CC BY
25
Электронный нвучяо-метоЬг-несший яурнал _ ^¿{i,
Омского ТЯГИЦ
Бикбулатова Г.Г., Купреева Е.Н., Миннибаев А.Р. Геодезическое обеспечение строительства автомобильной дороги с использованием систем автоматизированного управления дорожно-строительными машинами // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2023. - № 2 (33) апрель - июнь - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2023/2/01050.pdf. - ISSN 2413-4066
Научная статья
УДК: 528.48:625.7:625.08
Геодезическое обеспечение строительства автомобильной дороги с использованием систем автоматизированного управления дорожно-строительными
машинами
Г.Г. Бикбулатова, Е.Н. Купреева, А.Р. Миннибаев
Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск, Россия
Аннотация. При ведении работ по строительству, реконструкции, ремонту автомобильных дорог используются современные технологии, в том числе и системы автоматизированного управления дорожно-строительными машинами (САУ ДСМ). В данной статье рассматриваются две технологии выполнения комплекса геодезических работ по горизонтальной планировке дорожной одежды строящейся Федеральной автомобильной дороги М-12 Москва - Нижний-Новгород - Казань (6 этап), раскрыты основные подходы реализации данных технологий и геодезического сопровождения.
Ключевые слова: дорожное строительство, вертикальная планировка, системы автоматизированного управления, дорожно-строительная машина, GNSS-оборудование.
Geodetic provision of road construction using automated control systems for road-
building machines
G.G. Bikbulatova, E.N. Kupreeva, A.R. Minnibaev
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk, Russia
Abstract. When carrying out works on the construction, reconstruction, repair of highways, modern technologies are used, namely automated control systems for road construction machines (ACS DSM). This article discusses two technologies for performing a complex of geodetic works on the horizontal layout of the pavement of the M-12 Moscow- Nizhny Novgorod - Kazan Federal Highway under construction (Stage 6), reveals the main approaches to the implementation of these technologies and geodetic support.
Key words: road construction, vertical planning, automated control systems, road construction machine, GNSS equipment.
® Бикбулатова Г.Г., Купреева Е.Н., Миннибаев А.Р.
Задача геодезической службы при строительстве или реконструкции автодороги - это геодезическое сопровождение объекта производства работ на всех его этапах. Немаловажным этапом является горизонтальная планировка дорожной одежды (далее ДО), которая осуществляется с использованием системы автоматизированного управления дорожно-строительными машинами (САУ ДСМ) - это программно-аппаратный комплекс, который устанавливается на строительной технике для того, чтобы производить постоянный контроль текущего положения рабочего органа машины (рис. 1).
Существует несколько основных подходов реализации технологии геодезического сопровождения.
Первый из вариантов технологии выполнения комплекса геодезических работ по горизонтальной планировке дорожной одежды содержит следующие этапы:
1. Создание разбивочной основы (или планово-высотная разбивка), с помощью которой водитель ДСМ может ориентироваться при устройстве выемки/насыпи для достижения истинных границ (бровок) ДО и высотных отметок с учётом изменения поперечного профиля дороги, что позволяет придерживаться проектных планово-высотных отметок, согласно технического регламента. Разбивочная основа представляет собой деревянные или металлические колья по всей длине захватки, в нашем случае - каждые 20 метров, с подвязанными на них высотными маркерами, другими словами - «высотниками». В натуру выносятся основные оси и переломные линии, указывающие, в каком месте меняется поперечный уклон основания ДО, основа подготавливается в соответствии с проектными планово-высотными отметками.
2. Определение плановых отметок. Плановые отметки определяются положением поворотных точек автодороги и внутренних линий, а также уклонов и бровок слоя ДО с заданным шагом на всей длине захватки и выносятся в натуру с помощью ОКББ-оборудования или тахеометра.
