CC BY
0
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НИВЕЛИРОВАНИЯ СПЕЦТЕХНИКИ В
ОБЛАСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В.П. Зинченко, студент И.Н. Никоненко, студент В.А. Сапов, студент В.В. Ющенко, студент
Донской государственный технический университет (Россия, г. Ростов-на-Дону)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-11-2-186-190
Аннотация. В данной статье рассмотрена актуальность использования систем нивелирования для землеройных работ. Затрагивается вопрос принципа деления на 2д и 3д систем в техники применяемой для строительных работ. Также рассматриваются существующие разработки от разных компаний производителей в это области с кратким описанием устройства и особенностей каждого из решений. Сделаны выводы по выбору направления развития для разработки отечественных систем нивелирования.
Ключевые слова: система нивелирования, 2д и 3д система, роботизированный технический тахометр, ГЛОНАСС, позиционирования рабочего органа, строительная техника.
В условиях современного мира сфера строительства все больше сталкивается с новыми задачами, которые требуют повышенной точности операций, выполняемых землеройными машинами. Одна из главных проблем - это необходимость постоянного внешнего контроля землеройных работ со стороны, из-за чего увеличивается время на выполнение задачи.
Один из вариантов решения данной проблемы является внедрение цифровых систем помощников. К таким помощниками относиться система нивелирования - она позволяет оператору более точно контролировать положения рабочего органа машины по высоте и уклону, выводя информацию на информационный дисплей.
Целью данной работы является обзор существующих систем нивелирования на рынке, с кратким описанием устройства и особенностей каждого из решений, что позволит определить актуальное направление для развития отечественных систем.
Текущие тенденции развития систем нивелирования в строительной сфере.
Учитывая то, что многие заказчики строительных проектов все больше начинают требовать применения технологий контроля уклона, неудивительно, что отрасль стремиться внедрять системы контроля рабочих органов машин по средствам глобальной навига-
ционной спутниковой системы, географической информационной системы и лазерных технологий.
Контроль уклона может быть обязательным для специализированных земляных работ, где перемещение грунта является основной задачей, но он также может находить применение и в других сферах работ. Тем временем производители систем нивелирования продолжают совершенствовать свои разработки, делая уже проверенную и надежную технологию еще более подходящей для разных условий работы.
В настоящее время на рынке уже представлены системы нивелирования для экскаваторов, бульдозеров, грейдеров и асфальтоукладчиков. Эти системы позволяют увеличить точность, эффективность строительных работ и помогают сократить время на измерения и корректировки, минимизируя ошибки и повышая общую производительность труда. Современные системы автоматического управления можно разделить на две главные группы, 2д и 3д системы, каждая из систем имеет свои особенности, и применяется в зависимости от необходимой точности, вида работ и спецтехники.
2Б — системы нивелирования
При работе с 2D-системой машинист вручную регулирует высотное положение рабочего органа, а автоматика контролирует только
заданный поперечный уклон. Пользоваться 2Б-системами нивелирования достаточно просто, и стоимость их установки на технику остается относительно низкой.
Эти системы обеспечивают точность в пределах сантиметров, за счет датчиков угла наклона - акселерометров и гироскопов. Однако при укладке асфальтобетонных слоев на грунте могут возникать миллиметровые погрешности. Работа геодезистов по-прежнему актуальна, так как необходима разбивка и установка кольев. В зависимости от конкретной задачи и используемой техники может потребоваться натяжение «струны» или установка лазерного нивелира, а также промежуточная проверка полученных отметок для корректировки работ.
3Б — системы нивелирования
С 3D-системами ситуация иная. Основой этой концепции является электронный проект сложной поверхности, который разрабатывают проектные организации, создавая цифровые файлы или же сами геодезисты на строительной площадке. Затем этот проект загружается в машину, и рабочий орган управляется в автоматическом режиме через спутники GPS/ГЛОНАСС или с помощью роботизированного тахеометра, что исключает необходимость разбивки участка, установки кольев и натяжения струн. Достаточно лишь один раз привязаться к локальной системе координат. В кабине машины устанавливается бортовой
компьютер-контроллер, на котором оператор может следить за положением машины относительно проектных задач и вносить изменения в настройки системы в зависимости, например, от характеристик материала. Интерфейс разработан таким образом, чтобы быть интуитивно понятным и легким в освоении.
Системы для нивелирования ковшом экскаватора
Наиболее известными разработчиками систем нивелирования на сегодня остаются компании Topcon, Trimble, Leica и Moba.
Topcon (Япония)
Система 3D X53i, представленная в [2], включает две спутниковые ГНСС антенны для позиционирования и получения ориентации корпуса машины, четыре датчика наклона с диапазоном определений 360° для измерения углов между кабиной, стрелой, рукоятью и ковшом, спутниковый ГНСС-приёмник и панель управления GX-55 с цветным сенсорным экраном со встроенными светодиодными индикаторами. Компоновка системы изображена на рисунке 1.
Особенностью этой системы является возможность строенными работы в конфигурации 3D LPS - с электронным тахеометром, который в отличие от ГНСС-приемников может стабильно работать в зоне плохого спутникового сигнала.
