PROJEKTOWANIE I EKSPLOATACJA DRÓG SZYNOWYCH Z WYKORZYSTANIEM MOBILNYCH POMIARÓW SATELITARNYCH

PROJEKTOWANIE I EKSPLOATACJA DRÓG SZYNOWYCH Z WYKORZYSTANIEM MOBILNYCH POMIARÓW SATELITARNYCH

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

SPIS TREŚCI

WPROWADZENIE 7
1. AKTYWNE SIECI GEODEZYJNE GNSS 9
1.1. Geneza 9
1.2. Architektura i serwisy wybranych aktywnych sieci geodezyjnych 10
1.2.1. Amerykańska sieć CORS 10
1.2.2. Szwedzka sieć SWEPOS 11
1.2.3. Brytyjska sieć OS-AGN 13
1.2.4. Niemiecka sieć SAPOS 14
1.2.5. Polska sieć ASG-EUPOS 15
1.2.6. Sieć Leica SmartNet 18
1.2.7. Sieć TPI NETpro 19
1.2.8. Sieć VRSnet.pl 21
1.2.9. Porównanie wybranych aktywnych sieci geodezyjnych 23
1.3. Metody modelowania korekt PRC 26
1.3.1. Metoda VRS 26
1.3.2. Metoda MAC 27
1.3.3. Metoda FKP 28
2. MODELOWANIE DOKŁADNOŚCI OKREŚLENIA POZYCJI W POMIARACH GNSS 31
2.1. Niepewność pomiaru 31
2.2. Pojęcie dokładności współrzędnych w geodezji i nawigacji 33
2.2.1. Model wyznaczenia współrzędnych pozycji 36
2.2.2. Miary dokładności wyznaczenia współrzędnych pozycji – 2D 37
2.2.3. Miary dokładności wyznaczenia współrzędnych pozycji – 3D 47
2.3. Dostępność i niezawodność systemów nawigacyjnych – model klasyczny 49
2.3.1. Ewolucja terminologiczna 49
2.3.2. Kategorie dostępności 52
2.3.3. Wskaźniki oceny dostępności i niezawodności 53
2.3.4. Modelowanie matematyczne dostępności i niezawodności 56
2.4. Wiarygodność systemów nawigacyjnych – model klasyczny 66
2.5. Interpretacja nawigacyjna miar opisujących przestrzeń wektora stanu serwisów
nawigacyjnych ASG-EUPOS 67
2.5.1. Dokładność określenia pozycji – dwustanowy model niezawodnościowy 67
2.5.2. Dostępność określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji 71
2.5.3. Niezawodność określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji 80
2.5.4. Ciągłość określonej wartości błędu wyznaczeń pozycji 82
2.5.5. Ocena charakterystyk niezawodnościowych na podstawie wartości granicznych
kryteriów 83
3. MOBILNE POMIARY SATELITARNE DRÓG SZYNOWYCH 86
3.1. Opis przeprowadzonych pomiarów 86
3.2. Analiza dokładności wyznaczenia współrzędnych 89
3.3. Ocena dokładności w odniesieniu do pomierzonego układu geometrycznego 94
3.3.1. Przyjęta metodyka analizy 94
3.3.2. Filtrowanie sygnału 98