3. Вынос высотных отметок. Высотные отметки выносятся с помощью нивелира. Для этого выполняется привязка к опорной геодезической сети (далее ОГС) - это сеть грунтовых реперов IV класса нивелирования, допустимое расстояние между пунктами от 200 до 700 метров, этого достаточно для производства комплекса геодезических работ. Вынос временных реперов, как правило, применяется при нивелировании в тех случаях, когда высоты нивелирной рейки не хватает для прямой видимости при установке прибора
При использовании спутникового приёмника EFT M4 с контроллером H3 производителем заявлена точность измерений в плане 2,5 мм + 0,3мм/км от базового приемника в режиме передачи данных по RTK, и 5мм + 0,5мм/км по высоте. На практике же следует учитывать различные погрешности, влияющие на точность работ. Выполняется калибровка приёмника, для этого производится измерение в режиме быстрой статики, и если погрешность полученных результатов не отличается от исходных координат в
Рис. 1 Строительная техника, оснащённая САУ ДСМ
[1].
пределах заявленной производителем, то дополнительного центрирования и изменения высоты станции не требуется [2]. При использовании тахеометра Leica ICON 60 точность измерений зависит от качества выполненной засечки (рис.1).
Рис. 2 Внешний вид тахеометра Leica ICON 60
Обратная угловая засечка выполняется от двух и более геодезических пунктов, для этого в устройство загружаются исходные планово-высотные координаты пунктов и выполняется засечка, величина невязки в основном зависит от расстояния до пункта и типа отражателя. Для контроля высотных отметок используются точные нивелиры, одним из них является Sokkia B40. Перед использованием прибора обязательно выполняют поверки инструмента, согласно требованиям, данный прибор имеет среднюю квадратическую ошибку определения превышения на 1 км двойного хода 2мм [3].
Разбивка выполняется в комплексе с помощью двух приборов, спутниковый приёмник и нивелир, или тахеометр и нивелир. Сначала производится плановая разбивка и вынос в натуру точек с заданным шагом по длине захватки, а затем подвязываются «высотники». Данная технология используется для ручной планировки ДСМ.
При применении технологии с использованием 3D-CÄY ДСМ такая разбивка не требуется, так как для работы 3D-системы необходима цифровая модель местности (далее ЦММ). Высотники и линии отображены в цифровом формате внутри рабочего набора проекта и водитель машины ориентируется в первую очередь на данные бортового компьютера программного обеспечения Leica MC-1. Комплекс работ по настройке и установке системы не менее важен и ответственен:
Рассмотрим принцип работы - от базовой станции, основные этапы работы:
1. Использование GNNS-приемника - в контроллер устройства через меню «база» вносятся координаты пункта и высота устройства (GNNS-приемника), после чего устанавливается канал с заданной радиочастотой и включается передача поправок через режим «внутренний RTK».
2. Передача поправок. Такая базовая станция способна передавать поправки в радиусе 700 метров, при увеличении расстояния от приемника качество передаваемых поправок существенно ухудшается. В случаях, когда требуется передавать поправки на большие дистанции, в качестве ретранслятора сигнала способна выступать вышка мобильной связи, однако в таком случае поправки будут передаваться через GSM-модуль путём подключения к мобильной сети, а не через RTK, соответственно и поправки будут передаваться только там, где есть мобильная связь.
Рассмотрим принцип работы с использованием роботизированного тахеометра Topcon GT-1001. Принцип работы несколько отличается и используется для повышения точности работы САУ ДСМ.
1.Установка тахеометра. Тахеометр устанавливается способом обратной засечки от трех известных геодезических пунктов, распределение невязок от нескольких пунктов является более точным решением, в сравнении со способом при использовании базовой RTK-станции от одного грунтового репера, имеющего допустимую сезонную погрешность от исходного положения [4]. Роботизированный тахеометр устанавливается на
возвышенности так, чтобы горизонтальная ось прибора была выше или на одном уровне с призмой-отражателем, установленной на мачте ДСМ.
