Глонасс в дорожном строительстве
Внедрена система ГЛОНАСС/GPS мониторинга в дорожном строительстве
«Русские Навигационные Технологии» (далее – РНТ, тикер на ММВБ-РТС: RNAV) оснастила системой «АвтоТрекер» спецтехнику и корпоративные автомобили ГК «СОЮЗДОРСТРОЙ» (компания «ТРАНССТРОЙНЕРУД»), чья специализация — ремонт автомобильных дорог.
В компетенцию группы компаний «СОЮЗДОРСТРОЙ» входят дорожное строительство, ремонт дорог, а также их содержание и обслуживание. ГК представлена в Москве, Московской и Тверской областях. «СОЮЗДОРСТРОЙ» располагает собственными производственными и транспортными узлами: асфальтобетонные и ЖБИ заводы, железнодорожные тупики, оборудованные для приема нерудных и сыпучих материалов, речной порт в Дубне. Автопарк группы компаний включает в себя автомобили-самосвалы, грейдеры, асфальтоукладочные комплексы, различные марки автомобилей для перевозки грузов.
Система ГЛОНАСС/GPS мониторинга транспорта «АвтоТрекер» была установлена на спецтехнику (самосвалы, тракторы, экскаваторы) и корпоративные автомобили марок «ГАЗель» и «КАМАЗ» компании «СОЮЗДОРСТРОЙ». На текущий момент уже установлено 85 бортовых блоков, в ближайшие дни планируется увеличение до 102.
Благодаря внедрению системы «АвтоТрекер» компании «СОЮЗДОРСТРОЙ» удалось наладить полный контроль перемещения техники и транспорта, сократить расход топлива, и таким образом решить две ключевые задачи в управлении автопарком. Представители «СОЮЗДОРСТРОЙ» подчеркивают, что необходимости в дополнительном функционале, который предлагает «РНТ», у компании пока не возникает. Поэтому было крайне важно качественное выполнение базовых для систем мониторинга задач.
Вот как комментирует работу системы «АвтоТрекер» Виктор Сохацкий, заместитель директора ООО «СОЮЗДОРСТРОЙ»: «Одно из основных преимуществ системы — она удобнее и проще в обращении, чем аналоги, существующие на рынке. Для нас это было определяющим критерием в выборе системы мониторинга. Важно, что к статистическим данным всегда есть доступ, причем не только в режиме онлайн, к архивам можно вернуться в любое время».
«В условиях рынка и постоянно растущей конкуренции использование систем мониторинга транспорта не теряет своей актуальности для строительных компаний. Благодаря таким системам помимо выполнения базовых задач мониторинга появляется возможность контролировать график поставки материалов и спецтехники на объект, соблюдать технологическую скорость агрегатов при выполнении дорожно-строительных работ, отслеживать места погрузки и разгрузки. Таким образом, можно оптимизировать не только логистику, но и выполнение самих строительных работ на объектах компании», — говорит Иван Нечаев, генеральный директор «Русских Навигационных Технологий».
Вскоре «СОЮЗДОРСТРОЙ» планирует закупить еще 33 единицы техники и транспорта, которые также оснастят системой мониторинга транспорта «АвтоТрекер».
Автоматизация дорожно-строительных работ при применении информационных систем и 3D моделей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Романенко И.И.
Строительство и ремонт дорожной сети с учетом использования новых материалов, техники и соответственно технологий ставит вопрос о совершенствовании системы управления методами выполнения работ и целенаправленном использовании машин дорожно-строительного комплекса. Построенные алгоритмы за постоянным контролем и управлением выполнения работ на объектах опираются на методы распознавания образов и знаков. Данная система управления отслеживает и контролирует движение строительной техники и функциональные операции, выполняемые рабочими органами дорожно-строительных машин в реальном времени. Поиск и выбор оптимальных алгоритмов решения, как управленческих, так и производственных задач базируется на решении задач в условиях неопределенного факторного пространства и на основе экономического обоснования. Основным критерием продвижения автоматизации производства является экономическая целесообразность.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Романенко И.И.
Реализация концепции автоматизации и интеллектуализации управления дорожно-строительными процессами Тяговый расчет автогрейдера дз-98 с установленной на него системой позиционирования 3D ГНСС Повышение производительности систем управления дорожно-строительной техникой при использовании систем глобального спутникового позиционирования Строительство автомобильных дорог на основе 3D-моделей Метод реконструкции систем автоматического управления лесозаготовительных машин i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Automation of road construction works when using information systems and 3D models
The construction and repair of the road network, taking into account the use of new materials, technology and, accordingly, technologies, raises the question of improving the management system of work methods and the targeted use of road construction machinery. The constructed algorithms for the constant monitoring and control of the execution of work on the objects are based on the methods of pattern and character recognition. This control system monitors and controls the movement of construction equipment and functional operations performed by the working bodies of road-building machines in real time. The search and selection of optimal solution algorithms, both managerial and production tasks, is based on solving problems in conditions of uncertain factor space and on the basis of economic justification. The main criterion for the advancement of production automation is economic feasibility.
