021139147A RU 2021139147 A RU2021139147 A RU 2021139147A RU 2810283 C2 RU2810283 C2 RU 2810283C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- track
- path
- geometry data
- control system
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD
Настоящее изобретение относится к железнодорожной инфраструктуре, а в частности, к системе контроля пути, подходящей для установки на транспортном средстве, например, грузовом или пассажирском поезде.The present invention relates to railway infrastructure, and in particular to a track control system suitable for installation on a vehicle such as a freight or passenger train.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Необходимо контролировать состояния железнодорожных путей, или их составляющих шпал, рельсов, и т.д., для обеспечения безопасности эксплуатации с течением времени. Пути подвергаются износу и усталости, а с течением времени, и повреждению, например, вследствие физических напряжений, вызванных движением поездов, погодных условий и других факторов, которые приводят к разрушению материала пути. Мониторинг путей на регулярной основе способствует идентификации такого повреждения или разрушения. Это, в свою очередь, способствует эффективному техническому обслуживанию путей, например, без вовлечения дополнительных затрат, вызванных повреждением путей, которые невозможно отремонтировать после обнаружения. It is necessary to monitor the condition of railway tracks, or their component sleepers, rails, etc., to ensure safe operation over time. Tracks are subject to wear and fatigue, and over time, damage, for example due to physical stress caused by train traffic, weather conditions and other factors that lead to the destruction of the track material. Monitoring pathways on a regular basis helps identify such damage or destruction. This in turn facilitates efficient track maintenance, for example without incurring additional costs caused by track damage that cannot be repaired once detected.
За последние годы, на рынке появилось множество специальных систем осмотра путей. Появилась возможность вручную управлять токоприемником с помощью системы глобального позиционирования GPS и/или за счет установки камеры для обзора различных мест на пути, для выявления нерегулярностей/деформаций рельсов. Однако, такой осмотр является дорогостоящим, медленным и требует, чтобы путь был свободен (т.е., не использовался), чтобы этот способ мог выполняться оператором.In recent years, many special track inspection systems have appeared on the market. It is now possible to manually control the pantograph using a GPS global positioning system and/or by installing a camera to view various locations along the track to identify irregularities/deformations in the rails. However, such inspection is expensive, slow, and requires the path to be clear (i.e., not in use) for this method to be performed by the operator.
Кроме того, в дополнение к обеспечению точных измерений позиции рельса с точки зрения трехмерной строки его геопространственных координат, важно контролировать качество и безопасность пути с точки зрения таких параметров, как ширина колеи, продольный уровень, выравнивание, наклон рельса вовнутрь и перекос пути, называемые геометрией пути, для проведения работ по техническому обслуживанию. Способы для получения точных значений геометрии пути включают в себя многократное измерение пути и усреднение полученных результатов по геометрии пути, или измерение геометрии пути при низких скоростях, например, менее 20 км/ч.Additionally, in addition to providing accurate measurements of the rail's position in terms of its three-dimensional geospatial coordinates, it is important to monitor the quality and safety of the track in terms of parameters such as gauge, longitudinal level, alignment, rail inclination, and track skew, called geometry paths for carrying out maintenance work. Methods for obtaining accurate track geometry values include repeatedly measuring the track and averaging the results over the track geometry, or measuring track geometry at low speeds, such as less than 20 km/h.
Из-за высокой первоначальной стоимости, измерения в большинстве стран собирают нечасто, обычно дважды в год, - для оценки качества пути, и раз в несколько лет - для получения данных по географической позиции пути. Due to the high initial cost, measurements are collected infrequently in most countries, usually twice a year to assess track quality, and once every few years to obtain data on the geographic position of the track.
Одновременные измерения географической позиции пути и его геометрии стало возможным, благодаря внедрению оборудования для сканирования и формирования изображения, в сочетании с системами ГЛОНАСС. Однако, геопространственная позиция пути и геометрия пути (состоянии пути) в работах из уровня техники рассматриваются с помощью отдельных измерений, из-за чего их корреляция была проанализирована в меньшей степени. Кроме того, вследствие неточностей GPS-сигналов, в работах из уровня техники не было возможности использовать данные географической позиции рельса, для улучшения значения геометрии пути. Simultaneous measurements of the geographic position of a path and its geometry became possible thanks to the introduction of scanning and imaging equipment in combination with GLONASS systems. However, the geospatial position of the path and the geometry of the path (path state) in the prior art works are considered using separate measurements, due to which their correlation has been analyzed to a lesser extent. In addition, due to the inaccuracies of GPS signals, prior art work was not able to use rail geographic position data to improve the track geometry value.
Таким образом, возникает необходимость в исследовании корреляции геопространственного/географической позиции пути с его качеством (или профиля/геометрии пути), и в использовании упомянутой корреляции для контроля и повышения качества пути на регулярной основе. Кроме того, есть необходимость в получении возможности сбора и обновления данных по геометрии пути во время одного прохода транспортного средства, движущегося на высокой скорости по своей траектории.Thus, there is a need to study the correlation of geospatial/geographic position of a path with its quality (or profile/geometry of the path), and to use the said correlation to monitor and improve the quality of the path on a regular basis. In addition, there is a need to be able to collect and update track geometry data during a single pass of a vehicle moving at high speed along its trajectory.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является преодоление по меньшей мере одного из вышеуказанных недостатков. Другие преимущества изобретения станут более ясными из подробного описания технических признаков.The purpose of the present invention is to overcome at least one of the above disadvantages. Other advantages of the invention will become clearer from the detailed description of the technical features.
Согласно аспекту изобретения обеспечена система контроля пути (и способ) для ее установки на транспортном средстве на пути, содержащем по меньшей мере один рельс. Система контроля пути содержит блок измерения позиции и ориентации, сконфигурированный для определения географической позиции и ориентации системы в ходе по меньшей мере одного прохода транспортного средства по пути, носитель информации для хранения данные геометрии пути, блок лазерного формирования изображения и/или сканирования, сконфигурированный для определения позиции по меньшей мере одного рельса относительно системы контроля пути и позиции по меньшей мере одного рельса и окружения относительно системы контроля пути, в ходе по меньшей мере одного прохода, процессор, сконфигурированный для определения по меньшей мере за один проход, первой позиции рельса с географической привязкой, исходя из географической позиции и ориентации системы контроля рельсов и позиции по меньшей мере одного рельса относительно системы, определения по меньшей мере за один проход, второй позиции рельса с географической привязкой, исходя из географической позиции и ориентации системы контроля рельсов и позиции по меньшей мере одного рельса и окружения относительно системы контроля рельсов, определения третьей позиции рельса с географической привязкой, исходя из первой и второй позиции рельса с географической привязкой и соответствующих данных геометрии пути с географической привязкой, приема, при дополнительном проходе, данных геометрии пути, связанных с каждой позицией рельса относительно системы контроля рельсов, и выходных данных блока измерения позиции и ориентации, обновления, исходя из третьей позиции рельса с географической привязкой, данных геометрии пути, полученных при дополнительном проходе, и сохранения обновленных данных геометрии пути на носителе информации.According to an aspect of the invention, a track control system (and method) is provided for installation on a vehicle on a track comprising at least one rail. The path control system comprises a position and orientation measuring unit configured to determine the geographic position and orientation of the system during at least one passage of the vehicle along the path, an information carrier for storing path geometry data, a laser imaging and/or scanning unit configured to determine the position of the at least one rail relative to the track control system and the position of the at least one rail and the environment relative to the track control system, during at least one pass, the processor configured to determine, in at least one pass, a first geo-referenced position of the rail , based on the geographic position and orientation of the rail control system and the position of at least one rail relative to the system, determining, in at least one pass, a second georeferenced rail position, based on the geographic position and orientation of the rail control system and the position of at least one rail and surroundings relative to the rail control system, determining the third geo-referenced rail position based on the first and second geo-referenced rail positions and the corresponding geo-referenced track geometry data, receiving, in an additional pass, the track geometry data associated with each rail position relative to the rail monitoring system, and the output data of the position and orientation measurement unit, updating, based on the third position of the georeferenced rail, the track geometry data obtained from the additional pass, and storing the updated track geometry data on a storage medium.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фигура 1 показывает систему контроля пути в позиции, установленной на транспортном средстве, согласно варианту воплощения настоящего изобретения.Figure 1 shows a path control system in a position mounted on a vehicle, according to an embodiment of the present invention.
