Повышение точности формирования цифровой модели местности вдоль железнодорожного пути

Журнал «Измерительная техника», №2, 72 стр.
Февраль 2021

Повышение точности формирования цифровой модели местности вдоль железнодорожного пути

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-22-29
Авторы: Дмитрий Александрович Рощин
Ключевые слова: цифровая модель местности, аэрофотосъёмка, лазерное сканирование, компьютерное зрение, определение координат, фотограмметрия, эрозионные процессы, земляное полотно, железнодорожные пути
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Рассмотрена задача повышения точности цифровых моделей местности, создаваемых в целях мониторинга и диагностики железнодорожного пути и прилегающей территории. Представлено техническое решение этой задачи, которое включает способ совместного проведения аэрофотосъёмки и лазерного сканирования, а также метод цифровой обработки полученных данных. Актуальность использования такого решения обусловлена существованием зон слабого приёма сигналов глобальной навигационной спутниковой системы, поскольку в данных зонах уменьшается точность построения цифровых моделей местности с помощью применяемых в настоящее время диагностических комплексов пространственного сканирования. Техническое решение основано на методе цифровой обработки аэрофотоснимков железнодорожного пути. При этом в качестве элементов внешнего ориентирования использованы нити рельсовой колеи, расположенные на нормированном расстоянии друг от друга. Применение данного метода позволило повысить точность определения траектории полёта летательного аппарата над железнодорожным путём и, как следствие, точность расчёта координат точек на земной поверхности. В результате сформирована цифровая модель местности, пригодная для диагностики и контроля состояния земляного полотна железнодорожного пути. При имитационном моделировании установлено, что применение предложенного метода позволило уменьшить до 50 % доверительный интервал распределения погрешности определения координат точек на местности и повысить точность формирования цифровой модели местности. Данное перспективное техническое решение повышения точности цифровых моделей местности для диагностики железнодорожного пути реализовано с помощью беспилотных летательных аппаратов, входящих в состав мобильного диагностического комплекса. К преимуществам предложенного решения относятся высокая оперативность и доступность применения.

Список литературы

1. Васюкевич Е. Б. На путейской секции научно-технического совета // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 3. С. 22–28.

2. Попов С. Н. Балластный слой железнодорожного пути. М.: Транспорт, 1965. 183 с.

3. Абрашитов А. А. Механизм образования выплесков в балластной призме // Мир транспорта. 2015. № 3 (58). С. 210–217.

4. Непомнящий Н. В., Косенко С. А. Анализ работы балластного слоя железнодорожного пути при длительной эксплуатации // Тенденции развития науки и образования. 2018. № 43-8. С. 52–56. https://doi.org/10.18411/lj-10-2018-194

5. Шаповалов В. Л., Явна В. А., Ермолов К. М. и др. Инженерные решения по повышению устойчивости верхнего строения железнодорожного пути // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4 (68). С. 119–135.

6. Михалкин И. К., Симаков О. Б., Седелкин Ю. А. Автоматизированные средства контроля балластной призмы и земляного полотна в системе комплексной диагностики инфраструктуры // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 5. С. 16–18.

7. Бугаенко В. М. Мониторинг и диагностика инфраструктуры скоростными мобильными комплексами // Путь и путевое хозяйство. 2015. № 4. С. 12–16.

8. Михалкин И. К., Седёлкин Ю. А. Диагностический комплекс СМДЛ-2ТЭ116 – новый подход к диагностике // Вестник Института проблем естественных монополий: Техника железных дорог. 2016. № 1 (33). С. 64–67.

9. Idachaba F. E., Oil and Gas Facilities, 2016, vol. 5, no. 1, pp. 47–52. https://doi.org/10.2118/172471-PA

10. Ondracek J., Vanek O., Pechoucek M., Advances in Practical Applications of Heterogeneous Multi-Agent Systems. The PAAMS Collection. 12th International Conference, Salamanca, Spain, June 4–6, 2014, Lecture Notes in Computer Science, 2014, vol. 8473, pp. 219–230. https://doi.org/10.1007/978-3-319-07551-8_19

11. Кадничанский С. А., Курков М. В., Курков В. М., Чибуничев А. Г. О сертификационных испытаниях программноаппаратного комплекса на основе беспилотного воздушного судна «Геоскан 401» // Геодезия и картография. 2020. Т. 81. № 3. С. 32–38. https://doi.org/10.22389/0016-7126-2020-957-3-32-38

12. Пат. № 2591875С1 РФ / Ревель-Муроз П. А., Чужинов С. Н., Прохоров А. Н. и др. // Изобретения. Полезные модели. 2016. № 20.

13. Розенберг И. Н. Применение спутниковых и геоинформационных технологий в развитии путевого хозяйства // Бюллетень Объединённого учёного совета ОАО РЖД. 2012. № 5. С. 8–20.

14. Жидов В. М. Обоснование комплексирования спутниковых и инерциальных измерений для съёмки железнодорожных путей // Геодезия и картография. 2010. № 11. С. 10–12.

15. Павлов. В. И. Фотограмметрия. Теория одиночного снимка и стереоскопической пары снимков. СПб.: Санкт-Петербургский горный институт им. Г. В. Плеханова, 2006. 175 с.

16. Пат. № 2726256C1 РФ / Рощин Д. А. // Изобретения. Полезные модели. 2020. № 19.

17. Рощин Д. А. Способ применения компьютерного зрения для повышения точности проведения аэрофототопографической съёмки местности // Прикладная информатика. 2017. № 6. С. 58–70.

18. Рощин Д. А. Повышение точности формирования трёхмерной модели местности // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2019. Т. 17, № 2. С. 46–52. https://doi.org/10.18127/j20700814-201902-04

Improving the accuracy of forming a digital terrain model along the railway

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-22-29
Аuthors: Dmitriy A. Roshchin
Keywords: digital terrain model, aerial photography, laser scanning, computer vision, coordinate measurements, photogrammetry, exogenous geological processes, roadbed, railway tracks

Annotation

The problem of improving the accuracy of digital terrain models created for monitoring and diagnostics of the railway track and the surrounding area is considered. A technical solution to this problem is presented, which includes a method for joint aerial photography and laser scanning, as well as a method for digital processing of the obtained data. The relevance of using this solution is due to the existence of zones of weak reception of signals from the global navigation satellite system, since in these zones the accuracy of constructing digital terrain models using currently used diagnostic spatial scanning systems is reduced. The technical solution is based on the method of digital processing of aerial photographs of the railway track. In this case, as elements of external orientation, the threads of the rail track located at a normalized distance from each other are used. The use of this method made it possible to increase the accuracy of determining the flight path of an aircraft over railway tracks and, as a result, the accuracy of calculating the coordinates of points on the earth's surface. As a result, a digital terrain model was created that is suitable for diagnostics and monitoring the condition of the railway trackbed. During simulation modeling, it was found that the application of the proposed method allowed to reduce to 50 % the confidence interval of the distribution of the error in determining the coordinates of points on the terrain and increase the accuracy of forming a digital terrain model. This promising technical solution for improving the accuracy of digital terrain models for railway track diagnostics is implemented using unmanned aerial vehicles that are part of the mobile diagnostic complex. The advantages of the proposed solution include high efficiency and availability of application.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46