Žilinská univerzita v Žiline Stavebná fakulta
Študentská vedecká odborná činnosť Akademický rok 2006-2007
MĚŘENÍ PROSTOROVÉ POLOHY KOLEJE SYSTÉMEM APK-1
Meno a priezvisko študenta : Ročník a odbor štúdia : Vedúci práce Žilina
: :
Libor Vavrečka 5. ročník, Geodézie a kartografie Ing. Jiří Bureš, Ph.D. 24.05.2007
OBSAH 1.
ÚVOD....................................................................................................................................................... 4
2.
PROSTOROVÁ POLOHA KOLEJE ................................................................................................... 4 2.1. RELATIVNÍ MĚŘENÍ (DLOUHÁ TĚTIVA).................................................................................................. 4 2.2. MĚŘENÍ V ABSOLUTNÍM SOUŘADNÉM SYSTÉMU ................................................................................... 5 2.2.1. Ruční měření ................................................................................................................................ 5 2.2.2. Automatizované měření ............................................................................................................... 5
3.
SYSTÉM APK - 1 ................................................................................................................................... 5 3.1. ROBOTIZOVANÁ TOTÁLNÍ STANICE ....................................................................................................... 6 3.2. MĚŘÍCÍ VOZÍK ....................................................................................................................................... 6 3.3. ŘÍDÍCÍ POČÍTAČ S INSTALOVANÝM PROGRAMEM RAIL V&W ............................................................... 7
4.
LOKALITA MĚŘENÍ............................................................................................................................ 8
5.
POPIS MĚŘENÍ SYSTÉMU APK–1.................................................................................................... 9 5.1. PODKLADY PRO MĚŘENÍ ....................................................................................................................... 9 5.2. URČENÍ SOUŘADNIC A ORIENTACE TOTÁLNÍ STANICE ........................................................................... 9 5.3. MĚŘENÍ PODROBNÝCH BODŮ .............................................................................................................. 10
6.
PŘESNOST SYSTÉMU APK - 1......................................................................................................... 11 6.1. URČENÍ SOUČTOVÉ KONSTANTY SOUSTAVY TRIMBLE ........................................................................ 12 6.1.1. Pracovní postup.......................................................................................................................... 12 6.1.2. Výpočty...................................................................................................................................... 13 6.1.3. Zhodnocení úlohy ...................................................................................................................... 14 6.2. URČENÍ SOUČTOVÉ KONSTANTY SOUSTAVY LEICA ............................................................................. 14 6.2.1. Pracovní postup.......................................................................................................................... 14 6.2.2. Výpočty...................................................................................................................................... 14 6.2.3. Zhodnocení úlohy ...................................................................................................................... 15 6.3. TESTOVÁNÍ HRANOLŮ ......................................................................................................................... 15 6.3.1. Pracovní postup.......................................................................................................................... 15 6.3.2. Výpočty...................................................................................................................................... 16 6.3.3. Zhodnocení úlohy ...................................................................................................................... 16
7.
ZÁVĚR................................................................................................................................................... 18
8.
