Оценка состояния рельсового полотна с использованием ГИС-технологий

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет 
«ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»
(СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)


Направление
12.04.01 – Приборостроение


Профиль
Адаптивные измерительные системы
Факультет
ИБС
Кафедра
ИИСТ


К защите допустить:
Заведующий кафедрой
д.т.н., профессор                                __________________          В. В. Алексеев




ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
МАГИСТРА
Тема:    ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПОЛОТНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Студент						_____________      А.И. Корнеева

Руководитель 	          к. т. н., доцент      _____________      Н. В. Орлова

Консультанты: 		к. т. н., доцент      _____________      В.А. Буканин

			          к.т.н., ассистент   _____________      Н.В. Романцова






Санкт-Петербург
2017

ЗАДАНИЕ
НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ




Утверждаю


Заведующий кафедрой ИИСТ




д. т. н., профессор







                                  ______      Алексеев В. В.



«_____» ______________ 2017 г.


Студентка Корнеева А.И.                                                            Группа 1587
Тема работы: Оценка состояния рельсового полотна с использованием ГИС-технологий
Место выполнения ВКР: кафедра ИИСТ
Исходные данные (технические требования): ПК с установленным программным продуктом ArcGIS Desktop v10 фирмы ESRI.
Содержание ВКР: Обзор железнодорожного пути и путевого хозяйства, система мониторинга состояния полотна, ГИС-проект оценки состояния рельсового полотна, специальные вопросы обеспечения безопасности.
Перечень отчетных материалов: магистерская диссертация
Дата выдачи задания	
Дата представления ВКР к защите
«___»______________2017 г.
«___»______________2017 г.
Дополнительные разделы: СВОБ

Студентка

А.И. Корнеева 
Руководитель

Н.В. Орлова 

Консультанты 		                   _________________          В.А. Буканин 

                                                            _________________         Н.В. Романцова

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ 
ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ





Утверждаю


Заведующий кафедрой ИИСТ




д. т. н., профессор







                                  ______      Алексеев В. В.



«_____» ______________ 2017 г.

Студентка Корнеева А.И.                                                            Группа 1587
Тема работы: Оценка состояния рельсового полотна с использованием ГИС-технологий
№ п/п
Наименование работ
Срок выполнения
1
Обзор литературы
17.03-22.03
2
Обзор железнодорожного пути и путевого хозяйства
22.03-31.03
3
Система мониторинга состояния полотна
01.04-10.04
4
ГИС-проект оценки состояния рельсового полотна
11.04-07.05
5
Специальные вопросы обеспечения безопасности
08.05-15.05
Студентка

А.И. Корнеева 
Руководитель

Н.В. Орлова 

Консультанты 		                    _________________          В.А. Буканин 
                                             __________________       Н.В. Романцова 

РЕФЕРАТ
     Отчет: 80 с., 39 рис., 11 табл., 6 формул, 21 источник литературы
     
     Рельсовое полотно, оценка состояния, ГИС-технологии, система мониторинга, база геоданных, геоинформационная модель.
     Объектом исследования является исследование рельсового полотна на дефектность, которая возникает вследствие износа железнодорожных путей. Для обеспечения безопасного и бесперебойного курсирования поездов необходимо знать о состоянии путей и вовремя принимать меры по устранению неисправностей.
     Цель работы: оценка состояния железнодорожного полотна с использованием ГИС-технологий.
     Область применения: бортовая система локомотива.


АННОТАЦИЯ
     
     
A rail track condition assessment, GIS, system monitoring, geodatabase, GIS model. The object of research is the study of the track on the deficiency that occurs due to wear of railway tracks. To ensure a safe and smooth operation of trains must know about the ways and time to take action for Troubleshooting. 
     Objective: assessment of railway track using GIS-technologies. 
     Scope of application: the on-Board system of the locomotive.


