Spis treści. Streszczenie. Summary. Wstęp

Transkrypt

1 0

2 1

3 Spis treści Streszczenie Summary Wstęp 1. Pomiary diagnostyczne geometrii torów kolejowych i skrajni budowlanej 1.1. Diagnostyka nawierzchni kolejowej Pomiary geometryczne nawierzchni Pomiary geometrii urządzeń techniczno eksploatacyjnych Diagnostyka obiektów inżynieryjnych 1.2. Pomiary inwentaryzacyjne skrajni budowli 1.3. Charakterystyka kolejowej sieci trakcyjnej Charakterystyka sieci jezdnej Osprzęt sieciowy Konstrukcje wsporcze sieci trakcyjnej Oznakowanie konstrukcji wsporczych Parametry geometryczne sieci jezdnej 2. Naziemny skaning laserowy w analizie geometrii toru i inwentaryzacji obiektów infrastruktury technicznej 2.1. Podstawowe informacje o technologii naziemnego skaningu laserowego Stacjonarne, naziemne skanery laserowe Naziemne, mobilne skanery laserowe Tachymetry skanujące i fototachymetry 2.2. Charakterystyka obiektu doświadczalnego 2.3. Pomiary wzorcowe z wykorzystaniem precyzyjnych urządzeń geodezyjnych Pomiary geodezyjne toru i kolejowej infrastruktury technicznej Sieć punktów odniesienia 2.4. Pomiary diagnostyczne geometrii urządzeń techniczno eksploatacyjnych Opis obiektu i procedury pomiarów Diagnostyka rozjazdów Diagnostyka toru 2.5. Naziemne skanery laserowe w pomiarach toru i kolejowej infrastruktury technicznej Pomiary z wykorzystaniem skanera Leica Scan Station C Pomiary z wykorzystaniem skanera Leica HDS Tarcze do skanerów HDS wykorzystane w badaniach terenowych Pomiary z wykorzystaniem systemu mobilnego skanowania laserowego 3. Ocena dokładności inwentaryzacji toru i kolejowej infrastruktury technicznej z wykorzystaniem skanerów laserowych 3.1. Geometria toru i rozjazdów oraz ich położenie w stosunku do obiektów infrastruktury technicznej 3.2. Ocena dokładności wyznaczenia parametrów geometrycznych w diagnostyce toru i rozjazdów 2

4 3.3. Ocena dokładności określenia skrajni budowlanej i wysokości do przewodów trakcji elektrycznej 3.4. Analiza możliwości wykorzystania naziemnych skanerów laserowych w identyfikacji i wyznaczaniu wielkości usterek występujących w nawierzchni szynowej 3.5. Ocena wpływu położenia i rodzaju powierzchni szyn na dokładność ich odwzorowania w pomiarach skanerami laserowymi 3.6. Analiza możliwości wykorzystania naziemnych skanerów laserowych w ocenie stopnia zużycia szyn 4. Ocena możliwości zastosowania skanerów laserowych w inwentaryzacji tuneli kolejowych i analizie geometrii toru 4.1. Charakterystyka badanego obiektu 4.2. Procedury pomiarowe z wykorzystaniem techniki naziemnego skaningu laserowego 4.3. Opracowanie wyników 4.4. Analiza geometrii toru w diagnostyce nawierzchni kolejowej 4.5. Analiza geometrii toru w rzucie poziomym 4.6. Analiza skrajni budowlanej 4.7. Analiza konstrukcji obiektu inżynieryjnego 5. Inwentaryzacja geometrii torów kolejowych z wykorzystaniem skonstruowanego systemu pomiarowego 5.1. Idea budowy i elementy składowe systemu pomiarowego 5.2. Testowanie i kalibracja laboratoryjna inklinometrów elektronicznych 5.3. Konstrukcja mechaniczna układu pomiarowego 6. Ocena dokładności inwentaryzacji toru z wykorzystaniem wózka pomiarowego 6.1. Charakterystyka odcinków badawczych 6.2. Referencyjne pomiary diagnostyczne i geodezyjne 6.3. Teoretyczne podstawy zastosowanych metod obliczeniowych 6.4. Funkcje sklejane Interpolacyjne kubiczne funkcje sklejane Aproksymacyjne funkcje sklejane 6.5. Ocena dokładności systemu pomiarowego Dokładność pomiarowa inklinometrów Łączna, pomiarowo obliczeniowa dokładność wyników na odcinku Małej Obwodowej Łączna, pomiarowo obliczeniowa dokładność wyników na odcinku Dużej Obwodowej Podsumowanie Literatura 3

