m_0867
.pdfЖелезные и автомобильные дороги в сложных условиях
ному разрушению дорожного покрытия и реанимированию участков пучинообразования. Процесс разрушения продолжается.
4. Следует полагать, что текущие затраты на ремонт и содержание рассматриваемого участка автодороги не соответствуют состоянию конструкции дорожной одежды на пригородных участках автомобильных дорог, условиям эксплуатации и действующим техническим нормативам.
Библиографический список
1.Бабков В.Ф. Автомобильные дороги: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1983. 279 с.
2.Сильянов В.В., Домке Э.Р. Транспортно-эксплуатационные каче-
ства автомобильных дорог и городских улиц: Учебник для вузов.
М.: «Академия», 2001. 347 с.
3.Невечеря В.Л. Районирование Западной Сибири по интенсивности пучинообразования в грунтах применительно к задачам транспортного строительства // Борьба с пучинами на железных и автомобильных дорогах. Комитет по земляному полотну. Труды совещания в г. Новосибирске в октябре 1963 г. М.: Транспорт, 1965. С. 139–146.
4.Пчелинцев А.М. Основные причины и условия пучения сезонно-
промерзающих грунтов // Борьба с пучинами на железных и автомобильных дорогах. Комитет по земляному полотну. Труды совещания в г. Новосибирске в октябре 1963 г. М.: Транспорт, 1965. С. 122–130.
5.СНиП 3.06.03–85. Автомобильные дороги. М., 2004. 130 с.
6.ГОСТ 30412–96. Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерений неровностей оснований и покрытий / Межгосударственная науч- но-техническая комиссия по стандартизации и техническому нормированию в строительстве – МНТКС. М., 1996. 4 с.
УДК 528.531
А.Г. Фомин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАХЕОМЕТРОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ И ОБСЛЕДОВАНИЯ
РЕПЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПОЛИГОНА СГУПСа
По программе «Научная работа студентов» на полигоне СГУПСа с 2009 г. по 2011 г. студентами факультетов ПГС, СЖД и МТ была выполнена значительная по объему работа по мониторингу реперной системы полигона.
121
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
Подобные определения расстояний между пунктами реперной сети полигона представляют определенный интерес для ежегодного мониторинга этой сети, так как хорошо известно о подвижках реперных знаков за счет промерзания и оттаивания грунтов.
Тахеометр «Фокус-4» имеет качественную оптику, составляющие, которые необходимы для проведения геодезических работ, и встроенное программное обеспечение на русском языке.
«Фокус-4» – это быстродействующий измерительный прибор для ежедневных полевых работ. Время измерения расстояний не превышает 3 с. Точность тахеометра позволяет использовать его при решении большинства задач в строительстве и геодезии.
«Фокус-4» обладает простым для понимания и удобным в использовании встроенным программным обеспечением. Тахеометр имеет большой графический дисплей, который позволяет легко управлять данными.
Электронный тахеометр Spectra Precision «Фокус-4» использует безотражательную технологию, позволяя выполнять измерения труднодоступных точек. Точность измерения прибора ±3 мм.
Методика измерений
До начала работ всегда выполняются поверки места нуля (М0) и коллимационной ошибки, которые должны быть в преде-
лах ±5”.
Водин из дней наблюдался очень сильный ветер и многократные попытки получить требуемые оценки поверок не увенчались успехом. Вполне вероятно, что в сильный ветер автоматическая система тахеометра по стабилизации вертикальной оси инструмента уже не справлялась со своей функцией. Опыт подсказывает, что лучше отказаться от измерений в сильный ветер, так как измерения могут быть неточными или выходить за допуски электронного тахеометра.
Впрограммном меню тахеометра был создан проект «Полигон», все последующие измерения проводились и сохранялись в нем. В меню «Программы» выбран последовательный способ измерения расстояний – между текущей точкой и предыдущей измеренной точкой.
122
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
На центры реперов устанавливался призменный отражатель, и после команды о готовности отражателя на точке репера наблюдатель наводил точно на центр призмы и выбирал в программном меню команду «Измерить». Полученные результаты могут быть записаны как непосредственно, так и автоматически в память тахеометра.