СОДЕРЖАНИЕ
     
Сокращения, используемые в работе……………………………………………….8
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..….9
ГЛАВА 1 Обзор железнодорожного пути и путевого хозяйства………….……11
1.1 Верхнее строение пути………………………………………………......11
1.2 Назначение рельс……………………………………………………......12 
1.3 Рельсовые стыки………………………………………………………...13 
1.4 Дефекты рельс……………………………………………………….…..15
1.5 Дефектоскопия рельсов………………………………………….……...17
1.6  Проверка измерительными приборами…………………………….....18
1.7  Путевые устройства………………………………………………….....22
1.8  Путевые и сигнальные знаки…………………………………………..23 
1.9  Системы обеспечения безопасности пассажирских перевозок……..24
1.10  Измерение пройденного пути………………………………………....26
1.11  Математическая модель одометра……………………………………..27
1.12  Современный одометр……………………………………………….....29
1.13  Прибор для ручного измерения………………………………………..31
1.14  Прибор для портативного измерения…………………………………32
1.15  Системы путевой диагностики и мониторинга состояния инфраструкту-ры железнодорожного транспорта……………………………………..34
1.16  Геоинформационная система РЖД (ГИС РЖД)……………………...34
ГЛАВА 2 Система мониторинга состояния полотна……………………............36
2.1 Информационное обеспечение системы………………………………...36
2.2 Алгоритм работы БГИС…………………………………………………..39
2.3 Структура БГИС…………………………………………………………...40
2.4 Система анализа данных……………………………………………….....42
2.5 Запись данных……………………………………………………………..43
2.6 Контроль местонахождения линейной координаты в зонах станции…45
2.7 Контроль возникновения событий, отличных от ОМ…………………..45
2.8 Модель реализации алгоритма…………………………………………...48
ГЛАВА 3 ГИС-проект оценки состояния рельсового полотна…………………...49
3.1 База геоданных топооснова………………………………………………49
3.2 Обработка данных………………………………………………………...50
3.3 Запуск модели из диалогового окна……………………………………..65
ГЛАВА 4 Специальные вопросы обеспечения безопасности…………………..67
     4.1 Условия применения разработки…………………………………….....67
     4.2 Оценка риска ПО………………………………………………………..68
     4.3 Методика оценки тяжести трудового процесса…………………….....69
     4.4 Рабочая поза……………………………………………………………...70
     4.5 Наклоны корпуса (количество за смену)……………………………....71
     4.6 Методика оценки напряженности трудового процесса………………72
     4.7 Нагрузки интеллектуального характера……………………………….72
     4.8 Сенсорные нагрузки…………………………………………………….72
     4.9 Эмоциональные нагрузки………………………………………………74
     4.10 Монотонность нагрузок……………………………………………….75
     4.11 Режим работы…………………………………………………………..76
Заключение…………………………………………………………………………77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………….........79





     Сокращения, используемые в работе

     Геоинформационная система (ГИС) – это многофункциональная информационная система, предназначенная для сбора, обработки, моделирования и анализа пространственных данных, их отображения и использования при решении задач, подготовке и принятии решений.
     ОАО «РЖД» - ОАО «Росси?йские желе?зные доро?ги».
     ОАО «НИИАС» - ОАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт».
     ПВ – путеизмери?тельный ваго?н — подвижная единица, предназначенная для сплошного скоростного контроля состояния рельсовой колеи под динамической нагрузкой. 
     ЖД – железная дорога.
     ДММ - датчики микромеханические.
     ПА СНС - Приемная аппаратура спутниковой навигационной системы.
     ЖДП - железнодорожный путь.
     БИС - бортовая измерительная система.
     БГИС – бортовая геоинформационная система.
     БД – база данных.
     ОМ – опорная модель.
     ИС – измерительная система.
     ГСК – географическая система координат.
     ТС – транспортное средство.
     ИИС – информационно-измерительная система.


