Применение ГИС для автоматизированного мониторинга. В системах мониторинга применяется следующее оборудование:
-лазерный сканер;
- GPS/ГЛОНАСС приемник;
-компьютер управления сканером;
-системы передачи данных (роутер, Wi-Fi антенны).
До начала производства строительных работ на объекте для размещения оборудования выбираются места под площадки. Далее оно компануется в рабочие станции и объединяется в одну сеть. В качестве основной управляющей системы используется сервер с установленной на нем ГИС. Сервер размещается в головном ЦОД объекта. На сервер устанавливается программный комплекс «Талка-ГИС» разработки ИПУ РАН. Далее, используя функции данного ПО, подготавливается опорная (эталонная) подложка. Для подготовки подложки могут быть использованы следующие материалы:
-цифровая модель рельефа;
-данные АФС;
-данные космической съемки;
-векторные и растровые планы.
Рис.8. Пример цифровой модели рельефа.
Эти данные могут использоваться как совместно, так и по отдельности друг от друга. После загрузки эталонных данных их необходимо сориентировать по геопространственным координатам. Для выполнения задачи обычно используются опорные точки на местности, эти точки должны присутствовать и быть хорошо различимы как на местности, так и на подготавливающихся материалах. На местности определение координат опорных точек производится путем измерений с помощью GPS/ГЛОНАСС приемников. Далее эти координаты сопоставляются с опорными точками на материале в ПО. Пересчет всего материала производится программным комплексом в автоматическом режиме. По завершении пересчета наш материал готов для дальнейшей работы. Для корректной работы всех станций мониторинга. Выходные данные необходимо «привязать» к общей геопространственной системе координат. Каждая станция привязывается отдельно. Для этого производится сканирование один раз. Полученные данные передаются в основную ГИС. Далее находятся характерные точки рельефа, имеющиеся на геоподоснове в ГИС и на данных, полученных с лазерного сканера. Оператор их сопоставляет вручную и нажимает кнопку пересчитать. ГИС запоминает параметры и далее производит пересчет в автоматическом режиме. Следует отметить, что данный метод не подходит в пустынных и прочих местностях с отсутствующими характерными точками рельефа. В этом случае применяется другой метод. Сначала приемником GPS/ГЛОНАСС определяются геопространственные данные всех станций мониторинга. Координаты данных точек переносятся в основную ГИС. Далее со сканеров производится сканирование. Учитывая, что станции мониторинга находятся в зоне досягаемости измерительной системы лазерного сканера, данные о них будут в облаке точек друг друга. Воспользовавшись этим фактом, оператор загружает данные со сканирующих систем поочередно в ГИС и сопоставляет центр отображения GPS/ГЛОНАСС приемника в облаке точек с имеющейся точной с геопространственными координатами, полученными с этого приемника. Таким образом, данные будут геопозиционированные в ГИС. ВАЖНО: облака точек, полученные с лазерного сканера геопозиционируются минимум по трем опорным точкам. Для проведения автоматизированного мониторинга нам необходимо подготовить в ГИС эталонные слои, соответствующие каждому этапу строительных работ. Данные слои могут быть подготовлены с помощью векторизации проектной документации или, с помощью встроенного в ПО функционала по автоматизированному проектированию по СНИП. При завершении каждого строительного этапа на объекте оператор запускает процедуру сканирования и облака точек, предварительно отфильтрованные компьютерами на станциях от избыточных и ошибочных данных передаются в основную ГИС. Тут проводится процедура автоматизированного геопозиционирования и сравнения с эталонной моделью, соответствующей данному этапу.
- В случае совпадения по всему участку система выводит сообщение «Отклонений не найдено».
- В случае отклонений на каком-либо участке ГИС выводит сообщение «имеются отклонения» и отображает облако точек, соответствующее участку отклонений красным цветом. Для удобства просмотра и повешения производительности системы, точки, соответствующие норме убираются из отображения автоматически. Далее оператор может просмотреть более подробно участок, не соответствующий эталонной модели, произвести измерения и принять решение о дальнейших действиях.
Применение ГИС для автоматизированного управления. Системы автоматизированного управления достаточно сложны как в строении, так и в реализации. Они состоят из:
-компьютеры и механизмы управления объектом;
-средства сбора информации;
-средства принятия управленческих решений (ГИС);
-средства передачи информации;
- станция оператора.
Рис.9. Пример ГИС оператора.