Таким образом были |
|
измерены расстояния меж- |
|
ду реперами с XX по XXII, |
|
с XXV по XXIX и с XXXI |
|
по XXXIII (рис. 1). |
|
В 2010 г. сотрудниками |
|
кафедры «Инженерная гео- |
|
дезия» методами GPS- |
|
технологии были измерены |
|
координаты пунктов ГОУП |
Рис. 1. Схема последовательных |
(геодезического обоснова- |
измерений расстояний |
ния учебного полигона) в системе координат 1942 г. (СК-42) с высокой точностью. Дальнейшие сравнения расстояний между пунктами сети ГОУП по точности сравнивались с расстояниями по координатам СК-42, здесь расстояния как инвариант в любой системе координат (рис. 2).
|
|
|
∆ |
|
∆ |
|
∆ |
|
∆ |
|
ГОУП |
СК-42 |
ГОУП – |
2009 |
2009 – |
2010 |
2010 – |
2011 |
2011 – |
|
|
|
СК-42 |
|
СК-42 |
|
СК-42 |
|
СК-42 |
XXV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
93,537 |
93,553 |
0,004 |
93,537 |
0,004 |
93,58 |
0,027 |
93,549 |
0,004 |
XXVI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
188,912 |
188,961 |
0,049 |
188,951 |
0,010 |
188,86 |
0,101 |
188,901 |
0,060 |
XXVII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
221,227 |
221,284 |
0,057 |
221,230 |
0,054 |
221,31 |
0,026 |
221,261 |
0,023 |
XXVIII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
68,948 |
68,950 |
0,002 |
68,928 |
0,022 |
68,91 |
0,040 |
68,917 |
0,033 |
XXIX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XIX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100,7 |
100,667 |
0,033 |
|
|
|
|
|
|
XX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
146,041 |
146,084 |
0,043 |
|
|
145,94 |
0,144 |
146,046 |
0,038 |
XXI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90,35 |
90,365 |
0,015 |
|
|
90,35 |
0,015 |
90,338 |
0,027 |
XXII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XXXIV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70,45 |
70,451 |
0,001 |
|
|
|
|
|
|
XXXIII |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
179,472 |
179,524 |
0,052 |
|
|
179,43 |
0,094 |
179,502 |
0,022 |
123
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
XXXII
161,824 |
161,851 |
0,027 |
161,81 |
0,041 |
XXXI
Рис. 2. Фрагмент журнала тахеометрической съемки в различные годы
Обработка данных
Из рис. 2 видим, что разность измеренных данных и фактических расстояний из каталога полигона сравнима с точностью измерений тахеометра.
Зная расстояние от РП XX до РП XXI и ошибку расстояний между ними, оценим ошибку координат РП XXI.
Относительная ошибка расстояния от РП ХХ до РП ХХI:
fр |
|
fx f y |
|
|
Р |
P , |
|||
|
где P – расстояние между РП XX и РП XXI,
fx di cos i (Xк Xн ); fy di sin i (Yк Yн ).
За исходные данные будем принимать ошибку в координатах РП XXI (координаты Xк и Yк) и координатах РП XX (координаты Xн и Yн). Тогда ошибка в приращениях координат определяется по формулам:
X dXX XXI cos XX XXI;Y dXX XXI sin XX XXI.
Будем считать, что азимут с РП XX на РП XXI известен точно, тогда можно воспользоваться формулой относительной ошибки функции многих переменных [1]:
n |
|
ln |
f (x1,..., xn) xi . |
|
|||
x i |
i1
Вэтом случае относительная ошибка в приращениях координат будет представлена только относительной ошибкой расстояний, здесь используется самая большая ошибка, которая была зафиксирована в 2010 г.:
124
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
145,940,14 10421 10001 ,
что вполне приемлемо для вычисления координат разомкнутого теодолитного хода.
Это означает, что все предыдущие измерения были выполнены верно и координаты пунктов полигона СГУПСа надежны.
В дальнейшем все координаты полигона СГУПСа целесообразно использовать только в системе координат 1942 г. (СК-42).
