Системы 3D нивелирования для бульдозеров и гейзеров

Системы 3D нивелирования
При работе землеройной техники или же укладочной машины необходимо поддерживать их рабочий орган в положении, заданном проектом. Системы автоматического управления, используемые с этой целью, называют системами нивелирования.

На данный момент существует и активно используется два вида таких систем: 2D (они бывают лазерные и ультразвуковые) и 3D.

Отличия 2D и 3D-систем нивелирования:

2D-системы нивелирования для контроля положения рабочего органа используют заданные значения высоты и поперечного уклона (в качестве привязки выступает копирная струна, разбитая на промежутки);системы 3D-нивелирования контролируют положение рабочего органа с помощью тахеометра или ГЛОНАСС/GPS-приемника.

3D-системы являются более точными, не имеют ограничений в использовании и практически полностью исключают ошибки из области «человеческого фактора».

Разбивка копирной струны выполняется геодезистом и должна соответствовать требованиям СНиП 3.06.03-85 пункт 12.14 «Отклонение копирной струны от вертикальных отметок не должно превышать +/-3 мм».

После разбивки копирной струны по высотным отметкам грейдер с установленной на него системой нивелирования устанавливается на захватку: отвал устанавливается на поверхность, а ультразвуковой датчик выставляется над копирной струной.

С панели управления задается глубина выемки или высота отсыпки грунта, отвал автоматически перемещается на заданную высоту. Машинист начинает проход по захватке, при этом отвал распределяет материал автоматически удерживаясь в проектных отметках (благодаря ультразвуковому датчику установленному над струной) и в проектном уклоне (за счет датчика наклона, установленного на отвале).

Управляя автогрейдером, машинист должен постоянно удерживать ультразвуковой датчик над струной (или иной опорной поверхностью, выведенной по высотным отметкам).

Использование копирной струны, особенно при разбивке виражей, процесс трудоемкий, выполняемый бригадой из двух человек: геодезист и рабочий с рейкой, который устанавливает стойки по высоте и натягивает струну.

На практике опорные стойки выставляют с интервалом 15-20 метров и на виражах 5-10 метров. В качестве копирной струны используют капроновую струну, леску или тонкий стальной трос.

Основным недостатком традиционных систем с использованием копирной струны является трудность удержания ультразвукового датчика над струной, так как никаких видимых ориентиров кроме датчика, расположенного примерно в 700 мм от копирной струны, нет.

ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ

Когда проект не содержит продольных кривых или сложных поперечных профилей, достаточно использовать лазерный построитель плоскости (лазерный нивелир). Системы, в которых в качестве датчика для определения высотного положения отвала относительно проектной поверхности используется лазерный нивелир, относятся к классу 2D-систем, так же как ультразвуковые.

Лазерный нивелир представляет собой прибор, который создает лазерную плоскость (горизонтальную, либо наклонную), с помощью горизонтального лазерного луча, вращающегося с высокой скоростью. Изменение скорости вращения позволяет работать в различных условиях видимости (туман, пыль), поэтому для работы с дорожно-строительной техникой используются нивелиры с высокой скоростью вращения луча. С панели управления нивелиром можно задать проектный уклон и частоту вращения прибора.

На панели управления автогрейдером задается глубина резания относительно отметки, на которой установлен лазерный нивелир. На кромке отвала крепится электрическая мачта с лазерным приемником, принимающая сигнал от лазерного построителя плоскости.

Отвал автоматически удерживается параллельно создаваемой лазерным нивелиром плоскости: горизонтальной или наклонной

РАБОТА С ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМОЙ

Работа с лазерным нивелиром значительно упрощает процесс профилирования основания. Нет необходимости делать разбивку всего фронта работ. Обычно радиус лазерной плоскости, создаваемой прибором, составляет 500-700 метров, что позволяет за одну установку прибора ,без разбивки и исполнительной съемки, за короткое время спрофилировать чистовой верхний слой, например, под заливку бетона. При этом нет необходимости в постоянной исполнительной съемке, а перерасход бетона значительно сокращается в виду обеспечения точности в 5 мм.