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ................................................................................................. 18
Anotace v češtině Existuje několik systémů a metod pro měření prostorové polohy železniční koleje. Práce se zabývá zejména analýzou přesnosti měření prostorové polohy koleje systémem APK-1. Měřící systém APK-1 je tvořen měřícím vozíkem, pohybujícím se pojížděním po koleji, jehož prostorová poloha je určována automatizovanou totální stanicí nebo systémem GPS. Předmětem práce je ověření přesnosti přístrojů a hranolových systémů používaných při automatizovaném měření systémem APK-1. Testovací měření systémem APK-1 byla uskutečněna na zkušebním železničním okruhu. Cílem analýz přesnosti je propracování metod měření, které by vyhovovaly s ohledem na předepsanou přesnost určení prostorové polohy koleje z hlediska její údržby. Anotace v angličtině There are existed several systems and methods for the measuring of the absolute position of a railway line. This work especially deals with analysis accuracy for measuring absolute position railway line by measuring system APK-1. Measuring system APK-1 is formed by measuring trolley, which is moving by track rolling, whose absolute positions is determine with automatic packing machine or by system GPS. The subject of article is check accuracy of total stations and prismatic systems used at automatic measuring by system APK-1. Testing measuring by system APK-1 was carried on experimental railway’s area. Objective of analysis accuracy is refinement measurement methods, which would conform to prescribed accuracy of the absolute positions of a railway line from fitting aspect. Klíčová slova v češtině: prostorová poloha koleje, měření, totální stanice Klíčová slova v angličtině: absolute position of rail line, measurement, total station
1. Úvod S výstavbou a zejména s provozem železničních koridorů projektovaných na rychlost 160 km/h a vyšší nastal u Českých drah problém s diagnostikou prostorové polohy koleje. Správná prostorová poloha koleje je základním předpokladem pro bezpečný a ekonomický provoz železnice a správné provedení prostorové polohy osy koleje, je vedle konstrukčního a geometrického uspořádání koleje, jedním z předpokladů jejich úspěšné realizace. K tomuto účelu vzniklo na ČD zařízení APK–1. Náplní mé práce je popis měřícího zařízení APK–1 a popis měřických prací provedených na lokalitě zkušebního okruhu ve Velimi, dále jejich zpracování a vyhodnocení. Práce se také zabývá analýzou přesnosti měření prostorové polohy koleje systémem APK–1 a ověřením přesnosti přístrojů a hranolových systémů používaných při automatizovaném měření systémem APK–1. Úkolem analýz přesnosti je propracování metod měření, které by vyhovovaly s ohledem na předepsanou přesnost určení prostorové polohy koleje a zjistit, zda systém dosahuje přesností daných zadáním.
2. Prostorová poloha koleje Prostorová poloha koleje je množinou bodů osy koleje jednoznačně určených v projektu polohopisnými souřadnicemi a nadmořskou výškou. Je to tedy jasně definovaná matematická veličina. Neustálý vývoj zajištění koleje dnes umožňuje zajištění na značky sloupkového typu projektovaném v místním souřadnicovém systému, zajištění metodou dlouhé tětivy v absolutních souřadnicích a v budoucnu připravované zajištění na principu globálních souřadnic s využitím globálních navigačních satelitních systémů (GNSS) [5]. Polohové a výškové odchylky projektovaného stavu se určují:
prostorové
polohy
koleje
od
jejího
a) měřením vodorovné vzdálenosti mezi osou koleje a zajišťovacími značkami a určením rozdílu výšek nivelety temene kolejnicového pásu a zajišťovacích značek, b) měřením metodou dlouhé tětivy c) geodetickým měřením (zaměřením podrobných bodů koleje nebo záznamem polohových měření metodami GPS) V současné době se z hlediska technologie používají dva způsoby měření prostorové polohy koleje, relativní a v absolutním souřadném systému. Zjištěné hodnoty kontrolních měření jsou porovnávány s projektem [2].
Relativní měření (dlouhá tětiva) Relativní měření je založeno na principu určování pořadnic a kolmic od dlouhé tětivy a porovnání s teoretickými hodnotami dle projektu. Dlouhá tětiva je vztažena k zajišťovacím značkám. Výhodou této metody je rychlost měření u vyspělých systémů. Tato metoda měření vykazuje velmi dobrou přesnost, ale nevýhodou je, že její použití závisí na kvalitě zajišťovacích značek, jejichž přesnost ovlivňuje výsledek celého měření. Právě tato nepřesnost negativně ovlivnila činnost vyspělého systému EM-SAT při měření na našem území [3].
