Тел. (495) 642-55-82, Аннотация. В статье рассмотрены

Науки о земле
УДК 528
Модели движения строительной техники
в процессах автоматизации строительства объектов
Жигалов Кирилл Юрьевич,
к.т.н., ведущий инженер
Сюняев Шамиль Ибрагимович,
к.т.н., научный сотрудник
Институт проблем управления Российской Академии Наук
Лаборатория №22
117997, г. Москва, ул. Профсоюзная д. 65, оф. 522
e-mail: [email protected]
Тел. (495) 642-55-82,
Аннотация. В статье рассмотрены современные разработки
программных средств для целей моделирования движения техники на
строительных объектах. Основное внимание уделено вопросам
максимальной автоматизации работы оператора при моделировании
процессов
автоматического
управления
строительной
техникой.
Предложена методика, при использовании которой процесс моделирования
будет максимально упрощен и автоматизирован. Это позволит
существенно сократить время производства работ, как на этапе
моделирования, так и при обучении специалистов строительного профиля.
Разработан алгоритм обновления справочных баз данных, реализация
которого повысит эффективность работы программного обеспечения,
используемого в процессе моделирования.
Ключевые слова: моделирование процессов
использование геоинформационных систем (ГИС);
процессов строительства.
В настоящее время основные затраты
строительства;
автоматизация
любой строительной сметы
связаны с оплатой труда привлекаемых для работ работников. Все
современные производства добиваются повышения эффективности за счет
минимизации использования труда человека и роботизации отдельных
процессов производства. Кроме удешевления стоимости проектов мы
достигаем и минимизации использования человеческого труда. Одной из
1
основных задач автоматизации на данном этапе развития моделирования
является задача создания модели поведения автоматизируемого объекта.
К моделям движения техники на объектах для использования в
процессах управления предъявляются следующие требования:
1. Расстояние между объектами должно быть достаточным для
времени реакции системами на нештатные ситуации. В любой, даже самой
надежной системе случаются сбои. При сбоях техника может лишиться
управляющих импульсов. На случаи таких ситуаций предусматривается
экстренная остановка всей техники на объекте. Тем не менее, на реакцию
системы и остановку некоторой техники требуется время (примерно 10-15
секунд) соответственно, модели движения техники предусматривают
трехкратный интервал (40-45 секунд) при прохождении, что обеспечивает
достаточный запас на безопасную остановку. При просчете данного
интервала учитываются: скорость движения объекта, тормозной путь при
загруженном/разгруженном состоянии и т.д.
2. Траектории движения транспорта не должны пересекаться. Любое
пересечение влечет за собой аварию, что недопустимо. Следует отметить, что
просчитываются безопасные интервалы между техникой в размере тройной
реакции системы на непредвиденные случаи.
3. Техника
должна
двигаться
в
строго
определенной
последовательности. В любой системе есть последовательность действий,
например: самосвал привозит и выгружает песок, после этого песок
разравнивает бульдозер, после этого приезжает еще самосвал и выгружает
щебень. Если нарушать последовательность, будут абсолютно другие
результаты, что влечет за собой существенные затраты времени и сил на
приведение объекта стройки в надлежащий вид. Алгоритмы действий
закладываются на этапе проектирования в полуавтоматическом режиме в
момент моделирования движения техники по объектам.
4. По всему пути следования техники, она не должна перекрывать
лазерные и прочие системы контроля, антенны WiFi на этапах и в местах
2
проведения мониторинга качества работа. Наличие металлического
объекта, как и любого другого объекта на линиях лазерных лучей передает
объемные
данные
этих
объектов,
а
не
наблюдаемых
плоскостей.
Перемещение машин во время сканирования допускается, так как точки,
попавшие в облако, фильтруются в автоматическом режиме. Однако
парковка автомобиля затрудняет фильтрацию, а иногда она невозможна [3].
В связи с чем, вся техника должна парковаться в отведенных для этого
местах на площадке. Кроме того, пребывание техники на линии Wi-Fi
сигнала может существенно его ослабить, что выразится или в падении
скорости передачи данных, или в обрыве соединения [7]. И то и другое
недопустимо при автоматизации процессов управления.