Все описанные выше составляющие объединены в одну общую ГИС. Оператор выполняет функции контроля за работой механизмов и машин. Все данные отображаются на подложке, подготовленной по методике описанной выше. Данная подложка меняется в зависимости от текущего этапа работ, на заранее подготовленную эталонную подложку, при необходимости обновленную по данным автоматизированного мониторинга. Машины и механизмы отображены в ГИС в виде 3х мерных моделей (модели подготавливаются заранее в специализированном графическом ПО и загружаются в БД ГИС, далее присваиваются каждой отдельной единице с помощью специальных ключей) той или иной техники, подкрашенной в зависимости от ее состояния и статуса. Аппараты, управляющиеся с помощью системы автоматически покрашены зеленым цветом. Аппараты, управляющиеся автономно — синим. Данные о положении машин и механизмов, управляющихся людьми появляются в ГИС с помощью специальных меток, помещенных на них до въезда на площадку. Эта метка занесена в память системы, и при появлении ее на объекте ГИС начинает слежение за ней с помощью триангуляционного метода получения данных о месте положения объекта относительно расположенных по периметру станций слежения. Автоматизированное управление осуществляется с помощью специальных алгоритмов модели движения техники по объектам, подготовленных заранее. Эти алгоритмы подготавливаются до начала производства работ на объекте в камеральных условиях. Все механизмы управляются своим индивидуальным компьютером, согласно переданной в начале производства работ информации об алгоритме движения данной конкретной единицы. В основную управляющей ГИС данный бортовой компьютер передает следующие данные в режиме реального времени:
- данные о своем месте положении (передаются в геопространственных координатах X,Y,Z);
- данные о стадии выполнения алгоритма (передаются в виде 0 -ошибка. 1- все по плану);
- данные о возникающих ошибках (код ошибки); - данные о аварийной остановке (код причины остановки, геопространственные координаты места остановки);
- индивидуальный номер единицы.
Бортовой компьютер представляет собой отдельный персональный компьютер с установленной на него клиентской частью ПО «ТАЛКА-ГИС». Данная ГИС представляет собой урезанную версию ее серверного собрата. Она не обрабатывает данные с других устройств, тем не менее использует ту же версию подложки, что и основная версия. Бортовая ГИС предназначена для обработки данных, полученных с датчиков, расположенных на технике и управления системами машины. Управление осуществляется с помощью предварительно заложенного набора команд, передаваемых той или иной механической части системы. Алгоритм представляет собой информацию о том, на какой элемент системы воздействовать управляющим импульсом с какой частотой и продолжительностью. Далее система, с помощью датчиков собирает информацию о результате произведенного воздействия со стороны техники и принимает решение о соответствии результата запланированному. В случае возникновения ошибок, система подбирает правильные коды, соответствующие данной ошибке в имеющейся базе данных и передает его в основную ГИС, расположенную на сервере в ЦОД. Автоматизация процессов мониторинга и управления строительством позволит существенно сократить сроки производства работ и поднять качество их исполнения в целом. Для таких стран как Россия, Канада, Украина факт сокращения сроков производства работ строительства автодорог является достаточно важным т. к. сезон строительства в них ограничен климатическими условиями. Сокращение сроков позволит увеличить количество построенных дорог не увеличивая количества применяемых машин и компаний, что скажется на финансовой составляющей в сторону уменьшения себестоимости одного погонного километра автодороги. Кроме того, автоматизация процессов позволяет уменьшить составляющую воздействия человеческого фактора на процесс строительства и ввести автоматизированный контроль за качеством производства работ со стороны заинтересованных органов в режиме реального времени с любого расстояния, используя сеть интернет.
Заключение
Любое строительство состоит из множества этапов, начиная от планирования, проектирования, согласований и утверждения, до финишной сдачи объекта. Чем крупнее и масштабнее строительство, тем с большим количеством документации приходится иметь дело всем его участникам. Понятно, что с приходом электронных систем типа CAD, создание проектов значительно упростилось и ускорилось. Однако, без географической привязки, без учета множества природных, коммуникационных и социальных факторов не может осуществляться ни одна современная застройка.
И в этой связи геоинформационные системы в строительстве нельзя рассматривать, как отдельный инструмент, применяемый лишь для анализа расположения объектов на карте. По настоящему, имеет смысл применение такой ГИС, которая станет одним из важнейших звеньев в общей системе планирования и контроля на всех этапах.
Зачастую, небольшие фирмы-застройщики рассматривают применение ГИС в строительстве лишь для визуализации своих проектов на местности. Определения – на сколько они вписываются в окружающую среду и относительно существующей транспортной, социальной, инженерной инфраструктуры. Но это лишь небольшой процент того, что «умеют» современные геоинформационные системы. И сегодня речь идет о комплексном ведении географической базы объектов застройки.
Такой подход предполагает, с одной стороны, объединение самого широкого объёма данных с возможностью отобразить их на карте. С другой – интеграцию ГИС с иными электронными программами (CRM, ERPи другими системами планирования и управления, а также проектными сервисами).
Список литературы
1.. Файловый архив студентов. 1038 вузов, 2136 предметов.: [Элекронный ресурс]. URL: https://studfiles.net/preview/4673807/page:8/. (Дата обращения: 18.10.2017).
2. Вobrodobro. Студенческая энциклопедия.: [Элекронный ресурс]. URL: https://prog.bobrodobro.ru/24591. (Дата обращения: 24.122017).
3. Рandia.ru. Интернет издание.: [Элекронный ресурс]. URL: https://pandia.ru/text/78/342/1234.php. (Дата обращения: 18.10.2017).
4. Жигалов К. Ю. Модели движения строительной техники в процессах автоматизации строительства объектов / К. Ю. Жигалов, Ш. И. Сюняев // Актуальные инновационные исследования: наука и практика (Электронное научное издание). 2013. T. 3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.actualresearch.ru/nn/2013_3/Article/geosciences/zhigalov2013_3.htm.