ГЛОНАСС в строительстве и современные технологии "последней мили"

Следствием перечисленных факторов являются одновременно невозможность составления полной оперативной картины выполнения дорожно-строительного проекта и крайняя необходимость повышения производительности каждой единицы техники, занятой на отдельном участке и в дорожно-строительном комплексе в целом. Решение данных проблем лежит в плоскости применения современных технологий спутникового позиционирования для контроля и управления механизмами, позволяющими с высокой точностью управлять машинами и механизмами, что, в свою очередь, дает возможность слежения за ходом работ и точным соблюдением проекта в реальном времени. Системы автоматического управления спецтехникой В настоящее время спутниковая навигация развивается достаточно быстрыми темпами – и если несколько лет назад приоритетным направлением была популяризация использования космических технологий для массового потребителя (в частности, применения портативных низкоточных навигаторов), то теперь встал вопрос об использовании спутниковой навигации в таких отраслях как строительство и сельское хозяйство. Существует несколько основных режимов определения координат (по возрастанию точности): режим одиночного местоопределения, DGPS, RTK и постобрабока. Несмотря на то, что в режиме постобработки возможно достижение миллиметровой точности, он требует большого времени работы для обработки координатных данных. При этом работа в режиме RTK (Real Time Kinematic) позволяет достичь сантиметровой точности, чего достаточно для большинства строительных работ, в режиме реального времени. Для работы в этом режиме требуются так называемые «сети RTK» – сети постоянно работающих GPS и/или GNSS-приемников, совокупность измерений спутниковых сигналов которых используется для генерации корректирующей информации для приемников-потребителей. Режим работы приемника-потребителя с использованием сгенерированных сетевых поправок RTK называется «сетевое RTK». Сегодня такие сети успешно работают во многих странах мира – в Европе, Великобритании, Японии, Гонконге, США и Австралии. Для автоматизации управления машинами применяются дополнительные устройства, устанавливаемые на спецтехнику (ряд производителей выпускает технику с предустановленными системами). Системы автоматизированного управления (САУ) позволяют автоматически выполнять точные манипуляции в реальном времени рабочими органами машины, и значительно повышают эффективность работы техники. Для работы САУ необходимо шесть элементов: - Навигационные спутники (группировки ГЛОНАСС и GPS); - Программное обеспечение, обрабатывающее и корректирующее спутниковые данные (программный комплекс «ПИЛОТ»); - Наземная инфраструктура корректирующих базовых станций (в рассматриваемом случае, это инфраструктура компании «Руснавгеосеть» - вместе с программным комплексом «ПИЛОТ» наземная инфраструктура образует собственно сеть RTK); - Устройства приема и передачи данных, (GPRS, Wi-Fi, GSM или в УКВ); - Техника, управляемая с помощью корректирующей информации; - Установленные на машину устройства, интегрированные с гидравликой (антенны, датчики, контроллеры, коммуникационные кабели, бортовой компьютер) для оптимизации управления техникой. Самым главным из описанных элементов является наземная инфраструктура базовых станций. Это основной элемент САУ – без сети для передачи корректирующей информации проведение высокоточных работ в реальном времени в принципе невозможно. Любые работы, которые проводятся с помощью САУ, должны находиться в зоне покрытия навигационным полем – на территории, на которой установлена наземная инфраструктура корректирующих базовых станций. Все указанные элементы, вторичны по отношению к наземной инфраструктуре. В общих чертах, САУ работает следующим образом: перед началом работ проводится геодезическая съемка объекта. С помощью полученных данных составляется проект поверхности, с указанием плановых и высотных точек. Затем, с помощью специализированного ПО, определяются процедуры и очередность задач, необходимых для выполнения проекта, после чего задачи назначаются отдельным единицам техники. Полученные задания загружаются в бортовые компьютеры спецтехники, и машины работают в полном соответствии со своим техническим заданием. Таким образом, достигается возможность контроля выполнения точности работ как непосредственно в кабине, так и в диспетчерском пункте объекта строительства. Приемники на машине в процессе работы получают спутниковый сигнал, с помощью которого определяется местоположение с точностью около 