Строительная сетка. Качество разбивки строительной сетки
На учебном полигоне СГУПСа была произведена разбивка строительной сетки размером 36×36 м на квадраты 12×12 м для каждой бригады с помощью теодолита и рулетки.
После разбивки была произведена проверка строительной сетки с помощью электронного тахеометра и были получены координаты узлов сетки. По результатам трех полевых сезонов выяснилось, что те неточности (человеческий фактор), которые возникают при разбивке строительной сетки с помощью теодолита и рулетки, в первую очередь связаны с небрежностью студентов в момент разбивки (у каждой бригады свои ошибки).
Высокоточная полигонометрия для строительной сетки размером 36×36 м с квадратами 12×12 м, координаты узлов сетки, полученные электронным тахеометром SP «Фокус-4», сразу выявляют эти погрешности.
В режиме электронного тахеометра, когда быстро определяются координаты узлов строительной сетки, легко вычисляются поправки за редукцию, сразу получают отметки высот этих узлов и отпадает необходимость выполнять нивелирование по квадратам.
Координаты первой точки 1а (рис. 3) строительной сетки принимаются (0; 0; 0), а направление на точку 1г принимаемся как азимут 0˚00′00. По знакам координат можно легко определить направления осей координат строительной сетки.
|
а |
б |
в |
г |
|
1 |
Х = 0; |
Х = +0,025; |
Х = +0,004; |
Х = +0,017; |
|
Y = 0 |
Y = +0,065 |
Y = +0,013 |
Y = +0,015 |
||
|
|||||
2 |
Х = +0,005; |
Х = +0,018; |
Х = +0,024; |
Х = +0,003; |
|
Y = –0,032 |
Y = –0,044 |
Y = 0,000 |
Y = –0,032 |
||
|
|||||
3 |
Х = +0,011; |
Х = +0,033; |
Х = +0,024; |
Х = +0,020; |
125
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
|
Y = –0,014 |
Y = –0,014 |
Y = –0,017 |
Y = –0,024 |
|
4 |
Х = –0,004; |
Х = +0,084; |
Х = +0,079; |
Х = +0,066; |
|
Y = –0,045 |
Y = –0,013 |
Y = –0,013 |
Y = –0,025 |
||
|
Рис. 3. План строительной сетки
После определения координат узлов строительной сетки легко получить величины редукции в узлах сетки.
Инженерные задачи
Относительно первой точки строительной сетки были определены неприступные расстояния и высоты для всех бригад (в качестве объекта были выбраны столбы электропередачи, рис. 4).
Бр 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1а |
|
1г |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бр 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бр 3 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бр 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4а |
|
4г |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4. Схема расположения бригад
В меню электронного тахеометра «Фокус-4» встроены специальные функции для определения неприступных расстояний и недоступной высоты.
1. Определение неприступного расстояния, м.
Бригада 1 – 27,85 Бригада 2 – 64,31 Бригада 3 – 79,53 Бригада 4 – 95,33
2. Определение недоступной высоты, м.
Бригада 1 – 8,48 Бригада 2 – 8,34 Бригада 3 – 8,46 Бригада 4 – 8,28
3. Определение крена.
Для определения крена (рис. 5) нет специальной функции в тахеометре. Эту задачу можно решить через определение коор-
126
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
динат вершины и нижней части опоры относительно точки стояния тахеометра (в данном случае – начальная точка строительной сетки). По разнице измеренных координат и горизонтальному проложению от станции до наблюдаемой точки находят проекции крена на оси и полную величину крена.
Низ |
Верх |
X –86,60 |
X –87,18 |
Y 39,83 |
Y 39,02 |
Z –4,11 |
Z 2,73 |
Рис. 5. Определение крена
Кроме того, студентами факультета «Мосты и тоннели» в 2011 г. в очень сложных условиях с помощью тахеометра «Фокус-4» была выполнена уникальная работа по определению длины моста через р. Иня. Впервые была измерена длина висячего (пешеходного) моста через р. Иня, которая составила 129,727 м.