     Введение
     Сеть железных дорог - важнейшая инфраструктура любого государства, включающая в себя многообразие инженерно-технических сооружений со своими наборами параметров, в том числе геометрических, открыто влияющих на их надежность и безопасное использование. В свою очередь, геометрические параметры определяются путеизмерителями и геодезическими методами (пространственные данные не используются).
     В соответствии со стратегическим направлением научно-технического развития ОАО «РЖД», применение ГИС – технологий является приоритетной сферой развития в плане решения задач ревалоризации (переоценка ценностей), усиления безопасности и эффективности работы железнодорожного транспорта.
     Крайне актуальными являются научные исследования по разработке новых диагностических средств оценки состояния железнодорожного пути. Причина кроется в постоянном росте пассажиро- и грузо- перевозок, что ведет к тенденции увеличения скоростей движения, а значит, к повышению рисков возникновения и развития отклонений.
     В итоге, когда плотность движения транспортных потоков весьма высока, на дорогах образовываются ситуации, в которых проведение плановых промеров с помощью путеизмерительных вагонов (ПВ) и иных автоматизированных средств становится чрезвычайно затруднительным.
     Согласно нормативно-технической документации [9], для гарантированно безопасного и бесперебойного движения, в случае обнаружения отклонений пути от его проектного состояния, до их устранения накладываются ограничения на скорость движения железнодорожных (ЖД) составов, что негативно сказывается на экономических показателях перевозок.
     Следовательно, найденный на ранней стадии дефектный рельс предполагал бы незначительное снижение скорости движения, но, до момента обнаружения отклонения, в результате многократного прохождения ЖД составов, оно развивается и к моменту контрольного проезда ПВ достигает критических значений. Тем самым, получается замкнутый круг.
      Поэтому представляется актуальной разработка автоматической системы оценки и контроля состояния рельсового полотна.
     С одной стороны, менее затратно и не требует «привлечения группы сотрудников для его обслуживания, нежели производство дорогостоящего оборудования прецизионного ПВ. С другой стороны,благодаря сопоставлению результатов от проезда к проезду, становится возможным выявление участков пути с тенденцией к развитию отклонений. Таким образом, ремонтные работы по такому участку могут быть выполнены заблаговременно до возникновения ситуаций, требующих снижения скоростного режима или вообще закрытия движения». [2]
     Объектом работы является исследование рельсового полотна на дефектность, которая возникает вследствие износа железнодорожных путей. Для обеспечения безопасного и бесперебойного курсирования поездов необходимо знать о состоянии путей и вовремя принимать меры по устранению неисправностей.
     Работа проводилась по теме: «Проведение прикладных исследований, направленных на создание интеллектуальной информационно-измерительной системы комплексной безопасности участка обращения локомотива» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы».


     ГЛАВА 1 ОБЗОР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ И ПУТЕВОГО ХОЗЯЙСТВА
1.1  Верхнее строение пути
     Для фиксированного движения подвижного состава, верхнее строение пути предназначено для восприятия нагрузки от колес движущихся поездов и передачи ее нижнему строению пути (земляному полотну и искусственным сооружениям).
     Верхнее строение пути (рис. 1) представляет собой комплексную конструкцию. 
     
     Рисунок 1 – Элементы верхнего строения пути
     
     К элементам верхнего строения пути относятся:
* Стальные высокопрочные рельсы (2) и стрелочные переводы, непосредственно воспринимающие нагрузку от колес подвижного состава и определяющие траекторию его движения;
* деревянные или железобетонные поперечины – шпалы (3), а на мостах и стрелочных переводах – мостовые и переводные брусья, предназначенные для удержания рельсов на определенном расстоянии друг от друга и передачи давлений на нижерасположенную часть пути;
* металлические рельсовые скрепления (4) для соединения рельсов друг с другом и прикрепления их к шпалам или брусьям;
* балластный слой (5) из щебня, гравия, отходов асбестового производства или крупно- и среднезернистого песка. Под балластным слоем из щебня расположена песчаная подушка (1).
     Рельсы, соединенные со шпалами, образуют рельсошпальную (путевую) решетку.
     Верхнее строение пути должно удовлетворять следующим основным требованиям:
* иметь достаточно высокие для заданных условий эксплуатации прочность и надежность, гарантирующие бесперебойность и безопасность движения поездов;
* обладатьбольшими стойкостью в эксплуатации, неизменяемостью во времени своих форм и взаимного расположения элементов;
* иметь более продолжительные сроки службы всех элементов и минимальную потребность в исправлениях, ремонте и эксплуатационных затратах на содержание в исправности всех составляющих элементов;
* допускать массовое изготовление всех элементов, а также применение при сборке, замене и ремонте высокопроизводительных средств механизации. [3]

1.2  Назначение рельс
     Главная составляющая часть верхнего строения пути, по которому движется подвижной состав – рельсы. 
     На всех дорогах мира стандартными и общепринятыми рельсами являются -  широкоподошвенные. Широкоподошвенный рельс (рис.2) состоит из трех основных частей:
     * головки;
     * подошвы;
     * шейки, соединяющей головку с подошвой. [3]