5 MICHAŁ STRACH Nowoczesne techniki pomiarowe w procesie modernizacji i diagnostyce geometrii torów kolejowych Streszczenie Tematyka przedstawiona w pracy związana jest z zastosowaniem skanerów laserowych i autorskiego systemu pomiarowego do badania geometrii i stanu technicznego torów kolejowych. Ocenie podlega także możliwość zastosowania technologii naziemnego skaningu laserowego do inwentaryzacji tuneli kolejowych i obiektów inżynieryjno technicznych ze szczególnym uwzględnieniem rozjazdów kolejowych. Geodezyjna inwentaryzacja geometrii torów kolejowych wymaga specyficznych i precyzyjnych pomiarów. Także klasyczne badania diagnostyczne geometrii torów kolejowych i ich stanu technicznego prowadzone są według ściśle określonych zasad i dokładności ustalonych w instrukcjach. W opracowaniu zostały przedstawione dotychczasowe metody i urządzenia stosowane w geodezyjnych pomiarach inwentaryzacyjnych i diagnostyce geometrii torów. Rutynowo prowadzone pomiary muszą być unowocześniane poprzez sukcesywnie prowadzone badania nad automatycznym pozyskiwaniem i analizą danych. W opracowaniu zostały przedstawione badania nad możliwością zastosowania naziemnych skanerów laserowych do kompleksowej oceny geometrii i stanu technicznego nawierzchni kolejowej. W przeprowadzonych testach zostały zweryfikowane możliwości uzyskania wymaganych dokładności przy zapewnieniu niezawodności pomiaru i osiągnięciu założonych efektów ekonomicznych. Prace badawcze zostały przeprowadzone na kilku reprezentatywnych odcinkach testowych torów. W doświadczeniach zostały wykorzystane różne typy naziemnych skanerów laserowych. Były to najnowsze urządzenia dostępne w ofercie czołowych producentów sprzętu pomiarowego. W testach wzięły udział dwa stacjonarne skanery fazowe: Z+F IMAGER 5006 firmy Zoller+Fröhlich oraz HDS7000 firmy Leica, a także skaner impulsowy Leica Scan Station C10. Do analiz włączono również pomiary przeprowadzone systemem mobilnego skanowania laserowego Riegl VMX-250. W łączeniu chmur punktów, pochodzących z poszczególnych stanowisk skanerów stacjonarnych, zastosowano precyzyjne tarcze celownicze. Wybrane tarcze zostały umieszczone na wskaźnikach regulacji osi torów. Było to możliwe dzięki zastosowaniu autorskiego projektu adaptera tarcz. Konstrukcja i sposób jego wykorzystania zostały zgłoszone do ochrony w Urzędzie Patentowym RP. Uzyskane z pomiarów obserwacje posłużyły do przeprowadzenia oceny dokładności określenia parametrów geometrycznych toru i skrajni budowlanej. Analizom poddano także dokładność wyznaczenia parametrów geometrycznych w diagnostyce toru i rozjazdów. Wpływ na jakość zarejestrowanych obserwacji i dokładność prowadzonych analiz ma rodzaj powierzchni skanowanego obiektu, jego odległość od skanera oraz kąt padania wiązki lasera na obiekt. Powyższe czynniki zostały uwzględnione w testach pomiarowych weryfikujących dokładność i jakość odwzorowania różnych typów powierzchni szyn. W pracy zaproponowano także sposoby optymalizujące pomiary terenowe i zwiększające dokładność późniejszych analiz geometrii toru. Przeprowadzone testy terenowe posłużyły także do oceny możliwości wykorzystania naziemnych skanerów laserowych w identyfikacji i wyznaczeniu wielkości usterek występujących w nawierzchni szynowej. Okresowej kontroli stanu technicznego podlegają także budowle kolejowe. W pracy poddano analizom możliwość zastosowania stacjonarnych skanerów laserowych w inwentaryzacji tuneli kolejowych. Pozyskane w testach obserwacje posłużyły do 4