Для начала работы необходимо:

- установить и включить нивелир в точке площадки, максимально обеспечивающей видимость лазерного луча;

- установить на край отвала мачту с лазерным приемником;

- задать проектный уклон на панели управления и опустить кромку отвала на грунт;

- выдвинуть мачту до уровня лазерной плоскости;

- задать с панели управления глубину резания и начать работу.

Использование мачты, которая поднимает приемник на высоту более 3 метров, и 3 метрового штатива для установки нивелира (нивелир управляется с пульта ДУ) позволяет работать при интенсивном движении транспорта в зоне проведения работ без нарушения прямой видимости.

Лазерный нивелир (лазерный построитель плоскости) может использоваться и на других работах, например, контроль уровня заливки бетона.

Объекты, при строительстве которых использовались лазерные системы нивелирования:

- в Уфе при строительстве керамического завода;

- складских комплексов в Домодедово.

Еще одно преимущество лазерных систем нивелирования - это простота в работе с ними. Прибор устанавливается на участке не геодезистом и даже не мастером участка, а самостоятельно машинистом автогрейдера. Это позволяет освободить геодезиста от рутинной работы по проверке ровности покрытия, и занять его на более важных участках работ. Отсутствие исполнительной съемки и высокая ровность спрофилированного основания, позволяют сократить сроки и повысить качество работ.

3D-СИСТЕМЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ

3D-системы нивелирования активно применение при возведении на земляное полотно бульдозерами и экскаваторами и при профилировании вышележащих слоев автогрейдерами.

Подобное оборудование предлагают многие поставщики техники, по характеристикам все типы оборудования схожи и монтаж его не представляет никаких сложностей. Основной задачей является подготовка цифровой модели проекта, его загрузка и обучение заказчика тому, как все оборудование должно работать в комплексе, именно поэтому 3D-системы нивелирования считаются не доп.оборудованием, а технологией, позволяющей качественно изменить технологию работ.

КАЧЕСТВЕННЫЙ РОСТ: ОТ КОПИРНОЙ СТРУНЫ ДО СПУТНИКА

Процесс доукомплектации систем нивелирования - это так же стандартная практика во многих дорожных организациях, которые уже попробовали работать с оборудованием 2D, например с ультразвуковой или лазерной системой, и решили перейти на качественно новый уровень работ. Такая доукомплектация называется «апргейдом» (от английского "upgrade" - усовершенствование). Время апгрейда и период обучения на разных типах машин и с разными видами оборудования колеблется от 1 до 2 дней

Следующий этап внедрения системы нивелирования - это обучение мастера участка работе с цифровой моделью проектной поверхности и тахеометром или ГЛОНАСС/GPS-приемником. Понимание технологии работы оборудования, знание геодезических приборов и программного обеспечения для проектирования - это те знания, которые будут необходимы мастеру участка в работе.

РАБОТА С ГЛОНАСС/ GPS-СИСТЕМАМИ

После проведения обучения машиниста и мастера участка, специалист контролирует процесс работ на объекте.

При работе с ГЛОНАСС/GPS-приемниками машинист загружает проект в панель управления. Благодаря сигналам, полученным со спутников и от базовой станции, система определяет положение машины и кромки бульдозерного отвала относительно проекта. Когда машинист переключит компьютер в автоматический режим, отвал автоматически скорректирует свое положение в соответствии с проектной отметкой. Система предусматривает также возможность задания толщины снимаемого или отсыпаемого слоя материала, для послойной отсыпки или выемки.

Краткое описание технологии Leica SP14 для увеличения точности работы ГЛОНАСС/GPS систем и повышения ровности

Что такое технология Leica SP14?