Рисунок 2 – Широкоподошвенный рельс
     «Рельсы предназначены:
     * напрямую воспринимать давления от колес подвижного состава и передавать эти давления нижележащим элементам верхнего строения пути;
     * при движении ориентировать колеса подвижного состава;
     * на участках с автоблокировкой служить проводником сигнального тока, а при электротяге – обратного силового тока. Поэтому рельсовые нити должны обладать необходимой электропроводимостью». [3]
     Рельсы должны быть: устойчивыми и прочными; обладать значительным сроком службы; обеспечивать надежность хода поездов; быть комфортными и по доступной цене в эксплуатации и изготовлении – это и есть первостепенные требования к рельсам.
     
1.3 Рельсовые стыки 
     Рельсовый стык – это место соединения между собой двух рельс. Стык считается самым напряженным местом в пути, так как при проходе подвижного состава по нему из-за зазора между рельсами ударно-динамическое воздействие на путь увеличивается.
     
     
     Рисунок 3 – Стык на весу
  «Рельсовые стыки должны гарантировать:
* минимальное отличие упругих деформаций рельсов в стыках и остаточных деформаций в подрельсовом основании от этих явлений вне зоны влияния стыка;
* заданное при сборе натяжение болтов и предотвращать продольные перемещения концов рельсов относительно накладок, вызываемые нагреванием или охлаждением рельсов;
* на участках, оборудованных автоблокировкой, – надежную электроизоляцию рельсовых цепей (изолирующие стыки), а на электрифицированных участках – хорошую проходимость для обратного тягового тока (токопроводящие стыки)». [3] 
     На участках, подлежащих ремонту, особо тщательно контролируется состояние путей,на которых могут появиться грубые неисправности, угрожающие надежности перевозок. «При этом, прежде всего должно быть обращено внимание на:
* слитные зазоры в стыках, угрожающих выбросом пути;
* растянутых зазоров, приводящих к срезу стыковых болтов.
* наличие трещин и изломов в рельсах;
* уровень затяжки стыковых болтов;
* исправность рельсовых соединителей и изолирующих стыков». [3]
     Стыковые зазоры осматриваются дорожным мастером, в установленные Инструкцией по текущему содержанию пути ЦП-774 сроки при периодическом осмотре пути и при комиссионных осмотрах, сплошь и измеряются выборочно. При этом, обнаруженные в стыках чрезмерно растянутые, а в летний период нулевые зазоры, должны быть отрегулированы. 
     «Рельсовые цепи и изолирующие стыки осматриваются на предмет выявления:
* оторвавшихся рельсовых соединителей;
* наличия загрязнителей под подошвой рельса, нарушающих нормальное прохождение тока по рельсам;
* изношенных или изломавшихся изолирующих деталей скреплений в изолирующих стыках и на закладных болтах;
* изломанных тарельчатых шайб». [3]
     Срок службы рельс определяется по дефектам и фактору износа на определенную допустимую величину, при котором рельс изымают из пути.
     
1.4  Дефекты рельс
      В тяжелых условиях работает верхнее строение пути. Элементы, входящие в его состав, подвергаются: усталостным разрушениям, механическому износу, остаточным изменениям формы и взаимного расположения, коррозии, гниению, моральному износу и прочим дефектам.
      Для различных отклонений установлены разные типы дефектов с различными характеристиками и качественными параметрами.
      «Дефект рельс характеризуется нарушением, вызвавшим любое отклонение его геометрии или качественных свойств от установленных форм, соблюдение которых обеспечивает работоспособное состояние рельса». [3]
     