6 przeprowadzenia analiz skrajni budowlanej, a także parametrów geometrycznych i stanu technicznego konstrukcji tunelu. Ocenie poddano również dokładność wyznaczenia geometrii toru w badaniach diagnostycznych. Na podstawie współrzędnych osi toru, wyznaczonych dla wyselekcjonowanych przekrojów tunelu, sporządzono projekt regulacji toru. Jego projektowany przebieg został zweryfikowany w oparciu o warunek zachowani skrajni budowlanej. Liczne badania, w jakich zastosowano różne rodzaje naziemnych skanerów laserowych, potwierdzają tezę pracy o możliwości zastosowania testowanych urządzeń w pomiarach skrajni budowlanej oraz inwentaryzacji nawierzchni kolejowej i diagnostyce geometrii torów i rozjazdów. Uzyskanie wymaganych dokładności uzależnione jest jednak od spełnienia szeregu warunków technicznych. Dotyczą one: dokładności pomiarowej urządzeń, zdefiniowanego trybu pomiarowego oraz położeniem skanera w stosunku do inwentaryzowanego obiektu. W pracy został zaprezentowany autorski projekt systemu pomiarowego. Zbudowany w oparciu o osiągnięcia mechatroniki układ (zestaw pomiarowy), umożliwia automatyzację pomiarów pochylenia podłużnego i przechyłki torów kolejowych. Ideą jego budowy było wyznaczenie wysokości punktów reprezentujących tor z wymaganą dokładnością bez konieczności prowadzenia pomiarów niwelacyjnych. W pracy została opisana budowa układu pomiarowego opartego o inklinometry elektroniczne oraz jego testowanie i kalibracja laboratoryjna. Terenowe badania doświadczalne zostały przeprowadzone na dwóch odcinkach toru. Różniły się one geometrią i stanem technicznym. Dokładność określenia kształtu niwelety toru oraz wysokości punktów osi toru uzależniona jest od układu pomiarowego oraz algorytmu zastosowanej metody obliczeniowej. W pracy zostały przedstawione wyniki oceny dokładności pomiarowej inklinometrów. Zweryfikowano także łączną, pomiarowo obliczeniową dokładność uzyskanych wyników. Algorytm wyznaczenia wysokości punktów niwelety został oparty na kilku metodach obliczeniowych. W jednym z algorytmów zastosowano model prostej łamanej na kolejnych przekrojach toru. Zastosowane zostały także interpolacyjne kubiczne oraz aproksymacyjne funkcje sklejane. Przeprowadzone testy potwierdzają tezę pracy o możliwości zastosowania nowych udoskonalonych systemów pomiarowych, automatyzujących wyznaczenie pochylenia podłużnego i przechyłki torów kolejowych. 5

7 MICHAŁ STRACH Modern surveying techniques in the process of modernization and diagnostics of railway track geometry Summary The subject matter presented in this dissertation is associated with the use of laser scanners and the author's original measurement system to study the geometry and technical condition of railway tracks. The possibility of using terrestrial laser scanning technology for conducting inventories of railway tunnels, as well as engineering and technical structures with particular emphasis on railway turnouts, is subject to evaluation. Surveying inventory of railway track geometry requires specific and precise measurements. Conventional diagnostic tests of railway track geometry and their technical condition are also carried out according to strict rules set out in instructions. This monograph presents the current methods and equipment used in inventory surveying and diagnostics of the railway track geometry. The measurements carried out routinely must be upgraded and modernized by successive studies on automatic data acquisition and analysis. The dissertation presents studies on the possibilities to use terrestrial laser scanners for a comprehensive assessment of the geometry and the technical condition of railway tracks. The conducted tests verified the possibilities