Фигура 2 показывает блочное расположение компонентов системы контроля пути и блок-схему способа согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Figure 2 shows a block arrangement of components of a path control system and a flow diagram of a method according to an embodiment of the present invention.
Фигура 3a показывает пример профиля абсолютной высоты (z), полученного системой контроля пути в варианте воплощения изобретения. Figure 3a shows an example of an altitude (z) profile obtained by a path control system in an embodiment of the invention.
Фигуры 3b - 3c показывают дополнительно примеры способа, осуществляемого системой в варианте воплощения изобретения. Figures 3b - 3c further show examples of the method carried out by the system in an embodiment of the invention.
Фигура 4 показывает блок-схему для обновления профиля геометрии пути согласно варианту воплощения изобретения.Figure 4 shows a flow chart for updating a path geometry profile according to an embodiment of the invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Объекты, приведенные в качестве примера в данном описании, представлены для содействия всестороннему пониманию различных примерных вариантов воплощения настоящего изобретения, раскрытых со ссылкой на прилагаемые Фигуры. Следовательно, обычным специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения и модификации примерных вариантов воплощения, описанных в настоящей работе, могут быть сделаны без отступления от объема заявленного изобретения. В частности, могут быть реализованы сочетания конкретных признаков различных аспектов изобретения. Аспект или вариант воплощения изобретения может быть дополнительно выгодно усилен за счет добавления признака, который был описан применительно к другому аспекту или варианту воплощения изобретения.The objects exemplified herein are presented to facilitate a comprehensive understanding of various exemplary embodiments of the present invention, disclosed with reference to the accompanying Figures. Accordingly, those of ordinary skill in the art will appreciate that various changes and modifications to the exemplary embodiments described herein may be made without departing from the scope of the claimed invention. In particular, combinations of specific features of various aspects of the invention may be implemented. An aspect or embodiment of the invention may be further advantageously enhanced by the addition of a feature that has been described in connection with another aspect or embodiment of the invention.
Кроме того, функциональность, связанная с любым конкретным средством, может быть централизованной или распределенной, будь то локально или удаленно. Может быть выгодным установить, что термины «включают в себя» и «содержат», а также их производные, означают включение без ограничения. В дополнение, ссылка на элемент в единственном числе не исключает возможности наличия более одного элемента, если из контекста не будет четко следовать наличие одного и только одного из элементов. Таким образом, единственное число обычно означает «по меньшей мере один».In addition, the functionality associated with any particular tool may be centralized or distributed, either locally or remotely. It may be beneficial to stipulate that the terms “include” and “comprise,” as well as their derivatives, mean inclusion without limitation. In addition, reference to an element in the singular does not exclude the possibility of having more than one element unless the context clearly indicates the presence of one and only one of the elements. Thus, the singular usually means "at least one."
Термин «путь» или «железнодорожный путь» следует понимать как конструкцию, состоящую из железнодорожных шпал (шпал), рельсов, прикрепленных к шпалам, и балласта, внедренного в упомянутые шпалы (или сплошного подрельсового основания), и нижележащей насыпи. Путь можно дополнительно понимать как агрегат по меньшей мере из упомянутых частей, которые способствуют движению транспортного средства по множеству поверхностей пути. Термин «рельс», хотя его можно взаимозаменяемо использовать в описании с термином «путь», в первую очередь следует понимать как составная часть пути. Каждый рельс может содержать внутреннюю и внешнюю поверхность, где внутренние поверхности рельсов обращены друг к другу.The term "track" or "railroad track" is to be understood as a structure consisting of railroad sleepers (ties), rails attached to the sleepers, and ballast embedded in said sleepers (or a continuous sub-rail), and the underlying embankment. A track can be further understood as an assembly of at least said parts that facilitate the movement of a vehicle along a plurality of track surfaces. The term "rail", although it can be used interchangeably in description with the term "track", should primarily be understood as a component of the track. Each rail may include an inner and outer surface, where the inner surfaces of the rails face each other.
Термин «головка рельса» следует понимать как верхняя часть рельса, которая находится в контакте с транспортным средством, когда оно проходит по пути. Термин «подошва рельса» следует понимать как нижняя часть рельса, которая находится в контакте с землей. Головка рельса и подошва рельса могут быть соединены друг с другом, образуя единую непрерывную поверхность.The term "rail head" should be understood as the top part of the rail that is in contact with the vehicle as it passes along the track. The term "rail foot" should be understood as the bottom part of the rail that is in contact with the ground. The head of the rail and the foot of the rail can be connected to each other to form a single continuous surface.
Термин «окружение» может охватывать области, расположенные вокруг или вблизи рельса или пути. Окружение могут включать в себя объекты или препятствия рядом с траекторией транспортного средства, а также может включать в себя соседний путь. The term "surroundings" may include areas located around or near a rail or track. The environment may include objects or obstacles adjacent to the vehicle's path and may also include an adjacent path.
Система декартовых координат была использована для описания данных по пространственным координатам/позиции для примерных вариантов воплощения настоящего изобретения. Координата «x» может быть использована для обозначения точки в пространстве, которая лежит на оси по направлению пути, и может соответствовать направлению движения транспортного средства по пути. Координата «y» может быть использована для обозначения точки в пространстве, которая лежит на оси, перпендикулярной к внешняя/внутренней поверхности рельса. Координата «z» может быть использована для обозначения точки в пространстве, которая лежит на оси, перпендикулярной к земле, и может применяться для обозначения высота рельса, измеренная от земли. Под «позицией» следует понимать совокупность координат, выраженную в направлениях x, y, z.A Cartesian coordinate system has been used to describe spatial coordinate/position data for exemplary embodiments of the present invention. The "x" coordinate can be used to designate a point in space that lies on an axis in the direction of the path, and can correspond to the direction of travel of the vehicle along the path. The "y" coordinate can be used to designate a point in space that lies on an axis perpendicular to the outer/inner surface of the rail. The "z" coordinate can be used to denote a point in space that lies on an axis perpendicular to the ground, and can be used to denote the height of the rail measured from the ground. By “position” we mean a set of coordinates expressed in the x, y, z directions.
Фигура 1 показывает систему контроля пути согласно варианту воплощения настоящего изобретения.Figure 1 shows a path control system according to an embodiment of the present invention.