5.
Должна обеспечиваться возможность обхода неисправной
техники или отвода техники на случай непредвиденных ситуаций. Решение
этой проблемы
усложняется необходимостью использования элементов
искусственного интеллекта
и увеличения количества датчиков. В свою
очередь, увеличение числа датчиков понижает производительность, как
вычислительной системы управления, так и пропускной способности каналов
связи. В связи с отсутствием на данный момент приемлемых решений
указанных
выше проблем единственным верным выходом является
остановка всей техники на объекте и вызов технических специалистов для
устранения неисправности на месте, либо эвакуации неработоспособной
единицы.
Моделирование движения осуществляется до выхода техники на
местность. Сам процесс моделируется в специализированной системе
автоматизированного управления и мониторинга – ГИС разработки ИПУ
РАН [1,2]. Методика состоит из следующих пунктов:
I) предварительно подготавливаются (если их нет в базе ПО ГИС)
3D-модели строительной техники [3, 4]. Наибольшее распространение
получил способ моделирования в ПО 3D Max. Для этого в программу 3D Max
вносятся растровые чертежи строительной техники (в редких случаях можно
3
использовать фотографии). Чертежам задают масштаб 1:1. И проводят
процедуру их векторизации (обведение линий чертежа векторами во всех 3-х
плоскостях. После чего, с помощью встроенных в программу функций
строится триангуляционная 3D модель техники. Далее модель сохраняется в
виде отдельного файла с моделью. Масштаб 1:1 позволяет в дальнейшем не
производить масштабирование подгружаемой в ГИС модели.
После
подгрузки модели в ГИС она хранится в специализированной базе –
справочник моделей техники;
II) технике задаются реальные параметры, в частности:
- грузоподъемность каждого самосвала/бетономешалки (в тоннах);
-
объем
каждой
разновидности
грузов,
перевозимых
каждым
самосвалом или бетономешалкой (в кубических метрах на 1 тонну);
-
максимальный объем, разравниваемый бульдозером (кубические
метры в секунду);
- максимальная загрузка асфальтоукладчика (в кубических метрах);
- проходимость используемой техники (например: преодолеваемый
угол наклона поверхности, клиренс, радиус поворота);
- скорость перемещения техники до места работы по объекту (в метрах
в секунду);
- скорость перемещения техники при проведении работ на объекте (в
метрах в секунду);
- среднее время погрузки/разгрузки (в секундах);
- время экстренной остановки транспорта в груженом виде (в
секундах);
- время остановки транспорта в пустом виде (в секундах);
Перечисленные параметры заносятся в справочник моделей техники;
III) описывается алгоритм последовательности перемещения объектов.
Как отмечалось ранее, техника должна перемещаться в строго определенной
последовательности. Данные о порядке перемещения техники тоже заносятся
4
в специализированную таблицу – справочник алгоритмов, обновляющийся за
счет других пользователей.
IV) далее оператор расставляет строительную технику в том порядке и
в те места, с которых будет производиться старт работ. Обычно техника в
виде бульдозеров, асфальтоукладчиков и катков привозится непосредственно
на место проведения работ. Тем временем, самосвалы и бетономешалки
начинают перемещение по объекту от места въезда на объект. Следует
отметить,
что
при
осуществлении
погрузочно-разгрузочных
работ
непосредственно на объекте, данная техника может управляться в
автоматическом режиме. В случае если места погрузки/разгрузки находятся
вне
площадок,
имеет
смысл
применять
комбинированную
систему
автоматизации, где данная техника будет управляться водителями, а вся
другая техника – системой автоматизированного управления. Поскольку
объектов с погрузкой вне площадок по статистике существенно больше,
именно комбинированный тип управления будет наиболее распространен в
ближайшем будущем.
Модели строительной техники отображаются в ГИС на предварительно
подготовленной цифровой модели местности (ЦММ) [6]. Следует отметить,
что для создания ЦММ используются топографические планы масштаба
1:500.
