Cистема нивелирования
Системы нивелирования, или как их еще называют системы автоматического управления дорожно-строительной техникой, предназначены для поддержания рабочего органа (отвала) землеройной машины или выглаживающей плиты укладочной техники в положении соответствующем проекту.
Автоматически системы нивелирования, позволяющие контролировать положение рабочего органа по высоте и поперечному уклону, называются 2D-системами. Для работы с системой необходима высотная привязка машины по месту проведения работ. В качестве привязки используется копирная струна, разбиваемая на длине захватки через рассчитанные промежутки.
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).
РАБОТА С УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИСТЕМОЙ
Управляя автогрейдером, машинист должен постоянно удерживать ультразвуковой датчик над струной (или иной опорной поверхностью, выведенной по высотным отметкам). У оборудования компании MOBAудержание отвала над копирной струной происходит автоматически, за счет определения ультразвуковым датчиком не только высотного положения, но и смещения в плане.
Оборудования других производителей подобная функция доступна только в 3D-системах, о которых будет рассказано ниже.
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. Для исправления данного недостатка - не удерживать ультразвуковой датчик над копирной струной, выдвигая отвал в ручном режиме – компания MOBAиспользует ультразвуковой датчик с пятью излучателями, который достаточно широк для контроля положения датчика в плане относительно копирной струны или кромки бордюра. Это позволило облегчает процесс удержания отвала над копирной струной.
Данная конструкция значительно упрощает работу машиниста (со слов многих машинистов автогрейдеров, имеющих опыт работы с 2D системами нивелирования)
 |
 |
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
Ультразвуковое считывание
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.
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.
Точность такой системы с использованием спутникового позиционирования 2-3 см по высоте, 1-2 см в плане. Этого не вполне достаточно для чистового профилирования, скажем, под укладку асфальта, поэтому такие системы рекомендуются для бульдозеров при подготовке земляного полотна.
Лазерный приёмник LS-3000 - это высоко точный датчик для измерения высоты. Он работает со всеми распространёнными ротационными лазерными излучателями, например, излучателями красного света (гелий, неон) или инфракрасными излучателями. При этом отклонения с миллиметровой точностьюрегистрируются в диапазоне приёма 360°. Это позволяет пропорциональное использование всего диапазона приёма. Свои сильные стороны LS-3000 показывает прежде всего при строительстве площадок или на больших территориях. Так как каждый приёмный элемент анализируется отдельно, рабочая точка может свободно выбираться в диапазоне приёма и в любое время смещаться. Электронная мачта МОВА перекрывает большую разницу по высоте. Она надёжно регулирует разницу по высоте до 900 мм над блоком обслуживания.
3-координатное управление
Бесконтактно без искусственных поверхностей отсчёта.
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 Санкт- Петербурге, республике Марий Эл, республике Татарстан, Краснодарском Крае.
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.
GPS С ТОЧНОСТЬЮ В НЕСКОЛЬКО МИЛЛИМЕТРОВ
Получение точности в несколько миллиметров с помощью движущегося ГЛОНАСС/GPS-приемника (в кинематике) невозможно. Производители систем нивелирования нашли выход из сложившейся ситуации, однако решения, предложенные ими, сложно однозначно назвать приемлемыми. Основным «камнем преткновения» является то, что во всех решениях системы нивелирования с GPS/ГЛОНАСС-приемниками лишаются всех своих главных преимуществ: высокой дальности работы и более широкий температурный диапазон.
На сегодняшний день представлено всего три решения, в которых GPS/ГЛОНАСС используется для определения планового положения машины:
1) Использование лазерного приемника, совмещенного с GPS-приемником.
При этом на участке работ ставится специальный лазерный нивелир, создающий лазерный сектор, в котором определяется положение лазерного приемника, и соответственно положение кромки отвала.
2) Использование в качестве лазерного приемника – мачты, на которой установлен GPS-приемник. Мачта в данном случае представляет собой цилиндр из прозрачного пластика, в который вмонтированы лазерные фотоприемники. На верхушке мачты крепится GPS-приемник. На участке работ используется обычный лазерный нивелир, создающий плоскость, относительно которой определяется высотное положение мачты и приемника.
3) Использование GPS-приемника совмещенного с целью для тахеометра.
Такое решение так же требует установки прибора, отличается несколько более высокой дальностью работ, и позволяет использовать тахеометр для стандартных геодезических работ: съемка, расчет объемов, разбивка и вынос в натуру.
Широкий выбор: ямобуры и гидромолот.