Применение беспилотных летательных аппаратов в геодезических изысканиях при реконструкции железнодорожных путей

Содержание

Введение

Глава 1. Научно-методические принципы использования беспилотных систем в инженерных изысканиях

1.1. Эволюция отечественной геодезической школы в контексте цифровизации изыскательских работ

1.2. Анализ стандартов ОАО «РЖД» и СП 47.13330.2016 в части применения автоматизированных методов съемки

1.3. Геолого-морфологическая оценка района проведения работ и её влияние на выбор методики геодезического обеспечения

Глава 2. Анализ точности и достоверности результатов воздушного лазерного сканирования и фотограмметрии

2.1. Специфика геодезического координирования линейных объектов большой протяженности в сложных условиях

2.2. Математическая обработка и уравнивание фотограмметрических сетей: российский опыт и программные решения

2.3. Сравнительный анализ достоверности цифровых моделей рельефа, полученных различными геодезическими методами

Глава 3. Совершенствование методики реконструкции пути на основе интеграции цифровых геодезических данных

3.1. Разработка регламента мониторинга состояния земляного полотна с применением высотных данных БАС

3.2. Рекомендации по использованию облаков точек для диагностики габаритов строений и сооружений на транспорте

3.3. Технико-экономическое обоснование перехода на беспилотные технологии при проведении изысканий для капитального ремонта пути

Заключение

Список использованной литературы

ОТЧЕТ ПО ПРЕДДИПЛОМНОЙ ПРАКТИКЕ

Применение беспилотных летательных аппаратов в геодезических изысканиях при реконструкции железнодорожных путей

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена масштабной модернизацией железнодорожной инфраструктуры Российской Федерации, реализуемой в рамках Стратегии развития железнодорожного транспорта до 2030 года и Комплексного плана модернизации и расширения магистральной инфраструктуры. Реконструкция железнодорожных путей требует детальных геодезических изысканий на протяженных линейных объектах, что традиционными методами наземной съемки сопряжено с высокими трудозатратами, продолжительными сроками работ и ограничениями доступа к отдельным участкам. Внедрение беспилотных летательных аппаратов открывает принципиально новые возможности для оперативного получения высокоточных пространственных данных о состоянии земляного полотна, искусственных сооружений и полосы отвода железной дороги.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области инженерной геодезии и фотограмметрии, выполненных в МИИГАиК, СГУГиТ, ПГУПС, однако комплексные методики применения беспилотных систем специально для задач реконструкции железнодорожной инфраструктуры находятся на стадии активной разработки. Нормативная база ОАО «РЖД» постепенно адаптируется к возможностям цифровых технологий съемки, что определяет научно-практическую значимость настоящего исследования.

Цель работы – совершенствование методики геодезических изысканий при реконструкции железнодорожных путей на основе применения беспилотных летательных аппаратов и обоснование технико-экономической эффективности внедрения данной технологии.

Задачи исследования:

• проанализировать современное состояние отечественной нормативной базы в части применения автоматизированных методов геодезической съемки на железнодорожном транспорте;
• оценить геолого-морфологические условия района проведения изысканий и их влияние на выбор технологии съемки;
• выполнить сравнительный анализ точности цифровых моделей рельефа, полученных различными методами;
• разработать регламент мониторинга состояния земляного полотна с применением данных воздушного лазерного сканирования;
• обосновать экономическую целесообразность перехода на беспилотные технологии при геодезическом обеспечении капитального ремонта пути.

Объектом исследования выступает участок железнодорожного пути протяженностью 12,4 км на перегоне между станциями в условиях пересеченного рельефа с перепадами высот до 45 м, требующий реконструкции в связи с увеличением осевых нагрузок и скоростей движения.

Предмет исследования – методы и технологии геодезических изысканий с применением беспилотных летательных аппаратов для обеспечения проектирования реконструкции железнодорожного пути.

Методологическая база включает теоретические основы инженерной геодезии и фотограмметрии, математические методы уравнивания геодезических сетей, нормативные требования СП 47.13330.2016, СП 317.1325800.2017, стандартов ОАО «РЖД», а также полевые методы аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования с беспилотных платформ.

Научная новизна заключается в разработке комплексной методики интеграции данных фотограмметрической обработки и воздушного лазерного сканирования для решения специфических задач геодезического обеспечения реконструкции железнодорожной инфраструктуры.

Теоретическая значимость состоит в развитии научно-методических основ применения беспилотных систем в инженерных изысканиях на линейных объектах транспортной инфраструктуры.

Практическая значимость определяется возможностью непосредственного использования разработанных рекомендаций проектными и изыскательскими организациями железнодорожного транспорта для повышения эффективности геодезических работ.

Структура работы включает введение, три главы, заключение и список использованной литературы. Первая глава посвящена научно-методическим принципам использования беспилотных систем в инженерных изысканиях, вторая – анализу точности и достоверности результатов воздушного лазерного сканирования и фотограмметрии, третья – совершенствованию методики реконструкции пути на основе интеграции цифровых геодезических данных.

ГЛАВА 1. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ СИСТЕМ В ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ

1.1. Эволюция отечественной геодезической школы в контексте цифровизации изыскательских работ

Российская геодезическая школа исторически занимает ведущие позиции в мировой науке, что подтверждается фундаментальными трудами по теории фигуры Земли, высшей геодезии и картографии, выполненными в ЦНИИГАиК, МИИГАиК, СГУГиТ и других профильных научных центрах. Развитие инженерной геодезии как самостоятельного направления связано с индустриализацией страны и масштабным строительством промышленных объектов и транспортной инфраструктуры в ХХ веке. Геодезическое обеспечение строительства железных дорог традиционно предъявляло повышенные требования к точности и производительности измерений на протяженных линейных объектах, что стимулировало развитие специализированных методов и приборов [1, c. 24].

Переход к цифровым технологиям в геодезии начался в 1990-е годы с внедрением электронных тахеометров и спутниковых систем позиционирования. Появление глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и ее интеграция с GPS создали принципиально новые возможности для координатного обеспечения инженерных изысканий. Дальнейшим этапом цифровизации стало развитие технологий лазерного сканирования, позволяющих получать детальные трехмерные модели объектов с плотностью до нескольких тысяч точек на квадратный метр. Наземное лазерное сканирование нашло широкое применение в обследовании зданий, сооружений и промышленных объектов [4, c. 112].

Качественно новый этап связан с развитием беспилотных авиационных систем, обеспечивающих возможность воздушной съемки без использования пилотируемой авиации. Первоначально

…