Měření v absolutním souřadném systému Absolutní měření v souřadném systému využívá geodetických metod určení polohy a výšky bodu v ose koleje a opírá se o platný souřadný systém. Výchozími body jsou ověřené body vytyčovací sítě. Výsledkem jsou souřadnice a výšky měřené osy koleje. S těmito souřadnicemi je možnost dále pracovat, např. porovnání s teoretickou osou. Tato metoda je nezávislá na kvalitě zajišťovacích značek a závisí jen na kvalitě bodů vytyčovací sítě. Při měření podrobných bodů je kontrolována vytyčovací síť. Etapovité měření je využitelné pro dlouhodobé sledování pohybu železničního svršku. Metoda má ovšem větší časovou náročnost a zvláště jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu podkladů, kterými jsou souřadnice a výšky vytyčovací sítě a parametry teoretické osy koleje [4].
Ruční měření Při ručním měření je osa koleje zaměřována totální stanicí na přikládanou rozchodku, která je opatřená odrazným hranolem. Problematické je trigonometrické určení výšky a proto je u přesnějších prací určována nivelací. Výpočet souřadnic osy koleje a odchylek od projektovaného stavu je proveden až po ukončení měření a je časově náročný [4].
Automatizované měření Automatizované měření využívá robotizovanou totální stanici, která sleduje pojíždějící rozchodku, která měří rozchod a převýšení a vysílá měřená data do řídícího počítače, kde se provádí on-line výpočet odchylek osy koleje od projektovaného stavu. Při výběru zařízení dostupných na trhu se ukázalo, že žádné z nabízených zařízení uspokojivě nevyhovuje kladeným požadavkům. Nejdůležitější byla pořizovací cena. To vedlo k zahájení vývoje vlastního zařízení pro ČD za spolupráce SŽG Olomouc a TÚČD. Hlavním úkolem pro toto zařízení je kontrolní měření prostorové polohy koleje a navádění automatických strojních podbíječek (ASP) pro úpravu železničního svršku přesnou metodou [4].
3. Systém APK - 1 Měřící systém APK - 1 se skládá ze tří hlavních částí : 1.) robotizované totální stanice 2.) měřícího vozíku 3.) řídícího počítače s instalovaným programem Rail V&W
Obr. 1 Vozík KRAB LIGHT s řídícím počítačem
Robotizovaná totální stanice Pro systém byla vybrána totální stanice TRIMBLE 600ATS a alternativně Leica 1201, které jsou vybaveny servomotory a trackerem. Sledují pohybující se aktivní 360° odrazný hranol. Měřená data vysílají prostřednictvím vestavěného radiomodemu na řídící počítač. Hlavními výhodami těchto totálních stanic jsou: - rychlý vnitřní procesor, který určuje aktuální pozici rychle pohybujících se strojů s velmi velkou přesností, - synchronizovaná vysoká přesnost měření úhlů a délek s malým zpožděním dat, - u aktivního sledování pohybujícího se cíle, můžeme použít uzamčení (locknutí) sledovaného cíle po celou dobu měření, což nám dává záruku, že míříme na správný hranol, zvláště v oblastech, kde jich je viditelných více jak jeden. - automatická totální stanice umí zacílit na střed hranolu, pokud je alespoň částečně v zorném poli dalekohledu - přístroj disponuje nekonečnými ustanovkami a obsluha tohoto přístroje je velmi jednoduchá a rychlá. Tabulka 1 Hlavní parametry totálních stanic Trimble 600 ATS a Leica 1201
úhlová přesnost podle DIN 18 723 délková přesnost
0,3 mgon ± 2 mm + 2 ppm /km
Měřící vozík Pro systém byl vybrán vozík KRAB–LIGHT od firmy KŽV Praha, který měří převýšení, rozchod a ujetou vzdálenost. Vozík slouží také jako nosič odrazného hranolu a řídícího počítače. Tabulka 2 Přesnost měření vozíku Krab-light
rozchod převýšení
± 0,1 mm ± 0,1 mm
ujetá vzdálenost
3 m/1 km
Řídící počítač s instalovaným programem Rail V&W Na měřícím vozíku je umístěn řídící počítač, který svou odolností splňuje vojenské standarty a je vybaven dotykovým displejem. Na tomto počítači je nainstalován programový systém Rail V&W, který je nejdůležitější částí systému APK-1. Program je rozdělen do dvou částí: 1.) přenosový terminál (Obr. 3-1)
Obr. 3-1 Obrazovka přenosového terminálu
Přenosový terminál ovládá totální stanici a měřící vozík. V terminálu se provádí synchronizace měřených dat z totální stanice a měřícího vozíku. 2.) Část pro vyhodnocení odchylek od projektované osy Pro vyhodnocovací část je použito grafické prostředí geodetického programu WKOKES firmy GEPRO Praha. V tomto prostředí byly naprogramovány potřebné moduly.