     Рисунок 4 – Дефект рельс
     Классифицируют большое количество дефектов, в соответствии со стандартом [4], которые можно объединить в группы в зависимости от их размеров и степени воздействия на колесную пару. Воздействие осуществляется в виде ударов в вертикальной или горизонтальной плоскости, имеющих различные временные (пространственные) и частотные характеристики.
      Можно выделить следующие группы воздействий:
     1. Вертикальное ускорение с различными параметрами;
     2. Боковое ускорение с различными параметрами;
     3. Сложное пространственное ускорение.
     «Дефекты типа скол и просадка, характеризуются вертикальным ускорением». [5]
     Необходимо контролировать рельсовое полотно, с целью своевременного обнаружения дефектов, пока они не привели к разрушению рельс, тем самым сделав небезопасным использование железной дороги. 
     Существуют способы выявления дефектов, а именно:внешний осмотр, проверка измерительными приборами, дефектоскопирование.
     Выявляют расстройства пути, угрожающие целости рельса, при осмотре рельсов, и принимают меры к их устранению.Остродефектные рельсы, обнаруженные в процессе осмотра, немедленно снимаются с пути. 
     Маркируют дефектные рельсы на шейке рельса путем нанесения мелом изнутри колеи под или над дефектом горизонтальной линии длиной 20 см. Маркировка стыковых дефектов, расположенных в пределах накладок, производится на шейке рельса в предстыковом ящике. В ближайшие, после осмотра, дни такие рельсы заменяются.
     На основании балльной оценки состояния этих устройств, выносится суждение о качестве содержания и ремонта того или иного участка пути и контактного рельса.Результаты проверки пути путеизмерительным вагоном так же формируют балльную оценку состояния пути.
     При осмотре покилометрового запаса рельсов проверяется их число, тип и величина износа на соответствие лежащим в пути рельсам, правильность маркировки. При проверке пути с локомотива или задней площадки поезда обращается внимание на плавность движения и общее состояние пути. 

1.5  Дефектоскопия рельсов
     При визуальном методе контроля при всём желании можно выявить лишь наружные дефекты, такие как сколы, выбоины, трещины, вмятины. Но большую часть дефектов невозможно обнаружить визуально, например те, которые расположены в местах болтовых соединений под стыковыми накладками. В этом случае на помощь приходит дефектоскопия (рисунок 5).


Рисунок 5 - Дефектоскопия рельсов
     Ультразвуковая дефектоскопия пока остаётся самым актуальным и часто единственно  действенным способом предотвращения аварийных моментов на ЖД транспорте от излома рельсов, наступающего вследствие скрытых дефектов. Прозвучивание рельса любого вида даёт возможность выявлять на ранней стадии подавляющую часть опасных дефектов в районе головки, шейки и подошвы рельса, которые могут развиваться в нём со временем. В процессе контроля устанавливается код дефекта и его местоположение в рельсе.
     Дефектоскопия рельсов осуществляется методом неразрушающего контроля и определяет:
     * нарушения однородности структуры;
     * однородность материала;
     * места поражения коррозией;
     * несоответствие начальному химическому составу;
     * отклонения в размере и другие дефекты.
     Основными преимуществами дефектоскопии являются:
     * отсутствие повреждений и нарушений целостности на исследуемом образце;
     * достоверность исследования при низкой стоимости;
     * ультразвуковое исследование возможно проводить в любое время года. [7]

1.6   Проверка измерительными приборами
     Ультразвуковой дефектоскоп (УД) для контроля рельсов АКР1224М предназначен для решения следующих задач дефектоскопии рельсов и рельсовых путей:
     * определение дальности расположения дефекта в головке, шейке и подошве рельса от места установки акустического блока (АБ) прибора на рельс в режиме дистанционного контроля (ДК);
     * обнаружение, измерение координат и оценка условных размеров различных дефектов рельсов во всех частях их поперечного сечения в режиме локального контроля.
     На рисунке 6 представлен вид электронного блока ультразвукового дефектоскопа.







Рисунок 6 – УД  для контроля рельсов АКР1224М
     Прибор предназначен для эксплуатации при следующих условиях окружающей среды:
     * температура от минус 20 до плюс 45 °С; 
     * относительная влажность воздуха до 85 % при температуре плюс 25 °С.
     В таблице 1 представлены технические характеристики ультразвукового дефектоскопа.
     
