Система GPS

       В прямых цилиндрических проекциях параллели и меридианы изображаются двумя семействами параллельных прямых линий, перпендикулярных друг другу. Таким образом задается прямоугольная сетка цилиндрических проекций. Промежутки между параллелями пропорциональны разностям долгот. Промежутки между меридианами определяются принятым характером изображения или способом проектирования точек земной поверхности на боковую поверхность цилиндра. Из определения проекций следует, что их сетка меридианов и параллелей ортогональна. Цилиндрические проекции можно рассматривать как частный случай конических, когда вершина конуса в бесконечности.

       По  свойствам изображения проекции могут быть равноугольными, равновеликими  и произвольными. Применяются прямые, косые и поперечные цилиндрические проекции в зависимости от расположения изображаемой области. В косых и поперечных проекциях меридианы и параллели изображаются различными кривыми, но средний меридиан проекции, на котором располагается полюс косой системы, всегда прямой. Существуют разные способы образования цилиндрических проекций. Наглядным представляется проектирование земной поверхности на боковую поверхность цилиндра, которая затем развертывается на плоскости. Цилиндр может быть касательным к земному шару или секущим его. В первом случае длины сохраняются по экватору, во втором — по двум стандартным параллелям, симметричным относительно экватора. Цилиндрические проекции применяются при составлении карт мелких и крупных масштабов — от общегеографических до специальных. Так, например, аэронавигационные маршрутные полетные карты чаще всего составляются в косых и поперечных цилиндрических равноугольных проекциях (на шаре). В прямых цилиндрических проекциях одинаково изображаются одни и те же участки земной поверхности вдоль линии разреза — по восточной и западной рамкам карты (дублируемые участки карты) и обеспечивается удобство чтения по широтным поясам (например, на картах растительности, осадков) или по меридиональным зонам (например, на картах часовых поясов). Косые цилиндрические проекции при широте полюса косой системы, близкой к полярным широтам, имеют географическую сетку, дающую представление о сферичности земного шара. С уменьшением широты полюса кривизна параллелей увеличивается, а их протяжение уменьшается, поэтому уменьшаются и искажения (эффект сферичности). В прямых проекциях полюс показывается прямой линией, по длине, равной экватору, но в некоторых из них (проекции Меркатора, Уэтча) полюс изобразить невозможно. Полюс представляется точкой в косых и поперечных проекциях. При ширине полосы до 4,5° можно использовать касательный цилиндр, при увеличении ширины полосы следует применять секущий цилиндр, то есть вводить редукционный коэффициент

       По  характеру искажений конические проекции могут быть различными. Наибольшее распространение получили равноугольные и равнопромежуточные проекции. Образование конических проекций можно представить как проектирование земной поверхности на боковую поверхность конуса, определенным образом ориентированного относительно земного шара (эллипсоида).

       В прямых конических проекциях оси  земного шара и конуса совпадают. При этом конус берется или касательный, или секущий.

       После проектирования боковая поверхность  конуса разрезается по одной из образующих и развертывается в плоскость. При  проектировании по методу линейной перспективы  получаются перспективные конические проекции, обладающие только промежуточными свойствами по характеру искажений.

       В зависимости от размеров изображаемой территории в конических проекциях  принимаются одна или две параллели, вдоль которых сохраняются длины  без искажений. Одна параллель (касательная) принимается при небольшом протяжении по широте; две параллели (секущие) — при большом протяжении для уменьшения уклонений масштабов от единицы. В литературе их называют стандартными параллелями.

       В азимутальных проекциях параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы — пучком прямых, исходящих из центра

       Углы между меридианами проекции равны соответствующим разностям долгот. Промежутки между параллелями определяются принятым характером изображения (равноугольным или другим) или способом проектирования точек земной поверхности на картинную плоскость. Нормальная сетка азимутальных проекций ортогональна. Их можно рассматривать как частный случай конических проекций.

       Применяются прямые, косые и поперечные азимутальные проекции, что определяется широтой  центральной точки проекции, выбор  которой зависит от расположения территории. Меридианы и параллели в косых и поперечных проекциях изображаются кривыми линиями, за исключением среднего меридиана, на котором находится центральная точка проекции. В поперечных проекциях прямой изображается также экватор: он является второй осью симметрии.

       В зависимости от искажений, азимутальные проекции подразделяются на равноугольные, равновеликие и с промежуточными свойствами. В проекции масштаб длин может сохраняться в точке  или вдоль одной из параллелей (вдоль альмукантарата). В первом случае предполагается касательная картинная плоскость, во втором — секущая. В прямых проекциях формулы даются для поверхности эллипсоида или шара (в зависимости от масштаба карт), в косых и поперечных — только для поверхности шара.

       Азимутальную  равновеликую проекцию называют также стереографической. Она получается проведением лучей из некоторой фиксированной точки поверхности Земли на плоскость, касательную к поверхности Земли в противолежащей точке.