Система контроля пути может быть сконфигурирована как единый блок, который может быть установлен на транспортном средстве. Система может быть установлена на внешней части (например, на передней или задней) транспортного средства, например, поезда, и содержит блок 101 измерения позиции и ориентации, для измерения данных позиционирования (включая угловую позицию/ориентацию) системы, инерциальный 1011 измерительный блок (ИИБ), содержащийся как часть блока измерения позиции и ориентации, для измерения ускорения и вращение системы, носитель информации или память 102, блок 103 лазерного сканирования и/или формирования изображения, содержащий по меньшей мере лазерный 1031 сканер, включающий в себя, например, лазерная система обнаружения и измерения дальности (лидар) 1032 на 360 градусов, для получения данных расстояния/и ориентации рельса и/или окружения (например, платформ, растений, мостов) относительно системы и/или по меньшей мере один датчик изображения или камеру 1033 для приема изображений или киноизображений рельса и/или окружения. Блок лазерного сканирования может содержать по меньшей мере один лазер для облучения и сбор информации о каждом рельсе, составляющем путь, и/или информации об окружающих объектах. Блок сканирования адаптирован для поворота на 360 градусов вокруг своей оси, для получения данных о дальности, соответствующих близости железнодорожного пути.The path control system can be configured as a single unit that can be installed on a vehicle. The system may be mounted on an exterior (e.g., front or rear) of a vehicle, such as a train, and includes a position and orientation measurement unit 101 for measuring positioning data (including angular position/orientation) of the system, an inertial measurement unit (IMU) 1011 ) contained as part of a position and orientation measuring unit for measuring the acceleration and rotation of the system, a storage medium or memory 102, a laser scanning and/or imaging unit 103 containing at least a
Система контроля пути дополнительно содержит процессор 104 для обработки данных, полученных элементами системы, и блок 105 связи. Процессор может быть воплощен как центральный блок, обрабатывающий выходные сигналы, соответствующие блоку измерения позиции и ориентации и блоку сканирования/и формирования изображения, или в качестве распределенных блоков, обрабатывающий каждый выходной сигнал по отдельности. Блок позиционирования может содержать, например, приемопередатчик/приемник 1012 глобальной спутниковой навигационной системы (ГЛОНАСС) для измерения географической позиции системы. Этот блок ГЛОНАСС может быть прикреплен к мачте/опоре 1013, сконструированной из жесткого материала, такого как углеродное волокно. Опора установлена так, что она выступает из части системы контроля пути, которая вмещает в себя блок лазерного сканирования и/или формирования изображения, в направлении, перпендикулярном к направлению пути, и имеет подходящую длину. Опора может складываться для простоты транспортировки. The path control system additionally contains a processor 104 for processing data received by system elements, and a communication unit 105. The processor may be implemented as a central unit processing the output signals corresponding to the position and orientation measurement unit and the scanning/and imaging unit, or as distributed units processing each output signal separately. The positioning unit may include, for example, a global navigation satellite system (GLONASS) transceiver/
Система контроля пути может присутствовать в виде единого блока или в виде отдельных частей, и может быть установлена на внешней секции/часть транспортного средства, например, на его переднем или заднем конце. Для прикрепления или соединения системы с транспортным средством могут быть использованы любые подходящие средства крепления. Транспортное средство может быть снабжено подходящим сцепным устройством, способным связывать систему с поездом, например, через подходящую переходную муфту. Установка блока является съемной. Установку, как и отсоединение можно осуществлять за промежуток времени менее двух минут, что легко достигается при регулярных остановках поезда. Это снижает необходимость в специальных измерительных поездах или в дополнительных путях для поездов, прокладываемых для облегчения измерения путей, без помех для нормального обслуживания поездов. The path control system may be present as a single unit or in separate parts, and may be installed on an outer section/part of the vehicle, for example at its front or rear end. Any suitable means of attachment may be used to attach or connect the system to the vehicle. The vehicle may be provided with a suitable coupling device capable of coupling the system to the train, for example through a suitable coupling coupling. The unit installation is removable. Installation, as well as disconnection, can be carried out in a period of less than two minutes, which is easily achieved during regular train stops. This reduces the need for special measuring trains or additional train tracks laid to facilitate track measuring without interfering with normal train service.
Когда транспортное средство меняет направление пути, прикрепленная система проходит путь вместе с транспортным средством. В нижеследующем разделе подробно описан каждый компонент системы контроля пути и описан способ для получения и обновления данных геометрии пути с использованием данных, полученных с помощью упомянутых компонентов. Система может быть дополнительно снабжена силовыми блоками, и другими системами управления и контроля (не показаны), для управления различными элементами/компонентами системы, как легко может быть понято специалистами в данной области техники.When the vehicle changes path direction, the attached system follows the path along with the vehicle. The following section describes in detail each component of the track control system and describes a method for obtaining and updating track geometry data using data obtained using said components. The system may be further provided with power units, and other control and monitoring systems (not shown), to control various elements/components of the system, as will readily be understood by those skilled in the art.
Фигура 2 показывает блочное расположение системы контроля пути согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Figure 2 shows a block arrangement of a path control system according to an embodiment of the present invention.
Согласно варианту воплощения блок 201 измерения позиции и ориентации измеряет географическую позицию системы и/или транспортного средства, на которой оно установлено, при прохождении пути транспортным средством. Блок измерения позиции и ориентации может включать в себя приемник/приемопередатчик ГЛОНАСС, содержащий глобальную систему позиционирования (GPS), для измерения позиций в режиме реального времени. Для этой цели, антенна ГЛОНАСС может быть прикреплена к мачте/опоре в заданной позиции (на заданной высоте).According to an embodiment, the position and
Не ограничиваясь примерами, приемник GPS может определять трехмерные (x, y, z) координаты позиции системы на интервале 15 м, предпочтительно, 10 м, а более предпочтительно, на интервалах 8 м между двумя точками измерения. Данные также можно собирать при произвольных интервалах. Блок измерения позиции и ориентации может предоставлять данные о геопространственной позиции системы, когда оно связано с транспортным средством, например, поездом, который движется при средней скорости 160 км/ч. Without being limited to the examples, the GPS receiver can determine three-dimensional (x, y, z) coordinates of the system position at 15 m, preferably 10 m, and more preferably at 8 m intervals between two measurement points. Data can also be collected at random intervals. The position and orientation measurement unit can provide data about the geospatial position of the system when it is associated with a vehicle, such as a train, which is traveling at an average speed of 160 km/h.
В варианте воплощения, данные позиционирования, определенные приемником GPS/ГЛОНАСС, могут быть улучшены с использованием данных, извлеченных из опорной станции непрерывного действия (ОСНД). Такая корректировка повышает точность измерений GPS до диапазона рабочих частот +/- 50 мм. In an embodiment, the positioning data determined by the GPS/GLONASS receiver can be improved using data extracted from a continuous reference station (CRS). This adjustment improves the accuracy of GPS measurements to an operating frequency range of +/- 50 mm.
На движущемся транспортном средстве, позиция датчика не фиксируется равномерно. В неточности вносит вклад множество факторов, включая вибрацию, удар, ускорения и перемещения транспортного средства, которые необходимо учитывать при расчете позиции системы. Поэтому, для получения значимых/точных измерений геометрии рельса или пути, влияние этих различных факторов необходимо исключить из измеренных данных.On a moving vehicle, the sensor position is not fixed uniformly. Many factors contribute to inaccuracies, including vibration, shock, acceleration and vehicle motion, which must be taken into account when calculating the system position. Therefore, to obtain meaningful/accurate measurements of rail or track geometry, the influence of these various factors must be removed from the measured data.
