Цифровая модель железной дороги

Проведение мониторинга состояния пути, сооружений и ремонтных работ требует создания на железных дорогах страны реперных систем контроля плана и профиля пути. Сотрудники Центра космических исследований и дистанционного зондирования Земли КазНУ им. Аль-Фараби предлагают железнодорожникам свои услуги – создание электронной карты на основе космоснимков среднего пространственного разрешения, базы данных путей сообщений и геопортала железнодорожных путей сообщений.

Географические информационные системы (ГИС) – это успешно развивающаяся информационная технология, эффективно применяющаяся во многих отраслях, в том числе и на транспорте. При этом у транспортных ГИС есть одна важная особенность – самый широкий круг пользователей, которым нужна транспортная информация. Это сами работники транспорта, то есть те, кто строит и поддерживает транспортную инфраструктуру в рабочем состоянии. Это те, кто осуществляет перевозки по транспорту. Это и пассажиры, поскольку они пользуются транспортом для проезда. И всем: рядовым пассажирам, профессионалам обслуживания транспортной инфраструктуры и перевозчикам, нужна информация о транспортных сетях и объектах. Действительно, каждому нужны карты железных и автомобильных дорог, транспортные схемы больших территорий.

По словам директора Центра дистанционного зондирования Земли КазНУ им. Аль-Фараби Бахыта Сахариева, пассажирам, перевозчикам и оказывающим услуги транспортной инфраструктуре необходима информация об объектах и транспортных сетях. Например, частные железнодорожные компании контролирует Комитет транспорта. Для них электронная карта очень полезна. Она позволяет видеть каждый сантиметр железной дороги. Сложно сказать, что нынешние карты полностью соответствует современным требованиям. Геоинформационная система, предоставляемая в виде модели железных дорог, в настоящее время составляет основу любой производственной деятельности предприятия этой сферы.

В данный момент в АО НК «Қазақстан темір жолы» отсутствуют технические и программные ресурсы, которые позволили бы в оперативном порядке производить работы по оцифровке в абсолютных географических координатах плана и профиля железной дороги, схем путевого развития и технических планов станций, местонахождения устройств СЦБ, инженерно-технических сооружений и других объектов. У них в руках есть только растрная карта, то есть  сканированная копия карты. Существующие в настоящее время данные о плане и профиле железных дорог, представленные на бумажных носителях, нуждаются в переоцифровке в связи с тем, что многие участки железной дороги претерпели изменения. Они не нашли своего отражения в хранящихся в бумажном виде планах и профилях, и не могут составить основу для создания электронных карт.

Основу деятельности любого предприятия составляют модели основных технологических объектов и процессов, на которые направлена основная производственная деятельность. Для Акционерного общества «Национальная компания «Қазақстан темір жолы», в частности для Департамента путей и сооружений, основным объектом производственной деятельности являются железные дороги, включающие в себя планы и профили железнодорожных путей, схемы путевого развития и технические планы станций и перегонов, устройства СЦБ и связи, разнообразные инженерно-технические сооружения и другие объекты.

Сотрудники Центра космических исследований и дистанционного зондирования Земли КазНУ им. Аль-Фараби имеют опыт разработки ГИС путей сообщений, необходимые программные и аппаратные ресурсы, предлагают создание ГИС ЖД в три этапа:

1 этап. Создание электронной карты на основе космоснимков среднего пространственного разрешения (6 - 16 m/pxl), создание базы данных путей сообщения, создание геопортала железнодорожных путей сообщения.

2 этап. Создание электронной карты на основе космоснимков высокого пространственного разрешения (0,5 – 2 m/pxl), сбор данных по инфраструктуре вдоль путей сообщения, создание базы данных инфраструктуры объектов вдоль ЖД путей сообщения, обновление геопортала ЖД путей сообщения.

3 этап. Создание интегрированной геоинформационной системы для мониторинга работоспособности и безопасности ЖД путей сообщений РК. Разработка системы мониторинга состояния рельсовых путей и шпальной основы. Разработка системы мониторинга ЖД переездов и световых индикаторов (семафоров). Добавление в пространственную базу данных ЖД путей сообщений семантической информации об объектах системы управления и контроля. Разработка и встраивание в интерфейс геопортала функций анализа и визуальной предупредительной сигнализации. Подключение в интерфейс и в базу геоданных сертификатов безопасности государственных и частных участков ЖД.

Как показывает мировой опыт в области эксплуатации железных дорог, основу производственной деятельности любого частного или государственного железнодорожного предприятия в настоящее время составляет подробная модель железных дорог, представляемая, как правило, в виде геоинформационной системы, являющаяся основой для оперативного, текущего и перспективного планирования и проектирования железнодорожных работ.