Текст научной работы на тему «Автоматизация дорожно-строительных работ при применении информационных систем и 3D моделей»
Автоматизация дорожно-строительных работ при применении информационных систем и 3Б моделей
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Аннотация: Строительство и ремонт дорожной сети с учетом использования новых материалов, техники и соответственно технологий ставит вопрос о совершенствовании системы управления методами выполнения работ и целенаправленном использовании машин дорожно-строительного комплекса.
Построенные алгоритмы за постоянным контролем и управлением выполнения работ на объектах опираются на методы распознавания образов и знаков.
Данная система управления отслеживает и контролирует движение строительной техники и функциональные операции, выполняемые рабочими органами дорожно-строительных машин в реальном времени. Поиск и выбор оптимальных алгоритмов решения, как управленческих, так и производственных задач базируется на решении задач в условиях неопределенного факторного пространства и на основе экономического обоснования. Основным критерием продвижения автоматизации производства является экономическая целесообразность.
Ключевые слова: комплексная механизация и автоматизация дорожно-строительных работ, системы автоматизированного управления, распознавания образов, 3D модель, информационные системы, неопределенность, факторное пространство, конструктивные слои, дорожное полотно, автогрейдер, машина.
Разработка информационных систем и автоматизация технологических процессов в дорожном строительстве способствуют развитию дистанционного управления и внедрению беспилотной техники на основе современных нормативных требований и программного обеспечения.
Многие страны мира, в том числе и Россия, широко используют в строительных компаниях спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС в области нивелирования, управления и контроля за дорожно-строительной техникой и различным оборудованием, выполняющих на объекте производственные операции, что позволяет решить сложные проблемы комплексного управления строительством 5.
Технология лазерного сканирования местности позволила производить трехмерные модели местности и строительные объекты с точностью до
миллиметра, что обеспечивает все требования, предъявляемые СНиП к точности измерений.
Информационные модели и дорожно-строительные проекты, построенные на принципах 3Б моделирования, имеют максимальную обеспеченность информацией для осуществления управления работами на объекте в режиме полной автоматизации.
Бортовая автоматизированная система управления (АСУ) дорожно-строительной машины на основе трехмерных моделей проекта, позволяет обеспечить эффективную реализацию технологических процессов по выполнению земляных работ, устройству всех конструктивных слоев дорожного полотна, восстановлению и строительству верхнего слоя износа дорожного покрытия и содержанию дорог. Принципиальная архитектура такой системы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Построение системы дистанционного управления и контроль за проведением землеройно-планировочных работ Одной из самых востребованных машин в дорожном строительстве, от которых требуется высокая точность по проведению распределительных и планировочных работ, является автогрейдер. Для этого на автогрейдерах
устанавливается система Trimble GCS900 3D, позволяющая контролировать устройство уклонов, проверять ровность из кабины автогрейдера и одновременно осуществлять передачу информации на центральный диспетчерский пункт. При установке на машине дополнительно оборудования по распознаванию знаков, образов, лазерному сканированию с одновременной фотофиксацией, (рис. 2) машина может самостоятельно осуществлять запланированную работу по профилированию площади без участия оператора-механизатора.
Рис. 2. Работа автогрейдера с системой распознавания образов Управление работами автогрейдера осуществляется при помощи АСУ комплексом - «Профиль-30» [3].
Функциональная схема управления положения рабочего органа машины - отвала представлена на рис. 3.
Рис. 3. Функциональная схема управления положения отвала где: U3 - напряжение, пропорциональное заданному положению рабочего органа, как по высоте, так и по углу наклона;
h - высотное положение отвала;
Y - угловое положение отвала;
ид - напряжение датчика пропорциональное фактической высоте или наклону отвала.
Регулирующее воздействие на рабочий орган-отвал осуществляется через сравнение напряжений между заданным положением и фактическим на выходе и определяется управляющий сигнал AU:
Этот сигнал увеличивается усилителем (У) и поступает на ЭГР. В результате чего отвал занимает заданное положение. Принципиальная схема управления положения рабочего органа присуща всем системам управления, но в совокупности с системами позиционирования в пространстве - GPS и ГЛОНАСС, устройств считывания образов и лазерного нивелирования «Профиль-30» переходит в разряд автономной системы по выполнению
землеройно-планировочных работ. Это позволяет повысить точность выполнения работ до миллиметра, позиционировать положение машины в пространстве, фиксировать поперечный уклон и направление движения лезвия, сократить до минимума количество проходов по одному месту.