В варианте воплощения, блок измерения позиции и ориентации содержит инерциальный измерительный блок (ИИБ), который выявляет вращение/ускорение транспортного средства. ИИБ дополнительно регулирует угловую ориентацию системы путем регулирования ориентации системы применительно к инерциальной системе координат опорного или иного объекта. ИИБ включает в себя сочетание инерциальных датчиков, таких как один или более акселерометров и один или более гироскопов (например, вертикальный гироскоп, гироскоп скорости), и т.п. ИИБ принимает данные скорости/ускорения, исходя из движения транспортного средства. С помощью ИИБ, позицию системы контроля пути можно скорректировать с точностью +/- 15 мм. Измерения с помощью ИИБ можно осуществлять на интервале 3 м, предпочтительно, 1 м, а более предпочтительно, 0,1-0,3 м по пути, с рабочей частотой 200-500 Гц, предпочтительно, 300 Гц. Как должно быть ясно специалистам в данной области техники, в изобретении ГЛОНАСС и ИИБ могут быть воплощены в виде одного и того же, либо отдельных объектов.In an embodiment, the position and orientation measurement unit comprises an inertial measurement unit (IMU) that detects rotation/acceleration of the vehicle. The IMU further regulates the angular orientation of the system by adjusting the orientation of the system in relation to the inertial coordinate system of the reference or other object. The IMU includes a combination of inertial sensors, such as one or more accelerometers and one or more gyroscopes (eg, vertical gyroscope, velocity gyroscope), and the like. The IMU receives speed/acceleration data based on the vehicle's movement. Using the IMS, the position of the path control system can be adjusted with an accuracy of +/- 15 mm. Measurements with the IMU can be carried out at intervals of 3 m, preferably 1 m, and more preferably 0.1-0.3 m along the path, with an operating frequency of 200-500 Hz, preferably 300 Hz. As should be clear to those skilled in the art, in the invention GLONASS and IMS can be implemented as the same or separate objects.
В дополнение к позиционной корректировке путем измерения угловой ориентации системы контроля пути, ИИБ также может принимать данные о шаге, угловом колебательном движении, и информацию о рыскании транспортного средства, которые можно использовать для определения параметров геометрии пути, таких как наклон, уклон, продольный уровень, поперечный уровень, кривизна пути, и т.д. Точные и одновременные измерения относительных перемещений между датчиком GPS и проверяемым путем или рельсом очень существенны при получении правильного профиля рельса и измерений геометрии пути.In addition to positional adjustment by measuring the angular orientation of the track control system, the IMU can also receive pitch, angular oscillation, and yaw information of the vehicle, which can be used to determine track geometry parameters such as slope, grade, pitch, transverse level, path curvature, etc. Accurate and simultaneous measurements of the relative movements between the GPS sensor and the track or rail being inspected are essential in obtaining correct rail profile and track geometry measurements.
Выходные данные блока позиционирования подают на процессор, который обрабатывает каждую измеренную географическую позицию системы для получения профиля позиций системы на протяжении пути или траектории транспортного средства. Например, Фигура 3a показывает иллюстрацию того, как абсолютная высота (z) системы контроля пути, ztms, изменяется по пути. The output of the positioning unit is fed to a processor, which processes each measured geographic position of the system to obtain a profile of the system's positions along the vehicle's path or trajectory. For example, Figure 3a shows an illustration of how the altitude (z) of the path control system, z tms , changes along the path.
Блок 202 лазерного формирования изображения и/или сканирования, содержащий датчики формирования изображения и/или сканирования, способен захватывать изображения и/или сканированные данные каждого рельса и/или окружения при движении транспортного средства по рельсовым путям. Можно использовать датчик изображения лазерной системы обнаружения и измерения дальности (лидара). Блок формирования изображения содержит по меньшей мере один лазер, обладающий заданными характеристиками (шириной импульса, интенсивностью, выходной мощностью и т.д.), и который функционирует в подходящем диапазоне длин волн. В предпочтительном варианте воплощения, каждый лазер, содержащийся в блоке лазерного формирования изображения и/или сканирования, сконфигурирован для проецирования луча на любой рельс, при этом пятно лазерного луча имеет эллиптическое пространственное поперечное сечение. Эллиптический луч освещает секцию пути/рельса вдоль своих осей y и/или z, при заданной координате x, в характеристическом способе секционирования света. Принцип секционирования света и его применение в измерениях трехмерной топологии очевиден специалистам в данной области техники, а следовательно, в дальнейшем не рассматривается. Настраиваемые лазеры особо применимы для регулирования характеристик лазерного излучения. Блок формирования изображения может включать в себя лазеры непрерывного излучения (CW), либо импульсные лазеры, причем излучение с течением времени происходит непрерывно или прерывисто. Является предпочтительным, чтобы лазер ультрафиолетового диапазона (например, эксимерный) обследовал пути, при минимизированной интерференции от длин волны видимого света. В качестве альтернативы или в сочетании с этим, в блоке формирования изображения могут быть установлены различные отдельные датчики, с фильтрами длины волны, для регулирования длин волн излучения, выявленного каждым датчиком.The laser imaging and/or
Лазер (лазеры), включенный в блок формирования изображения и/или сканирования, облучает рельс и затем, встроенный в него детектор (например, ПЗС-камера, фотодиод) выявляет, например, интенсивность света, отраженного от поверхности рельса. Для этого можно использовать любой принцип спектроскопии отражения, например, время пролета (TOF). Позицию рельса относительно системы (расстояние от системы) определяют, исходя из излучения, отраженного от поверхности рельса. Каждый лазер сконфигурирован для облучения точки, представляющей интерес, на каждом рельсе. Отраженный свет выявляют соответствующим датчиком и анализируют применительно к падающему/испускаемому лучу, для интерпретации соответствующей геометрии отражающей поверхности (поверхностей), например, рельса. The laser(s) included in the imaging and/or scanning unit irradiate the rail and then a detector (eg, CCD camera, photodiode) built into it detects, for example, the intensity of light reflected from the surface of the rail. Any principle of reflectance spectroscopy, such as time of flight (TOF), can be used for this purpose. The position of the rail relative to the system (distance from the system) is determined based on the radiation reflected from the surface of the rail. Each laser is configured to illuminate a point of interest on each rail. The reflected light is detected by an appropriate sensor and analyzed in relation to the incident/emitted beam to interpret the corresponding geometry of the reflective surface(s), such as a rail.
Блок лазерного формирования изображения и/или сканирования дополнительно принимает профиль изображений высокого разрешения рельса, с использованием, например по меньшей мере одной камеры, при прохождении лазерного луча по рельсу. Изображение дает ссылку на идентичность измеряемого объекта (например, рельса, или его поверхности). Каждая камера может быть расположена на позиции каждого лазера или вблизи нее, для получения изображения представляющей интерес поверхности или точка рельса, которая связана с отраженным излучением. Блок формирования изображения может получать данные изображения, имеющие по меньшей мере примерно 5 мегапикселей, а более предпочтительно, 12 мегапикселей, а еще более предпочтительно, 30 мегапикселей. Для сбора изображений может быть использовано любое подходящее оборудование камеры. Система может дополнительно содержать множество видеокамер с географической привязкой, для наблюдения за контролируемой областью и окружающими объектами при движении транспортного средства по своей траектории (съемочному маршруту). The laser imaging and/or scanning unit further receives a high-resolution image profile of the rail, using, for example, at least one camera, as the laser beam passes along the rail. The image provides a reference to the identity of the object being measured (for example, a rail, or its surface). Each camera may be positioned at or near each laser position to image a surface of interest or a point on the rail that is associated with reflected radiation. The imaging unit may obtain image data having at least about 5 megapixels, and more preferably 12 megapixels, and even more preferably 30 megapixels. Any suitable camera equipment can be used to collect images. The system may additionally contain a plurality of geo-referenced video cameras to monitor the controlled area and surrounding objects as the vehicle moves along its trajectory (survey route).