10 метров и корректирующую поправку от сети базовых станций компании «Руснавгеосеть», которая увеличивает точность до 1 см в плане и до 2 см по высоте. Скорректированные данные поступают в блок управления. В блоке управления текущее местоположение рабочего органа сравнивается с заданным в проекте. В случае, если реальные координаты отличаются от проектных, блок управления с помощью гидравлической системы приводит рабочие органы в нужное положение. Наземные приемники, обеспечивающие работу САУ, работают с частотой 50Гц, что позволяет получить сантиметровую точность управления спецтехникой в реальном времени. «Последняя миля» В последнее время все больше производителей строительной техники включают в комплектацию производимых машин модули САУ. Среди таких производителей – всемирно известные Caterpillar, CASE/New Holland, многие другие. Из разряда опций эти модули постепенно становятся неотделимой частью машин, и покупателям приходится нести дополнительные расходы, включенные в стоимость строительной техники, причем не всегда возможно отказаться от приобретения такого модуля. Тем более странной выходит ситуация – расходы понесли, а что имеем, то не используем. Те, кто сталкивался с использованием технологии высокоточного спутникового позиционирования в строительстве (автодороги, другие объекты инфраструктуры), знают, что существует большая проблема по передаче поправок на строительные машины – как правило, в комплекте с устройствами идут GPRS-модемы, а соединение GPRS, как правило, нестабильно. Из-за постоянных разрывов потока поправок использовать технологию становится невозможно, и операторы машин сталкиваются с проблемой «последней мили». Это является одним из определяющих условий, когда строителям проще купить собственную референцную станцию в полевом исполнении, чем использовать сеть оператора поправок. И в лучшем случае строительной компании приходится приобретать дополнительные устройства, призванные решить вопросы с каналом связи, в худшем случае технология не используется вообще, и работы ведутся «по старинке». Допустим, что в большинстве случаев качество мобильного интернета удовлетворяло бы строителей, и техника работала бы без перебоев. В принципе, при наличии политической воли руководства строительных компаний, преграды для использования технологии высокоточного позиционирования в строительстве отсутствуют, достаточно заключить контракт и подписаться на сервис по предоставлению корректирующей информации у кого-либо из операторов. В качестве одного из примеров решения проблемы «последней мили» специалисты компании «Руснавгеосеть» предлагают использовать радиомодемы компании SATEL, модель SATELLAR. Так, при широковещательной передаче поправок один модем может быть установлен в штабе строительства (где, как правило, присутствует проводная линия связи), а другие модемы устанавливаются непосредственно на строительные машины: радиомодемы хорошо защищены от внешних воздействий, имеют возможность питания от бортовой сети (от 9 до 30В). Подключение радиомодемов к бортовой электронике – системам автоматизированного управления – производится посредством последовательных интерфейсов (RS-232, RS-422, RS-485). Радиомодемы SATELLAR имеют диапазон частот, позволяющий использовать их на разрешенных ГКРЧ частотах без необходимости получения лицензий. Установив радиоканалы с работающими на объекте строительными машинами, есть возможность передачи системам автоматизированного управления корректирующей информации (поправок), с последующим уточнением собственных координат и корректировкой положения машины или ее узла (отвал, ковш) согласно проекту, загруженному в бортовой компьютер. Корректировка положения происходит в реальном времени, что является весомым фактором сокращения издержек (не требуется производить лишней работы, связанной, к примеру, с недо/переуплотнением, выемкой лишнего грунта). Точность определения положения будет весьма высокой (с.к.о. около 1 см в плане, 2 см по высоте) при работе техники в пределах 25-30 км от ближайшей базовой станции оператора. Если же на строительных машинах установлено спутниковое оборудование, позволяющее передавать координаты приемника в формате сообщений NMEA, то появляется возможность повысить точность позиционирования благодаря использованию сетевого решения, например, по технологиям VRS или MAC. Достаточная для строительства точность позиционирования в сетевом решении будет достигнута и при большем удалении от ближайшей базовой станции оператора (30-50 км). Оригинал опубликован в журнале "Строительные и дорожные машины"