Obr. 3-2 Obrazovka grafického prostředí WKOKES
Program umožňuje práci a přehledné zobrazení velkého množství různých typů vstupních dat. Vedle standardních nástrojů obsahuje prostředky pro posouzení stavu vytyčovací sítě. Moduly vytvořené pro APK-1 řeší tyto úlohy: práci s teoretickou osou umožňující výpočty k ose a její zobrazení, on-line přepočet měřených prostorových souřadnic do osy koleje s využitím měřeného rozchodu a převýšení, výpočet odchylek měřené osy od teoretické osy a v neposlední řadě výstup záznamů měření a export dat na automatickou strojní podbíječku (dále jen ASP) [4].
4. Lokalita měření Měření probíhalo na podzim 2006 na zkušebním okruhu ve Velimi nedaleko Cerhenic u Kolína. Měření probíhalo mezi km 1,400 a 7,230 na velkém zkušebním okruhu podle zadaného projektu. Tabulka 3 Parametry velkého zkušebního okruhu
Velký zkušební okruh Délka trati 2 x přímý směr 2 x oblouk R = 1400m Ve vodorovné Převýšení oblouku Délka přechodnice Maximální rychlost
13,276 km 2 x 1,979 km 2 x 4,136 km 9,144 km 150 mm 0,261 km 200 km/h
5. Popis měření systému APK–1 K předání ASP dat pro směrovou a výškovou úpravu koleje je třeba připravit podklady pro měření, určit souřadnice a orientaci totální stanice, změřit podrobné body a nakonec vytvořit podklady pro ASP
Podklady pro měření Nutnými podklady pro měření jsou souřadnice a výšky bodů vytyčovací sítě (referenční rámec pro vytyčení) tvořený zajišťovacími značkami a v souřadnicích platný projekt teoretické osy koleje. Dalším užitečným podkladem pro usnadnění orientace v terénu je výkres situace. Většinou není úplně snadné tyto údaje získat.
Obr. 5-1 Podklady pro měření
Určení souřadnic a orientace totální stanice Systém umožňuje libovolný počet měření na orientační body. Pro výpočet polohy a výšky stanoviska je možné zvolit libovolné měřené body s možností odděleně zvolit polohu a výšku. Stanovisko může být použito jako pevné, nebo určeno jako volné. Při výběru bodů pro výpočet je okamžitá odezva výsledku. Do souboru jsou uložena všechna měřená data a výpočet je možné kdykoliv opakovat a přitom měnit ostatní údaje kromě měřených hodnot. Při měření stanoviska je automaticky založen nový adresář. Název adresáře se skládá z čísla bodu stanoviska a data měření. Stejný název mají i soubory pro měření orientací a podrobné měření. Liší se jen příponou. Pomocí těchto nástrojů jsme schopni posoudit kvalitu bodů vytyčovací sítě a přehledně archivovat měření.
