Технология точного локального 3D нивелирования
Принцип работы 3D системы управления основан на том, что в бортовой компьютер системы загружается цифровая модель проектной поверхности. Система управления постоянно контролирует текущее пространственное положение и смещение рабочего оборудования машины (отвала бульдозера или грейдера, выглаживающей плиты асфальтоукладчика и т.п.) относительно этой проектной поверхности. Для этого системе нужно постоянно знать местоположение машины и ее ориентацию (направление движения) на территории стройплощадки.
Одним из способов позиционирования строительной техники является использование для этой цели роботизированного электронного тахеометра. Такая технология получила в Topcon название 3D LPS (Local Positioning System – локальная система позиционирования). Следует отметить, что Topcon принадлежит пальма первенства в создании систем на основе роботизированных электронных тахеометров применительно к управлению строительной техникой – первая система Topcon 3D LPS была выпущена в 1999 году.
Принцип работы системы 3D LPS
Роботизированный электронный тахеометр устанавливается над точкой с известными координатами и ориентируется на точку обратного ориентирования, после чего он готов к работе. В процессе работы тахеометр непрерывно следит в автоматическом режиме за круговой призмой, которая устанавливается на специальной виброустойчивой мачте, закрепленной на рабочем органе строительной машины (например, на отвале грейдера). Поскольку машина постоянно находится в движении, для обеспечения точной работы системы тахеометр определяет координаты призмы с высокой частотой 20 Гц (20 раз в секунду) и по радиоканалу передает эту информацию в бортовой компьютер системы управления. Программное обеспечение системы управления использует полученную из тахеометра координатную информацию для расчета текущего положения рабочей кромки оборудования и вычисляет смещение рабочего органа машины по высоте и уклону относительно проектной поверхности в каждой конкретной точке. После этого система отдает команды гидравлике машины для автоматического приведения рабочего органа в проектное положение.
Необходимые условия для работы системы 3D LPS
Для обеспечения работы системы управления на основе технологии 3D LPS необходимо обеспечить выполнение на стройплощадке следующих условий:
Наличие закрепленных точек планово-высотного обоснования
В процессе работы системы электронный тахеометр устанавливается на точке с известными координатами. Это означает, что для работы системы 3D LPS на стройплощадке должны иметься закрепленные точки планово-высотного обоснования. Важно обеспечить сохранность этих закрепленных точек на всем протяжении работы 3D LPS систем управления строительной техники.
Обеспечение прямой видимости между тахеометром и машиной
Поскольку электронный тахеометр должен постоянно определять текущие координаты машины, необходимо обеспечить постоянное наличие прямой видимости между инструментом и круговой призмой. Если прямая видимость теряется в результате ее кратковременного перекрытия (например, проезжающей мимо машиной), необходима кратковременная остановка строительной техники с системой 3D LPS для того, чтобы электронный тахеометр вновь захватил призму и продолжил передачу координатной информации в бортовой компьютер системы управления.
Отличительные особенности технологии 3D LPS
На сегодняшний день технология 3D LPS обеспечивает достижение максимально возможной точности работы систем управления строительной техникой. Благодаря использованию высокоточных роботизированных электронных тахеометров Topcon достигается точность определения высотной отметки на уровне первых миллиметров. Более того, интегрированная в тахеометры Topcon технология быстрого захвата и надежного сопровождения призмы PowerTrack гарантирует надежную работу системы даже в условиях недостаточной освещенности и при наличии оптических помех (бликов от блестящих поверхностей и т.п.).
Важно понимать, что для работы каждой единицы техники с системой 3D LPS требуется свой роботизированный электронный тахеометр. При наличии большого числа техники с системами управления на стройплощадке обеспечить условия постоянной видимости между каждым тахеометром и «его» машиной может быть затруднительно. Однако сами электронные тахеометры могут использоваться как в составе систем управления техникой, так и самостоятельно (когда машина с системой не работает) для решения традиционных геодезических задач на стройплощадке.
Системы управления на основе технологии 3D LPS могут использоваться как на открытых территориях, так и там, где применение других методов позиционирования (в частности, ГНСС) невозможно ввиду проблем с приемом спутниковых сигналов, либо с невозможностью организовать работу ГНСС оборудования в RTK режиме. Такими возможными областями применения технологии 3D LPS могут быть работы в туннелях, в условиях очень плотной высотной городской застройки, в ангарах и на закрытых территориях, вблизи специальных объектов, где отсутствует возможность передачи RTK поправок чрез GSM или УКВ каналы связи.