Функциональная схема новой системы управления рабочего органа-отвала с учетом позиционирования в пространстве представлена на рис. 4
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Гидравлика рабочего органа (исполнительный механизм)
Блок выработки управляющего сигнала
Ф ильтр о в аль ный блок сигналов
Блок сравнения Система
и обработки -4— автоматизированного
управляющего •4- измерения
Рис. 4. Функциональная схема управления с учетом пространственного положения автогрейдера Геодезическая система совместно с ОРБ/ГЛОНАСС навигациями не только определяют дискретное положение машины в пространстве, но и в реальном времени оценивает измерения в сравнении с заданным эталоном, благодаря введенному в систему фильтра Кальмана [6]. Фильтр выделяет и формирует определенные сигналы, которые устанавливают соответствующие переменные управления гидравликой исполнительного механизма машины.
Эффективность и функциональность управления, в значительной степени, зависит от способности синхронизации, частоты дискретных измерений, коммуникационной способности всей системы управления и временного интервала для формирования нового сигнала, характеризующего положение рабочего органа машины через управляющую переменную.
На динамическое поведение цикла управления влияют типичные изменения (движения) механических процессов (сцепление колес с грунтом, величина давления воздуха в колесах, погодные условия), пространственных образов (наличие растительности на местности, объектов с высокой отражающей способности), возникающих на пути следования машины и изменений, вносимых в процессе работы в заданную программу нивелирования с учетом реальной обстановки [3, 5, 6].
Рис. 5. Привязка опорной координатной системы относительно хребтовой балки в точке крепления поворотного круга;
- ось хребтовой балки машины
Для качественной координации всех операций требуется представление пространственной информации в трехмерном виде (3Б - модель). Лазерное сканирование местности и объединенный в единый комплекс цифровая
фиксация местности с высокой четкости разрешения позволяет сформировать общий массив снимаемой информации с местности (точечный). Причем каждая точка характеризуется координатами (X, У, 7) и оптическим образом в дискретный момент времени (Т) с учетом интенсивности отраженного сигнала точки (I). Использование оптических образов на объекте ведения работ способствует улучшению процесса, дешифровки который проводится в режиме онлайн.
Трехмерная модель пространства строится не только на основе внутренних приборов машины, но и на основании внешнего приборного обеспечения, расположенных на участке ведения работ. Сумматор коррелирует полученную информацию, как с внешних, так и с внутренних систем регистрации, и заданными проектом данными [8, 9].
По существу, строительная машина (рис. 5) - это трехмерное тело, которое движется в пространстве с определенной скоростью. Строящаяся геометрия дорожного профиля или другого объекта доступна в системе координат стройплощадки:
• координаты контрольной точки х, у, ^
• ориентация а, в, у оси транспортного средства, связанная с местным направление координатной сети, и выбранная координата (азимут, крен, шаг);
• а также время 1;, которое должно быть назначено параметрам (час).
К внешним источникам информации, а точнее датчикам можно отнести ОРБ/ГЛОНАСС или тахеометр, определяющие в дискретных интервалах разности координат точек, относительно точки (цели) местности/машинной антенне, которая закреплена на выносных кронштейнах (рис. 5). Это позволяет в динамике определить не только координаты машины, но и положение рабочего органа [5, 6, 7].
Измерения, производимые внутренними датчиками, закрепленными на машине (кренометр-датчик наклона как самой машины, так и исполнительного механизма), дополнительно связаны с контрольной точкой контроллера (отвала).
Один датчик не в состоянии точно оценить правильность снимаемого показания, требуется целая система снятия измерений в нескольких контролируемых точках. Эти точки должны быть откалиброваны в системе координат хребтовой балки автогрейдера и установлены текущие внешне координаты местности (фактическое значение) для того, чтобы сделать поправки на справочные данные после введения плановой модели местности, чтобы произвести интерполяцию цифровой модели. Отклонения затем могут быть включены в процесс контроля с целью минимизации погрешности.
Становится очевидным, что преобразование систем координат местности в систему координат автогрейдера и из системы координат рабочего органа в систему координат строительной площадки имеют первостепенное значение. В тоже время необходимо учитывать и состояние рабочего органа (геометрический параметр, степень износа, угол заточки, угол реза для конкретных условий). Поэтому на контрольном участке должна производиться работа по калибровке работы системы АСУ.
Практические проблемы возникают не только с бесперебойной работой системы калибровки, подавлением помех, фильтрацией сигналов управления и выравнивания положения рабочего органа. В большинстве случаев движение автогрейдера или другой землеройной машины не бывает стабильной по скоростному режиму. Скорость движения может меняться в случае различного количества материала, срезаемого рабочим органом, или при изменении грунта. Методически это привело бы к решению системы с неопределенностью факторного пространства и решением теории нелинейных динамических систем [10].