Obr. 5-2 Maska pro určení souřadnic a orientace totální stanice
Měření podrobných bodů Jestliže máme určeny souřadnice stanoviska, započne vlastní měření, při kterém totální stanice automaticky sleduje odrazný hranol na měřícím vozíku, který tlačí obsluha po koleji. Totální stanice vysílá měřené hodnoty do řídícího počítače. Tam se synchronizují s příslušnými údaji o rozchodu a převýšení koleje, které měří vozík. Po provedení výpočtu lze na obrazovce počítače odečíst aktuální odchylku měřeného bodu od projektovaného stavu [3]. Frekvence měření je závislá na zvolené metodě měření. Při automatickém záznamu a registraci dat je tato frekvence 1 s a vzdálenost mezi měřenými body je závislá na rychlosti chůze obsluhy, která tlačí vozík. Při našem měření byla zvolena vzdálenost 5m, kdy totální stanice pouze sleduje cíl a obsluha dává pokyn k registraci příslušného bodu. Úsek, jaký lze systémem APK–1 změřit, je závislý na klimatických podmínkách (refrakci), které ovlivňují funkci dálkoměru a trackeru totální stanice. Při malé refrakci je možné s dostatečnou přesností měřit do vzdálenosti až 150 m od totální stanice, při silné refrakci tato vzdálenost klesá na přibližně 100 m . Dále je vzdálenost závislá na podkladech, pro který je projekt měřený. Při podrobném měření je dále potřeba zabývat se problematikou návaznosti jednotlivých měření. Tato je obvykle řešena dostatečnými překryty.
Obr. 5-3 Náčrt postupu měření systémem APK - 1
1.) C postaví a urovná totální stanici, A + B připraví vozík a naváže komunikaci s totální stanicí, D postaví následující stanovisko a vrací se k vozíku 2.) C kontroluje totální stanici, B + D dávají odrazný hranol pro měření orientací, A projíždí měřený úsek 3.) C se přesouvá na následující stanovisko, A + B zpracovává naměřené hodnoty, D pomáhá C při přesunu, popř. staví další stanovisko 4.) Cyklus se opakuje
6. Přesnost systému APK - 1 Přesnost systému APK–1 je při učení souřadnic měřeného bodu v ose koleje v absolutním souřadném systému závislá na přesnosti bodů vytyčovací sítě. Relativní
přesnost systému uvnitř stanoviska je přímo úměrná parametrům totální stanice a je ovlivněna volbou stanoviska, jeho stabilitou, provozem, povětrnostními podmínkami a přesností vozíku. Je potřeba také zdůraznit, že práce v terénu probíhají často pod značným časovým tlakem. Většina zpracování tedy probíhá postprocesingem až v kanceláři. Mezní polohová chyba a mezní chyba ve výšce je 5mm dle ČSN 73 6360-2 .
Určení součtové konstanty soustavy Trimble Cílem bylo určení součtové konstanty hranolů Trimble RTM 606 pro Trimble 600ATS z měření jednoduchých kombinací tam a zpět. Měření probíhalo na pevné základně v Olomouci stabilizované hřebovými značkami.
Pracovní postup Rozměříme si 100 metrovou základnu po dvaceti metrech pásmem. Na bodech 1 postavíme, zcentrujeme a zhorizontujeme přístroj a nastavíme konstantu hranolu udávanou výrobcem (2mm). Zacílíme na bod 6 a nastavíme vertikální úhel 100g. Na bodě 6 postavíme stativ s hranolem tak, aby záměrná přímka přístroje s nastaveným vertikálním úhlem 100g procházela středem hranolu. Poté postavíme zbývající 4 stativy na místa rozměřených vzdáleností a hranoly zařadíme do této přímky.
Obr. 6-1 Schéma postupu měření vzdáleností
Z bodu 1 se změří vzdálenost na body 6 a 2 a zapíše do formuláře na měření konstanty přístroje. Přístroj se přenese na bod 2, kde se změří vzdálenost na bod 3. Poté přenášíme a měříme stejným způsobem až po bod 6, kde se změří vzdálenost na bod 1. Opět přeneseme přístroj na bod 2 a změříme délku na bod 1. Takto pokračujeme až na bod 6, ze kterého zaměříme vzdálenost na bod 5. Tímto postupem se alespoň částečně snažíme snížit vliv chyby z torze stativu, protože se na každém stativu stojí po stejném časovém úseku.