of obtaining the required accuracy while ensuring the reliability of the surveys and achieving the assumed economic effects. The research tests were carried out on several representative sections of the analyzed tracks. The experiments used various types of terrestrial laser scanners. They were the latest devices available from the leading manufacturers of surveying equipment. The two stationary phase scanners: Z+F IMAGER 5006 by Zoller + Fröhlich and HDS7000 by Leica, as well as pulse scanner Leica Scan Station C10, were used in the tests. The analysis also included surveys conducted with mobile laser scanning system Riegl VMX-250. For the connecting of point clouds from different positions of stationary scanners, precision scanner targets were used. Selected targets were placed on the track axis adjustment indicators. It was made possible thanks to applying the author's original design of a target adapter. Its construction and method of use have been reported for protection at the Polish Patent Office. The results obtained from the surveys were used to assess the accuracy of determining the geometric parameters of a track and clearance. The precision of determining geometric parameters in the diagnostics of tracks and turnouts were subject to the analysis as well. The type of surface being scanned, its distance from the scanner and the angle of incidence of the laser beam on the structure have an effect on the quality of the observation measurements and the accuracy of their analyses. These factors were taken into account in the measurement tests verifying the accuracy and quality of the projection of different types of the rail surface. The dissertation also proposes methods of field measurement optimization and of increasing the accuracy of the subsequent analyses of the track geometry. The conducted field tests were also used to assess the possibility of using terrestrial laser scanners for identifying and determining the size of faults occurring in the rail surface. Railway structures are subjected to periodic technical inspections as well. The dissertation has analyzed the possibility of using stationary laser scanners for railway tunnel inventories. The observations carried out in the tests were used for conducting the analysis of the clearance, as well as the geometric parameters and the technical condition of the tunnel structure. The assessment also covered the accuracy of determining the track geometry in diagnostic tests. Based on the coordinates of the track axis, determined for selected sections of 6

8 the tunnel, track regulation project was prepared. The designed course of the track has been revised subject to the condition of preserving the clearance. Numerous studies in which various types of terrestrial laser scanners were used, confirm the thesis of this dissertation about the possibility to use the studied devices for the clearance measurements and railway track inventories as well as in diagnostics of the geometry of tracks and turnouts. Obtaining the required accuracy, however, is dependent upon a number of technical conditions. They relate to: the accuracy of the surveying equipment, the defined measurement mode and the scanner position in relation to the inventoried structure. This monograph presents the author's original project of the measurement system. The system (a test set), which was built using the achievements of mechatronics, allows to automate the measurements of the longitudinal grade and the cant of railway tracks. The idea behind its construction was to determine the height of the points representing