Рис. 1. Система X53i для экскаваторов
Trimble(США)
Система Trimble EARTHWORKS DUAL GNSS [3] - это технология, предназначенная для повышения точности и эффективности в области земельных и строительных работ. Она объединяет достижения в области глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) для обеспечения точного позиционирования и управления техникой.
Данная система, представленная на рисунке 2, использует двухчастотные спутниковые сигналы, что позволяет значительно улучшить точность позиционирования и снизить влияние многолучевых эффектов, создаваемых окружающими объектами, такими как здания и деревья. Использование GNSS технологии позволяет достигать высокой точности (по-
Leica(Швейцария) Система Leica iCON iXE2 в [4], приведенная на рисунке 3, предназначена для измерения глубины и расстояния, необходимых в земляных работах. Датчик угла наклона, расположенный на противовесе, отслеживает продольный и поперечный уклон машины, что позволяет корректировать её положение.
грешность 2-3 миллиметра) при выполнении земляные работ, что является критически важным для обеспечения качества выполнения проектов. Система предоставляет информацию о текущем положении техники и выполнении работ в режиме реального времени, что позволяет проводить строительные работы даже в условиях плохой видимости, например под водой, или в ночное время.
Компания Trimble лидирует на рынке в области интегрированного рулевого управления , которое более полно автоматизирует работу многих классов землеройного и уплотнитель-ного оборудования, но, возможно, является уникальной среди крупных игроков, сделавшей шаг вперед в области управления машинами [6].
Встроенный компас определяет направление уклона, что дает возможность свободно перемещать экскаватор, не нарушая ориентацию. Таким образом, наклон машины не препятствует выполнению точных работ. Датчики стрелы и ковша определяют положения манипулятора в данный момент.
Рис. 2. Система Trimble EARTHWORKS DUAL GNSS
Рис. 3. Система Leica iCON iXE2
Ключевая особенность системы лежит в концепции PowerSnap - единая док-станция позволяет легко и быстро менять панели контроллеров в зависимости от рода проводимых работ.
Leica Geosystems быстро добавляет новые возможности в свое предложение, включая новый продукт управления машинами для небольших экскаваторов и решение на кабине с поддержкой шестипозиционных систем отвалов.
Компания Leica также перевела свою продукцию на более легкое оборудование, сделав ее доступной для все большего числа подрядчиков, участвующих в различных типах проектов [6].
Moba (Германия)
Система Xsite Pro Advance, предложенная в [5], определяет координаты и высоту ковша с точностью ±2 см, благодаря сочетанию ГНСС-позиционирования и тригонометрических расчетов с использованием датчиков уклона.
Система поддерживает 3D-проекты и 3D-объекты в различных форматах.
Информация может сохраняться и передаваться в офис или из офиса в машину с помощью 4G-модема.
Экскаватор может использоваться как геодезический инструмент для контрольных измерений и исполнительных съемок подземных коммуникаций.
Система подходит для проектов различного масштаба и особенно эффективна в сложных условиях, таких как ограниченная видимость или «слепые» зоны, например, под водой.
Вывод
В данной статье был проведен анализ существующих видов систем нивелирования для решения проблем точности и времени проведения дорожно-строительных работ, рассмотрены основные компании-поставщики и их флагманские разработки, а также выделены основные характеристики и ключевые особенности систем. Согласно полученной информации наибольшую актуальность на рынке имеют универсальные 3D системы нивелирования, которые с помощью системы датчиков позволяют оператору иметь полную информацию о положении ковша и экскаватора, и выполнять работу в условиях ограниченной видимости. Разработка такой системы как никогда актуальна для российского рынка дорожно-строительной техники, поскольку на данный момент не существует аналогов зарубежных продуктов.
Библиографический список
1. Современные системы нивелирования. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://snip1.ru/sovremennye-sistemy-nivelirovaniya/.
2. Система нивелирования Topcon. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://topcon.pro/tehnologii/.
3. Современные системы Trimble. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.trimble.com/en/solutions/industries/geospatial.
4. Система нивелирования Leica. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://leica-geosystems.com/ru/products/machine-control-systems.
5. Система нивелирования Moba. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://moba-automation.com/products/xsite-systems.
6. Grade Control's Increasing Power Drives Adoption by Diverse Contractors. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://inlnk.ru/w4Njve.
ANALYSIS OF EXISTING SYSTEMS FOR LEVELING SPECIAL EQUIPMENT
IN THE FIELD OF CONSTRUCTION.
V.P. Zinchenko, Student I.N. Nikonenko, Student V.A. Sopov, Student V.V. Yushchenko, Student Don State Technical University (Russia, Rostov-on-Don)
Abstract. This article discusses the relevance of using leveling systems for earthmoving operations. The issue of the principle of division into 2d and 3d systems in the technique used for construction works is touched upon. The existing developments from different manufacturing companies in this area are also considered with a brief description of the device and the features of each of the solutions. Conclusions are drawn on the choice of the direction of development for the development of domestic leveling systems.
Keywords: leveling system, 2d and 3d system, robotic technical tachometer, GLONASS, positioning of the working body, construction equipment.