Выводы
При строительстве и проектировании автомобильных дорог, железнодорожных путей, зданий и других инженерных сооружений нужны точные расчеты. Эту точность может предоставить электронный тахеометр «Фокус-4». Этот прибор заменяет нивелир, теодолит и другие геодезические приборы, что позволяет экономить время при подготовке строительной площадки. «Фо- кус-4» полностью русифицирован, тем самым очень удобен в использовании. Также тахеометр имеет синхронизацию с ПК, что позволяет сохранять и обрабатывать данные на ПК.
Высокая стоимость «Фокус-4» компенсируются его положительными качествами в процессе использования, и выгода превосходит затраты. Также прибор удобен при транспортировке с места на место во время проведения работ.
127
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
Библиографический список
1.Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики / Под общ. ред. Б.П. Демидовича. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960. 659 с.
2.Фомин А.Г., Бунцев И.А., Кравцова К.А., Сушкина И.А. Сравнение
результатов разбивки строительной сетки методом полигонометрии и GPSизмерениями // Железные и автомобильные дороги в условиях Сибири: Сб. науч. тр. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2008. С. 145–152.
УДК 625.144.5/7
П.М. Секачев, А.А. Деговцов
РАЗРАБОТКА АПК «СКАНПУТЬ»
ИОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ
В2010 г. на основе технического задания госконтракта между ИЦ «Ямал» и СГУПСом лабораторией дорожных одежд и земляного полотна был разработан, реализован и сертифицирован первый в России мобильный лазерный аппаратно-программный комплекс АПК «Сканпуть».
Исходя из технического задания, комплекс должен был обеспечить:
– разбивку пикетажа с точностью не менее 1/5000;
– получение высокоточной цифровой модели пути (ВЦМП), которая включает в себя информацию о пространственном положении оси пути, геометрические параметры ж.-д. полотна (шаблона, рихтовки, уровня и просадки);
– получение пространственных координат ж.-д. полотна и полосы отвода с точностью не менее 3–5 см на расстоянии до 30 м;
– контроль процесса сбора информации в реальном времени;
– получение пространственной информации в системе координат СК-42 и в местной системе координат заказчика (МСКЯмал).
Всоответствии с основными условиями технического задания была проведена научно-исследовательская работа по разработке АПК «Сканпуть».
128
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
Проведенные исследования включали в себя следующие этапы работ:
–анализ рынка и подбор удовлетворяющих требованиям технического задания основных аппаратных узлов комплекса;
–разработка эргономичной, легкой конструкции ходовой и несущей частей комплекса;
–разработка программного обеспечения (ПО) для сбора всей информации, получаемой комплексом, в портативный компьютер;
–разработка программного обеспечения построения пространственной ВЦМП и облака точек.
В результате проведенных работ был реализован аппаратнопрограммный комплекс «Сканпуть».
Разработанный комплекс представляет собой разборную несущую конструкцию из алюминиевого сплава, на которую установлены: блок пространственной ориентации, коммутационный блок, комплект спутниковой аппаратуры, два двумерных лазерных сканера, видеокамера, информационное табло и портативный компьютер с управляющим ПО (рис. 1).
Рис. 1. АПК «Сканпуть»
На следующем этапе разработки комплекса были проведены испытания комплекса в полевых условиях, в результате которых была выявлена погрешность в построении облака точек в преде-
129
Железные и автомобильные дороги в сложных условиях
лах 3–6 см (рис. 2), а также разработана и утверждена методика поверки комплекса.
Рис. 2. Облако точек
Полученные данные позволяют построить трехмерную модель железнодорожного полотна и полосы отвода (рис. 3). Данная модель используется для построения геоинформационной системы железнодорожной сети, а также для определения геометрических параметров ж.-д. полотна и получения поперечных профилей.
Рис. 3. Трехмерная модель
На данный момент с помощью АПК «Сканпуть» была проведена съемка более 1 000 км ж.-д. полотна в целях мониторинга и создания трехмерной геодезической информационной системы (ГИС) железных дорог. Разработанный комплекс повысил производительность выполнения работ в 4 раза по сравнению с тради-
130