Изображения может быть захвачено на интервалах 0,5-1,5 м по пути, предпочтительно, 0,09 м при прохождении транспортного средства, движущемся по пути при средней скорости 150-200 км/ч. Блок формирования изображения может измерять координаты более 1400 лазерных точек на головку рельса и 500 раз в секунду (частота 500 Гц). Блок формирования изображения и/или сканирования, таким образом, может быть сконфигурирован из процессора 203, для генерирования данных координат для позиции луча на поверхности рельса, например, бинарных данных, содержащих x (по пути), y (в плоскости и перпендикулярно к поверхности пути/рельса) и z (глубина или высота рельса от земли), и/или генерирования изображения, показывающего лазерный луч на фоне его окружения. Данные позиционирования затем могут быть использованы процессором для расчета геометрии пути, соответствующей по меньшей мере одной из высоты рельса над землей (направление z), ширины колеи или расстояния между рельсами (направление y), центра пути (направление y), расстояния между соседними линиями пути (направление x), уклона (направление z), и т.д. Например, профиль уклона на протяженности расстояния пути может быть отображен путем агрегирования данных позиционирования, соответствующих разности значений zxi для двух рельсов при последовательных или перемежающихся позициях x (x1, x2, …xi) пути. Высота, а следовательно, профиль продольного уровня составляющего рельса пути на протяженности расстояния пути можно получить путем агрегирования данных позиционирования, соответствующих zxi первого рельса или zxi второго рельса при последовательных или перемежающихся позициях x (x1, x2..xi) пути. В случае профиля ширины колеи, разность данных позиционирования, соответствующих yxi обоих рельсов, определяют при различных позициях x1, x2…xi на протяженности расстояния (длина, X км) пути. Профиль геометрии может быть дополнительно выражен применительно к центральной линии пути. Центральную линию пути получают путем агрегирования на протяжении пути (x) центральных точек каждого отдельного расстояния ширины пути, рассчитанного между соответствующими координатами y.Images can be captured at intervals of 0.5-1.5 m along the path, preferably 0.09 m, as the vehicle passes along the path at an average speed of 150-200 km/h. The imaging unit can measure the coordinates of more than 1400 laser points per rail head and 500 times per second (
Каждое захваченное изображение рельса (головки рельса и/или подошвы рельса) может быть скомбинировано с данными, полученными с помощью GPS/и ИИБ процессором, для получения трехмерных позиций рельса с географической привязкой, и для дополнительного расчета износа рельса, путем сопоставления захваченного изображения с опорными изображениями рельса в различных местоположениях пути. Фигура 3b показывает пример изображения (301), полученного блоком формирования изображения и/или сканирования, которое сопоставляется с опорным (302) в конкретном местоположении пути, а износ (303) обозначается в виде расхождения текущего профиля с опорным. Each captured image of a rail (rail head and/or rail toe) can be combined with data obtained using a GPS/IBI processor to obtain georeferenced 3D rail positions, and to further calculate rail wear by matching the captured image to reference images of the rail at various track locations. Figure 3b shows an example of an image (301) obtained by the imaging and/or scanning unit that is compared to a reference (302) at a particular path location, and wear (303) is indicated by the deviation of the current profile from the reference.
Для повышения области обзора, несколько датчиков формирования изображения могут быть использованы в блоке лазерного формирования изображения, а в качестве альтернативы, или наряду с ним, в сканере лидар на 360 градусов. В предпочтительном варианте воплощения, центральный датчик формирования изображения может быть расположен, как правило, вокруг рельса, проверяемого при использовании, а два датчики формирования изображения - на каждой из его сторон. Центральный датчик обеспечивает вид сверху используемого пути, тогда как датчики сбоку наклонены к нему под углом и обеспечивают вид остального пути с каждой стороны рельса. Сканер ЛИДАР на 360 градусов выявляет объекты (препятствия) в зоне излучения вокруг рельсового транспорта. Сканер может содержать лазер, который вращается вокруг заданной оси при скоростях 150-200 оборотов в секунду. Сканированные данные, полученные со сканера ЛИДАР на 360 градусов, комбинируют с данными, полученными с помощью GPS/и ИИБ, с получением трехмерного облака точек географической позиции, связанной с путем и окружением.To increase the field of view, multiple imaging sensors can be used in a laser imaging unit, and alternatively, or alongside it, in a 360 degree lidar scanner. In a preferred embodiment, a central imaging sensor may be located generally around the rail being tested in use, with two imaging sensors on each of its sides. The central sensor provides a top view of the track in use, while the side sensors are angled towards it and provide a view of the rest of the track on each side of the rail. A 360-degree LIDAR scanner detects objects (obstacles) in the radiation zone around rail vehicles. The scanner may contain a laser that rotates around a given axis at speeds of 150-200 revolutions per second. The scanned data obtained from the 360-degree LIDAR scanner is combined with data obtained from GPS/and IIS to produce a three-dimensional point cloud of the geographic position associated with the path and surroundings.
Расстояние между системой контроля пути и поверхностью рельса на протяжении пути может быть дополнительно определено процессором путем сопоставления координаты позиции системы контроля пути, полученной с помощью GPS и/или ИИБ, с координатой позиции рельса, как показано на Фигуре 3c. Разброс расстояния (Δ) выше заданного порога можно использовать для определения дефектов на пути.The distance between the track control system and the rail surface along the track can be further determined by the processor by comparing the track control system position coordinate obtained using GPS and/or IMU with the rail position coordinate, as shown in Figure 3c. Distance variation (Δ) above a given threshold can be used to identify defects along the path.
Измерения географической позиции системы с помощью GPS и/или ИИБ в сочетании с определением позиции рельса относительно системы с помощью блока лазерного формирования изображения/сканирования позволяет процессору определять трехмерную географическую позицию рельса, на которую указывается в данных ГЛОНАСС, и соответствующие трехмерные данные геометрии пути с географической привязкой, с высокой точностью. Measuring the geographic position of the system using GPS and/or IMU, combined with determining the position of the rail relative to the system using a laser imaging/scanning unit, allows the processor to determine the three-dimensional geographic position of the rail, which is indicated in the GLONASS data, and the corresponding three-dimensional track geometry data from the geographic binding, with high accuracy.
Путем агрегирования GPS и/или ИИБ и измерений рельса с использованием блока сканирования/и формирования изображения (данные изображения высокого разрешения) на протяжении (например, длины и/или ширины и/или высота) пути, для пути можно получить трехмерную позицию с географической привязкой и профили геометрии пути. Данные геометрии пути с географической привязкой могут содержать такие параметры, как уклон, ширина колеи, центральная линия пути, и т.д. By aggregating GPS and/or MIS and rail measurements using a scanning/imaging unit (high resolution image data) along (e.g. length and/or width and/or height) the track, a georeferenced 3D position can be obtained for the track and path geometry profiles. Geo-referenced track geometry data can contain parameters such as grade, gauge, track centerline, etc.