Obr. 6-2 Základna na měření součtové konstanty
Po změření všech těchto 12ti délek přikročíme k výpočtu. Dostaneme opravu součtové konstanty hranolu a v totální stanici součtovou konstantu opravíme o tuto hodnotu. Měření opakujeme jako kontrolní stejným postupem.
Výpočty Body 1, 2, 3, 4, 5, 6 jsou na přímce a pro úseky S1-2, S2-3, S3-4, S4-5, S5-6, S1-6, platí:
S1-2 + S2-3 + S3-4 + S4-5 + S5-6 = S1-6
Pro měřené úseky S1-2', S2-3', S3-4', S4-5', S5-6' a S1-6' platí: S1-2 = S1-2' + c
S4-5 = S4-5' + c
S2-3 = S2-3' + c
S5-6 = S5-6' + c
S3-4 = S3-4' + c
S1-6 = S1-6' + c
, kde c je hledaná oprava součtová konstanty c = (S1-6 - (S1-2 + S2-3 + S3-4 + S4-5 + S5-6)) / 4 Nadbytečná měření mi dovolila určit s vysokou spolehlivostí součtovou konstantu pomocí vyrovnání metodou nejmenších čtverců v programu dll MNČ. První stanovisko bylo bráno jako pevné a bezchybné. Do vyrovnání byla vložena všechna měření. Výsledek vyrovnání hodnota str.chyba 1-2
=
19.9757
0.0002
1-3
=
39.9519
0.0003
1-4
=
59.9068
0.0003
1-5
=
79.8913
0.0003
1-6
= 100.0829
0.0003
C.C =
-0.0277
0.0002 (Oprava po 1. měření)
C1.C =
0.0005
0.0002 (Oprava po 2. měření)
Zhodnocení úlohy Z vypočtených hodnot vyplývá, že součtová konstanta soustavy složené z přístroje Trimble 600ATS a hranolu Trimble RTM 606 má hodnotu 29,2 mm se střední chybou 0,2 mm.
Určení součtové konstanty soustavy Leica Cílem bylo opět určení součtové konstanty, tentokrát ovšem 360° hranolu Leica pro přístroj Leica 1201 z měření jednoduchých kombinací tam a zpět.
Pracovní postup Měření probíhalo na tři rozdílné vzdálenosti, abych s tímto přístrojem zkusil maximální a minimální záměru, které se používají při měření se systémem APK–1. Základny byly 9 m, 65 m a 130 m. Na bodech A, B a C postavíme stativy s třínožkami. V třínožce na bodě A zhorizontujeme dálkoměr a v třínožce na bodě C dálkoměrný hranol. Zacílíme dálkoměr přesně na střed hranolu, utáhneme horizontální ustanovky a sklápěním dalekohledu vytyčíme bod B, ležící na přímce AB. Měření vzdáleností pak probíhá podle tohoto schématu:
Obr. 6-3 Schéma měření vzdáleností
Z bodu A se změří vzdálenost na body B a C, dálkoměr se přenese na bod B, kde se změří vzdálenost na body A a C a poté na bod C, kde se změří vzdálenosti na body A a B. Všechny délky se měří dvakrát v každém směru a výsledná vzdálenost je pak průměr ze čtyř hodnot. Podle tohoto postupu probíhalo měření na všech třech základnách.