a track with the required accuracy, without a need for conducting leveling surveys. The dissertation describes the structure of the measurement system based on electronic inclinometers, as well as its testing and laboratory calibration. Experimental field studies were conducted on two sections of the track, which differed in geometry and technical condition. The accuracy of determining the shape of the track gradeline and the height of the track axis points depends on the measurement system and the algorithm of the applied calculation method. The dissertation presents results of assessing measurement accuracy of inclinometers. The measuring and calculation accuracy of the obtained results was examined as well. The algorithm determining the height of the gradeline points was based on several methods of calculation. In one of the algorithms, a model of a polygonal line on sequential sections of the track was used. Interpolation cubic and approximation spline functions were also used. The conducted tests confirm the thesis of the dissertation of the applicability of the new, improved measurement systems, which automate the determination of longitudinal grade and cant of railway tracks. 7

9 Wstęp Teza: 1. Naziemne skanery laserowe mogą być zastosowane w pomiarach skrajni budowlanej oraz inwentaryzacji nawierzchni kolejowej i diagnostyce geometrii torów i rozjazdów. 2. Urządzenia, budowane w oparciu o osiągnięcia mechatroniki, umożliwiają automatyzację pomiarów pochylenia podłużnego i przechyłki torów kolejowych. W Polsce w ciągu ostatnich kilku lat zostały zbudowane nowe odcinki tras szynowych. Zwiększył się także zakres modernizacji linii kolejowych. Na wielu odcinkach została wymieniona nawierzchnia. Wszelkie prace inwestycyjne zmierzają do poprawy konkurencyjności kolei w stosunku do innych środków transportu. Zmodernizowane drogi szynowe zwiększają komfort jazdy dla pasażerów, podnoszą bezpieczeństwo ruchu pociągów oraz skracają czas podróży. Jednocześnie da się zauważyć istniejące problemy w bieżącym utrzymaniu stanu sieci kolejowej w Polsce. Objawia się to m.in. ograniczeniami w prędkości kursowania pociągów. W świetle prac budowlanych i modernizacyjnych szczególnego znaczenia nabiera jakość nowej nawierzchni szynowej i kolejowych budowli inżynieryjnych. Wpływ na jakość i trwałość eksploatacyjną obiektów kolejowych może mieć sposób wykonania projektu, odpowiednio zaplanowane i zorganizowane prace, a także ich realizacja i odbiór. Na wielu etapach procesu inwestycyjnego niezbędna jest obsługa geodezyjna. Także w pracach związanych z utrzymaniem linii kolejowych, polegających na prowadzeniu bieżącej kontroli stanu technicznego infrastruktury, wykonywane są pomiary geodezyjne i badania diagnostyczne. Diagnostyka nawierzchni kolejowej dotyczy kompleksowego wykorzystania metod i środków na potrzeby określenia jej stanu technicznego. Do podstawowych i najważniejszych czynności, realizowanych okresowo przez służby diagnostyczne, należą pomiary geometrii torów i urządzeń techniczno eksploatacyjnych. W bezpośrednich badaniach diagnostycznych geometrii toru prowadzony jest pomiar podstawowych parametrów charakteryzujących położenie toków szynowych. Wśród mierzonych wielkości obserwacjom podlegają: szerokość toru, różnice wysokości szyn w przekroju poprzecznym oraz nierówności szyn w płaszczyźnie poziomej i pionowej. Uzupełnieniem prowadzonych prac terenowych jest pomiar położenia toru w płaszczyźnie poziomej i pionowej w odniesieniu do wskaźników regulacji osi toru. W pośrednich badaniach diagnostycznych geometrii toru wyznaczane są dodatkowo parametry