GPS в землеройной отрасли

GPS при применении в землеройной отрасли может стать ценным активом для подрядчиков и повысить общую эффективность работы. Поскольку информация о местоположении спутников GPS является бесплатной для общественности, она позволяет каждому воспользоваться ее преимуществами. Производители тяжелой техники совместно с производителями систем наведения GPS с конца 1990-х годов совместно разрабатывают системы наведения GPS для тяжелой техники. Эти системы позволяют оператору оборудования использовать данные о местоположении GPS для принятия решений на основе фактического уклона и конструктивных особенностей. Некоторые системы управления тяжелым оборудованием могут даже автоматически управлять навесным оборудованием машины по заданному проекту, созданному для конкретной рабочей площадки. Системы GPS-наведения могут иметь допуски всего в два-три сантиметра, что делает их чрезвычайно точными по сравнению с уровнем квалификации оператора. Поскольку система GPS машины способна определять, когда она выходит за пределы проектного уровня, это может снизить затраты на геодезию и материалы, необходимые для конкретной работы.

История

Технология GPS была официально представлена в качестве системы наведения для землеройных машин в конце 1990-х годов. С этого времени многие производители землеройной техники предлагают GPS и другие системы наведения в качестве заводской опции. Существует множество компаний, которые также продают системы GPS-наведения для землеройных работ в качестве варианта модернизации. Двумя основными компаниями, производящими системы наведения для тяжелого оборудования, являются Trimble и Topcon . В апреле 2002 года компании Trimble и Caterpillar Inc. основали совместное предприятие, известное как Caterpillar Trimble Controls Technology LLC (CTCT). «Совместное предприятие разрабатывает продукты для управления машинами , которые используют информацию о конструкции площадки в сочетании с технологией точного позиционирования для автоматического управления бульдозерными отвалами и другими станками». ^{[ 1 ]} Хотя различные компании предлагали комплекты послепродажного обслуживания для модернизации существующей машины с помощью GPS-наведения, компания Caterpillar Inc. была первым производителем тяжелого оборудования, предложившим системы GPS-наведения в качестве заводской опции у дилера под названием ARO (опция с возможностью установки навесного оборудования). ^{[ 2 ]} Вскоре компания John Deere в 2006 году представила свою собственную версию ARO под названием «Интегрированный контроль уклона» на многих гусеничных тракторах (TTT) и автогрейдерах (MG). ^{[ 3 ]}

Типы

Хотя в настоящее время в промышленности тяжелого оборудования используются различные системы GPS, их обычно можно отнести к категории «только индикация» или «полностью автоматические». ^{[ 4 ]} Обе системы могут использовать один или два GPS-приемника. Использование только одного приемника GPS ограничивает то, как система навигации может ориентировать положение машины относительно конструкции площадки. Использование двух GPS-приемников дает системе навигации две точки положения, что позволяет ей рассчитать угол, под которым находится машина относительно плана площадки. Ниже более подробно описываются «только индикация» и «полностью автоматический».

Указать только

Indicate использует информацию о местоположении GPS только в качестве руководства для оператора. В зависимости от используемой системы положение машины может отображаться на конкретной проектной площадке, созданной для проекта земляных работ. Эта система предполагает, что оператор управляет и перемещает навесное оборудование машины в соответствии с дизайном площадки. навесным оборудованием машины Системы только указания обычно дешевле и проще, поскольку они не требуют аппаратного обеспечения для подключения к системам управления . Системы только индикации обычно используют один GPS-приемник, установленный на самой машине, и могут использовать датчик угла для расчета наклона машины. Точность этих систем зависит от того, есть ли на объекте базовая станция , которая может передавать корректировки, специфичные для объекта. Если на объекте нет базовой станции, укажите, что только системы могут использовать только спутниковую информацию, однако точность обычно находится в диапазоне от одного до двух метров. Использование базовой станции позволяет передавать на машину поправки, специфичные для конкретного объекта, что увеличивает точность благодаря кинематике реального времени ^{[ 5 ]} (РТК). Корректировки для конкретного места могут повысить точность системы только индикации до двух-трех сантиметров. Машины, которые обычно используют указание, состоят только из уплотнителей грунта (SC), гусеничных тракторов (TTT) и автогрейдеров (MG). Использование базовой станции действительно зависит от требований проекта к точности. Для некоторых проектов, таких как расчистка вскрышных пород на руднике с помощью ТТТ, может не потребоваться точность в два-три сантиметра, в то время как для профилирования основания дороги с помощью MG.