2. Обработка данных. С помощью режима слежения за призмой тахеометр отслеживает и обрабатывает данные о перемещении ДСМ в режиме реального времени и передаёт поправки через встроенный модуль RTK. Точность настройки и работы роботизированного тахеометра контролируется калибровкой рабочего органа ДСМ с помощью нивелира или тахеометра, в зависимости необходимой точности и требований заказчика [5]. Для контроля только высотной отметки используется нивелир. Для обеспечения точности в плане и по высоте используется та же технология, но с помощью тахеометра, и калибруются все три пространственные координаты. Калибровку следует выполнять каждый раз, когда возможно изменение координат базовой станции, то есть при переустановке оборудования на другой геодезический пункт или смене рабочего органа ДСМ. Так для грейдера и бульдозера будет выполняться только высотная калибровка, для этого необходимо опустить отвал ДСМ на плоскую статичную поверхность (деревянный брусок) и взять отсчёт с помощью нивелира со стороны мачты со спутниковым приёмником, горизонтирование отвала выполняется в полуавтоматическом режиме с помощью джойстика на основе данных бортового компьютера [6]. Данное значение и есть истинная высотная отметка отвала. Однако, если ДСМ - двухмачтовая - операция по снятию высотной отметки осуществляется в горизонтальном положении отвала с каждой его стороны. Для настройки ковша экскаватора необходимо калибровать планово-высотные координаты - для этого ковш опускается на статичную поверхность или брусок, после чего снимаются плановые отметки слева, по центру и справа, затем эти данные сверяют с текущими в бортовом компьютере.
Порядок работы при помощи тахеометра:
• Приводим в рабочее положение прибор;
• После включения прибора попадаем в главное меню «External link» - на внешней клавиатуре нажимаем на звёздочку и попадаем в меню настройки и выбираем тип отражателя - далее выходим из меню нажав «END»;
• В основном меню выбираем «LPS setup» - «настройка файла» - выбираем проект или создаем новый - «точки», далее через кнопку «добавить» вводим координаты точек, которые будут использоваться при обратной угловой засечке, высоту пишем с учётом высоты вехи и призмы от основания до центра линзы -нажимаем «ОК»;
• Выходим в основное меню и нажимаем «мастер установки станции» - новая станция из засечки», далее поочерёдно добавляем наши точки из проекта нажав кнопку «добавить», после поочерёдно выбираем точки и наводимся на призму, установленную на грунтовом репере - нажимаем «наблюдать» и ждём завершение наблюдения, подобным образом наблюдаем оставшиеся точки и по завершению нажимаем «далее» - «готово» - «запуск LPS»;
• Возвращаемся в меню «External link» - наводимся на призму, установленную на мачте грейдера, на внешней клавиатуре нажимаем на звёздочку - повторно выбираем тип отражателя - нажимаем кнопку с перекрестием, которая запускает процесс слежения.
• После выполняется калибровка отвала грейдера. Если круглый уровень сместился достаточно сильно - роботизированный тахеометр прекращает передачу поправок через модуль RTK, соответствующая ошибка появится в бортовом компьютере ДСМ. В таком случае обратная угловая засечка и калибровка отвала техники производится заново.
В заключении можем сделать вывод, что использование 3D-СAУ ДСМ повышает эффективность дорожно-строительного производства, с помощью бортового компьютера непосредственно из кабины ДСМ предоставляется возможность вносить корректировку и догружать новые данные в проект не только для разбивочной основы и локальной системы, но и к существующей ЦММ. Благодаря этому стоит отметить, что системы автоматизированного управления считаются технологией, а не дополнительным оборудованием для производства работ. Это в свою очередь положительно влияет транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог.
Список источников
1. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV класса [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http:// www.gosthelp.ru (дата обращения: 21.02.2023).
2. Исследование точности высотного положения поверхности покрытия автомобильной дороги с применением разных геодезических приборов / Ю.В. Столбов, С.Ю. Столбова, ЛА. Пронина, A.^ Уваров // Научный рецензируемый журнал "Вестник СибAДИ", 2018. - №15(1). - С. 97-105.
3. Пархоменко, Н. A. Использование автоматизированных технологий при строительстве автомобильных дорог / Н. A. Пархоменко, И. С. Дермелев // Aктуальные проблемы геодезии, землеустройства и кадастра: Сборник материалов III региональной научно-практической конференции, Омск, 30 марта 2021 года. - Омск: Омский государственный аграрный университет имени ПА. Столыпина, 2021. - С. 67-73.
4. Бикбулатова, Г. Г. Инженерно-геодезические изыскания для проектирования автомобильной дороги в условиях Крайнего Севера / Г. Г. Бикбулатова, A. Г. Мадиев. -Текст: электронный // Aрхитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации: Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции, Омск, 28-29 ноября 2019 года. - Омск: Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (^6A,3^), 2019. - С. 302-306.