gradientu szerokości toru oraz wichrowatości toru. Okresowym badaniom technicznym podlegają także urządzenia techniczno eksploatacyjne. Należą do nich skrzyżowania i rozjazdy kolejowe, stanowiące newralgiczne miejsca w układzie torów kolejowych. Ich konstrukcja, geometria i stan techniczny mają bezpośredni wpływ na prędkość kursowania pociągów przez stacje przelotowe. Pomiary diagnostyczne geometrii rozjazdu prowadzone są w określonych przekrojach, których położenie uzależnione jest od rodzaju rozjazdu. Pomiarom podlega wiele parametrów geometrycznych, których liczba i dopuszczalne odchyłki zależne są od typu i rodzaju rozjazdu. Na obszarach kolejowych prowadzone są także pomiary mające na celu określenie relacji geometrycznych pomiędzy poszczególnymi torami i elementami infrastruktury technicznej. Obserwacjom podlega rozstaw osi torów oraz ich położenie w stosunku do obiektów budowlanych. Analizowana jest skrajnia budowlana ograniczona przez: konstrukcje wsporcze trakcji elektrycznej, semafory, perony, obiekty mostowe, tunele i inne obiekty budowlane położone w sąsiedztwie torów. Weryfikowana jest także geometria przewodów 8

10 jezdnych i ich położenie względem osi toru. W badaniach diagnostycznych mierzona jest wysokość przewodów jezdnych oraz ich odsuw w stosunku do osi toru. W pierwszym rozdziale pracy zostały podane instrukcje, wytyczne techniczne oraz przepisy normujące rodzaj i zakres prac związanych z opisanymi badaniami diagnostycznymi i wyznaczeniem geometrii nawierzchni kolejowej. Przedstawione zostały także urządzenia i metody prowadzenia pomiarów. Wszystkie techniki pomiarowe, stosowane obecnie w diagnostyce geometrii torów i elementów infrastruktury technicznej, muszą gwarantować odpowiednią precyzję pomiarów. Opisane technologie są w różnym stopniu zautomatyzowane. Pojazdy pomiarowe, umożliwiają automatyczną rejestrację obserwacji przy prędkościach od kilku do ponad stu kilometrów na godzinę. Nadal jednak, zgodnie z obowiązującymi przepisami, prowadzone są badania torów wykonywane niezautomatyzowanymi urządzeniami przenośnymi. W takich przypadkach obserwacje zapisywane są w terenie na papierowych arkuszach. Przy istniejących i wdrażanych w spółce PKP PLK S. A. systemach eksperckich, oceniających stan techniczny infrastruktury kolejowej, należy dążyć do ograniczenia ilości dokumentacji papierowej. Aktualnie wykonywane pomiary geodezyjne i diagnostyczne geometrii dróg szynowych oraz ich położenia w stosunku do elementów infrastruktury technicznej, prowadzone są dla każdego zagadnienia niezależnie w terminach ustalonych przepisami. Wpływa to na dużą czasochłonność prowadzonych pomiarów i problemy w kompleksowym pozyskaniu informacji o inwentaryzowanych obiektach. Rozwój systemu wspomagania zarządzania infrastrukturą kolejową ze szczególnym uwzględnieniem dróg szynowych, wymaga budowy baz danych. Będą one tworzone m.in. na podstawie obserwacji pochodzących z pomiarów geodezyjnych i diagnostycznych. Pomimo stosowania różnych metod pomiarowych, wszystkie działy diagnostyki muszą być ze sobą powiązane tworząc zintegrowany system. Opisane uwarunkowania skłoniły autora do poszukiwania nowoczesnych metod pomiarowych umożliwiających pozyskanie w krótkim czasie możliwie dużej liczby precyzyjnych danych o inwentaryzowanych obiektach kolejowych. Rozwój technologiczny w zakresie funkcjonalności urządzeń geodezyjnych, a szczególnie naziemnych skanerów laserowych, stał się okazją do przetestowania możliwości technologii skaningu laserowego w precyzyjnych i kompleksowych pomiarach kolejowych. W ostatnich latach powstało wiele systemów pomiarowych