Předvedení systémů řízení pro stavební stroje

Dne 21. 3. 2002 proběhlo zdařilé předvedení systémů řízení 3D MC LPS (Machine Control Local Positioning System) a MC GPS (Machine Control Global Positioning System) pro stavební stroje v Řeži u Prahy a v pískovně Klíčany. Pořadatelem akce byl Geodis Brno, exkluzivní distributor laserových přístrojů a řídících systémů TOPCON.

Celá akce byla rozdělena na dopolední přednáškovou část s výstavkou přístrojů v hotelu Vltava v Řeži a odpolední část s praktickým předvedením 3D LPS a GPS systémů přímo v terénu při řízení grejdru CATEPILLAR v pískovně Klíčany. Akce byla dobře připravena navzdory značně rozmoklému terénu. Presentace se zúčastnilo cca 55 pozvaných stavebních firem včetně zástupců ČVUT v Praze Fakulty stavební a studentů Fakulty strojní.

Dopolední přednáškovou část zahájil ředitel obchodní divize Geodis Brno Ing. J. Čapek, který představil hlavní pořadatele z Geodisu Brno, Geodisu Praha a firmy TOPCON Europe B.V.

V dopolední přednáškové části vystoupil P. Dostál (Geodis Brno) s popisem a rozčleněním nivelačních systémů (laserových, ultrazvukových, LPS a GPS) s uvedením principu činnosti a způsobu využití. Volba systému závisí na objemu stavebních prací a na velikosti zájmové plochy. Autor rozdělil použití jednotlivých systémů podle plochy na tři části:

Z laserových systémů bylo upozorněno na laser RT 55A/B, pracující ve dvou sklonech v rozsahu až 50 % ve spojení s laserovým senzorem LS-B2 [1]. Dále byl vyzdvižen univerzální nivelační laser RL-VH3C zařazený mezi víceúčelové lasery [1] a jako novinka představen nivelační laser RL-H3C. Na doprovodné výstavce byly předvedeny další laserové systémy včetně přenosného laserového dálkoměru EM-30, víceúčelového laseru RL-H1SA/RL-H2SA vysílajícím v infračervené oblasti spektra ve dvou sklonech [1] a laser pro pokládku potrubí TP-L4B s automatickým zacílením 5 až 150 m [4].

V rámci systému FOUR, určeném pro finišery a pro silniční frézy a systému FOUR PLUS pro grejdry je používaná ultrazvuková technologie TOPCON.

K systémům 3D MC LPS, uvedených ve třetí skupině a určených pro automatické řízení stavebních strojů (grejdrů, finišerů, silničních fréz a dalších stavebních mechanismů) s využitím totálních stanic patří totální stanice GRT 2000 vysílající dva laserové svazky (pro určení polohy a jako komunikační pojítko). Ve spojení s detektorem LS 2000 3D určuje polohu stroje na vzdálenost 300 m s přesností 3 mm. K totální stanici je připojen počítač, který obsahuje projekt úprav staveniště v softwaru MS 2000.

Modulární detekční systém umístěný na stavebním stroji (v našem případě na grejdru) je označen jako systém FIVE a skládá se z kontrolní skříňky umístěné v kabině řidiče, senzoru podélného a příčného sklonu, senzoru natočení, senzoru na sledování výšky a z automatické hydraulické soustavy. V kabině řidiče je umístěn počítač s vyznačeným pracovním prostorem činnosti stroje. Detektor LS 2000 3D je připevněn ke stroji pomocí teleskopického sloupku (elektronický stožár) k radlici a propojen s dalšími částmi systému FIVE. Na výstavce byly prezentovány další totální stanice řady GTS 220 a GTS 600.

Systém 3D MC GNSS patří k systémům umožňující automatické řízení strojů s využitím systému GPS. Tento systém používá jak amerických družic (systém NAVSTAR), tak ruských družic (systém GLONASS).

V bezprostřední blízkosti staveniště se pro řízení jednoho nebo více strojů zřídí referenční stanice GPS, např. typ LEGACY-E GGD nebo LEGACY-H GD. Anténní systém GPS je dále umístěn na teleskopickém sloupku připevněném na radlici grejdru (místo detektoru LS 2000 3D) a propojený s řídícím systémem 3D GPS umístěném v kabině řidiče a doplněn senzorem sklonu. Systém 3D GPS lze využít na různých typech stavebních strojů [1].