Výpočty Při měření základny jen s jedním mezilehlým bodem je třeba zdůraznit, že nemáme žádnou kontrolu správného určení konstanty. Body A, B a C jsou na přímce a pro úseky a, b a d platí: d = a + b Pro měřené úseky a', b' a d' platí: a = a' + c, b = b' + c, d = d' + c, kde c je hledaná součtová konstanta Po dosazení do rovnice d = a + b dostaneme tvar d' + c = a' + c + b' + c, ze kterého vyjádříme hodnotu součtové konstanty c a dostaneme vztah: c = d' – (a' + b') Tabulka 4 Výsledné součtové konstanty
Výpočet součtové konstanty -0,0225 m 9m
65 m 130 m
-0,0230 m -0,0233 m
Zhodnocení úlohy Z vypočtených hodnot vyplývá, že součtové konstanty zkoušeného hranolu a přístroje se pohybují v rozmezí 22,5 mm až 23,3 mm. Odchylky vzdáleností od průměru nepřekročily hodnotu 1 mm. Největší hodnoty nabývá odchylka od průměru u nejkratší vzdálenosti. Tyto odchylky ovšem byly zřejmě způsobeny nekolmým postavením hranolu vůči dálkoměru nebo nepřesným zacílením dálkoměru na střed hranolu. Při znalosti správné hodnoty součtové konstanty lze tedy zkoušené hranoly použít pro měření délek, přičemž se do výsledných hodnot nezanese chyba, která by je podstatně ovlivnila.
Testování hranolů Jedním z problémů týkajících se mé práce bylo ověřit funkci hranolů 360° při měření v různých polohách. Tedy, zda je při otáčení hranolem konstanta neměnná. Testování probíhalo 6.4.2007 a opět byly zkoušeny oba systémy od firem Trimble a Leica. Měření probíhalo opět na tři různé vzdálenosti. Byly to vzdálenosti 4,5 m, 65 m a 130 m. 4,5 m je minimální vzdálenost, na kterou se měří podrobné body a 130 m naopak maximální. Třetí délka základny byla vybrána jako střední hodnota prvních dvou. Na nejkratší základně ještě proběhly další dvě měření, tak aby bylo simulováno štěrkové lože na ČD. Proto byl přístroj jednou výše než hranol a po druhé níže. Měření probíhalo automatizovaným zacílením a jen v jedné poloze, znovu proto, aby se dodržel postup při měření systémem APK–1.
Pracovní postup Vzdálenosti byly rozměřeny pásmem. Na bodech A a B postavíme stativy s třínožkami. V třínožce na bodě A zhorizontujeme dálkoměr a v třínožce na bodě C dálkoměrný hranol. Zacílíme dálkoměr zhruba na hranol a dáme automatizovaně změřit vodorovnou vzdálenost. Totální stanice si docílí přesně na střed hranolu a změří délku. Pootáčíme hranolem v třínožce o 45° a změříme těchto osm délek. Všechny délky se měří třikrát a výsledná vzdálenost je pak průměr z 24 hodnot. Podle tohoto postupu probíhalo měření na všech třech základnách. Stejný postup byl použit pro soustavu od firmy Trimble a od firmy Leica.
Obr. 6-4 Ukázka způsobu otáčení hranolem Trimble RTM 606
Obr. 6-5 Ukázka testování hranolu totální stanicí Leica 1201
Výpočty Výpočetní část probíhala pomocí programu Microsoft Excel. V této části šlo o zjištění směrodatných odchylek, rozptylů, středních hodnot měření a dalších statistických funkcí pro zjištění přesnosti měření na daných základnách a vyhodnocení měření při natáčení hranolů do různých zkoumaných poloh. Výsledky jsou interpretovány v přehledných tabulkách a vyhodnocení s výslednými hodnotami jsou vyneseny v grafech. Prům ěrné délky při otáčení hranolem od firm y Trim ble
Naměřená délka [m]
4,4995 4,4990 4,4985 4,4980
Hodnoty měření
4,4975 4,4970 4,4965 4,4960 0°
45°
90° 135° 180° 225° 270° 315° Úhel
Graf 1 Ukázka grafu, ve kterém je vykreslena změna při měření na otáčený hranol