В настоящее время задача по управлению работой автогрейдера решается вмешательством оператора машины. Поэтому управление не происходит полностью автоматически. Необходимо в любом случае нахождение оператора автогрейдера в машине с целью устранения сбоя работы АСУ и повышение безопасности на объекте.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.1. Пинт Э.М., Петровнина И.Н., Романенко И.И., Еличев К.А. Анализ формы печатных знаков для выявления существенных признаков и определения типа знака компьютером // Нива Поволжья. 2018. № 3 (48). С. 112-119.
3. Jaakkola M., Heikkila R. Towards model based automation - different types of 3-D machine control models for the automatic control of road construction machinery // International symposium on automation and robotics in construction, 2003, pp. 17-28.
5. Чибуничев А. Г., Галахов В. П. Технология совместной обработки результатов наземного лазерного сканирования и цифровой фотосъемки // Инженерные изыскания. 2011. № 2. С. 32-36.
6. Kanzaki T. Prospects for automation and robotics revolutionizing ordinary Construction systems through advanced information technology // International symposium on automation and robotics in construction, 2003, pp. 41-54.
7. Комиссаров А.В., Калинина М.С Методика совместного получения и обработки данных наземного лазерного сканирования и цифровой съемки // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2015. № 4. С. 39-42.
8. Щербаков В.С. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землеройно-транспортными машинами: дис. . д-ра техн. наук: 05.05.04. Омск, 2000. 416 с.
9. Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. Компьютерное моделирование в инженерной практике // Solid Works. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 800 с.
10. Grewal L., Mohinder S., Andrews K., Angus P. Kalman Filtering -Theory and practice // Prentice hall information and systems sciences series. New Jersey, 1993, pp. 63-76.
3. Jaakkola M., Heikkila R. International symposium on automation and robotics in construction, 2003, pp. 17-28.
5. Chibunichev A.G., Galahov V.P. Inzhenernye izyskaniya. 2011. № 2. pp. 32-36.
6. Kanzaki, T. International symposium on automation and robotics in construction, 2003, pp. 41-54.
8. Shcherbakov V.S. Nauchnyye osnovy povysheniya tochnosti rabot, vypolnyayemykh zemleroyno-transportnymi mashinami [Scientific basis for improving the accuracy of work performed by earthmoving machines]: dis. . d-ra tekhn. nauk: 05.05.04. Omsk, 2000. p. 416.
10. Grewal L., Mohinder S., Andrews K., Angus P. Prentice hall information and systems sciences series. New Jersey, 1993, pp. 63-76.
Строительство автомобильных дорог на основе 3D-моделей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Райкова Лидия Сергеевна, Петренко Денис Александрович
Рассказывается об основных принципах работы трёхмерных систем автоматизированного управления строительной техникой. Особое внимание уделяется способам получения исходных данных - 3D-моделей дороги, - необходимых для работы таких систем. Рассматриваются преимущества использования 3D-систем управления строительной техникой, а также сложности при их внедрении и эксплуатации.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Райкова Лидия Сергеевна, Петренко Денис Александрович
Цифровые модели для систем управления дорожно-строительными машинами Предварительная обработка данных мобильного лазерного сканирования в системе IndorCloud Повышение производительности систем управления дорожно-строительной техникой при использовании систем глобального спутникового позиционирования Эволюция методов измерений — от «Пи» до «Пи-Пи-Пи» Проблемы оснащения отечественной техники системами нивелирования i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Road construction on basis of 3D models
The article discusses the main operation principles of automatic machine control systems for road construction. Speсial attention is paid to ways of obtaining a source data, needed for such systems (3D road models). Also it considers advantages of using 3D machine control systems as well as difficulties of their introduction and operation.
Текст научной работы на тему «Строительство автомобильных дорог на основе 3D-моделей»
Райкова Л.С., технический писатель ООО «ИндорСофт» (г. Томск)
Петренко Д.А., технический директор ООО «ИндорСофт» (г. Томск)
Рассказывается об основных принципах работы трёхмерных систем автоматизированного управления строительной техникой. Особое внимание уделяется способам получения исходных данных — 3D-моделей дороги, — необходимых для работы таких систем. Рассматриваются преимущества использования 3D-систем управления строительной техникой, а также сложности при их внедрении и эксплуатации.