Блок формирования изображения и/или сканирования пути системы измерения сконфигурирован так, чтобы он вращался вокруг центральной оси, для дополнительного приема данных о трехмерном положении/ о дальности рельсов, в сочетании с окружением пути, в трех измерениях. Это позволяет получить трехмерную точечную карту/облако, извлеченное из данных отражения, полученных от рельсов и объектов вблизи пути. Как было указано выше, такие данные комбинируются с трехмерной географической позицией, полученной с помощью GPS и/или ИИБ, что приводит к получению облака точек данных с географической привязкой, из которых рассчитывают соответствующие параметры геометрии пути по протяженности пути. Такие данные геометрии пути, полученные из данных позиционирования облака точек, можно сопоставить/сравнить с данными геометрии пути с географической привязкой, для повышения точности измерений геометрии рельса. The measurement system's track imaging and/or scanning unit is configured to rotate about a central axis to additionally receive three-dimensional position/range data of the rails, in conjunction with the track environment, in three dimensions. This produces a 3D point map/cloud extracted from reflectance data collected from rails and objects near the track. As stated above, such data is combined with a three-dimensional geographic position obtained using GPS and/or IRS, resulting in a cloud of georeferenced data points from which the corresponding track geometry parameters along the track length are calculated. Such track geometry data obtained from point cloud positioning data can be matched/compared with georeferenced track geometry data to improve the accuracy of rail geometry measurements.
В варианте воплощения, проверку пути можно повторять путем многократного использования транспортного средства (например, 3-4 проходов) на конкретной траектории/пути. Каждый проход транспортного средства по пути дает трехмерное облако точек данных с географической привязкой, из которого можно дополнительно рассчитать профили геометрии пути, например, центральные линии пути, и сравнить/сопоставить их с геометрией пути, например, центральные линии пути, связанные с данными отражения от рельса, в сочетании с данными позиционирования, полученными от GPS и/или ИИБ. Хотя это не является существенным для изобретения, данные, полученные с помощью таких нескольких проходов, могут дополнительно повысить точность географических позиций рельса, а следовательно, данные геометрии пути с географической привязкой.In an embodiment, the path test can be repeated by using the vehicle multiple times (eg, 3-4 passes) on a particular trajectory/path. Each vehicle pass along a track produces a georeferenced 3D data point cloud from which track geometry profiles, such as track centerlines, can be further calculated and compared/contrasted with track geometry, such as track centerlines associated with reflection data from rail, in combination with positioning data obtained from GPS and/or information storage system. Although not essential to the invention, the data obtained from such multiple passes can further improve the accuracy of the geographic rail positions, and hence the georeferenced track geometry data.
Расчет центра пути особо эффективен при объединении профилей геометрии пути или точечных облаков, полученных от ЛИДАР, собранных при нескольких измерениях пути. Поскольку расстояние от центра пути (опорного) до каждого рельса должно быть постоянным или почти постоянным, результат сравнения позволяет выявить несоосность пути, если расстояние между центром и каждым из рельсов показывает отклонение выше порогового.Path center calculation is particularly effective when combining LIDAR-derived path geometry profiles or point clouds collected from multiple path measurements. Since the distance from the center of the track (reference) to each rail must be constant or almost constant, the comparison result can detect track misalignment if the distance between the center and each of the rails shows a deviation above the threshold.
Другие профили геометрии пути, например, ширины колеи, уклона, продольного уровня можно сопоставлять аналогичным образом и получать с повышенной точностью. Измерения геометрии пути можно осуществлять с точностями, с отклонениями +/-0,5 мм на 10 м измерения. Каждое измерение трехмерного облака точек с географической привязкой сопоставляют с данными о рельсе с географической привязкой, с получением очень точной позиции пути с географической привязкой. С использованием способа, позиции рельса можно определить с точностью, с отклонениями менее 8 мм по направлениям x и y, и с отклонением менее 12 мм по направлению z. Полученный абсолютный профиль геометрии пути и позиция пути могут служить в качестве опорных для определения значений геометрии пути в более поздний период времени. Дополнительные проверки пути можно осуществлять, например, ежемесячно. Каждая проверка дает вышеупомянутые позиции рельсов с географической привязкой и связанные с ними данные геометрии пути/рельса, которые обновляются на регулярной основе. Other track geometry profiles, such as gauge, slope, longitudinal level, can be compared in a similar way and obtained with increased accuracy. Track geometry measurements can be carried out with precision, with deviations of +/-0.5 mm per 10 m of measurement. Each georeferenced 3D point cloud measurement is matched to the georeferenced rail data, yielding a highly accurate position of the georeferenced track. Using the method, the positions of the rail can be determined accurately, with deviations of less than 8 mm in the x and y directions, and with deviations of less than 12 mm in the z direction. The resulting absolute track geometry profile and track position can serve as a reference for determining track geometry values at a later time. Additional path checks can be carried out, for example, monthly. Each check produces the aforementioned geo-referenced rail positions and associated track/rail geometry data, which is updated on a regular basis.
Фигура 4 показывает блок-схему для обновления профиля геометрии пути согласно варианту воплощения изобретения.Figure 4 shows a flow chart for updating a path geometry profile according to an embodiment of the invention.
Как было указано выше, измерения географической позиции системы с помощью GPS и/или ИИБ могут быть скомбинированы с определением позиции рельса относительно системы блоком лазерного формирования изображения/сканирования, для определения трехмерной географической позиции рельса, которые отображаются в данных ГЛОНАСС, и соответствующих трехмерных данных геометрии пути с географической привязкой (профиля).As stated above, GPS and/or IRS measurements of the system's geographic position can be combined with the laser imaging/scanning unit's determination of the rail's position relative to the system to determine the three-dimensional geographic position of the rail, which is displayed in the GLONASS data, and the corresponding three-dimensional geometry data. georeferenced paths (profiles).
Система движется по пути при первом проходе/цикле измерений, с получением первого измерения трехмерного профиля TG0 геометрии пути с географической привязкой для пути. В более поздней точке по времени, например, через месяц, осуществляют второй цикл измерений, для получения второго профиля TG1 геометрии пути с географической привязкой. The system moves along the track on the first pass/cycle of measurements, obtaining the first measurement of the TG 0 3D profile of the georeferenced track geometry for the track. At a later point in time, for example, after a month, a second cycle of measurements is carried out to obtain a second profile TG 1 of the georeferenced track geometry.
Если процессор определяет, что профиль геометрии пути с географической привязкой, полученный в ходе второго цикла измерений рельсового пути, изменился по сравнению с профилем первого цикла измерений, например, выше заданного порогового значения, он обнаруживает несоответствие в параметре геометрии пути в конкретном местоположении (x) или в местоположениях (x1, x2..xi) пути.If the processor determines that the georeferenced track geometry profile obtained from the second round of track measurements has changed from the profile of the first round of measurements, for example, above a specified threshold, it detects a discrepancy in the track geometry parameter at a specific location (x) or at locations (x1, x2..xi) of the path.
В качестве примера, отклонение наклона 2,5 мм, измеренное на длине 20 м пути, считается несоответствием или «измененным путем». As an example, a slope deviation of 2.5 mm measured over a length of 20 m of track is considered a non-conformity or "modified track".