Таблица 1- Технические характеристики УД 
Наименование параметра
Значение
Рабочие частоты, МГц:
       низкочастотный (НЧ) канал
высокочастотный (ВЧ) канал

0.016 – 0.125
2.5
Временная регулировка чувствительности, дБ
0 - 30
Диапазон скоростей ультразвука, м/с
1000 - 9999
Частота повторения импульсов передатчика НЧ и ВЧ канала с шагом 1 Гц, отклонение не более ± 20%, Гц
1- 20
Пределы допускаемой погрешности установки калиброванного аттенюатора дефектоскопа на весь диапазон от 0 до 100 дБ, не более
± 0.5
Пределы допускаемой погрешности измерения временного положения сигнала с помощью измерительного строба, мкс, не более:
НЧ канал
ВЧ канал




± 1
± 0.1
Пределы допускаемой погрешности измерения амплитуды сигнала с помощью измерительного строба для НЧ и ВЧ канала, дБ, не более
± 1
Неконтролируемая (мёртвая) зона в режиме дистанционного контроля (ДК), м, не более
1
Минимальная величина дефекта, обнаруживаемого в режиме ДК  на дальности 3 м в головке, шейке или подошве свободно лежащего рельса, %  от площади поперечного сечения головки, шейки или подошвы, не более
10
Диапазон измерений расстояний до дефектов при использовании НЧ канала для рельса Р65, м
1 - 30
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерений расстояний Х до дефектов при использовании НЧ канала, м, не более:
            для дальности до 3 м
 для дальности более 3 м





± (0.02Х + 0.01)
± 0.1
Диапазон измерений координат отражателя при использовании ВЧ канала, мм:
 дальности по поверхности
          глубины



5 - 100
5 - 100
Пределы допускаемого значения основной абсолютной погрешности измерения координат дефектов при использовании ВЧ канала, мм, не более:
     дальности по поверхности L
           глубины H





± (0.03L + 1)
± (0.03Н + 1)
Номинальное напряжение питания, В
7.2
Продолжительность работы, ч
6
Габаритные размеры электронного блока, мм
250?122?42
Масса электронного блока с аккумуляторной батареей, г, не более
750
Средняя наработка на отказ, ч
32000
Установленный срок службы, лет
5


     Принцип действия дефектоскопа АКР1224М основан на использовании двух методов неразрушающего контроля: 
     * волноводного эхо-метода;
     * традиционного эхо-метода.
     Волноводный эхо-метод состоит в возбуждении в рельсе импульсов ультразвуковых (УЗ) волн, распространяющихся вдоль рельса, и приеме волн, отраженных от дефектов, расположенных на пути распространения УЗ волн. Этими нарушениями могут быть трещины и изломы в разных частях рельса, местные сужения их поперечного сечения (например, из-за выкрашивания металла из боковой грани головки), дефектные сварные стыки. Поперечно ориентированные трещины, как бы перекрывающие часть потока ультразвуковых волн, обнаруживаются намного лучше трещин с преимущественно продольной ориентацией. Болтовые отверстия в шейке рельса, не являясь дефектами, также отражают УЗ волны. По амплитуде и времени задержки отраженных импульсов, индицируемых на дисплее дефектоскопа, можно судить о величине и дальности расположения обнаруженных нарушений в рельсе. Традиционный эхо-метод, когда УЗ сигналы распространяются в объеме твердого материала остронаправленным пучком волн чаще всего вдали от границ материала, позволяет определять тип дефекта и измерять его характеристики. [20]

1.7  Путевые устройства
     К приборам путевого заграждения относятся:
* путевые упоры;
* поворотные брусья путевого заграждения;
* сбрасывающие башмаки;
* стрелочные переводы.
     Путевые упоры устраивают с целью ограничения движение подвижного состава далее установленного места (например, в тупиках).
     Стрелочный перевод — самое распространённое устройство соединения путей, которое предназначено для перевода подвижного состава с одного пути на другой при маневрах, а также приеме, отправлении или проследовании поездов через станции, разъезды и обгонные пункты. 
     
     
     Рисунок 7 - Общий вид стрелочного перевода
     Переводной механизм совершает перемещение остряков из одного положения в другое, может иметь ручное или централизованное управление. При этом необходимо обеспечивать плотное прижатие остряков, правильное положение сигнальных фонарей и дисков.
     Управление на централизованных стрелках выполняют с помощью гибких тяг (механическая централизация) или электроэнергии (электрическая централизация) с поста централизации.
     Для правильного и безопасного ведения стрелочного хозяйства сроки службы стрелок приобретают огромное значение, но, несмотря на большую работу по улучшению и совершенствованию стрелочных переводов, долговечность стрелок все же меньше, чем рельсов. Иногда она оказывается ниже гарантийной. 
     Срок службы стрелок ограничивается их износом, зависящим от очень многих факторов. Важнейшие их них:
* «качество металла, его износоустойчивость и прочность;
* качество конструкций стрелок и крестовин в целом по геометрическим характеристикам и технологии изготовления;
* эксплуатационные условия – обращающиеся нагрузки, грузонапряженность, скорости движения поездов, качество укладки и содержания переводов». [6]