Строительство автомобильной дороги подразумевает выполнение целого комплекса мероприятий [1, 2], включающих в том числе геодезические разбивочные работы и вынос проекта на местность, земляные работы, укладку нескольких слоёв дорожной одежды, устройство водоотводных и дренажных систем и пр. По завершении каждого этапа производятся мероприятия по контролю соответствия выполненных работ проекту с подписанием соответствующих актов, а по окончании строительства — приёмка автомобильной дороги в эксплуатацию. Многие этапы дорожного строительства являются весьма длительными и трудоёмкими и требуют участия большого количества квалифицированных специалистов. При этом требования к качеству дорог растут с каждым годом, а сроки, наоборот, сжимаются, поэтому без применения современных технологий дорожно-строительным компаниям трудно оставаться конкурентоспособными и удерживать свои позиции на рынке. Технологии, между тем, не стоят на месте: появляются новые разработки в области геодезического оборудования, строительной техники, дорожных одежд, наблюдается тенденция к постепенному отходу от традиционных методов
в сторону всё большей автоматизации строительных процессов. В том числе широкое распространение начинают получать системы автоматизированного управления строительной техникой: бульдозерами, автогрейдерами, асфальтоукладчиками и т.д. По уверениям производителей, такие системы достаточно просты в эксплуатации и при этом позволяют существенно снизить финансовые и временные затраты на строительство дорог. Рассмотрим более подробно, какими бывают эти системы и каковы принципы их работы.
Обзор существующих технологий
Основная идея автоматизированных систем управления строительной техникой заключается в том, что они позволяют контролировать положение рабочего органа строительной машины и управлять им при минимальном участии оператора. По принципу работы все современные системы автоматизированного управления строительной техникой можно разделить на два типа: двумерные и трёхмерные.
2D-CHcreMbi требуют закрепления на местности проектных направлений и плоскостей. При этом управление положением рабочего органа
САПР и ГИС автомобильных дорог | №2(3), 2014 | 81
машины выполняется автоматически по заданным значениям высоты и поперечного уклона. Для привязки системы на местности используется копирная струна, лазерная или ультразвуковая «лыжа». После установки машины на участке работ в её бортовой компьютер вводятся необходимые параметры (значения выемки/насыпи и уклона), а затем в автоматическом режиме система устанавливает рабочий орган в нужную отметку. После начала движения машины рабочий орган автоматически удерживается согласно заданным параметрам, копируя заданную поверхность с определённым постоянным смещением по высоте относительно струны, плоскости лазерного луча и т.д. При этом контроль правильности проведения работ осуществляется самим машинистом непосредственно из кабины с помощью графического дисплея (рис. 1).
3D-CHCTeMbi обеспечивают более высокий уровень автоматизации процесса строительства. В основе работы таких систем лежит использование цифровой трёхмерной модели запроектированной дороги. SD-модель, как правило, представляет собой совокупность файлов поверхностей в DXF-формате. Файл поверхности загружается в бортовой компьютер, установленный в кабине машины, а затем инженер при помощи вспомогательных приборов осуществляет привязку фактического положения машины к цифровой модели по координатам X, Y и Z (рис. 2). В ходе работы система позиционирования (роботизированный тахеометр или GPS-приёмник) отслеживает положение рабочего ор-
гана машины, бортовой компьютер анализирует эти данные и автоматически устанавливает рабочий орган в проектное положение, после чего машинисту достаточно просто двигаться вперёд — система сама знает, в какой момент поднять, опустить или повернуть рабочий орган, чтобы сформировать необходимую поверхность.
Точность воссоздания проекта на местности зависит от технологии позиционирования, которая применяется для отслеживания положения рабочего органа. По принципу позиционирования современные трёхмерные системы управления строительной техникой можно разделить на две группы:
■ LPS (локальные системы позиционирования) — определение местоположения производится с помощью роботизированного тахеометра, который устанавливается в удобном месте и привязывается по двум-трём опорным точкам к местной строительной системе координат (рис. 3). После включения системы тахеометр автоматически находит активный отражатель, установленный на рабочем органе машины, и постоянно отслеживает его перемещение, передавая информацию на контроллер, который сравнивает информацию с проектной и при необходимости корректирует работу машины. Как правило, точность формирования полотна у таких систем составляет около 1 см.
■ ГНСС (глобальные системы позиционирования) — системы отслеживания спутниковыми приёмниками GPS/ГЛОНАСС (рис. 4). В основном они используются при выполнении работ,
требующих меньшей точности (около 2-3 см). Определение положения рабочего органа машины в таких системах выполняется с использованием технологии RTK (Real Time Kinematic, т.е. «кинематика в реальном времени»), которая позволяет получать точные результаты прямо в движении. Для работы требуются минимум два GPS/ ГЛОНАСС-приёмника: один из них называется базовой станцией и устанавливается на точке с известными координатами, а второй устанавливается на машине и одновременно с базовой станцией принимает сигналы с GPS/ ГЛОНАСС-спутников. Базовая станция передаёт по радиомодему свои координаты и другую информацию со спутников на приёмник, установленный на машине, а приёмник объединяет данные базовой GPS/ГЛОНАСС-станции с собственными данными и вычисляет свои точные координаты. Одна базовая станция при этом может обслуживать несколько машин.