Zhodnocení úlohy Výsledkem tohoto testování bylo případné zjištění systematické chyby při natáčení hranolů soustav Trimble a Leica, složených z totálních stanic a hranolů těchto firem. Z výsledků vyplývá, že přesnost je lepší u soustavy od firmy Leica než od firmy Trimble. V grafu 2 můžeme vyčíst, při kterém úhlu natočení je přesnost nejhorší. U
totální stanice Leica 1201 s hranolem od téhož výrobce je přesnost pravidelnější. Rozptyl při natáčení hranolů od firem Trim ble a Leica 4,50E-07 4,00E-07 3,50E-07 Rozptyl
3,00E-07 2,50E-07
Trimble 600ATS
2,00E-07
Leica 1201
1,50E-07 1,00E-07 5,00E-08 0,00E+00 0°
45°
90°
135°
180°
225°
270°
315°
Úhel [°]
Graf 1 Výsledný graf přesností měřených délek při natáčení hranolů od firem Trimble a Leica
Z grafu 3 lze vysledovat, že kratší vzdálenosti byly opět přesněji měřeny Leicou, ale naopak při delších základnách udává lepší přesnosti Trimble. Z grafů a tabulek uvedených v příloze, můžeme dále zjistit, že přesnosti jsou konstantní a dá se tedy předpokládat, že měření je zatíženo systematickou chybou. Z výsledků ovšem vyplývá, že hodnota odchylek nepřekročila 2 mm, což je přesnost udávaná výrobcem a proto tato systematická chyba zásadně neovlivní požadovanou přesnost u systému APK-1. U soustavy od firmy Leica odchylky od střední hodnoty měření opět nepřekročily hodnotu 2 mm, proto rovněž nemusíme s touto systematickou chybou uvažovat při měření systémem APK-1. Směrodatná odchylka od střední hodnoty byla u této soustavy naopak nejmenší na nejkratší základně 4,5 m a na dalších dvou základnách ve vzdálenostech 65 m a 130 m, se od sebe nelišila. Přesnost měřených délek na základnách 8,00E-07 7,00E-07
Rozptyl
6,00E-07 5,00E-07 Trimble 600ATS
4,00E-07
Leica 1201
3,00E-07 2,00E-07 1,00E-07 0,00E+00 4,5 m [s = h] 4,5 m [s > h] 4,5 m [s < h] 65 m [s = h] 30 m [s = h]
Délka základen [m]
Graf 2 Graf přesností měřených délek na základnách
7. Závěr Systémem APK-1 byl změřen výše uvedený úsek. Z naměřených dat byly v programu Rail V&W vyexportovány soubory potřebných hodnot posunů a zdvihů, které byly použity pro směrovou a výškovou úpravu osy koleje pomocí ASP.Výsledky měřícího zařízení APK-1 získané při měření prostorové polohy koleje potvrzují, že systém dosahuje parametrů a přesností daných zadáním dle národní normy ČSN 7363 60-2. Výsledky měření součtových konstant byly porovnány s předchozími měřeními. Bylo zjištěno, že se shodují a měření konstanty se tedy dá považovat za správné, přičemž se do výsledných hodnot měření systémem APK-1 nezanese chyba, která by zásadním způsobem ovlivňovala výslednou přesnost. Testování soustav složených z dálkoměrů a hranolů používaných pro systém APK-1 rovněž ukázalo, že jsou pro tento systém dostačující ke splnění přesností daných zadáním. I když se pravděpodobně vyskytla systematická chyba při testování hranolu, není pro měření systémem APK-1 podstatná a nemusíme s ní uvažovat při vyhodnocování měření tímto systémem.
8.
Seznam použité literatury
[1] ČSN 73 6360-2 Konstrukční a geometrické uspořádání koleje železničních drah a její prostorová poloha, Část 2: Stavba a přejímka, provoz a údržba [2] Železniční svršek 3: Zajištění prostorové polohy koleje [3] Milan Talácko : Systém APK-1 pro měření osy koleje v absolutních souřadnicích, Žilina 2005 [4] Havlíček: Měření prostorové polohy koleje u ČD, a. s. měřícím systémem APK – 1, IX. Mezinárodní konference GEODÉZIE A KARTOGRAFIE V DOPRAVĚ, Trenčín 2005 [5] Havlíček: Zajištění absolutní polohy koleje