bazujących na mobilnych skanerach laserowych. Są one stosowane do inwentaryzacji dróg kołowych i tras szynowych. Najnowocześniejszym i najbardziej zaawansowanym systemem do pomiaru skrajni budowlanej jest Limez III, pracujący na kolejach niemieckich od 2007 roku. Zaletą systemów mobilnych jest możliwość przeprowadzenia szybkiej inwentaryzacji obiektów znajdujących się w zasięgu pomiaru. Na obszarach kolejowych występują jednak zagadnienia, dla jakich pomiary inwentaryzacyjne i diagnostyczne wymagają uzyskania wyższych dokładności. Są to przede wszystkim pomiary inwentaryzacyjne geometrii toru związane z jego regulacją, pomiary odbiorcze po podbiciu toru wysokowydajnymi maszynami torowymi, pomiary diagnostyczne geometrii torów i rozjazdów. W aktualnie wykonywanych pomiarach uzyskanie milimetrowych dokładności jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalistycznych urządzeń dobieranych adekwatnie do rodzaju zadania. W pracach doświadczalnych, opisanych w drugim rozdziale pracy, zostały wykorzystane najnowsze skanery laserowe dostępne w ofercie kluczowych producentów. W pomiarach terenowych głowicy rozjazdowej i sąsiadujących z nią torów stacyjnych zastosowano dwa naziemne skanery laserowe: Leica Scan Station C10 wyposażony w dalmierz impulsowy oraz HDS7000 tej samej firmy, posiadający dalmierz fazowy. Do analiz włączono także wyniki pomiarów głowicy rozjazdowej pochodzące z inwentaryzacji toru systemem mobilnym Riegl VMX-250. Pozyskane z pomiarów naziemnymi skanerami laserowymi obserwacje zostały połączone i zorientowane do wspólnego układu 9

11 współrzędnych. W tym celu zastosowano płaskie tarcze, których położenie zostało określone w ustalonym układzie współrzędnych. Na potrzeby badań część tarcz została umieszczona na wskaźnikach regulacji, montowanych na wszystkich słupach trakcyjnych. Umieszczenie tarcz na wskaźnikach regulacji było możliwe dzięki skonstruowanemu na potrzeby badań adapterowi. Rozwiązanie to jest autorskim projektem zgłoszonym przez AGH do ochrony w Urzędzie Patentowym RP. Analiza porównawcza wyników, pozyskanych z pomiaru wymienionymi skanerami dostarczyła cennych informacji o możliwościach i dokładności zastosowanych technologii pomiarowych. W trzecim rozdziale pracy ocenie poddano dokładność określenia skrajni budowlanej i wysokości przewodów trakcji elektrycznej. Zweryfikowana została także dokładność wyznaczenia geometrii toru i rozjazdów oraz ich położenia w stosunku do obiektów infrastruktury technicznej. Jedną z najważniejszych części przeprowadzonych badań była ocena dokładności wyznaczenia parametrów geometrycznych w diagnostyce toru i rozjazdów. Badania zostały przeprowadzone na eksploatowanej głowicy rozjazdowej, złożonej z czterech rozjazdów i skrzyżowania torów. W pomiarach diagnostycznych nawierzchni oprócz weryfikacji parametrów geometrycznych toru prowadzona jest także ocena zużycia i uszkodzeń części składowych konstrukcji nawierzchni. W rozdziale trzecim pracy została przeprowadzona analiza możliwości zastosowania skaningu laserowego w identyfikacji oraz wyznaczeniu wielkości usterek elementów konstrukcji toru. Dodatkowo wykonana została ocena stopnia zużycia toków szynowych na podstawie odtworzonego kształtu główki szyny. Wpływ na jakość pozyskanych obserwacji oraz dokładność odwzorowania kształtu i wymiarów elementów nawierzchni kolejowej ma kilka czynników. Należą do nich: rodzaj skanera oraz wybrany tryb pomiaru, rodzaj skanowanej powierzchni oraz jej położenie w stosunku do urządzenia pomiarowego. W rozdziale trzecim zostały opisane doświadczenia przeprowadzone dla naziemnego, fazowego