По словам руководителя центра, для решения проблемы, заключающейся в создании, внедрении и оперативной технической и программной поддержке и сопровождении электронной карты железных дорог Республики Казахстан, необходимо решение следующих задач:

- проектирование и разработка технических средств, позволяющих производить оперативную оцифровку сети железных дорог РК в абсолютных географических координатах;

- разработка программно-технического комплекса (ПТК) автоматизированной оцифровки магистральной сети железных дорог АО НК «Қазақстан темір жолы» на основе технологии спутниковой навигации (например, с применением ПТК «DMTS GPS сканер»);

- промышленное внедрение ПТК в АО НК «Қазақстан темір жолы» и проведение работ по оцифровке сети железных дорог с целью создания цифровой модели магистральной сети железных дорог Республики Казахстан с использованием данных ДЗЗ;

- выбор программных средств создания и сопровождения электронной карты магистральной сети, железных дорог РК и использование полученных данных по оцифровке для ее наполнения;

- совмещение в рамках единой электронной карты магистральной сети железных дорог РК по совокупности баз данных перевозочного процесса, и в первую очередь базы данных плана и профиля с базой данных РШБК (рельсо-шпально-балластная карта).

Предлагаемый к реализации проект позволяет решить первые две задачи:

- проектирование и разработку технических средств, позволяющих производить оперативную оцифровку сети железных дорог РК в абсолютных географических координатах;

- разработку программно-технического комплекса автоматизированной оцифровки магистральной сети железных дорог АО НК «Қазақстан темір жолы» на основе технологии спутниковой навигации.

Анализ существующих и разрабатываемых за рубежом ПТК мониторинга железных дорог на основе технологии спутниковой навигации показывает, что это основной, а для решения специальных задач зачастую и единственный путь создания и оперативной поддержки электронных карт сети железных дорог.

На пути создания и оперативной поддержки электронной карты существуют несколько путей решения этой задачи:

- использование зарубежных ПТК мониторинга железной дороги на основе GPS технологии;

- использование других технологий создания электронной карты сети железных дорог (аэрофотосъемка или космическая съемка с последующей векторизацией сети железных дорог);

- разработка и создание ПТК мониторинга железной дороги на основе геодезических методов с использованием GPS технологий отечественными фирмами и специалистами.

Программные средства ГИС достаточно гибки и разнообразны. Дороги и дорожные объекты – это весьма сложные и дорогостоящие технические сооружения, требующие постоянного контроля и учета их основных характеристик. Естественно, что в процессе работ по паспортизации, диагностики и других работах, накапливается гигантский объем разнородной информации, нуждающейся в систематизации и анализе. В этой сложной проблеме большую помощь должны оказать информационные системы, базирующиеся на современных компьютерных технологиях, в частности СУБД и ГИС.

Создание единого информационного пространства подразумевает собой разработку широкого спектра связанных между собой процессов и систем. Эти перспективные и эффективные технологии позволяют решать много разнообразных прикладных задач, в частности – цифровизации логики и анализа объектов и ресурсов путей сообщений.

– Основными задачами управления, решаемыми с помощью ГИС, являются задачи: управления потоками, управления объектами транспортной инфраструктуры, управления объектами недвижимости транспортной инфраструктуры, ведение кадастра объектов транспорта, обеспечение безопасности движения, принятие решений в чрезвычайных ситуациях и др.

Применение ГИС позволяет оптимизировать многие аспекты транспортной деятельности. ГИС не только позволяют интегрировать в единую информационную среду разнородную информацию, но и предоставляют разнообразные средства визуализации. Чаще всего конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. С течением времени, используя космические снимки, можно отслеживать железные дороги по всей длине, вносить изменения. В электронной карте есть база данных. Туда можно внести всю инфраструктуру вокруг железной дороги, включая ЖД станции и переходы, не составляет труда регистрировать на карте каждую деталь –  от семафора до шпал.  Возможности современных космических технологий это позволяют. Спутники США, Франции, Китая могут производить фотосъемку, где 1 м/кв вмещается в 1 пиксель.  В таком случае мы можем увидеть  каждую шпалу в реальном времени. В ходе составления электронной карты мы используем не только изображения, снятые из космоса. В некоторых участках используем дроны или лазер, результаты объединяем и делаем сложную электронную систему. Например, рабочий обнаружил дефект железной дороги,  тут же вносит его в электронную карту на планшете.  Далее диспетчер передает сообщение в ситуационный центр, – обьяснаяет директор Центра дистанционного зондирования Земли КазНУ им. Аль-Фараби Бахыт Сахариев.

Каиржан ТУРЕЖАНОВ