Как спутниковые системы упрощают жизнь геодезиста, часть 2. Автоматизация тяжелой техники

Строительство является одной из крупнейших отраслей производство. Но для большинства людей строительные работы до сих пор используют технологии прошлого века. Тем не менее, это не совсем верно. И наибольшая автоматизация добралась до области земляных работ.

Введение 

Первоначально необходимо понимать, что такое земляные работы это производство работ, связанных со вскрытием грунта, а равно его отсыпкой.

Один из вариантов автоматизации, в этой области работ, опирается на спутниковые измерения и набор инерциальных датчиков. (Существуют системы когда контроль за положением техники осуществляется при помощи роботизированный тахеометр)

ГНСС (глобальные навигационные спутниковые системы) позволяет практически полностью автоматизировать все системы управления техникой.

Все эти системы автоматизации основаны на принципе RTK измерений. RTK (кинематика в реальном времени) — основной особенностью данного метода является получения дифференциальной коррекции в реальном времени. Диф. коррекция вычисляется по результатам работы второго приемника (базовая станция), который установлен на точке с известными координатами и работает непрерывно весь период работы. Вычисления происходят за счет того, что у нас имеются два набора координат известные и определенные ГНСС приемником, которые будут иметь между собой отличия.

Подобная методика позволяет уверено получать координаты с точностью 1см. Подобной точности вполне достаточно при проведении земляных работ.

Устройство

Основой системы служит ГНСС приёмник (в зависимости от конфигурации их может быть несколько), данная система (система 3D нивелирования) служит для получения точных пространственные координат строительной техники. Во многих современных системах используют две подобные антенны. В одних системах одна антенна задается в качестве главной, и участвует в расчете координат, а вторая предназначена для ориентации машины по сторонам света. А в других позволяет определять текущую ориентировку машины до начала ее движения, учитывать боковое смещение (соскальзывание) бульдозера при движении по крутому склону либо при попытке перемещения слишком большого объема материала. Кроме того, система с двумя антеннами позволяет учитывать угол поворота поворотного (шестипозиционного) отвала, тогда как система с одной ГНСС антенной этого делать не позволяет.

Для обмена данными со всеми датчиками и компонентами системы служит контроллер

Но сразу встаёт вопрос, как контролировать положение рабочих поверхностей. Ведь крепить на каждый ковш спутниковой антенне выйдет накладно и не безопасно для оборудования. 

Для решения данных проблем были созданы инерциальные датчики, которые следят за положением рабочих частей машины и позволяют получить координаты зубьев ковша.

Сердцем данной системы служит бортовой компьютер, который служит для управления всей системой и обработки всех данных. 

Даже подобный набор позволяет контролировать процесс работ в реальном времени относительно проекта. Но самые последние системы способны сами управлять ковшом по средствам добавления в систему электромагнитных клапанов. Что позволяет свести работу оператора к переезду с одного место на другое, когда автоматика способна самостоятельно производить управление ковшом.

1. — пульт управления.
2. — контроллер.
3.   — спутниковые антенны
4.   — инерциальные датчики
5. — радиоантенна
6. — электромагнитный клапан
7.   — джойстики управления

Подобная система позволяет автоматизировать практически любую строительную технику и относительно быстро переставлять оборудование с машину на машину.

Технология работ

Для использования всех подобных систем на объекте работ требуется наличие нескольких закрепленных точек (реперов) координаты которых определены в системе координат проекта. К этим точкам предъявляются особые требования по их расположению: отсутствие вблизи высотных зданий и источников помех. Возможность обеспечить неподвижность антенны во время её работы. 

Точки необходимы для локализации местной системы координат (уточнение параметров перехода в необходимую систему координат). И впоследствии любую из этих точек можно использовать для установки базовой станции. 

Соответственно прямо перед началом работы необходимо установить и запустить базовою станция изагрузить проект в в устройство. Для облегчения жизни пользователя, как основной обменный формат используется DWG/DXF. Сами же данные передаются через Compact Flash и USB, последние системы позволяют передавать данные удалённо через GSM сети. 

После запуска бортового компьютера автоматически включаются и бортовые ГНСС приемники.  Состояние системы отображается на дисплее, и оператор может выбирать какую информацию ему будут отображать. И самая важная информация которую необходимо показать план проекта с изображением экскаватора, продольное, поперечное сечение и индикатор рабочих отметок.

Система точно определяет координата техники, зубьев ковша и положение проектной поверхности. Оператор видит, где находится нулевая отметка и может как в ручном режиме выполнять работу, так и отдать управление автопилоту.

Кроме всего прочего система позволяет проводить топографическую съемку средствами экскаватора. Для этого достаточно опустить ковш на необходимую точку и запустить измерение.

Преимущества подобных систем

Системы контроля позволяют свести к минимуму процесс выноса проекта в натуру, ведь достаточно частой проблемой на этапе земляных работ является уничтожение вынесенных точек проекта. Зачастую на местности эти точки закрепляют нарезанной арматурой длинной до метра, которую забивают в ключевых точках выносимого объекта. 

А после загрузки цифрового проекта в бортовой компьютер оператор спец. техники видит на экране изображение проекта. За счёт чего практически отпадает необходимость в выносе данного проекта, закрепления выноски и контроле положения во время работ.

В результате чего, после завершения работы техники, геодезисту остается провести контрольную съемку.

Имея цифровую модель проекта в кабине, оператор будет безошибочно проводить земляные работы. А в результате оптимизации процесса работ удается снизить расходы, и ускорить их выполнение.

Использование в другой отрасли

Еще одним крупным потребителем систем нивелирования является сельское хозяйство.

Принцип работы этих нивелирных систем аналогичен установленным на строительной технике. И как бы это странно не звучало, но в современном сельском хозяйстве требуется точное позиционирование техники. 

И сейчас они применяются на всех этапах работ начиная от посадки, обработки и сбора урожая.

Еще одной областью куда автоматизация проникла довольно глубоко, стала горнодобывающая промышленность, в частности карьерная разработка открытым способом.

Данная техника работает по заранее созданному маршруту с определением мест погрузки, перемещения и разгрузки. При этом остается возможность перевести технику на ручное управление как непосредственно из кабины, так и удаленно.

Причем автоматизированных самосвалов уже достаточно много. Например, Caterpillar 793F их количество на данный момент приблизилось к полутора сотням.

Кроме модернизации «серийных» моделей некоторые компании разрабатывают полностью беспилотные машины.