Выбор способа позиционирования 3D-системы всегда индивидуален и зависит от условий на конкретном строительном объекте, вида работ и прочих факторов. К примеру, роботизированные тахеометры обеспечивают более высокую точность, однако имеют при этом ряд ограничений: необходимо обеспечить непрерывную прямую видимость с машиной, для работы каждой машины требуется отдельный тахеометр, в тёмное время суток возможны сбои в работе тахеометра из-за яркого света фар движущихся навстречу машин и т.п. ГНСС-системы имеют меньше ограничений, но, в свою очередь, неэффективны
Рис. 1. Экран бортового компьютера 2D-cucmeMbi Рис. 2. Экран бортового компьютера трёхмерной системы
управления экскаватором Topcon управления грейдером Leica PowerGrade 3D
82 | САПР и ГИС автомобильных дорог | №2(3), 2014
Рис. 3. Бульдозер с 3D-cucmeMoU Trimble GCS900 на базе роботизированного тахеометра
Рис. 4 Грейдер с 3D-системой Topcon на базе ГНСС-систем
Выбор способа позиционирования 3D-^cTeMbi всегда индивидуален и зависит от условий на конкретном строительном объекте, вида работ и прочих факторов.
в местах, где спутниковый сигнал отсутствует или является слишком слабым: в тоннелях, вблизи высоких зданий или леса и т.д.
Получение трёхмерной модели дороги
Рассмотрим более подробно, какие данные необходимы для работы трёхмерных систем управления строительной техникой. Исходными данными служат SD-модели поверхностей, как правило, в DXF-формате. При этом каждый слой дорожной одежды должен быть представлен отдельной поверхностью.
Очевидно, что от качества моделей напрямую зависит эффективность применения SD-систем, поэтому их подготовка становится одной из первоочередных задач. Однако при традиционном подходе строители получают исходные данные в виде чертежей плана, продольного и поперечных профилей, ведомостей, спецификаций и пр. Восстановление трёхмерных моделей поверхности по этим данным представляется весьма сложным и требует много времени и сил, особенно если учесть, что сформировать модель нужно по каждому слою дорожной одежды. Кроме того, полученная в итоге модель поверхности может содержать ошибки, так как при ручном формировании модели неизбежен «человеческий фактор» и связанные с ним ошибки. В такой ситуации применение современных технологий становится нецелесообразным: ни экономии времени на подготовительных работах, ни желаемой точности выноса проекта на местность добиться уже не удастся.
С другой стороны, если проект изначально создаётся в современной САПР автомобильных дорог, необходимая трёхмерная модель уже имеется у проектировщика — ведь современный подход к проектированию подразумевает работу
именно с моделью дороги. А уже на основании этой модели формируется различная проектная документация: чертежи, ведомости и спецификации, которые затем передаются заказчику [2]. Таким образом, вовсе не требуется выполнять двойную работу, воссоздавая модель заново, если её — без искажений и потери времени — можно получить непосредственно от проектировщиков.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Для создания трёхмерных моделей может быть использована практически любая современная САПР, предназначенная для проектирования автомобильных дорог: IndorCAD [3] («ИндорСофт», г. Томск), программный комплекс Credo («Кредо-Диалог», Беларусь), Топоматик Robur («Топоматик», г. Санкт-Петербург), AutoCAD Civil 3D (Autodesk, США) и пр. В этих системах инженер в привычных ему проекциях (план, профили) (рис. 5) формирует модель автомобильной дороги (рис. 6), которая затем легко может быть экспортирована в DXF-файл и без какой-либо доработки загружена в бортовой компьютер 3D-системы.
Готовые решения для строительной техники
Выбор предлагаемых на отечественном рынке решений для автоматизированного управления дорожно-строительной техникой весьма широк — практически каждая крупная компания, производящая геодезическое оборудование, имеет собственные разработки в этой области. Наибольшее распространение сейчас, как в России, так и за рубежом, получают 3D-системы от таких мировых лидеров, как Leica Geosystems, Швейцария [4] (например, линейка оборудования Leica iCON, 3D-системы для управления грейдерами PowerGrade 3D и пр.), Topcon, Япония [5] (системы 3D LPS и 3D ГНСС, высокоточная технология mmGPS 3D), Trimble Navigation, США [6]
САПР и ГИС автомобильных дорог | №2(3), 2014 | 83
Рис. 5. Проектирование автомобильной дороги Рис. 6. Трёхмерная модель дороги в САПР IndorCAD 9
(универсальная система управления GCS900 для грейдеров, бульдозеров, экскаваторов и асфальтоукладчиков). По характеристикам все эти системы схожи, причём почти все они универсальны и могут быть расширены от простых 2D- до более совершенных SD-систем путём установки дополнительного оборудования. Кроме того, большинство производителей предлагает также собственное программное обеспечение, позволяющее при необходимости вносить изменения в модель поверхности уже после начала строительства.
