ЭЛЕКТРОНИКА Система контроля угла наклона опор контактной сети железных дорог (при помощи лазерных датчиков расстояния)

[TimBAD]

Система контроля угла наклона опор контактной сети железных дорог Цель создать мобильное устройство для измерения возможного угла наклона опор контактной сети со стороны пути на самоходную единицу. Изначально планировалось измерения в движение, но изучая характеристики имеющих лазерных датчиков расстояние (а именно частоту измерения и погрешность измерения) от этой идеи отказались. Было принято при подъезде к опоре останавливаться и для точности в каждой плоскости измерять по три раза. Каждую опору измеряем возможный угол наклона в трех плоскостях 45°, 90° и 135°. Принцип измерения изображен в следующих рисунках.

Железобетонные опорные стоики имеют небольшую конусность и при измерение угла наклона это нужно учитывать при расчете (например опор типа СС β≈0,425°) Зная это в образованном треугольники А1А2А3 определяем угол наклона φ по теореме косинусов.
Для данной системы были выбраны лазерные датчики расстояния U81(U85) китайской фирмы JRT (ниже приведены её характеристики)


Планируется подключить через интерфейс RS232 и написать программу по разработанному алгоритму.
В процессе измерения необходимо одновременных получать сигнал от двух лазерных датчиков расстояния, при этом для точности измерения (так самоходная единицы на которой будет установлен данное устройство может наклонятся) надо все измерения фильтровать при помощи MPU-6050 (3-осевой акселерометр и 3-осевой гироскоп) и фиксировать координаты место положения измеряемой опоры при помощи GPS модуля.
В чем и как лучше это реализовать? Вся сложность проекта как одновременно измерять с двух лазеров и одновременно фильтровать возможные неровные положения тележки и фиксировать место положение измеряемого объекта.

размер оплаты Договорной
срок на её выполнение; ближайшие 2-3 месяца
регион заказчика Ташкент (Узбекистан)
способ связи https://vk.com/id89956038; telegram @mr.BT

​

 

[poty]

Фиксация местоположения - базовая функция любого GPS-модуля.
Вместо фильтрации по уровню лучше применить любой метод его стабилизации, сейчас платформ под фото-видеосъёмки таких полно, хоть бы и гироскопические. Иначе путевой наклон может быть настолько большим, что верхний луч лазера вообще не попадет на опору.
Другой вопрос - у Вас нарисована идеальная картинка, а в реальности опора круглая, что будет съедать точность при попадании луча в центр и в край, путь не обязательно прямой и т.д. и т.п.

 

[TimBAD]

@poty, Спасибо интересная идея! Мы тоже задумывались об этом, но такие гироскопические платформы достаточно дорого стоят. Или можете посоветовать?

 

[rkit]

А обычный отвес уже не в моде? Пусть даже и лазерный. Отцентровали по верхушке опоры, измерили рулеткой отклонение у основания.

 

[poty]

@TimBAD, я такими поисками не занимался, думаю, здесь есть люди, которые их использовали. В принципе, если Вы собрались делать прибор своими руками, то есть вариант и платформу точно так же изготовить.

 

[Геннадий П]

@rkit, На сколько понял, нужно дистанционный замер. На каждую верхущку залезть - та еще морока.

 

[rkit]

Поэтому и сказано - лазерный. Разрабатывать, обслуживать такую систему, обучать персонал - морока в тысячу раз больше.

 

[poty]

@rkit, имеется в виду направить вертикальный луч на опору и померить расхождение видимого луча у основания? Такой замер, наверное, возможен, но здесь тоже не всё просто. Во-первых, будет проблема померить завал в сторону путей - измерение-то будет правильным только в перпендикулярной направлению луча плоскости. Во-вторых (не являюсь специалистом-железнодорожником) - измерение будет правильным, если точно известно вертикальное расстояние. Летом же опоры могут "тонуть" в траве, на них снизу могут быть навешены всякие боксы. Зимой - снег. Определить точно вертикальное расстояние будет невозможно. К тому же луч может выйти за пределы плоскости опоры, тогда вообще непонятно как отклонение мерить.

 

[rkit]

Разумеется, блин, столб придется обходить со всех сторон. С одной точки его можно измерить разве что прецизионным лидаром, и то результат будет такой себе, потому что столб неровный.
Никакой травы на жд путях нет, как и пятиметровых сугробов.
Отклонение столба за пределы луча - это очевидная катастрофа, там точных цифр не надо.

 

[poty]

@rkit, ну так автор, собственно, и пытается избавиться от обхода столба и померить с путей.
Трава и сугробы отсутствуют в идеале, но все мы ездим на поездах, видим, что там может творится. На путях - понятно, но опоры стоят не на путях, а рядом.

 

[KivLeon]

Очень интересная задача.
Фиксация координат - должно записываться куда-то в память, либо просто индикация на экране?
Если я правильно понимаю, то указанные автором лазеры работают в невидимом для глаза человека диапазоне. Я бы ещё добавил туда лазерные указки, чтобы видеть куда направлен лазер. Думаю это избавит от некоторых проблем.
Реализовать, на мой взгляд, вполне можно на ардуине или ЕСП.

 

[TimBAD]

@poty, в идеале опора не просто круглая, конусообразная, именно поэтом в перовом варианте испытания планируется останавливаться и делать несколько измерений

@rkit, Всё правильно пишите, но чтоб чтоб столб не обходить со всех сторон, была предложена измерения наклона опоры осуществляется в двух перпендикулярных плоскостях, расположенных под углом 90° между парами, 45° по отношению к оси пути в горизонтальной плоскости. Для каждой измеряемой плоскости используется два Лазерных датчиков расстояния (ЛДР) таким образом, что первый ЛДР направлен перпендикулярно к опорной стойке, а второй на угол 30 градусов вверх. Для боле точного определения возможно добавить ещё одну пару, котора будет направленна перпендикулярна и все измерения произоводятся со стороны пути.


^{Про Лидар тоже задумывались, но у него большая погрешность, поэтому углы им точно не вариант измерять}

@KivLeon, Нет Лучи лазерного датчика расстояния вполне видны человеку. Интересную идею Вы предложили по поводу записи фиксации координаторов

 

[poty]

@TimBAD, конусность - известный параметр, поэтому его можно учесть при рассчётах (и то - в идеале, потому что расстояние от полотна до опоры - тоже вещь неточная), а вот наклон - нет.
В целом - идея @rkit мне кажется более жизнеспособной: ручное выставление двух точек от лучей по средней линии опоры и замер с трёх точек. Тогда и дальномеры не нужны.

 

[rkit]

Про Лидар тоже задумывались, но у него большая погрешность, поэтому углы им точно не вариант измерять

Лидар это совершенно тот же самый лазерный дальномер, к которому добавили элементы, быстро перемещающие луч по сканируемой поверхности.

 

[TimBAD]

@rkit, Да я Лидарами, из-за быстрого перемещения и быстрого измерения срдняя погрешность у ЛИДАРов +-1см, а мы дальномер мы выбирали с минимальной погрешностью +-1мм, вот и от сюда такой вывод что Лидары не подходят для измерения угла наклона объекта

@poty, Правильно конусность мы учитываем, но и также учитываем диапазон расстояние от которого будут вести измерения, на электрифицированных железнодорожных путях существуют нормы по Габариту опор (расстояние от ближайщего края опор до оси пути)

 

[KivLeon]

А мне чисто технически непонятно как будет производиться измерение уже в эксплуатации. Вот например планируете вы произвести замер из двух точек: до опоры и после опоры, причем лучи должны быть перпендикулярны друг к другу. Аппарат будет установлен, если я правильно понимаю, на какой-то ЖД платформе, причем стационарно (или его можно перемещать по платформе?). Получается подкатить платформу с аппаратом для измерения можно только локомотивом. Но ведь можно и проскочить, а там важны будут даже 5-10 см. Как вот это планируете решать? Опишите именно технологию измерения уже с точки зрения эксплуатационников.

 

[TimBAD]

обслуживающий персонал контактной сети во время окна, на самоходной единицы (дрезине) перемещаться по пути, на контрольных точка останавливаться, производить измерения и т.д.

Изначально хотели установить на локомотив, и во время движения измерять, для этого надо было высокочастотные дальномеры, которые работали не прерывно, мы бы им задали бы диапазон в котором должен был быть объект измерения, при одновременном попаданию лучей двух дальномеров, определялся бы угол наклона. Но когда я начал изучать характеристики имеющих дальномеров, было понятно что они не будут успевать, даже точная фиксация опор под углом 45 градусов была не самым главным требованием , а то чтоб два луча одновременно ловили бы опору, но пока имеющие дальномеры не способны так быстро и одновременно вдвоём измерять, плюс быстродействующие дальномеры имеют большую погрешность измерений

 

[poty]

@TimBAD, похоже, Вы живёте в идеальном мире.

конусность мы учитываем, но и также учитываем диапазон расстояние от которого будут вести измерения, на электрифицированных железнодорожных путях существуют нормы по Габариту опор (расстояние от ближайщего края опор до оси пути)

нормы-то есть, а допуски по нормам Вам напомнить? А кривизну пути Вы учитываете? А уклон? А параметры тележки (включая высоту, соосность, действие рессор и т.п.) что напрямую будет влиять на точность измерений)? А кривизну самой опоры? А налипание пыли/грязи/снега/наплывы краски? Уверены, что Вам нужна точность в 1мм?
Чтобы учесть конусность опор приведённых Вами расстояний и методов расчёта недостаточно от слова совсем.
@KivLeon, Вам выдал ещё одно ограничение, на которое Вы так и не ответили: как обеспечивается соответствие углов измерения? Вы будете тележку выставлять по отношению к опоре с точностью до градусов? угловых минут? угловых секунд?
Мне кажется, для начала нужно решить именно методологические проблемы, а потом уже подбирать для этого технические средства.

 

[i3epg]

А не проще записать видео с двух камер, установленных перпендикулярно друг другу на самонивелирующейся платформе. А на видео уже потом обрабатывать.

 

[rkit]

из-за быстрого перемещения и быстрого измерения срдняя погрешность у ЛИДАРов +-1см,

Нет, никто не будет делать перемещение ущерб точности. Погрешность такая большая потому что указана она для реальных условий, в которых применяются лидары - самые разные поверхности, самая разная освещенность. В то время как для дальномера погрешность указана для лабораторных условий.

 

[UserUserovotch]

А не пробовали гировертикали? Установить на столбы монтажную площадку, измерить положение с помощью гировертикали, в том же датчике поставить гнсс приемник. Посадочные места для крепления датчика позволят избавиться от ошибок наведения лазерного луча и позволит добиться повторяемости результата. Само измерение займет не много времени, не больше, чем наведение луча.
С лучём проблема будет в том, что на разной высоте из-за коничности опоры будут разные значения наклона. То есть вам надо будет ставить маркеры наподобие геодезических на каждом столбе в трёх местах.
И учитывайте, что погрешность спутниковой навигации в условиях помех от линий электропередач может отбросить вас на соседнюю опору. Так что надо обязательно ввести фильтр по оценки точности навигации.

 

[airbug]

i3epg предложил оптимальный вариант. С двух камер делаем снимки относительно одного управляющего сигнала. На самоневилирующей платформе, т е две камеры строго вертикальны небольшая серия с последующей обработкой в labview.