Это новое поколения систем с дополнительным трехосевым датчиком SP14 работающего по принципу акселерометра. Т.е. это датчик на отвала машины в каждый момент времени с частотой 100Гц определяет направления движения осям. И интегрируя - получает вектор движения в любой момент времени. Работая совместно с GPS оборудование на машине, этот датчик позволяет получать высокоточные координаты в каждый из моментов времени.

Таким образов отработка отвала производится со скорость 100Гц.

Бульдозеры, оснащенные системами с использованием технологии SP, обеспечивают точное выполнение работ, практически на любой поверхности. Благодаря столь высокой скорости точность и качество GPS в 1,5 раза. Так, например ровность формирования поверхности будет около 0,7 - 1 см. Это достигается путем высокоскоростной интерполяции и экстраполяции движения машины трехосевым датчиком SP14. Он исключает какие либо отскоки по высоте и в плане, которые могут возникнуть при использовании традиционного ГЛОНАСС/GPS оборудования. Даже если по каким-либо причинам будет совсем потерян сигнал от спутников или возникнут плохие условия приема, то высокоскоростной и вибро-устойчивый датчик SP14 позволит продолжить работу не останавливаясь.

Появилась возможность использовать бульдозер для профилировочных работ там, где раньше нельзя было обойтись без грейдера.

РАБОТА С РОБОТИЗИРОВАННЫМИ ТАХЕОМЕТРАМИ и GPS/ГЛОНАСС

Работа систем с роботизированными тахеометрами широко применяется на протяжении последних 5 лет в ведущих дорожно-строительных организациях по всей России, в том числе в республике Татарстан.

Принцип работы схож с работой ГЛОНАСС/GPS-систем, но определение положения кромки отвала осуществляется с помощью специального прибора, измеряющего угол и расстояние до цели, жестко связанной с кромкой отвал, и располагаемой на мачте, закрепленной на отвале. Крепление прибора на мачте обеспечивает лучшие условия прямой видимости между прибором и целью.

Именно из-за использования мачты и внешнего прибора многие путают лазерные системы, о которых говорилось выше, и системы с роботизированным тахеометром, которые не только обладают различной функциональностью, но и существенно отличаются по цене и используемому оборудованию.

Для начала работы необходимо привязать прибор к пунктам планово-высотного обоснования, относительно которых проектная организация выполняла проект дороги.

После этого нужно навести окуляр прибора на активный отражатель, и запустить прибор для связи с машиной. Прибор передаст на машину данные о её местоположении и определит положение машины относительно проекта, который машинист загрузил в бортовой компьютер. Остальная работа ничем не отличается от работы с ГЛОНАСС/GPS- приемником.

Единственное ограничение при работе системы - это прямая видимость между прибором и целью. Поэтому для обеспечения лучших условий в работе также используется высокий штатив и мачта на кромке отвала. Управление прибором осуществляется с помощью выносной панели управления - контроллера, работающего на базе Windows CE. ПО контроллера позволяет выполнять такие работы, как съемка, разбивка, расчет объемов земляных работ и контролировать положение машины. Точность работы системы 3-5 мм в плане и по высоте.

Радиус работы за одну установку прибора, в зависимости от производителя оборудования, составляет от 700 до 1200 метров

КОМПЕНСАЦИЯ НАКЛОНА МАЧТЫ

Важно, что при изменении угла атаки, при работе автогрейдера значительно изменяется угол наклона мачты, что в свою очередь вызывает погрешность в определении высотного положения кромки отвала. Избежать возникновения этой погрешности можно двумя способами:

?? установить датчик продольного наклона мачты;

?? не изменять в процессе работы угол атаки отвала.

Стоить отметить, что угол разворота отвала никак не влияет на работу систем нивелирования, так как все системы снабжены датчиком разворота отвала. Это в свою очередь позволяет учитывать этот угол при задании вектора перемещения и для корректировки угла наклона из текущего положения в проектное.