1.8  Путевые и сигнальные знаки
     Сигнальные и путевые знаки устанавливают у главных путей.
     Для обозначения на пути конкретного места (границ километров, пикетов, начала и конца кривых) предусмотрены путевые знаки. Они используются работниками пути и локомотивными бригадамидля быстрого ориентирования на железной дороге.
     Километровые знаки (рис. 8, а) устанавливают с правой стороны по счету километров не ближе 3100 мм, а в выемках (кроме скальных) и на выходах из них – не ближе 5700 мм от оси крайнего пути. Такое расстояние определено условиями работы путевых стругов.
     Пикетные знаки (рис. 8, б) устанавливают между километровыми знаками через каждые 100 м.


Рисунок 8 – а) Километровый знак; б) Пикетный знак.

1.9   Системы обеспечения безопасности пассажирских перевозок
     На сегодняшний день, системы по обеспечению безопасностиподразделяют:
* на системы диспетчерского контроля и сбора информации ручными способами (можно узнать точноеместоположение и состояние подвижных объектов железнодорожного транспорта);
* на использовании спутниковых бортовых навигационно-связных терминальных комплексов ГЛОНАСС/GPS, установленныхна локомотивах и ССПС (специальный самоходный подвижной состав), разработанных дочерними компаниями ОАО «РЖД». С помощью данной разработки, полученная информация о местоположении и параметрах движения объектов «обрабатывается программными средствами ГИС РЖД и привязывается к графу пространственного описания железных дорог ОАО «РЖД». [10] 
     Система стандарта GSM/GPRS используется в качестве системы связи, которая дает возможность подключения и доставки сообщений на выделенных участках железных дорог. Данная система претворена в жизнь и функционирует на Московской, Куйбышевской и Южно-Уральской железных дорогах. 
     Бортовые навигационно-связные терминальные комплексы ГЛОНАСС/GPS, предлагаемые к установке на локомотивах и ССПС, высокоустойчивы к механическим и климатическим воздействиям, соответствуют требованиям оборудования к установке на подвижном составе ОАО «РЖД» и соответствуют нормам безопасности. 
     В системе ОАО "РЖД" основными потребителями спутниковой информации ГЛОНАСС/GPS являются хозяйства, функционирование которых связано с подготовкой и принятием управленческих решений на основе координатно-временной информации -  информационного ресурса о расположении и параметрах движения подвижного состава, местоположении и состоянии объектов инфраструктуры железных дорог ОАО "РЖД":
* «безопасности движения;
* управления перевозками;
* локомотивного хозяйства;
* пути и искусственных сооружений;
* электрификации и электроснабжения;
* автоматики и телемеханики;
* капитального строительства;
* управления имуществом;
* информатизации и корпоративных процессов управления;
* безопасности труда и экологии».[10]
     Передающие устройства бортовых комплексов позволяют работать как в автономном режиме, так и в совокупности с локомотивными устройствами безопасности. 
     Это способствует как гарант выполнения требований по дальнейшему развитию и обязательному применению отечественной системы ГЛОНАСС на объектах железнодорожного транспорта, так и по обеспечению режимных требований при передаче по открытым каналам связи информации с подвижных объектов. 
     Спутниковые системы обеспечения безопасности и связи пассажирских поездов так же разработаны и находятся в стадии массового внедрения.
     «К настоящему времени на сети железных дорог ОАО "РЖД" спутниковой навигационно-связной аппаратурой оснащено 534 пассажирских поезда дальнего следования, из которых 168 поездов подключено к спутниковой системе передачи данных "Инмарсат"». [10] 
     
