XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Стабильность дорожного покрытия и других элементов пути играет ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности транспортной системы. Нестабильные участки пути могут стать причиной аварий, повышенного износа транспортных средств и дополнительных затрат на ремонт и обслуживание дорог. Поэтому важно своевременно выявлять и прогнозировать состояние нестабильных участков для планирования профилактических мероприятий и ремонта.

Основные причины, которые влияют на нестабильность участков пути:
- геологические факторы (оползни, карстовые процессы, размывы грунта);
- климатические условия (температурные колебания, осадки, сильные ветры);
- техническое состояние покрытия ( износ материалов, трещины, ямы);
- интенсивность трафика (повышенные нагрузки от транспортных средств, особенно грузового транспорта).

Существует несколько подходов к выявлению нестабильных участков, которые зависят от целей исследования, условий эксплуатации и технических возможностей:

1. Методы геодезического мониторинга: использование высокоточных геодезических приборов (таких как тахеометры и нивелиры) для контроля положения точек на дороге.

Преимущества: высокая точность данных, возможность выявления даже малых изменений.

Недостатки: высокие затраты на оборудование и его обслуживание.

2. Анализ данных дистанционного зондирования: спутниковые снимки, аэрофотосъемка и использование беспилотных летательных аппаратов для получения данных о состоянии дороги.

Преимущества: большой охват территории, регулярность съемок.

Недостатки: ограниченная точность для локальных изменений, зависимость от погодных условий.

3. Георадарные исследования: применение георадаров для исследования состояния слоев дорожного покрытия и подстилающих грунтов.

Преимущества: возможность анализа внутренней структуры дороги.

Недостатки: требуются специализированное оборудование и специалисты.

4. Методы машинного обучения и анализа больших данных: обработка больших массивов данных (например, данных об интенсивности движения, осадках и температуре) для выявления корреляций и аномалий.

Преимущества: высокая адаптивность и возможность прогнозирования.

Недостатки: необходимы высококачественные данные и вычислительные мощности.

Методы прогнозирования состояния нестабильных участков пути:

1. Построение моделей на основе исторических данных о состоянии дороги и факторов, влияющих на ее стабильность.

Преимущества: простота реализации, интерпретируемость результатов.

Недостатки: низкая точность при наличии сложных взаимосвязей между факторами.

2. Использование методов временных рядов, таких как ARIMA, для прогнозирования изменений состояния дороги на основе прошлых данных.

Преимущества: возможность учета временных зависимостей.

Недостатки: ограниченная применимость при сложных сезонных и циклических изменениях.

3. Применение нейронных сетей (например, LSTM для временных рядов) и алгоритмов машинного обучения (деревья решений, бустинг) для более точного прогнозирования.

Преимущества: высокая точность, возможность учета нелинейных зависимостей.

Недостатки: сложность настройки, необходимость большого объема данных для обучения.

4. Анализ пространственных данных с использованием ГИС для выявления потенциально нестабильных участков на основе геологических и климатических условий.

Преимущества: удобство визуализации, возможность моделирования различных сценариев.

Недостатки: высокая стоимость разработки и внедрения.

Существуют различные способы решения проблемы нестабильных участков на железных дорогах, выбор которых зависит от конкретных причин и условий:

1. Укрепление грунта (включает в себя использование различных материалов для увеличения прочности и устойчивости грунта);

2. Дренаж (отведение воды от железнодорожного полотна для предотвращения эрозии и пучения грунта);

3. Устройство подпорных стен (предотвращение оползней и обрушений грунта);

4. Геосинтетические материалы (используются для укрепления грунта и предотвращения его смещения);

5.Инъектирование (введение в грунт специальных растворов для укрепления его структуры);

6. Использование более прочных материалов (применение более качественных материалов для дорожного полотна, например, железобетонных шпал);

7. Увеличение глубины балластного слоя (обеспечивает большую устойчивость дорожного полотна);

8. Устройство дополнительных опорных конструкций (например, подпорные стены, мосты, тоннели);

9. Реконструкция дорожного полотна (включает в себя замену поврежденных элементов, выравнивание пути и укрепление грунта);

10. Использование специальных поездов (например, поездов-укладчиков для выравнивания пути);

11. Применение автоматизированных систем контроля (для раннего выявления деформаций дорожного полотна и своевременного принятия мер);

12. Использование материалов с пониженной теплопроводностью (для предотвращения перегрева дорожного полотна и пучения грунта);

13. Сочетание различных методов (использование комбинации геотехнических, строительных и технологических методов для решения проблемы);

14. Проведение регулярного мониторинга (позволяет своевременно выявлять проблемы и предотвращать их развитие);

15. Применение современных технологи (например, цифрового моделирования, 3D-сканирования, георадара и т.д.).

Пример: для решения проблемы нестабильного участка на железной дороге, подверженного пучению грунта, можно использовать комплексный подход, включающий в себя: устройство дренажной системы для отвода воды от дорожного полотна; укрепление грунта инъектированием специальных растворов; использование более прочных материалов для дорожного полотна, например, железобетонных шпал; регулярный мониторинг состояния дорожного полотна с помощью автоматизированных систем контроля.

Выбор оптимального способа решения проблемы нестабильных участков на железных дорогах зависит от конкретных условий и причин. Необходимо провести детальное исследование, определить тип грунта, наличие подземных вод, климатические условия и другие факторы. После проведения исследования можно разработать проект решения, включающий в себя оптимальную комбинацию методов и материалов.

Выявление и прогнозирование нестабильных участков пути являются важными задачами для обеспечения безопасности и долговечности дорожных инфраструктур. Использование современных методов, таких как анализ данных и машинное обучение, позволяет улучшить точность прогнозов и оперативно выявлять проблемные зоны. Комплексный подход к мониторингу и укреплению дорожного полотна способен значительно сократить расходы на ремонт и минимизировать риски для участников дорожного движения.

Список литературы

1. Бочаров, С.А., и др. Методы и средства геодезического мониторинга состояния автомобильных дорог. М.: Транспорт, 2019.

2. Васильев, Ю.Н. Дистанционное зондирование Земли: применение в мониторинге дорожных покрытий. СПб: Политехника, 2020.

3. Иванова, Л.С., и Козлов, Д.П. Прогнозирование состояния дорожного полотна: применение временных рядов и машинного обучения. Журнал дорожных наук, 2021, т. 10, № 4, с. 50-63.

4. Петров, И.В. Геоинформационные системы в мониторинге нестабильных участков дорог. Вестник геонаук, 2018, т. 5, № 2, с. 89-95.

5. Смирнов, А.П., и Сидоров, В.В. Технологии IoT в мониторинге дорожного покрытия. Научно-технический журнал транспортных технологий, 2022, т. 12, № 1, с. 44-53.

6. Тихонов, М.М. Управление дренажными системами для защиты дорожного покрытия. Москва: Технокнига, 2017.

Код для цитирования: Скопировать