Полностью автоматический

Полностью автоматические системы позволяют управлять навесным оборудованием машины с помощью системы наведения GPS. Обычно это используется при точной планировке, когда необходимо перемещать точные уровни материала по заранее заданной конструкции или уклону. Преимущества этой системы заключаются в точности, которую можно достичь с помощью GPS и RTK, но для этого требуется наличие базовой станции на месте. Эти системы могут использовать один или два GPS-приемника и монтируются на отвале машины. В более продвинутых системах используются два приемника, поскольку это позволяет управлять машиной в трехмерном виде. Для полностью автоматических систем требуется, чтобы система навигации GPS была интегрирована в органы управления навесным оборудованием машины. Некоторые производители продают машину с уже встроенными в нее элементами управления в качестве опции. Доступны комплекты послепродажного обслуживания, которые могут модернизировать вашу существующую машину для обеспечения полностью автоматического управления, но для этого требуется, чтобы система GPS взаимодействовала с органами управления навесным оборудованием машины. Обычно это делается одним из двух способов. Если навесное оборудование машины управляется электрическим, а не гидравлическим способом (EH), система GPS может вводить команды рычага параллельно с рычагом навесного оборудования машины. Выходные данные системы GPS интерпретируются устройством машины. электронный модуль управления подает оператору команду рычага и соответствующим образом перемещает навесное оборудование. Второй метод интеграции GPS в органы управления навесным оборудованием машины заключается в добавлении второго пилотного гидравлического клапана параллельно с пилотным гидравлическим клапаном машины. Этот второй клапан управляется системой GPS и перемещает клапан орудия в соответствии с конструкцией системы и расположением отвала. Типы машин, использующих полностью автоматические системы GPS, включают TTT и MG.

Приложения

Ключом к успешному использованию GPS в землеройных работах является точный проект площадки. Проект объекта, обычно создаваемый инженерной фирмой, можно импортировать из исходного файла проекта на GPS-дисплей машины. Большинство систем GPS-наведения также позволяют оператору определять конкретную высоту уклона или угол уклона без специальной конструкции. Ниже описаны распространенные применения машин, в которых используются системы наведения GPS.

Гусеничные тракторы TTT — чрезвычайно популярная платформа для систем GPS-наведения, особенно в моделях меньшего размера, которые используются для точной планировки. Caterpillar Inc. и John Deere предлагают полностью автоматический встроенный GPS в качестве заводской опции для некоторых из этих моделей. Одним из примеров использования GPS в TTT может быть дорожный проект.

Автогрейдеры

Автогрейдеры — еще одна популярная платформа машин, поскольку они также выполняют точные работы по планировке, для которых может быть использована точность GPS. Caterpillar Inc. и John Deere также предлагают некоторые модели со встроенным GPS.

Гидравлические экскаваторы

Гидравлические экскаваторы только начинают внедряться с использованием технологии GPS и обычно используются только для индикации. Экскаваторы используют технологию GPS в сочетании с датчиками угла, встроенными в стрелу, рукоять и ковш машины. Это позволяет оператору видеть, насколько глубоко он копает, сравнивая фактическое расположение ковша с проектом участка на дисплее GPS. В последние годы Komatsu выпустила экскаваторы с полуавтоматическими функциями. Благодаря этим функциям машина автоматически поднимет стрелу и ковш для поддержания заданного проектного уклона. Эти машины также оснащены функцией автоматической остановки, предотвращающей опускание ковша и стрелы за пределы заданного проектного уровня. https://www.youtube.com/watch?v=X0ELceB420I

Скребки

Скребки используют технологию GPS и обычно предназначены только для индикации. Антенна GPS обычно устанавливается на чаше скрепера и позволяет оператору сравнивать глубину среза с планом участка. Это устраняет большую неопределенность при перемещении больших объемов материала.

Компакторы

Технология GPS применяется как в уплотнителях мусора, так и в уплотнителях почвы. Типичные системы записывают, где находился уплотнитель, чтобы создать карту уплотнения территории. Обычно дисплей имеет различные цвета, которые указывают на то, что машина уплотнила участок.

Финансовая информация

Системы GPS обычно имеют высокую первоначальную стоимость — около 100 000 долларов США за машину. При правильном использовании GPS в среднем может повысить производительность на целых 30% по сравнению с традиционными методами. Также снижается стоимость материала (поскольку его требуется меньше), поскольку может быть достигнута такая высокая точность. Некоторые строительные проекты даже требуют использования GPS, поскольку это может снизить общую стоимость проекта благодаря преимуществам эффективности. Некоторые системы GPS позволяют пользователю переключать системы на другие машины, что делает этот инструмент очень универсальным. Подрядчик должен планировать повышение эффективности, поскольку увеличение одного аспекта работы на 30% может не повысить общую эффективность, поскольку другой участок может не справиться с ним. «Если вы сделаете все правильно и повысите общую производительность, скажем, на 30 процентов, вам придется в будущем планировать на 30 процентов больше работы или отправлять бригады домой раньше». ^{[ 4 ]}