1.10  Измерение пройденного пути
     При помощи одометра измеряется путь, который прошел локомотив. Одометр - это достаточно точный прибор, предназначенный для измерения количества оборотов колеса. Количество оборотов колеса считается прибором и преобразуется в показания на индикаторе.
     Одометры не относятся к категории приборов с высоким классом точности. Они оперируют категориями метров, километров. Поэтому для этих приборов характерны определенные погрешности. И эти погрешности часто зависят не от самого устройства, а скорее от определенного износа транспорта.
     Одометр преобразует пройденный путь в показания на индикаторе. Обычно одометр состоит из счётчика с индикатором и датчика, связанного с вращением колеса.
     Видимая часть одометра — его индикатор. Механический индикатор содержит ряд колёсиков (барабанов) с цифрами на приборной доске. Каждое такое колёсико разделено на десять секторов, на каждом секторе написано по цифре. По мере увеличения пройденного транспортным средством пути колёсики вращаются, образуя число, обозначающее пройденную дистанцию.
     Счётчик может быть механическим, электромеханическим или электронным, в том числе основанным на бортовой ЭВМ. В современных автомобилях обычно используется датчик Холла.
     
1.11  Математическая модель одометра
     Если принять, что скорость точки колеса, которая соприкасается с опорной поверхностью (дорогой, рельсами и т. д.) равняется нулю, или, иными словами, наблюдается полное сцепления колеса и опорной поверхности, то справедливо следующее и соотношение
     ? = V / R,                   (1)
     где V — скорость транспортного средства, R — радиус колеса, ? — угловая скорость.
Угол поворота колеса(?) будет равен

     ? = S / R.                 (2)
     Если теперь выразить полный пройденный путь через число оборотов колеса (n), то можно получить соотношение

     S = n*2?R ,              (3)
     Скорость будет равна:
     V = dn/dt*2?R ,       (4)
     По аналогии можно найти и ускорение транспортного средства (ТС). На использовании отношения (4) построены хронометрические спидометры.
Погрешности одометра делятся на инструментальные и методические. Инструментальные погрешности являются следствием пробуксовки, разной скорости вращения колес в наземном ТС, прогиба колеса под действием силы тяжести, погрешности формы колеса. При нарушении сцепления с дорогой (пробуксовке и блокировке) уравнения (4), (5) и (6) теряют свою силу, и необходимо корректировать показания одометра.
     В реальности, радиус колеса изменчив, а идеальное сцепление с опорной поверхностью невозможно. Поэтому, если колёса вращаются с одной скоростью, то при повороте возникает пробуксовка и пройденный путь по внутренней траектории отличается от пути по наружной траектории. Их соотношение определяется формулой [4]:

     Svn = Snar * (1-L?z * Snar),           (5)
     где Svn — путь по внутренней траектории, Snar — путь по наружной траектории, ?z — угловая скорость вращения в плоскости горизонта, L — расстояние между колёсами ТС.
     Если же колёса вращаются с разной скоростью, то измерение пройденного пути ТС производится двумя одометрами. При измерении одометром приращения по координате X, составляющего ?X, необходимо учитывать проскальзывание колеса, характеризующееся коэффициентом mk, поэтому погрешность измерения приращения будет [5]:

     ?X = mk?X.              		 (6)
     
     
     
1.12  Современный одометр
     Одометр состоит из следующих частей (рис.9):
•Датчик, который связан с колесом и фиксирует обороты;
•Счетчик, который производит подсчет оборотов;
• Индикатор, который показывает не количество оборотов колеса, а пройденный путь – видимая часть.

     Рисунок 9 – Внешний вид одометра
     Виды одометров:
1 Механические одометры
     Вращение колеса при помощи механических связей передается на счетчик, который тоже под действием механики считает обороты и переводит их в километры и метры. Нормальная погрешность может достигать 5%. Но в результате эксплуатации, меняющихся дорожных условий, замены и износа некоторых деталей, погрешность механического одометра может увеличиться. Классический пример возникновения такой погрешности – пробуксовки колеса. Не учитываются возможная смена деталей, которые тоже могут давать определенный процент погрешности увеличиться до 15% (рис.10).

     Рисунок 10 – Внешний вид механического одометра
     
2 Электронно-механические
     Считывание оборотов колеса происходит при помощи механики, а счетчик затем преобразует обороты в электрические сигналы, которые затем выводятся на индикатор. Одометры такого типа имеют большую точность и меньшую погрешность, чем механические приборы. И их погрешность.......................