Технология спутникового 3D нивелирования с миллиметровой точностью

Позиционирование техники с помощью ГНСС технологии имеет ряд весомых преимуществ по сравнению с использованием для этой цели роботизированных электронных тахеометров. Эти преимущества заключаются в отсутствии необходимости постоянно обеспечивать прямую видимость между инструментом и машиной, а также возможности обеспечить круглосуточную всепогодную эксплуатацию машин с системами управления от одной единственной базовой станции. Однако точность определения высотной отметки, обеспечиваемая ГНСС технологией, не может конкурировать с возможностями электронных тахеометров.

Для устранения этого ограничения компания Topcon в 2004 году разработала инновационную технологию 3D mmGPS, которая и по сей день остается уникальной, не имеющей аналогов в отрасли. Она основана на одновременном применении для позиционирования машины спутниковых сигналов и специально модулированного лазерного излучения. В результате плановые координаты определяются по-прежнему из спутниковых измерений (технология ГНСС), а высотная отметка определяется с помощью лазерного излучения (технология LaserZone). Поскольку в этом случае высотная компонента измеряется с точностью на уровне первых миллиметров, технология получила название 3D mmGPS, хотя она использует сигналы обеих спутниковых группировок ГЛОНАСС и GPS.

Принцип работы системы 3D mmGPS

На стройплощадке или в непосредственной близости от нее устанавливается базовая ГНСС станция над точкой с известными координатами. Эта базовая станция обеспечивает передачу RTK поправок, необходимых для работы строительных машин с установленными на них системами управления.

Дополнительно на объекте работ над точкой с известной высотной отметкой устанавливается построитель лазерной зоны, который формирует специально модулированное лазерное излучение высотой 10 метров и диаметром 600 метров. Все машины в зоне действия лазерного излучения могут работать по технологии mmGPS. Если требуется увеличить зону покрытия лазерным излучением (как по горизонтали, так и по вертикали), можно одновременно использовать до 4-х построителей лазерной зоны. В этом случае, зона покрытия может быть увеличена в длину до 2400 метров (в случае линейных объектов), а в высоту до 40 метров (при большом перепаде высот на стройплощадке).

Устанавливаемая на каждой машине с системой управления mmGPS спутниковая антенна комбинируется с приемником лазерного излучения. В результате приемник ГНСС, входящий в комплект системы управления на каждой машине, принимает RTK поправки и вычисляет координаты спутниковой антенны, а приемник лазерного излучения определяет высотную отметку с высокой точностью в несколько миллиметров. Вся эта информация передается в бортовой компьютер системы управления.

Максимально допустимое рабочее плечо от построителя до приемника определяется в зависимости от требования к точности определений для конкретной строительной площадки. Так для соблюдения точности менее 1 (одного) сантиметра, рекомендуется не превышать плеча равного 150 метрам.

Программное обеспечение системы управления использует полученную из ГНСС приемника и приемника лазерного излучения 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 приведения рабочего органа в проектное положение.

Необходимые условия для работы системы 3D mmGPS

Для обеспечения работы системы управления на основе технологии 3D mmGPS необходимо обеспечить выполнение на стройплощадке следующих условий:

• Хорошая видимость неба, минимум препятствий для спутниковых сигналов
  Поскольку технология 3D mmGPS предполагает позиционирование машин с использованием сигналов глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS, участок работ должен быть открытым, с максимальной видимостью неба и с минимальным количеством препятствий для распространения спутниковых сигналов.
• Наличие базовой станции ГНСС, возможность работы в RTK режиме
  Технология 3D mmGPS  является разновидностью технологии 3D ГНСС, поэтому на нее распространяются все требования по использованию базовой станции, передающей RTK поправки. Данная информация представлена в разделе с описанием технологии 3D ГНСС.
• Наличие закрепленных точек планово-высотного обоснования
  Построители лазерной зоны формируют излучение, содержащее информацию о высотной отметке в каждой точке зоны действия построителя. Для этого необходимо, чтобы эти приборы устанавливались над точками с известными координатами. Особые требования предъявляются к точности уравнивания высотных отметок этих закрепленных точек.
• Оптимальное расположение построителя лазерной зоны на стройплощадке
  Жесткого требования постоянной прямой видимости между построителем лазерной зоны и приемником излучения на каждой машине нет. Кратковременная потеря сигнала приемником излучения не приведет к остановке машины и сбою работы системы управления. Тем не менее, следует располагать построитель (и, соответственно, закладывать точки съемочного обоснования) таким образом, чтобы он был «виден» всем машинам с системами 3D mmGPS в зоне его действия. Построитель обычно помещается на высокий телескопический штатив, поэтому выполнение этого условия проблем не вызывает.

Отличительные особенности технологии 3D mmGPS

Главной отличительной особенностью систем управления на основе технологии 3D mmGPS является тот факт, что они позволяют сохранить удобство и гибкость применения систем управления 3D ГНСС, и при этом обеспечить точность позиционирования, аналогичную системам управления 3D LPS (на основе роботизированного электронного тахеометра). Благодаря этому, системы 3D mmGPS составляют серьезную конкуренцию электронным тахеометрам в таких приложениях, как финишное грейдирование, а также укладка асфальта и бетона. При использовании нескольких построителей лазерной зоны происходит безостановочное переключение с одного построителя на другой, что обеспечивает необходимую плавность выполнения работ на протяженных линейных объектах.

Поскольку технология 3D mmGPS является комбинацией технологий 3D ГНСС и LaserZone, ей присущи преимущества и ограничения обеих технологий. Технология 3D ГНСС накладывает требования по открытости территории их применения с точки зрения приема спутниковых сигналов, однако обеспечивает гибкость работы неограниченного числа техники от одной базовой станции. Технология LaserZone также поддерживает работу любого числа техники от одного построителя, но требует наличия закрепленных точек съемочного обоснования для установки на них построителя лазерной зоны.

Важно отметить, что технология 3D mmGPS может применяться не только в системах управления строительной техники, но и для традиционных геодезических работ. Приемник лазерного излучения может быть установлен на вехе геодезического RTK ровера для выполнения работ, где требуется высокая точность определения высотных отметок.