3.3.3. Ocena dokładności poziomej wybranej kampanii pomiarowej 99

3.3.4. Ocena dokładności poziomej pomiarów przeprowadzonych w latach 2009–2015 103
3.3.5. Ocena dokładności pionowej wybranej kampanii pomiarowej 105
3.3.6. Ocena dokładności pionowej pomiarów przeprowadzonych w latach 2009–2015 106
3.3.7. Zestawienie wyników analizy 108
4. MOŻLIWOŚCI APLIKACYJNE 110
4.1. Wykorzystanie wyników pomiarów do wizualizacji położenia toru 110
4.2. Ocena odcinków prostych toru 111
4.3. Tworzenie poligonu kierunków głównych trasy 114
4.4. Ocena odcinków trasy leżących w łuku 115
4.5. Nowa metodyka projektowania 117
4.6. Uniwersalna metoda regulacji osi toru 119
5. ANALIZA RÓWNAŃ PARAMETRYCZNYCH KRZYWYCH PRZEJŚCIOWYCH DLA
DRÓG KOLEJOWYCH 121
5.1. Ogólna charakterystyka krzywych przejściowych 121
5.2. Metodyka wyznaczania równań krzywych przejściowych 122
5.3. Analiza wybranych postaci krzywych przejściowych 123
5.3.1. Klotoida 123
5.3.2. Parabola czwartego stopnia 124
5.3.3. Krzywa Blossa 127
5.3.4. Cosinusoida 127
5.3.5. Sinusoida 129
5.4. Analiza krzywych przejścia 130
5.4.1. Krzywa przejścia o krzywiźnie liniowej 130
5.4.2. Krzywa przejścia o krzywiźnie wielomianowej 131
5.4.3. Krzywa przejścia o krzywiźnie trygonometrycznej klasy C1
133
5.4.4. Krzywa przejścia o krzywiźnie trygonometrycznej klasy C2
135
5.5. Podsumowanie analizy krzywych przejściowych 136
6. ANALITYCZNA METODA PROJEKTOWANIA ŁUKÓW KOŁOWYCH 138
6.1. Podstawowe założenia 138
6.2. Projektowanie symetrycznego układu geometrycznego 142
6.2.1. Założenia ogólne 142
6.2.2. Lokalny układ współrzędnych 143
6.2.3. Określenie rzędnych krzywej przejściowej w układzie współrzędnych (xk, yk) 144
6.2.4. Transformacja krzywej przejściowej do lokalnego układu współrzędnych 145
6.2.5. Określenie rzędnych łuku kołowego 146
6.2.6. Uzupełnienie rzędnych dla drugiej części projektowanego rejonu trasy 147
6.3. Projektowanie niesymetrycznego układu geometrycznego 148
6.3.1. Założenia ogólne 148
6.3.2. Wyznaczenie współrzędnych krzywej przejściowej KP1 149
6.3.3. Wyznaczenie współrzędnych krzywej przejściowej KP2 150
6.3.4. Określenie rzędnych łuku kołowego 150
6.3.5. Skompletowanie rzędnych całości układu geometrycznego 152
6.3.6. Przeniesienie rozwiązania do układu PUWG-2000 152
6.3.7. Rozwiązanie dla przypadku symetrycznego 153
6.3.8. Przykłady obliczeniowe 153
7. ANALITYCZNA METODA PROJEKTOWANIA ŁUKÓW KOSZOWYCH 158
7.1. Podstawowe założenia 158
7.2. Wyznaczenie współrzędnych pierwszej krzywej przejściowej 159
7.3. Wyznaczenie współrzędnych pierwszego łuku kołowego 160
7.4. Wyznaczenie współrzędnych drugiej krzywej przejściowej 161
7.5. Wyznaczenie współrzędnych drugiego łuku kołowego 163

7.6. Wyznaczenie współrzędnych trzeciej krzywej przejściowej 164
7.7. Określenie współrzędnych pozostałych punktów charakterystycznych 165
7.8. Wybór wariantu projektowego 166
7.9. Przykład obliczeniowy 167
8. ANALITYCZNA METODA PROJEKTOWANIA ŁUKÓW ODWROTNYCH 171
8.1. Założenia ogólne 171
8.2. Dobór parametrów projektowanego układu geometrycznego 172
8.3. Wyznaczenie współrzędnych pierwszej krzywej przejściowej 173
8.4. Wyznaczenie współrzędnych pierwszego łuku kołowego 174
8.5. Wyznaczenie współrzędnych drugiej krzywej przejściowej 175
8.6. Wyznaczenie współrzędnych trzeciej krzywej przejściowej 176
8.7. Wyznaczenie współrzędnych drugiego luku kołowego 177
8.8. Wyznaczenie właściwego położenia początku lokalnego układu współrzędnych 179
8.9. Przykłady obliczeniowe 180
9. WSPOMAGANIE KOMPUTEROWE W PROJEKTOWANIU UKŁADU GEOMETRYCZNEGO Z WYKORZYSTANIEM POMIARÓW SATELITARNYCH 183
9.1. Metoda mobilnych pomiarów satelitarnych a techniki CAD 184
9.2. Algorytmy i programy wspomagające projektowanie i ocenę układów geometrycznych
linii kolejowej w planie sytuacyjnym 189
9.2.1. Wizualizacja trasy 193
9.2.2. Poligon trasy – analiza odcinków prostych 197
9.2.3. Ocena rejonu zmiany kierunków głównych trasy 206
10. OKREŚLANIE PARAMETRÓW POMIERZONEGO UKŁADU GEOMETRYCZNEGO 209
10.1. Założenia do uniwersalnego programu wspomagającego projektowanie osi toru 210
10.2. Analiza przypadków z zastosowaniem algorytmów wspomagających projektowanie
i ocenę układów geometrycznych 211
10.2.1. Kierunki główne 211
10.2.2. Rejon zmiany kierunku trasy 214
10.2.3. Łuk koszowy 220
10.2.4. Złożony układ geometryczny 221
11. NOWA METODA REGULACJI OSI TORU 224
11.1. Pojęcie regulacji osi toru 224
11.2. Uwagi na temat metodyki regulacji osi toru 224
11.3. Stosowana metodyka regulacji osi toru 226
11.4. Uniwersalna metoda regulacji osi toru 229
11.4.1. Podstawowe założenia 229
11.4.2. Tworzenie poligonu kierunków głównych trasy 229
11.4.3. Ocena odcinków prostych trasy 231
11.4.4. Projektowanie trasy leżącej w łuku 232
11.4.5. Kryteria optymalizacji 232
11.4.6. Proces optymalizacji wyboru wariantu 233
11.4.7. Podsumowanie 237
ZAKOŃCZENIE 239
BIBLIOGRAFIA 242
Streszczenie w języku polskim 249
Streszczenie w języku angielskim 249