5. Камнев, И.С. Современные направления развития инженерно-геодезических изысканий для линейных сооружений / И.С. Камнев, ВА. Середович // Инженерные изыскания, 2017. - №(2). - С.20-27.
6. Купреева, Е. Н. Aвтоматизация геодезических работ, выполненных для строительства линейного объекта / Е. Н. Купреева, М. И. Сидоров, Д. Д. Рухлов. Текст : электронный // Устойчивое развитие земельно-имущественного комплекса муниципального образования: землеустроительное, кадастровое и геодезическое сопровождение : Сборник материалов I Национальной научно-практической конференции, Омск, 15 октября 2020 года. - Омск: Омский государственный аграрный университет имени ПА. Столыпина, 2020.
- С. 97-101.
References
1. Instrukcija po nivelirovaniju I, II, III, IV klassa [Jelektronnyj resurs]. — Rezhim dostupa: http:// www.gosthelp.ru (data obrashhenija: 21.02.2023).
2. Issledovanie tochnosti vysotnogo polozhenija poverhnosti pokrytija avtomobil'noj dorogi s primeneniem raznyh geodezicheskih priborov / Ju.V. Stolbov, S.Ju. Stolbova, L.A. Pronina, A.I. Uvarov // Nauchnyj recenziruemyj zhurnal "Vestnik SibADI", 2018. - №15(1). - S. 97-105.
3. Parhomenko, N. A. Ispol'zovanie avtomatizirovannyh tehnologij pri stroitel'stve avtomobil'nyh dorog / N. A. Parhomenko, I. S. Dermelev // Aktual'nye problemy geodezii, zemleustrojstva i kadastra: Sbornik materialov III regional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii, Omsk, 30 marta 2021 goda.
- Omsk: Omskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet imeni P.A. Stolypina, 2021. - S. 67-73.
4. Bikbulatova, G. G. Inzhenerno-geodezicheskie izyskanija dlja proektirovanija avtomobil'noj dorogi v uslovijah Krajnego Severa / G. G. Bikbulatova, A. G. Madiev. - Tekst: jelektronnyj // Arhitekturno-stroitel'nyj i dorozhno-transportnyj kompleksy: problemy, perspektivy, innovacii: Sbornik materialov IV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, Omsk, 28-29 nojabrja 2019 goda. - Omsk: Sibirskij gosudarstvennyj avtomobil'no-dorozhnyj universitet (SibADI), 2019. - S. 302-306.
5. Kamnev, I.S. Sovremennye napravlenija razvitija inzhenerno-geodezicheskih izyskanij dlja linejnyh sooruzhenij / I.S. Kamnev, V.A. Seredovich // Inzhenernye izyskanija, 2017. - №(2). - S.20-27.
6. Kupreeva, E. N. Avtomatizacija geodezicheskih rabot, vypolnennyh dlja stroitel'stva linejnogo ob#ekta / E. N. Kupreeva, M. I. Sidorov, D. D. Ruhlov. Tekst : jelektronnyj // Ustojchivoe razvitie zemel'no-imushhestvennogo kompleksa municipal'nogo obrazovanija: zemleustroitel'noe, kadastrovoe i geodezicheskoe soprovozhdenie : Sbornik materialov I Nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii, Omsk, 15 oktjabrja 2020 goda. - Omsk: Omskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet imeni P.A. Stolypina, 2020.- S. 97-101.
Информация об авторах
Бикбулатова Гульнара Гафуровна, канд. с.-х. наук, доцент, [email protected]
Купреева Елена Николаевна, старший преподаватель кафедры геодезии и ДЗ, En. kupreeva@om gau. org
Миннибаев Айрат Ринатович, бакалавр, [email protected]
Information about authors
Bikbulatova Gulnara Gafurovna, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Geodesy and DZ, [email protected]
Kupreeva Elena Nikolaevna, Senior lecturer of the Department of Geodesy and DZ, En.kupreeva@om gau.org
Minnibaev Airat Rinatovich, bachelor, [email protected]
