 |  | ||||||
 УДК 526.07 Использование инновационных решений геодезического обеспечения дорожно-строительных работ
Рассмотрено внедрение автоматизации всех этапов дорожно-строительных работ на основе использования 2D и 3D Систем Автоматического Управления. В связи с постоянным ростом требований к качеству и скорости производства дорожно-строительных работ возникает необходимость внедрения современных технологий и методов строительства. В этой связи, помимо разработки новых Строительных Норм и Правил (СНиП), необходимо разрабатывать и внедрять новые методы и технологии строительства линейных сооружений. Примером этому может служить повсеместное внедрение тахеометров взамен теодолитов в процесс дорожного строительства, что привело к значительной оптимизации геодезического обеспечения строящихся объектов. Использование электронных тахеометров при строительстве линейных сооружений, значительно увеличило производительность и точность работ полевых бригад при разбивке осей дороги. Однако, критическим фактором, влияющим на скорость выполнения дорожно-строительных работ, является производительность строительной техники, в частности Автогрейдеров. В зависимости от условий, опытный грейдерист выполняет финишное профилирование за 2-3 прохода, в то время как неопытный оператор может выполнить аналогичную работу за 5-7 проходов. Очень важным моментом в работе Автогрейдера является то, что после каждого проделанного прохода, для корректного продолжения работы машины, требуется геодезическая поддержка, т.е. установка разбивочных кольев. Без постоянной геодезической поддержки, оператор любой категории не сможет выполнить профилирование. Для проведения нивелировочных работ и установки разбивочных пикетажей требуется определенное время, зависящее от квалификации и слаженности работы полевой геодезической бригады [1]. Следует помнить, что в ходе выполнения геодезических работ, автогрейдер простаивает. Соответственно, чем более низкую квалификацию имеет оператор и полевая геодезическая бригада, тем больше время простоя машины. В среднем, при применении классических методов дорожно-строительных работ, автогрейдер простаивает до 20% времени за смену (2-3) часа. Для максимального увеличения производительности дорожно-строительной техники в 2002 году, компаниями Trimble и Caterpillar были созданы Системы Автоматического Управления. Главной целью этих Систем является автоматизации всех этапов дорожно-строительных работ, которая достигается путем осуществления автоматического контроля рабочего органа машины (лезвие, отвал и т.д.). В свою очередь, автоматизация работ практически полностью исключает влияние "человеческого фактора". Помимо автоматизации, применение Систем Автоматического Управления значительно повышает точность выполнения дорожно-строительных работ, а также качество финальной поверхности [2]. Принцип работы Систем Автоматического Управления (САУ) заключается в определении координат (положения) углов режущей кромки рабочего органа дорожно-строительной техники, сравнения этих координат (положения) с проектными значениями и изменение положения рабочего органа машины в соответствии с проектными данными. Системы Автоматического Управления подразделяются на два вида: 2D и 3D Системы Автоматического Управления. Различия между этими Системами заключается в способе определения пространственного положения рабочего органа машины и в типе поверхности, принимаемой за проектную. Главным принципом работы 3D Систем Автоматического Управления является использования трехмерной цифровой модели местности для осуществления автоматического контроля рабочего органа машины дорожно-строительной техники (лезвие, отвал, плита, барабан). Помимо цифровой модели местности, ключевым фактором в работе 3D САУ является использование специального геодезического оборудования: роботизированных тахеометров, GNSS базовых станций и роверов. Главная идея работы данных Систем заключается в использовании геодезического оборудования для определения текущих пространственных координат (X,Y,H) краев рабочего органа машины и сравнение этого положения с цифровой моделью местности. В ходе этого сравнения, бортовой компьютер САУ определяет, насколько текущее положение рабочего органа машины отклоняется от необходимого (проектного) значения. По результатам этого сравнения, вычисляется цифровое значение (сантиметры) необходимого вертикального смещения рабочего органа машины, которое должно быть сделано, для достижения им текущего проектного положения. Для автоматического управления рабочего органа дорожно-строительной техники, в оригинальную заводскую гидравлическую систему машины устанавливается дополнительная пара гидравлический клапанов. Вычислительный блок гидравлики представляет собой мини-компьютер, напрямую соединенный с бортовым компьютером Системы Автоматического Управления. Главная функциональная задача данного вычислительного блока заключается в приеме сигнала, исходящего от бортового компьютера и содержащего сведения о величине необходимого смещения рабочего органа машины. После приема этого сигнала, вычислительный блок анализирует полученную информацию и, в свою очередь, посылает электрический импульс на соленоиды гидравлических блоков[3]. Однако главным компонентом, контролирующим работу Систем Автоматического Управления, является бортовой компьютер САУ (рисунок 1).
Бортовой компьютер Систем Автоматического Управления представляет собой вычислительный блок. Вся информация о текущем положении машины (угол наклона рабочего органа, угол наклона машины, угол поворота рабочего органа и т.д.) поступает непосредственно в бортовой компьютер. Посредством радиообмена между дорожно-строительной техникой и геодезическим оборудованием, в бортовой компьютер непрерывно поступают вычисленные координаты отражателя или GNSS приемника, установленных на машине. Обладая всей этой информацией, бортовой компьютер машины вычисляет координаты краев рабочего органа машины. Затем, вычисленные координаты сравниваются с цифровой моделью проекта. Результаты этого сравнения анализируются и, в случае необходимости, бортовой компьютер САУ посылает сигнал в вычислительный блок гидравлики об изменении положения рабочего органа машины. Все эти операции происходят менее чем за секунду, благодаря специально разработанным алгоритмам вычисления [3,4]. Таким образом, происходит автоматический контроль рабочего органа машины в 3D Системах Автоматического Управления. Важнейшим преимуществом данных Систем является то, что для корректной работы строительных машин не требуется создание различных видов опорных плоскостей, так как в 3D САУ используются цифровые проекты участков работ, которые и являются "опорой" для работы машины. Соответственно, использование 3D Систем исключает лишние затраты времени на подготовку опорных плоскостей, сокращая тем самым вынужденные простои строительной техники. Одной из первых Систем Автоматического Управления, разработанных для дорожно-строительной техники, была Система для Автогрейдера. В настоящее время около 5 основных компаний разрабатывают САУ для различных типов машин, и каждая из них имеет в своей линейке Системы для Автогрейдеров. Важной особенностью Систем Автоматического Управления для Автогрейдеров является то, что обе 2D и 3D Системы являются практически в одинаковой степени эффективными. На рисунке 2 представлена основная конфигурация Систем Автоматического Управления для Автогрейдеров.
Основным преимуществом использования Систем Автоматического Управления для Автогрейдеров является возможность автоматического контроля рабочего органа машины, благодаря чему производительность машины увеличивается от 50 до 200%. Библиографический список
| |||||||
 |  |