По заявлениям производителей, использование трёхмерных систем управления строительной техникой обеспечивает следующие преимущества и дополнительные возможности:
■ Уменьшается объём геодезических разбивочных работ. Это не означает, что работы по выносу проекта в натуру можно исключить совсем, однако их продолжительность может быть существенно сокращена.
■ Пропадает необходимость проведения контроля полученных высотных отметок после каждого прохода строительной техники. Исполнительная съёмка выполняется самой системой параллельно с проведением работ и не требует участия геодезиста. Однако контроль геодезистами высотных отметок, уклонов и толщины дорожной одежды всё равно необходим для подписания актов при приёмке всех видов геодезических, земляных и прочих работ.
■ Благодаря уменьшению объёма разбивочных работ и мероприятий
по контролю качества сокращаются простои строительной техники.
■ Высокая точность выполнения работ обеспечивает ровное покрытие с заданными параметрами.
■ Благодаря обеспечению постоянной ровности слоёв дорожной одежды исключается перерасход материала на выравнивание слоёв.
■ Машинист ориентируется на строительной площадке «по приборам», поэтому проведение работ возможно не только днём, но и ночью.
■ Обеспечивается комплексное выполнение проекта, включая переходные кривые, вертикальные кривые, виражи и пр.
Сложности при внедрении и эксплуатации 3D-rncTeM
Освоение трёхмерных систем автоматизированного управления строительной техникой в нашей стране ещё только начинается, поэтому инженеры довольно часто сталкиваются с различными сложностями.
Например, общей проблемой при внедрении SD-систем является необходимость предварительного обучения специалистов работе с новыми технологиями. Хотя такие системы являются достаточно простыми в эксплуатации и имеют интуитивно понятный интерфейс, от пользователя всё же потребуется желание и время для их изучения: необходимо понять, как работают и взаимодействуют между собой все компоненты системы в комплексе. В помощь инженерам, осваивающим работу с SD-системами, производители и дистрибьюторы обо-
рудования, как правило, предлагают различные обучающие курсы.
Сложность использования систем на базе ГНСС-технологий состоит в том, что для непрерывной работы техники с требуемой точностью нужно обеспечить хорошее качество и непрерывность спутникового сигнала. При этом использование приёмников, работающих только со спутниками GPS или только ГЛОНАСС, зачастую не может этого гарантировать. Однако сейчас многие производители (например, Leica, Trimble и пр.) предлагают системы на базе GPS/ГЛОНАСС, которые могут осуществлять высокоточное позиционирование в любом регионе страны.
В свою очередь, локальные системы позиционирования на базе тахеометра тоже имеют свои слабые стороны. Основным требованием к работе этих систем является обеспечение постоянной прямой видимости от машины до тахеометра, а также снижение точности позиционирования рабочего органа машины по мере её удаления от тахеометра. При работе на участке только одной машины сложностей
84 | САПР и ГИС автомобильных дорог | №2(3), 2014
Рис. 7. Реконструкция автомобильной дороги федерального значения М7 «Волга»
с обеспечением видимости, как правило, возникает гораздо меньше — нужно только периодически перемещать тахеометр, чтобы расстояние от него до контролируемой машины не превышало допустимое. Однако, если строительство ведётся с использованием нескольких машин, следующих друг за другом по разным полосам, их тахеометры приходится переносить и привязывать к местной строительной системе координат намного чаще, чтобы постоянно обеспечивать необходимую видимость и расстояние до машин. Естественно, на это тоже тратится достаточное количество времени (в течение которого техника простаивает), поэтому иногда получается, что работы в целом проходят медленнее, чем при традиционном подходе с использованием струны. В таких случаях, чтобы уложиться в поставленные сроки, строителям иногда бывает проще сделать всё «по старинке», по отлаженным и хорошо знакомым технологиям.
Опыт показывает, что несмотря на некоторые сложности, связанные с внедрением и эксплуатацией трёхмерных систем управления строительной техникой, их использование в большинстве случаев несёт значительную выгоду. Инженеры-дорожники, уже попробовавшие такие системы на практике, в целом дают им положительную оценку, отмечая повышение точности строительства и заметное ускорение работ. Особенно эффективность этих систем видна при
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.использовании их на автогрейдерах. Преимущества заметны не только строителям — заказчики зачастую также сами настаивают на максимальном использовании новых технологий.