Соответственно,
детализация
ЦММ
будет
соответствовать
использованному топографическому плану.
V) Размещенным моделям, согласно алгоритму движения по объекту
присваивается очередность, что заносится в данные об объекте.
VI)
Оператор,
перемещение
с
каждого
помощью
объекта
специальных
поочередно.
маркеров
При
этом
размечает
система
самостоятельно строит вектора перемещения согласно ТТХ техники (радиус
поворота и разворота, клиренс и т.д.). Кроме того, ГИС подсказывает
возможную
следующую
модель,
исходя
очередности.
5
из
встроенного
алгоритма
VII) На последней стадии моделирования оператор просматривает
построенную ГИС видеопрезентацию строительства автодороги. В случае,
если
необходимо
внести
правки,
оператор
возвращается
в
режим
моделирования и вносит необходимые коррективы.
VIII) После утверждения видеопрезентации оператор включает просчет
физической
модели
автоматизированного
управления
и
система
рассчитывает управленческую модель с учетом датчиков и механизмов
систем контроля и управления.
Основой для любой современной ГИС является БД. Для ГИС
разработки ИПУ РАН выбрано
ядро базы Oracle. Эта база выбрана не
случайно, поскольку она позволяет одновременное использование до
нескольких тысяч запросов одновременно без существенного понижения
производительности. Предполагается, что база данных будет постоянно
дополняться и обновляться за счет пользователей системы. Каждый
пользователь
заносит
в
справочники
своей
локальной
версии
дополнительные данные. При синхронизации пользовательской ГИС с базой
данных разработчика справочники локальной версии дополняются новыми
данными
из
справочников
разработчика.
При
этом
новые
данные
справочников пользователей вносятся в справочники разработчика. После
проверки корректности данных сотрудниками разработчика эти данные
дополняют основные справочники, которые становятся доступными для
остальных пользователей. Реализация этих функций позволит существенно
пополнить базу знаний ГИС и упростить работу с ней конечным
пользователям в дальнейшем.
Подводя итоги, следует отметить, что процесс моделирования является
важнейшим
подготовительным
этапом
системы
автоматизированного
управления строительством автодорог. Любые ошибки на этом этапе могут
создать проблемы непосредственно на этапе производства работ в поле с
непредсказуемыми результатами. В связи с чем, этому этапу необходимо
уделять должное внимание. Описанная выше методика максимально
6
автоматизирована и проста в использовании, что позволяет достаточно
быстро обучать операторов работе с методикой. Заложенные в ГИС функции
обновления и пополнения баз данных будут поддерживать актуальность
системы при ее внедрении. От пользователя ГИС требуется контроль баз
данных для исключения дублирования данных и ошибок в них.
Литература
1. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы
и статистика, 1998. - 288 с.
2. Некрасова Е. 3D город // CIO: руководитель информационной службы.
2012. - № 7-8.
3. Жигалов К.Ю. Методика фотореалистичной векторизации данных
лазерной локации с целью дальнейшего использования в ГИС //
Известия высших учебных заведений. Геодезия и Аэрофотография. М.:
Московский государственный университет геодезии и картографии.
2007. - № 6. - C. 138-140.
4. Захарова А.А., Шкляр А.В. Построение многокомпонентных
визуальных 3d-моделей с использованием разнородных источников
информации, на примере создания геологических моделей // Известия
Томского политехнического университета №5 (320), Томск, 2012. С. 73-79.
5. Алексеев В. Параметры WiFi оборудования, разрешенного для
использования в Российской Федерации // Беспроводные
технологии.2011. - №1 [Электронный ресурс]. URL:http://www.wireless-e.ru/assets/files /pdf/2011_01_22.pdf. (Дата
обращения 15.09.2013).
6. Модели местности цифровые // Национальный стандарт Российской
Федерации, ГОСТ Р 52440-2005. М. Дата введения 01. Июля 2006.
7. Центр знаний WiFi. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.wifi.org/knowledgecenter/articles. (Дата обращения 15.09.2013).
7