Kalibraci souřadnicového systému staveniště lze realizovat přímo v kabině strojníka. Přitom se využívá software MS-GPS 2000, jež je kompatibilní s Windows 95. Přesnost tohoto systému je 20 mm s dosahem 10 km.

Zajímavé bylo porovnání účinnosti jednotlivých způsobů řízení. Pokud manuálnímu způsobu řízení přiřadíme 100 % účinnost, ultrazvukový dosáhne 150 %, laserový 200 %, 3D LPS 200 % a 3D GPS 225 % účinnosti.

Ing. J. Slabý (Geodis Brno) ve svém vystoupení upozornil na strukturu programů, které jsou v systému 3D MC GNSS používány. Ty rozdělil na tři oblasti: příprava, realizace a kontrola.

V programech pro přípravu dojde k importu DMT (digitálního modelu terénu) určité lokality, kde budou probíhat práce a k vytvoření projektu prací.

V části realizace se provede nastavení referenční stanice GPS a řídících programů. V této části také dochází k nastavení transformace souřadnicového systému WGS 84, který používá GPS, do lokálního souřadnicového systému (S-JTSK nebo místní).

Program pro kontrolu umožňuje zkontrolovat vykonanou práci pomocí stanice GPS. Dále uvedl některé odlišnosti při automatickém řízení 3D LPS a GPS.

Zástupce TOPCON Europe P. Wensveen předvedl na počítači modelované řízení stroje podle projektového podkladu.

Na závěr dopoledního jednání Doc. Ing. M. Kašpar byl vyzván pořadateli k prezentaci právě vydané knihy v Informačním centru České komory autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě (ČKAIT) [1]. Účastníci jednání projevili o tuto publikaci mimořádný zájem.

Odpoledne následovala v pískovně Klíčany praktická demonstrace 3D-LPS, 3D-GPS a další měřické techniky. Připomínala zdařilou akci firmy TOPCON na mezinárodním stavebním veletrhu BAUMA 2001 v Mnichově [2], [3]. Praktické ukázky jsou vždy velmi názorné. Grejdr prováděl podle projektu zemní práce nejprve pomocí systému GPS. Na radlici grejdru byl umístěn anténní systém GPS a referenční stanice byla umístěna na okraji pískovny. Řídící systém byl umístěn v kabině řidiče. Účastníci prezentace měli možnost sledovat spolu s řidičem obrazovku řídícího systému při urovnávání terénu podle projektovaných podkladů. Na obrazovce je zobrazen DMT a vyprojektovaný tvar staveniště, což mimo jiné umožňuje optimalizovat zemní práce pomocí barevně označených míst, kde se má zemina přidat nebo naopak ubrat.

Poté následovala výměna GPS antény umístěné na radlici grejdru za detektor LS 2000 3D a postavení totální stanice GRT 2000 na vyvýšeném okraji pískovny a její orientace na pevné body v nejbližším okolí. Po softwarové přípravě (nahrání projektu do počítače umístěném v kabině stroje) pokračovalo automatické řízení grejdru systémem 3D MC LPS. Na obr. 9 jsou vidět řídící systém 3D MC LPS a referenční stanice GPS (viz. časopis).

Možnost vidět přímo na staveništi v reálných podmínkách řízení mobilního zemního stroje současnými nejmodernějšími prostředky, bylo nejpřesvědčivějším důkazem o výhodnosti investic do těchto zařízení. Záměr pořadatelů i přes nepříliš ideální počasí se zdařil a přejeme jim hodně úspěchů do dalších podobných akcí.

Literatura:
[1] KAŠPAR, M.-VOŠTOVÁ, V.: Lasery ve stavebnictví a navigaci strojů. ČKAIT Praha 2001, 148 str., ISBN 80-86364-61-5
[2] VOŠTOVÁ, V.- KAŠPAR, M.: Automatické řízení stavebních strojů. Stavební+zemní stroje 5, 2001, č. 3, s. 33 - 35
[3] KAŠPAR, M.: Novinky v přístrojové technice na veletrhu BAUMA 2001. Stavebnictví a interiér 9, 2001 č. 5, s. 68 - 70
[4] Firemní literatura TOPCON

Článek vznikl v rámci Výzkumného záměru MŠMT ČR: J04-098:210000022.