Далее определяют, в какой позиции или позициях пути (например, X м) находится упомянутое изменение профиля. Первый профиль TG0 уклона на упомянутых X м пути заменяют частью второго профиля уклона, который лежит на X м пути. В варианте воплощения, если отклонение между первым (старым) и вторым (новым) профилем выше заданного порогового значения на конкретном расстоянии пути (X м), процессор заменяет часть старого профиля геометрии пути на конкретном расстоянии пути новым профилем, для отражения текущего состояния пути. Новые данные можно подогнать/объединить со старыми данными, с использованием любой подходящей программы аппроксимации. Полученное слияние содержит новые данные на измененном участке пути и старые данные на неизмененном участке, что приводит к обновленному измерению первого профиля геометрии пути. Next, it is determined at which position or positions of the path (eg X m) said profile change is located. The first slope profile TG 0 on said X m path is replaced by a part of the second slope profile, which lies on the X m path. In an embodiment, if the deviation between the first (old) and second (new) profile is above a predetermined threshold value at a specific path distance (X m), the processor replaces a portion of the old path geometry profile at a specific path distance with a new profile to reflect the current state of the path. New data can be fitted/combined with old data using any suitable fitting program. The resulting fusion contains new data on the modified track section and old data on the unchanged section, resulting in an updated measurement of the first track geometry profile.
В качестве альтернативы или в дополнение к этому, часть географической позиции рельса, полученной путем комбинирования сканированных данных рельса и данных, собранных с помощью GPS и/или ИИБ в первом цикле измерений, заменяют географической позицией рельса, полученной во втором цикле измерений. Таким образом, способ обеспечивает обновленные географические данные позиционирования пути, и обзор того, как изменилась позиция пути, а следовательно, и геометрия пути между периодами измерений. Кроме того, ресурсы, которые потребовались бы в ином случае для обновления всех комплектов данных пути, можно эффективно использовать путем замены соответствующих частей первого профиля геометрии пути. Alternatively or in addition, part of the geographic rail position obtained by combining the scanned rail data and the data collected by GPS and/or MIS in the first measurement cycle is replaced with the geographic rail position obtained in the second measurement cycle. Thus, the method provides updated geographic track positioning data, and an overview of how the track position, and hence the track geometry, has changed between measurement periods. In addition, the resources that would otherwise be required to update all sets of path data can be efficiently utilized by replacing the relevant portions of the first path geometry profile.
Как описано выше, трехмерная точечная карта/облако, выведенное из данных отражения, полученных от рельсов и объектов вблизи пути, сочетается с трехмерной географической позицией, полученной с помощью GPS и/или ИИБ, что приводит к получению облака точек данных с географической привязкой, с повышенной точностью, из которого рассчитывают соответствующие параметры геометрии пути по протяженности пути. Такие данные геометрии пути, полученные из данных позиционирования облака точек, можно сопоставлять/сравнивать с данными геометрии пути с географической привязкой, для повышения точности данных геометрии пути. As described above, a 3D point map/cloud derived from reflection data obtained from rails and objects near the track is combined with a 3D geographic position obtained from GPS and/or IIS, resulting in a georeferenced point cloud of data, with increased accuracy, from which the corresponding parameters of the track geometry along the length of the track are calculated. Such path geometry data obtained from point cloud positioning data can be correlated/compared with georeferenced path geometry data to improve the accuracy of the path geometry data.
Сразу после получения обновленного первого профиля геометрии пути, обновленные/замененные участки измененного пути можно привести к требуемой точности уровня географической позиции/геометрии пути, с использованием улучшенной позиции рельса/пути с географической привязкой и соответствующей геометрии пути с географической привязкой, определенной путем сопоставления с измерением трехмерного облака точек с географической привязкой, с данными о рельсе с географической привязкой. Once the updated first track geometry profile is received, the updated/replaced sections of the modified track can be brought to the required geo-position/track geometry level accuracy using the improved geo-referenced rail/track position and the corresponding geo-referenced track geometry determined by comparison to the measurement 3D georeferenced point cloud with georeferenced rail data.
Например, расстояние между соседними линиями пути/расстояния пути, рассчитанное из полученной географической позиции рельса, можно использовать для корректировки данных. В предпочтительном варианте воплощения, в качестве части коррекции объединенной геометрии пути с использованием значений расстояния пути, количество путей, содержащихся на заданной длине пути, полученной с использованием измерения на лазерном сканере на 360 градусов, с географической коррекцией (данные облака точек) и блока приема изображений, можно сравнить и определить, если их количество идентично. Местоположения путей с несоответствием по количеству путей для дополнительной обработки игнорируются. For example, the distance between adjacent track lines/track distances calculated from the obtained geographic position of the rail can be used to adjust the data. In a preferred embodiment, as part of the correction of the combined path geometry using path distance values, the number of paths contained in a given path length obtained using a 360 degree laser scanner measurement, with geographic correction (point cloud data) and an image acquisition unit , can be compared and determined if their number is identical. Path locations with a mismatch in the number of paths for additional processing are ignored.
Затем, те значения геометрии пути, например, в данном случае, расстояние между соседними линиями пути/расстояние между путями, которые можно вывести из географических позиций рельса/пути, полученных в результате некорректного измерения блока измерения позиции и ориентации (ГЛОНАСС/GPS), исключают из комплекта данных. Такие несоответствия обычно возникают в местоположениях пути, где имеется стрелка. Этот выполняется путем первоначальной проверки остаточной погрешности при расчете данных геометрии пути за счет сравнения данных трехмерного облака точек с географической привязкой и данных о рельсе с географической привязкой. Определяют, превышает ли остаточная погрешность пороговое значение по меньшей мере в местоположении рельса/пути, и если да, то значение геометрии пути в точке исключается из опорных данных геометрии пути, используемых для обновления геометрии пути. Это повышает точность обновления за счет компенсации сценариев, где для определенных местоположений пути могут иметься относительно менее надежные данные ГЛОНАСС. Then, those track geometry values, for example in this case the distance between adjacent track lines/distance between tracks, which can be inferred from the geographical positions of the rail/track obtained as a result of incorrect measurement of the position and orientation measurement unit (GLONASS/GPS), are excluded from the data set. Such inconsistencies typically occur at path locations where there is an arrow. This is accomplished by first checking the residual error in the calculation of track geometry data by comparing georeferenced 3D point cloud data and georeferenced rail data. It is determined whether the residual error exceeds a threshold value at least at the rail/track location, and if so, the track geometry value at the point is excluded from the track geometry reference data used to update the track geometry. This improves the accuracy of the update by compensating for scenarios where certain path locations may have relatively less reliable GLONASS data.
Кроме того, разности между расстояниями пути с географической привязкой, вычисленными с использованием измерений облака точек (сканер на 360 градусов) и блока приема изображений, минимизируют с использованием заданных допустимых стандартных отклонений абсолютной позиции. Порядок, в котором выполняют этапы, не влияет на функционирование способа. В случае, когда опорное расстояние пути (профиль) для обновления измеряют путем агрегирования значений, полученных из нескольких проходов транспортного средства по пути, может быть дополнительно осуществлен этап, включающий в себя коррекцию отклонений профиля на различных циклах измерений.In addition, the differences between the georeferenced path distances calculated using the point cloud measurements (360 degree scanner) and the image acquisition unit are minimized using specified absolute position standard deviations. The order in which the steps are performed does not affect the operation of the method. In the case where the reference path distance (profile) to be updated is measured by aggregating values obtained from multiple vehicle passes along the path, the step of correcting profile deviations at different measurement cycles may further be implemented.