       Особый  вид азимутальной проекции — гномоническая. Она получается проведением лучей из центра Земли к некоторой касательной к поверхности Земли плоскости. Гномоническая проекция не сохраняет ни площадей, ни углов, но зато на ней кратчайший путь между любыми двумя точками (т. е. дуга большого круга) всегда изображается прямой линией; соответственно меридианы и экватор на ней изображаются прямыми линиями.

       В псевдоконических проекциях параллели изображаются дугами концентрических окружностей, один из меридианов, называемый средним — прямой линией, а остальные — кривыми, симметричными относительно среднего. Примером псевдоконической проекции может служить равновеликая псевдоконическая проекция Бонна.

       В псевдоцилиндрических проекциях все параллели изображаются параллельными прямыми, средний меридиан — прямой линией, перпендикулярной параллелям, а остальные меридианы — кривыми. Причём средний меридиан является осью симметрии проекции.

       В поликонических проекциях экватор изображается прямой, а остальные параллели изображаются дугами эксцентрических окружностей. Меридианы изображаются кривыми, симметричными относительно центрального прямого меридиана, перпендикулярного экватору. 

Использование ГИС при мониторинге  железнодорожного пути 

       В системе управления техническим  состоянием железнодорожного пути объектом управления является железнодорожный  путь, регулятором технического состояния  пути служат путеремонтные предприятия, а органом управления – система подготовки и реализации решений, которая функционирует по трем контурам управления: организация ремонтов участков пути; мероприятия содержания пути; выработка рекомендаций по оптимальным режимам движения и контроля их выполнения с позиций минимизации разрушения пути и безопасности движения. Мониторинг железнодорожного пути – это постоянное и синхронизированное наблюдение за его состоянием по множеству фиксированных параметров. Система мониторинга должна отслеживать каждую неисправность пути в ее развитии, включая все возможные причины ее возникновения, периодичность возникновения, повторяемость и т.д. Техническое состояние пути непрерывно ухудшается под воздействием проходящего подвижного состава и природных факторов. С другой стороны, показатели технического состояния и паспортные характеристики пути изменяются в результате путевых работ и ремонтов пути. В системе мониторинга пути выделяются следующие основные информационные потоки: изменение технического состояния пути; изменение паспортных характеристик верхнего строения пути в связи с выполнением ремонтов; движение ремонтных ресурсов, в частности, материалов верхнего строения пути. В свою очередь в информационном потоке по показателям состояния пути выделяются два направления: данные о неисправностях пути, вызывающих ограничения скорости; планирование путевых работ. В состав информационного обеспечения мониторинга пути входят такие составляющие: автоматизированные инструментальные средства диагностики пути, (например, КВЛ-П системы ИHФОТРАHС); автоматизированные инструментальные средства паспортизации; базы данных состояния пути; базы данных технического паспорта пути; комплекс задач контроля состояния и планирования содержания пути; средства визуализации результатов мониторинга пути. Визуализация результатов мониторинга пути на основе ГИС-технологий обеспечивает:

• наглядное представление состояния пути (рельсовой колеи, рельсов, шпал), переездов, искусственных сооружений и других объектов дороги в широком диапазоне масштабов и с любой степенью детализации;
• наглядное представление паспортных характеристик пути (план и профиль);
• многослойность представления объектов дороги и возможность управления их отображением;
• возможность получения атрибутивной информацией (текстовой или графической) по любому представленному на схеме объекту дороги с помощью графического запроса;
• возможность использования физической карты местности, по которой проходит дорога, в качестве подложки, что позволяет анализировать взаимное влияние природных факторов и железной дороги.

       Необходимость обеспечения безопасности движения – основной аргумент в пользу применения ГИС-технологий в задачах мониторинга  железнодорожного пути. Во-первых, наглядность  представления состояния пути повышает правильность принятия решения по ремонтным работам в условиях дефицита временных и материальных ресурсов. Во-вторых, наложение трасс автомобильных дорог на трассу железной дороги в сочетании с информацией о паспортных данных переездов и интенсивности движения по дороге дает больше информации для решения вопроса о типе переезда. При создании системы визуализации результатов мониторинга пути для Куйбышевской железной дороги был использован пакет ArcView GIS. На выбор этой ГИС повлияли следующие основные факторы:

• широкий набор поддерживаемых функций для работы с пространственной и атрибутивной информацией, наличие встроенного языка программирования высокого уровня, средств настройки интерфейса и создания собственных специализированных приложений;
• поддержка многих широко используемых форматов цифровых карт, в частности форматов ArcInfo;
• возможность прямого импорта схем, представленных в формате DXF;
• поддержка деловой графики;
• полная русификация.

       Текущая версия системы визуализации использует схематическое представление путей и других объектов дороги. Атрибутивная диагностическая информация поступает с автоматизированных средств диагностики и паспортизации пути. С помощью средств паспортизации может обновляться и схема пути. Разработанное функциональное обеспечение дает возможность просмотра результатов мониторинга пути как по дороге в целом, так и для подразделений дороги - дистанций пути.