skanera laserowego. W badaniach zostały uwzględnione powyższe czynniki, a analiza uzyskanych wyników pozwoliła na określenie optymalnych warunków prowadzenia pomiarów nawierzchni kolejowej. Budowlami kolejowymi, towarzyszącymi drogom szynowym są m.in. obiekty mostowe i tunele kolejowe. Czwarty rozdział pracy opisuje kompleksowy pomiar inwentaryzacyjny tunelu kolejowego oraz torów z zastosowaniem fazowego skanera laserowego Z+F IMAGER 5006 firmy Zoller+Fröhlich. Na podstawie otrzymanych obserwacji została przeprowadzona analiza kształtu i wymiarów tunelu oraz skrajni budowlanej w wybranych przekrojach. Dzięki wyselekcjonowanym przekrojom poprzecznym sporządzono analizę geometrii wewnętrznej toru. Wyznaczono podstawowe parametry geometrii: szerokość i przechyłkę i porównano je z wartościami wzorcowymi otrzymanymi z pomiarów toromierzem. Ustalone w przekrojach współrzędne punktów osi toru posłużyły do sporządzenia projektu regulacji. Projekt nowego przebiegu osi toru, uwzględniający szereg założeń, został zweryfikowany pod kątem zachowania skrajni budowlanej w tunelu. Na podstawie chmur punktów wyświetlanych w barwach intensywności odbicia dokonano także analizy konstrukcji wewnętrznej obudowy tunelu i jej stanu technicznego. Zarówno w badaniach diagnostycznych, jak i geodezyjnej obsłudze budowy i modernizacji linii kolejowych, prowadzone są pomiary geometrii torów kolejowych. W zależności od rodzaju pomiarów kontroli podlegają parametry geometryczne toru położone w płaszczyźnie poziomej i pionowej. Pomiary prowadzone są z różną dokładnością i zagęszczeniem przekrojów w torze. Aktualnie do najbardziej wydajnych i precyzyjnych systemów, pozwalających na jednoczesną rejestrację wielu parametrów geometrycznych toru należą wózki pomiarowe. Te uniwersalne urządzenia, wyposażone w odpowiednie czujniki, mogą być stosowane w diagnostyce geometrii torów oraz geodezyjnych pomiarach inwentaryzacyjnych. Ciągły rozwój w dziedzinie mechatroniki umożliwia budowę nowych, 10

12 precyzyjnych systemów pomiarowych zwiększających efektywność prac terenowych. Autor podjął próbę budowy układu pomiarowego wspierającego pracę stosowanego dotychczas wózka pomiarowego. Ideą budowy układu pomiarowego było wyznaczenie wysokości punktów reprezentujących tor z wymaganą dokładnością bez konieczności prowadzenia pomiarów niwelacyjnych. Elementy składowe skonstruowanego systemu, a także testowanie i kalibracja laboratoryjna układu pomiarowego, zostały opisane w rozdziale piątym. Znalazł się tam także opis konstrukcji mechanicznej układu pomiarowego oraz jej modyfikacje wprowadzane w trakcie realizacji testów terenowych. W szóstym rozdziale ocenie poddano dokładność wyznaczenia wysokości toru za pomocą systemu pomiarowego, skonstruowanego w oparciu o inklinometry. Badania doświadczalne zostały przeprowadzone na dwóch odcinkach testowych toru, różniących się między sobą geometrią i stanem technicznym. Wpływ na dokładność wyznaczenia kształtu niwelety toru, wysokości punktów osi toru, a także wielkości przechyłki w torze ma zarówno układ pomiarowy, jak i algorytm zastosowanej metody obliczeniowej. W rozdziale szóstym zostały przedstawione wyniki oceny dokładności pomiarowej inklinometrów. Zweryfikowano także łączną, pomiarowo obliczeniową dokładność uzyskanych wyników. Do wyznaczenia wysokości punktów niwelety zastosowano kilka metod obliczeniowych. Podstawowy algorytm został zbudowany w oparciu o model prostej łamanej na kolejnych przekrojach toru. W obliczeniach zastosowano także dwa rodzaje funkcji sklejanych. Były to interpolacyjne kubiczne oraz aproksymacyjne funkcje sklejane. 11