Как описано выше, система может принимать изображения пути высокого разрешения в ходе цикла измерений, из которых также можно определить профиль относительных позиций рельса. Из каждого профиля относительных позиций рельса можно рассчитать соответствующие параметры геометрии пути, которые могу быть обновлены на дополнительном цикле измерений. Процессор может быть сконфигурирован для обновления такой геометрии пути, с использованием улучшенной позиция рельса/пути с географической привязкой, с использованием способа. As described above, the system can acquire high-resolution track images during a measurement cycle, from which a profile of relative rail positions can also be determined. From each profile of relative rail positions, the corresponding track geometry parameters can be calculated, which can be updated in an additional measurement cycle. The processor may be configured to update such track geometry using an improved geo-referenced rail/track position using the method.
Благодаря точной географической позиции рельса, полученной системой, профили геометрии пути, полученные из различных циклов измерений, могут быть легко наложены друг на друга, с незначительным смещением позиций между профилями геометрии пути. Коррекция обновленных данных с использованием улучшенной позиции рельса/пути с географической привязкой и/или геометрии пути с географической привязкой позволяет обновлять параметры качества пути с требуемой точностью, с использованием лишь одного цикла измерений. Таким образом, система допускает обновление параметров геометрии пути, осуществляемой на частых интервалах, и более эффективно осуществлять мониторинг качества (например, износа) путей.Thanks to the precise geographic position of the rail obtained by the system, track geometry profiles obtained from different measurement cycles can be easily superimposed on each other, with negligible position shifts between track geometry profiles. Correcting the updated data using improved georeferenced rail/track position and/or georeferenced track geometry allows track quality parameters to be updated with the required accuracy, using only one measurement cycle. In this way, the system allows track geometry parameters to be updated at frequent intervals and the quality (e.g. wear) of tracks to be monitored more effectively.
Обновленные и улучшенные данные геометрии пути передаются через блок связи (не показан) на удаленный компьютер (компьютер пользователя) или сохраняются на носителе информации, - встроенном, либо распределенном относительно системы контроля пути.Updated and improved track geometry data is transmitted via a communication unit (not shown) to a remote computer (user's computer) or stored on a storage medium, either built-in or distributed relative to the track control system.
В варианте воплощения, в дополнение к обработке измерений GPS и блоков формирования изображений, данные можно подвергать предварительной обработке и передать на централизованную вычислительную систему. Для этого, в систему контроля пути могут быть включены отдельные блоки связи. Устройство связи может представлять собой беспроводное устройство, которое может беспроводным образом передавать накопленные данные, или радиочастотный (РЧ) передатчик, который передает их в соответствии с одним или более частотами/протоколами коммерческой сотовой связи (4/5G) на удаленный приемник. Вычислительная система может представлять собой внешний объект, или может быть включена как часть системы. Она также может представлять собой сервер в удаленном местоположении. Это снижает нагрузку на систему, для обработки большого количества данных, связанных с измерениями путей.In an embodiment, in addition to processing the GPS measurements and imaging units, the data may be preprocessed and transmitted to a centralized computing system. For this purpose, separate communication units can be included in the path control system. The communication device may be a wireless device that can wirelessly transmit stored data, or a radio frequency (RF) transmitter that transmits it according to one or more commercial cellular (4/5G) frequencies/protocols to a remote receiver. The computing system may be an external entity, or may be included as part of the system. It may also be a server in a remote location. This reduces the load on the system to process large amounts of data associated with path measurements.
Носитель информации или память может быть электрически соединена с GPS и/или с блоками формирования изображения и сконфигурирована для сохранения изображения и/или данных позиционирования. Данный носитель информации может включать в себя один или более компьютерных жестких дисков, съемных дисков, магнитных дисков, запоминающих устройств только для чтения, запоминающих устройств с произвольным доступом, флеш-носителей или других твердотельных запоминающих устройств, и т.п. Запоминающее устройство (необязательно) может быть расположено удаленно от центральной вычислительной системы.The storage medium or memory may be electrically coupled to the GPS and/or imaging units and configured to store image and/or positioning data. The storage medium may include one or more computer hard disks, removable disks, magnetic disks, read-only storage devices, random access storage devices, flash media or other solid-state storage devices, and the like. The storage device (optionally) may be located remotely from the central computing system.
Тогда как изобретение была специально показано и описано со ссылкой на его определенные примерные варианты воплощения, обычным специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения в нем по форме и деталям могут быть сделаны без отступления от объема настоящего изобретения, заданного в прилагаемой формуле изобретения.While the invention has been specifically shown and described with reference to certain exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes therein in form and detail may be made without departing from the scope of the present invention as set forth in the appended claims. inventions.
Claims (40)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2023276 | 2019-06-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021139147A RU2021139147A (en) | 2023-07-10 |
| RU2810283C2 true RU2810283C2 (en) | 2023-12-25 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100004804A1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-07 | Todd Alan Anderson | Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition |
| WO2018208153A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Fugro Technology B.V. | System and method for mapping a railway track |
| RU2680927C1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-02-28 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of diagnostics of railway and synchronization of measurement results |
| RU2682953C2 (en) * | 2014-10-22 | 2019-03-22 | ХП3 Реал ГмбХ | Method for measuring and displaying the track geometry of a track system |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100004804A1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-07 | Todd Alan Anderson | Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition |
| RU2682953C2 (en) * | 2014-10-22 | 2019-03-22 | ХП3 Реал ГмбХ | Method for measuring and displaying the track geometry of a track system |
| WO2018208153A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Fugro Technology B.V. | System and method for mapping a railway track |
| RU2680927C1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-02-28 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of diagnostics of railway and synchronization of measurement results |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3980313B1 (en) | A track monitoring system | |
| US10816347B2 (en) | Tunnel mapping system and methods | |
| US9810533B2 (en) | Railway track monitoring | |
| CA2545154C (en) | Railroad surveying and monitoring system | |
| NL2018911B1 (en) | System and method for mapping a railway track | |
| CN101913368B (en) | System and method for fast precise measurement and total factor data acquisition of high speed railway | |
| CN103115581B (en) | Multifunction railway measuring system and method | |
| US8412393B2 (en) | Apparatus and method for monitoring of infrastructure condition | |
| US10589763B2 (en) | Method and measuring system for registering a fixed point adjacent a track | |
| CN103635375A (en) | Vision system for imaging and measuring rail deflection | |
| CN101314932B (en) | Camera shooting measuring method for track geometric parameter | |
| WO2011002534A1 (en) | Methods for gps milepost mapping | |
| CN110998229A (en) | Structure measuring device, measuring point correcting device, and measuring point correcting method | |
| JP6802555B2 (en) | Railroad vehicle position measurement system | |
| Moreno et al. | An instrumented vehicle for efficient and accurate 3D mapping of roads | |
| RU2810283C2 (en) | Path control system | |
| Glaus | Kinematic track surveying by means of a multi-sensor platform | |
| Dreier et al. | The potential of UAV-based laser scanning for deformation monitoring. case study on a water dam | |
| RU166664U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE | |
| Gräfe | High precision kinematic surveying with laser scanners | |
| CN108072326B (en) | Method and device for observing light beam irradiation | |
| CN107957260B (en) | Method and device for sending object relative position detection light beam | |
| CN108061543B (en) | Object position detection method and system | |
| RU2256575C1 (en) | Method of and device for measuring geometry of track | |
| Moskal et al. | Track and gauge geometry measurements–the present and future |