Ограничения GPS

GPS чрезвычайно универсален в землеройной отрасли, но у него есть свои ограничения. Сигналы спутников GPS можно принимать только при свободном обзоре неба, за исключением облаков. Если бы подрядчик хотел выполнить планировочные работы, например, при подготовке бетонного пола внутри здания, крыша заблокировала бы обзор спутникам GPS, что препятствовало бы работе системы. Работа слишком близко к конструкции также может затруднить обзор неба, создавая мертвые зоны. Высоковольтные линии электропередач также могут создавать мертвые зоны при работе под ними. Покрытие спутников GPS также может быть слабее в определенное время дня, что приводит к уменьшению количества спутников, которые может использовать система машины. Все зависит от географического положения и времени суток. Усовершенствования в технологии GPS и добавление спутников ГЛОНАСС (российских спутников GNSS) уменьшили эту проблему. Как упоминалось ранее, чтобы повысить общую точность GPS, вам необходимо приобрести и использовать базовую станцию, что увеличивает затраты.

Будущее использование

GPS продолжает внедряться в строительную отрасль и вскоре станет отраслевым стандартом . В настоящее время разрабатываются автономные автомобили, использующие GPS, и когда-нибудь землеройная отрасль сможет реализовать такие функции. Новые машины уже оснащены встроенным на заводе GPS. Возможности безграничны, и кто знает, какие еще практические применения GPS в землеройных отраслях будут обнаружены.

Ресурсы

Первый ориентированный на пользователя веб-ресурс для потенциальных пользователей 3D-управления машинами был создан в 2010 году. Отчет Kellogg ^{[ 6 ]} опубликовал подробное сравнение основных систем, доступных на рынке, оценив более 200 системных функций. Отчет продолжает обновляться по мере развития технологий.

Примечания

^ Тримбл. (2008). Trimble: Управление строительных технологий. Статья: Trimble.com Получено 11 марта 2009 г. с http://www.trimble-productivity.com/articles/95?page=3. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Caterpillar Inc. (2003). АккуГрейд GPS. Статья: Cat.com. Получено 14 марта 2009 г. с http://www.cat.com/cda/comComponents/fullArticleNoNav?ids=113001&languageId=7.
^ Джон Дир (2008). Deere поддерживает клиентов бульдозеров инновационными предложениями. Статья: John Deere.com. Получено 11 марта 2009 г. с http://www.deere.com/en_US/cfd/construction/deere_const/newsroom/2008/080312_dozer_support.html . Архивировано 1 мая 2009 г. в Wayback Machine.
^ Jump up to: ^а ^б Джексон, Т. (2008). Технология: GPS в цифрах. Статья: Мир оборудования. Получено 11 марта 2009 г. с http://www.equipmentworldmagazine.com/apps/news/articleeqw.asp?id=66334. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.
^ «Кинематика реального времени - это метод, используемый при наземной и гидрографической съемке, основанный на использовании измерений фазы несущей сигналов GPS, ГЛОНАСС и / или Галилео, где одна опорная станция обеспечивает поправки в реальном времени даже до сантиметра. уровень точности» (Arc.Ask3.Ru, 2009).
^ ООО «Келлогг Отчет» (2010). Статья: Отчет Келлогга. Получено 15 декабря 2010 г. из [1]

[1] Тримбл. (2008). Trimble: Управление строительных технологий. Статья: Trimble.com Получено 11 марта 2009 г. с http://www.trimble-productivity.com/articles/95?page=3. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[2] Caterpillar Inc. (2003). АккуГрейд GPS. Статья: Cat.com. Получено 14 марта 2009 г. с http://www.cat.com/cda/comComponents/fullArticleNoNav?ids=113001&languageId=7.

[3] Джон Дир (2008). Deere поддерживает клиентов бульдозеров инновационными предложениями. Статья: John Deere.com. Получено 11 марта 2009 г. с http://www.deere.com/en_US/cfd/construction/deere_const/newsroom/2008/080312_dozer_support.html . Архивировано 1 мая 2009 г. в Wayback Machine.

[equipmentworldmagazine.com-4] Jump up to: ^а ^б Джексон, Т. (2008). Технология: GPS в цифрах. Статья: Мир оборудования. Получено 11 марта 2009 г. с http://www.equipmentworldmagazine.com/apps/news/articleeqw.asp?id=66334. Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine.

[5] «Кинематика реального времени - это метод, используемый при наземной и гидрографической съемке, основанный на использовании измерений фазы несущей сигналов GPS, ГЛОНАСС и / или Галилео, где одна опорная станция обеспечивает поправки в реальном времени даже до сантиметра. уровень точности» (Arc.Ask3.Ru, 2009).

[6] ООО «Келлогг Отчет» (2010). Статья: Отчет Келлогга. Получено 15 декабря 2010 г. из [1]

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]