На сегодняшний день с применением 3D-систем было построено и реконструировано немалое количество дорог. Такие системы уже несколько лет широко применяются при строительстве, ремонте и реконструкции автомобильных дорог федерального значения: М4 «Дон» [7], М7 «Волга» [8] (рис. 7), М60 «Уссури» [9] и пр. Технология охватывает все виды строительной техники: грейдеры, бульдозеры, дорожные фрезы, асфаль-то- и бетоноукладчики. По оценкам строителей, использование 3D-систем в сочетании с другими новейшими разработками в области дорожного строительства позволило значительно ускорить темпы работ, зачастую даже сделав возможной сдачу объекта в эксплуатацию раньше назначенного срока [10], а также добиться высокой ровности дорожного покрытия.
Несмотря на то что использование трёхмерных систем управления строительной техникой обещает заметную выгоду, следует помнить, что для эффективного использования новых технологий недостаточно просто купить дорогостоящее оборудование. Необходимо обучение сотрудников и индивидуальный подход к выбору системы в каждом конкретном случае. А кроме того, со стороны заказчика требуется понимание необходимости
предоставления строителям не только чертежей, ведомостей и прочей «бумажной» документации, но и непосредственно 3D-модели проектируемой дороги. А для этого, в свою очередь, нужно, чтобы проектирование изначально велось в «правильной» САПР автомобильных дорог. а
1. СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги. М.: Госстрой СССР, 1989.
2. СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве. М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1985.
3. Петренко Д.А. Новое поколение программных продуктов ИндорСофт // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2013. №1(1).
Глонасс в дорожном строительстве
06.05.2010 14:06
Издан сборник «Методические рекомендации по применению спутниковых навигационно-мониторинговых систем на основе радионавигационной системы ГЛОНАСС в интересах органов внутренних дел»
Под эгидой государственного учреждения «Научно-производственное объединение «Специальная техника и связь» МВД России» издан сборник «Методические рекомендации по применению спутниковых навигационно-мониторинговых систем на основе радионавигационной системы ГЛОНАСС в интересах органов внутренних дел». Авторский коллектив сборника – Д.В.Дьяченко, Ю.А.Макаров, А.Н.Поддубровский, Д.А.Мастеренко, С.В.Пчелинцева. В сборнике разъясняются правовые основы применения аппаратуры спутниковой навигации, работающей по сигналам ГЛОНАСС (или ГЛОНАСС\GPS), предлагаются типовые методики испытаний и выбора оборудования и систем, приводится отечественный и зарубежный опыт применения космических технологий правоохранительными органами.
Вот что сказал по поводу издания сборника руководитель его авторского коллектива Дмитрий Дьяченко, начальник Калужского филиала Государственного учреждения «Научно-производственное объединение «Специальная техника и связь» МВД России :
"Сборник также включает в себя обзор основных терминов и определений в спутниковых навигационно-мониторинговых системах, общий анализ современных методов и технологий определения местоположения, краткие сведения о существующих глобальных навигационных спутниковых системах и основные принципы построения спутниковых навигационно-мониторинговых систем.
Данные методические рекомендации предлагаются в целях проведения единой технической политики МВД России по внедрению аппаратуры спутниковой системы ГЛОНАСС в деятельность органов внутренних дел РФ, выработки стратегии и тактики ее применения".
ГЛОНАСС добрался до дорожного хозяйства.
До настоящего времени нормативными актами Правительства Российской Федерации, Минтранса России, а также Федерального дорожного агентства использование системы ГЛОНАСС в интересах дорожного хозяйства не регламентировалось.
В декабре 2009 года вступило в силу постановление Правительства Российской Федерации от 14 ноября 2009 г. № 928 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО РЕМОНТУ И СОДЕРЖАНИЮ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ» (источник публикации "Российская газета", № 222, 24.11.2009).
Правила определяют порядок организации и проведения работ по восстановлению транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог общего Теперь ГЛОНАСС обязаны использовать в дорожном хозяйстве.пользования федерального значения, при выполнении которых не затрагиваются конструктивные и иные характеристики надежности и безопасности автомобильных дорог, работ по поддержанию надлежащего технического состояния автомобильных дорог, оценке их технического состояния, а также по организации и обеспечению безопасности дорожного движения. Пунктом 12 б) указанных правил предусматривается, что при проведении работ по содержанию автомобильных дорог используемые машины должны быть оборудованы аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS.
До настоящего времени нормативными актами Правительства Российской Федерации, Минтранса России, а также Федерального дорожного агентства использование системы ГЛОНАСС в интересах дорожного хозяйства не регламентировалось.
Использование спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS при эксплуатации дорожной сети позволит в значительной мере сократить расходы на содержание специальной техники. По экспертным оценкам внедрение навигационных технологий в сфере дорожного строительства позволит повысить эффективность до 30%.
Читайте также: