omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-191-157-164GIQHAUomna-186Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSРазработка метода определения угла наклона опор контактной сети железнодорожного транспортаDevelopment method of determining angle of the railway contact network support inclinationhttps://orcid.org/0000-0002-1672-114XШныптевИ. А.ShnyptevI. A.

Шныптев Иван Алексеевич - аспирант кафедры «Теоретическая электротехника» ОмГУПС.

Омск

Shnyptev Ivan Alekseevich - Graduate Student of Theoretical Electrical Engineering Department, OSTU.

Omsk

shnivan@rambler.ruКурмановР. С.KurmanovR. S.

Курманов Рамиль Султангареевич - кандидат физико-математических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Физика и химия» ОмГУПС, AuthorID (РИНЦ): 362133. AuthorID (SCOPUS): 8453108100.

. Омск

Kurmanov Ramil Sultangareevich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Physics and Chemistry Department, OSTU, AuthorID (RSCI): 362133. AuthorID (SCOPUS): 8453108100.

Omsk

kurmanovrs@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6909-4859СосновскийЮ. М.SosnovskyYu. M.

Сосновский Юрий Михайлович - кандидат физико-математических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Физика и химия» ОмГУПС, AuthorID (РИНЦ): 25109. AuthorID (SCOPUS): 57205080091. ResearcherID: AAP-2510-2021.

Омск

Sosnovsky Yuri Mikhailovich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Head of Physics and Chemistry Department, OSTU, Omsk. AuthorID (RSCI): 25109. AuthorID (SCOPUS): 57205080091. ResearcherID: AAP-2510-2021.

Omsk

SosnovskiyUM@omgups.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6909-4859КузнецовА. А.KuznetsovA. A.

Кузнецов Андрей Альбертович - доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Теоретическая электротехника» ОмГУПС, SPIN-код: 5259-0531. AuthorID (РИНЦ): 358976. AuthorID (SCOPUS): 56824984500.

Омск

Kuznetsov Andrei Albertovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Theoretical Electrical Engineering Department, OSTU, SPIN-code: 5259-0531. AuthorID (RSCI): 358976. AuthorID (SCOPUS): 56824984500.

Omsk

kuznetsovaa.omgups@gmail.comОмский государственный университет путей сообщенияРоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation20243009202403157164Copyright © Шныптев И.А., Курманов Р.С., Сосновский Ю.М., Кузнецов А.А., 20242024Шныптев И.А., Курманов Р.С., Сосновский Ю.М., Кузнецов А.А.Shnyptev I.A., Kurmanov R.S., Sosnovsky Y.M., Kuznetsov A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/186

В данной работе рассматривается новый способ измерения и расчета угла наклона (крена) железнодорожной опоры или опоры контактной сети с помощью летящего по прямолинейной траектории беспилотного летательного аппарата, параллельно железнодорожному пути. Проведен обзор существующих методов измерения, указаны их достоинства и недостатки. В рассматриваемом методе предлагается производить измерения углов и расстояний шестью лазерными сканирующими дальномерами, установленными по три штуки на горизонтальной и наклонной плоскостях беспилотного летательного аппарата. Это позволяет повысить быстродействие и точность определения угла наклона вертикально расположенных опор. В расчетах используются минимальные расстояния от лазерного сканирующего дальномера до верхней и нижней частей поверхности опор. В формулах используются геометрические соотношения и теорема косинусов для вычисления крена опор с учетом их конусности. 3-кратное измерение расстояний и углов позволяет провести по ним усреднение, что значительно повышает точность расчётов. Проведен модельный эксперимент на макете железобетонной опоры контактной сети в четырех ориентациях. Сделано сравнение теоретически рассчитанных и измеренных экспериментально расстояний и углов наклона. Точность определения параметров соответствует нормативным требованиям.

This paper discusses a new method for measuring and calculating the angle of inclination of a railway support or a contact network support, using an unmanned aerial vehicle flying along a straight path, parallel to the railway track. A review of existing measurement methods is carried out, their advantages and disadvantages are indicated. In the method under consideration, it is proposed to measure angles and distances with six laser scanning rangefinders installed in threes on horizontal and inclined planes on an unmanned aerial vehicle. This allows you to increase the speed and accuracy of determining the angle of inclination of vertical supports. The calculations use the minimum distances from the laser scanning range finder to the top and bottom of the support surface. The formulas use geometric relationships and the cosine theorem to calculate the roll of supports taking into account their taper. Measuring distances and angles three times allows for averaging over them, which significantly increases the accuracy of calculations. A model experiment is carried out on a model of a reinforced concrete contact network support in four orientations. A comparison is made between theoretically calculated and experimentally measured distances and inclination angles. The accuracy of parameter determination complies with regulatory requirements.

опора контактной сетиугол наклонадиагностированиелазерный сканирующий дальномербеспилотный летательный аппаратвидеокамераметод минимальных расстоянийбезопасность ж/д транспортаoverhead contact line supporttilt anglediagnosticslaser scanning rangefinderunmanned aerial vehiclevideo cameraminimum distance methodrailway transport safetyReferencesГалкин А. Г., Ковалев А. А. Совершенствование обслуживания контактной сети с учетом процесса разрегулировок опор // Наука и транспорт. Модернизация железнодорожного транспорта. 2009. С. 40–43.Galkin A. G., Kovalev A. A. Sovershenstvovaniye obsluzhivaniya kontaktnoy seti s uchetom protsessa razregulirovok opor [Improvement of maintenance of the contact network taking into account the process of adjustment of supports] // Nauka i transport. Modernizatsiya zheleznodorozhnogo transporta. Science and Transportation. Modernization of Railway Transport. 2009. P. 40–43. (In Russ.).Аксенов Н. А., Ковалев А. А. Разработка прибора по контролю установочных параметров опоры контактной сети // Инновационный транспорт. 2017. № 4 (26). С. 49–53. DOI: 10.20291/2311-164Х-2017-4-49-53. EDN: ZXJQJH.Aksenov N. A., Kovalev A. A. Razrabotka pribora po kontrolyu ustanovochnykh parametrov opory kontaktnoy seti [Device development under the control of attitudinal parameters of a support of a contact network] // Innovatsionnyy transport. «Innotrans» Journal. 2017. No. 4 (26). P. 49–53. DOI: 10.20291/2311-164Х-2017-4-49-53. EDN: ZXJQJH. (In Russ.).Ковалев А. А. Формирование управляющих воздействий на контактной сети с учетом процесса разрегулировок опор: моногр. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2013. 74 с.Kovalev A. A. Formirovaniye upravlyayushchikh vozdeystviy na kontaktnoy seti s uchetom protsessa razregulirovok opor [Application of mobile means of diagnostics of overhead catenary supports]. Ekaterinburg, 2013. 74 p. (In Russ.).Ковалев А. А., Маслов А. М., Аксенов Н. А. Применение мобильных средств диагностики опор контактной сети // Транспорт Урала. 2018. № 2 (57). С. 77–79. DOI: 10.20291/1815-9400-2018-2-77-79. EDN: XUFAVN.Kovalev A. A., Maslov A. M., Aksenov N. A. Primeneniye mobil’nykh sredstv diagnostiki opor kontaktnoy seti [The use of mobile devices for catenary supports diagnostics] // Transport Urala. Transport of the Urals. 2018. No. 2 (57). P. 77–79. DOI: 10.20291/1815-9400-2018-2-77-79. EDN: XUFAVN. (In Russ.).Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог (ЦЭ-868). Введ. 11–12–2001. Москва: ТРАНСИЗДАТ, 2002. 184 c.Pravila ustroystva i tekhnicheskoy ekspluatatsii kontaktnoy seti elektrifitsirovannykh zheleznykh dorog (TsE-868) [Electrified railways contact network design and technical operation rules (CE-868)]. Moscow, 2002. 184 p. (In Russ.).Aslan M. F., Durdu A., Sabanci K. [et al.]. A Comprehensive Survey of the Recent Studies with UAV for Precision Agriculture in Open Fields and Greenhouses // Applied Sciences. 2022. Vol. 12 (3). P. 1047. DOI: 10.3390/app12031047.Aslan M. F., Durdu A., Sabanci K. [et al.]. A Comprehensive Survey of the Recent Studies with UAV for Precision Agriculture in Open Fields and Greenhouses // Applied Sciences. 2022. Vol. 12 (3). P. 1047. DOI: 10.3390/app12031047. (In Engl.).Aliyari M., Ashrafi B., Ayele Y. Z. Hazards identification and risk assessment for UAV–assisted bridge inspections // Structure and Infrastructure Engineering. 2022. Vol. 18, Issue 3. P. 412–428. DOI: 10.1080/15732479.2020.1858878.Aliyari M., Ashrafi B., Ayele Y. Z. Hazards identification and risk assessment for UAV–assisted bridge inspections // Structure and Infrastructure Engineering. 2022. Vol. 18, Issue 3. P. 412–428. DOI: 10.1080/15732479.2020.1858878. (In Engl.).Вильнер В. Г., Ларюшин В. Г., Рябокуль А. С. Оптикоэлектронные высотомеры-скоростемеры на основе полупроводниковых лазеров для БПЛА // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 5–6. С. 127–133. EDN: UIOYVR.Vilner V. G., Laryushin V. G., Ryabokul A. S. Optiko-elektronnyye vysotomery-skorostemery na osnove poluprovodnikovykh lazerov dlya BPLA [Optoelectronic speed measuring altimeters based on semiconductor lasers for UAV] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy Energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2015. No. 5–6. P. 127–133. EDN: UIOYVR. (In Russ.).Fisher Ch. E., Sidharthadev J. Sidharthadev Mukherjee, Lott W. A. Geographic survey system for vertical take-off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicles (UAVs). US patent 11216015B2; filed December 26, 2019; published January 4th, 2022.Fisher Ch. E., Sidharthadev J. Sidharthadev Mukherjee, Lott W. A. Geographic survey system for vertical take-off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicles (UAVs). US patent 11216015B2; filed December 26, 2019; published January 4th, 2022. (In Engl.).Tang Z., Peng Y., Li J. [et al.]. UAV 3D Modeling and Application Based on Railroad Bridge Inspection // Buildings. 2024. Vol. 14 (1), Issue 26. P. 1–13. DOI: 10.3390/buildings14010026.Tang Z., Peng Y., Li J. [et al.]. UAV 3D Modeling and Application Based on Railroad Bridge Inspection // Buildings. 2024. Vol. 14 (1), Issue 26. P. 1–13. DOI: 10.3390/buildings14010026. (In Engl.).Wu T. W., Yu J. Y., Chen R. P. [et al.]. Research Progress of UAV Inclined Photogrammetry Technology and Its Engineering Applications // Journal of Hunan University (Natural Sciences). 2018. Vol. 45. P. 167–172. DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2018.S0.030.Wu T. W., Yu J. Y., Chen R. P. [et al.]. Research Progress of UAV Inclined Photogrammetry Technology and Its Engineering Applications // Journal of Hunan University (Natural Sciences). 2018. Vol. 45. P. 167–172. DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2018.S0.030. (In Engl.).Chen Y., Zhu Z., Lin Z. [et al.]. Building Surface Crack Detection Using Deep Learning Technology // Buildings. 2023. Vol. 13 (7). P. 1814. DOI: 10.3390/buildings13071814.Chen Y., Zhu Z., Lin Z. [et al.]. Building Surface Crack Detection Using Deep Learning Technology // Buildings. 2023. Vol. 13 (7). P. 1814. DOI: 10.3390/buildings13071814. (In Engl.).Zaidi M. A., Tariq F. Revolutionizing power line inspection: automated data acquisition through autonomous UAVs in simulated environment // South Florida Journal of Development. 2023. Vol. 4, № 3. P 1199–1215. DOI: 10.46932/sfjdv4n3-014.Zaidi M. A., Tariq F. Revolutionizing power line inspection: automated data acquisition through autonomous UAVs in simulated environment // South Florida Journal of Development. 2023. Vol. 4, no. 3. P. 1199–1215. DOI: 10.46932/sfjdv4n3-014. (In Engl.).Azeem I., Zaidi M. A. Zero-Shot Learning-Based Detection of Electric Insulators in the Wild // Machine Learning, Optimization, and Data Science. Springer, 2021. P. 213–225. DOI: 10.1007/978-3-030-95470-3_16.Azeem I., Zaidi M. A. Zero-Shot Learning-Based Detection of Electric Insulators in the Wild // Machine Learning, Optimization, and Data Science. Springer, 2021. P. 213–225. DOI: 10.1007/978-3-030-95470-3_16. (In Engl.).Шеховцов Г. А. Контроль пространственного положения и формы высоких сооружений башенного типа: моногр. / Нижний Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2018. 214 с. ISBN 978-5-528-00265-1.Shekhovtsov G. A. Kontrol’ prostranstvennogo polozheniya i formy vysokikh sooruzheniy bashennogo tipa [Control of spatial position and shape of tall tower-type structures]. Nizhny Novgorod, 2018. 214 p. ISBN 978-5-528-00265-1. (In Russ.).Коломоец В. С. Современные способы наблюдений за отклонением сооружений башенного типа от вертикали // Молодежь и системная модернизация страны: сб. науч. ст. 6-й Междунар. науч. конф. студентов и молодых ученых. Курск, 20–21 мая 2021 г. В 3 т. Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2021. Т. 3. С. 73–77. EDN: FSTKSD.Kolomoyets V. S. Sovremennyye sposoby nablyudeniy za otkloneniyem sooruzheniy bashennogo tipa ot vertikali [Modern methods of observing the deviation of tower-type structures from the vertical] // Molodezh’ i sistemnaya modernizatsiya strany. Youth and Systemic Modernization of the Country. In 3 vols. Kursk, 2021. Vol. 3. P. 73–77. EDN: FSTKSD. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.