Для измерения, записи и анализа параметров геометрии пути каждый путеизмерительный вагон производства фирмы Плассер & Тойрер в серийном исполнении оснащен системой бесконтактного измерения параметров пути с интегрированной навигационной системой GPS и двойным оптическим измерением ширины колеи.
Данная система обеспечивает измерение следующих параметров: профиль левого и правого рельсов, план левого и правого рельсов, ширина колеи (двойное измерение), положение рельсов по уровню, перекос, кривизна и радиус кривых, продольный наклон и местоположение – с помощью GPS.
Кроме того измеряются и записываются скорость измерения, расстояние, местоположение искусственных сооружений (тоннелей, мостов и т. п.) и температура окружающего воздуха.
Система измерения параметров геометрии пути состоит из следующих узлов: устройства инерционного измерения (IMU), двух систем для оптического измерения ширины колеи (Dual OGMS) и навигационного оборудования (навигационный компьютер с интегрированным приемником GPS, антенной GPS).
Сам измерительный вагон оборудован измерительной рамой, прикрепленной к четырем буксам одной из тележек. На ней установлены устройства IMU, а также все четыре измерительных сенсора системы двойного измерения ширины колеи. Общая конструкция вагона – очень прочная. Благодаря указанному размещению оборудования рама, устройства IMU и сенсоры постоянно находятся в параллельном к поверхности рельсов положении, что позволяет использовать измерительную раму в качестве плоскости отсчета для измерения параметров пути.
Так как во время измерительной поездки тележка оказывает нагрузку на путь, данная конструкция обеспечивает измерение параметров геометрии пути в условиях реальной нагрузки. Компенсация прогибов рессор или движений кузова вагона не требуется. Система по всему диапазону скоростей – от стоянки до максимальной скорости – обеспечивает крайнюю точность измерений.
Для предоставления точных параметров геометрии пути традиционные инерционные измерительные системы нуждаются в минимальных измерительных скоростях в зависимости от измеряемых длин волн. Такая минимальная скорость составляет 27 км/ч для длины волн 30 м, а для длины волн 150 м – даже 135 км/ч. В реальных условиях работы такая минимальная измерительная скорость не может быть обеспечена непрерывно. Когда установленная скорость участка пути меньше чем минимальная измерительная скорость или применяющийся путеизмеритель не достигает этой минимальной скорости, получаются пробелы в записи.
Плассер & Tойрер предотвращает такие проблемы путем использования инерционной навигационной измерительной системы с интегрированной навигацией. Только благодаря этой инновации инерционное измерение стало общеприменяемым. Измерительное устройство обходится без подвижных элементов и благодаря этому обстоятельству является очень прочным. Через измерительные рамы оно соединено непосредственно с буксами, что означает, что и параметры геометрии пути регистрируются непосредственно. Комбинация инерционного и навигационного измерений обеспечивает получение точных данных в условиях как высоких, так и низких скоростей. Кроме того, производится трехмерная регистрация измеряемых значений; наряду с общепринятыми параметрами геометрии пути можно записывать также и продольный уклон пути.
Устройство IMU постоянно находится на неизменном вертикальном расстоянии от рельсов. В него входят три сенсора ускорения, а также три сельсин-датчика для измерения изменений углов. Устройство IMU регистрирует движения во время езды и поставляет географические координаты пространственной кривой, в точности представляющей положение пути в пространстве. Горизонтальное взаимодействие между устройством IMU и рельсами создается двумя системами для измерения ширины колеи. Регистрация геометрии пути в виде пространственной кривой представляет собой обязательное условие для правильной оценки состояния пути высокоскоростных линий, произведение измерения только стрел прогиба никоим образом не является достаточным для этой цели.
Совершенно необходимым условием для рационального измерения параметров пути является максимально точная привязка результатов измерений к соответствующим позициям. При ручной маркировке искусственных сооружений при помощи клавиш достигается точность приблизительно в 6 метров, причем в определенных условиях, например, в ночное время, этот метод вообще не может быть применен.
Синхронизация позиций с помощью дифференциальной системы глобального позиционирования DGPS (Дифференциальная система глобального позиционирования) является неотъемлемой составной частью системы измерения параметров геометрии пути фирмы Плассер & Тойрер. Она полностью автоматически и синхронно присваивает измеренным параметрам пути необходимые точные данные о позиции, вследствие чего ручная синхронизация может быть исключена из процесса.
Точность, достигаемая при использовании данных DGPS, составляет 0,4 метра. Координаты GPS поступают от приемника GPS, или же, на участках без приема, как, например, в тоннелях, временно от устройства IMU. Для последующего поиска, например, дефектов, требуется стандартный приемник GPS. Сигнал GPS применяется, кроме того, еще для компенсации влияния вращения земли на устройство IMU.
Бортовая компьютерная система полностью записывает все координаты пространственных кривых. Система измерения расстояния определяет измерительное разрешение по расстоянию. Она за один оборот колеса посылает 10 тысяч импульсов. Компьютерная система в зависимости от расстояния (регулируется оператором, например, каждые 25 см) опрашивает подчиненные системы, чтобы получить от них актуальные измеренные величины, и записывает их в базе данных. Синхронно к этому навигационная система обеспечивает точные позиции, которые также записываются в базе данных.
Все требуемые параметры геометрии пути производятся из этой точно привязанной к координатам пространственной кривой. Параллельно в истинном масштабе времени выдается отчет о превышении предельных значений, в котором перечисляются все измеренные значения, находящиеся вне заданных допусков.
Одно из самых существенных требований для замера пути заключается в учете состояния пути под нагрузкой, так как положение пути в покое, разумеется, не дает информации о его поведении в реальных условиях.
Измерительные сенсоры, расположенные на неподвижно соединенной с тележкой измерительной раме, выполняют эти требования, так как замер пути осуществляется под нагрузкой путеизмерительного вагона.
Документированы следующие воспроизводимые степени точности:
Система измерения параметров геометрии пути фирмы Плассер & Тойрер в состоянии производить измерение при любой скорости до 300 км/ч. В отличие от традиционных инерционных измерительных систем для ее безупречной работы не требуется определенной минимальной скорости.
Одно из существенных преимуществ системы измерения параметров геометрии пути фирмы Плассер & Тойрер заключается в почти неограниченной гибкости отображения измеренных данных. Например, положение обоих рельсов в плане и по уровню может быть одновременно изображено в истинном масштабе времени в виде пространственных кривых как для трех произвольно выбираемых длин волн, так и для трех произвольно выбираемых длин хорд. Во время измерительной поездки с любого подключенного к системе терминала можно наблюдать за любым сочетанием всех параметров. Программа обеспечивает более 100 различных возможностей математического расчета и расчета для железнодорожных нужд. Кроме того, имеется возможность эмуляции, причем в реальном масштабе времени, ранее использовавшихся измерительных систем, применяющих другие измерительные методы. Таким образом можно сравнить прежние записи с актуальными данными.
