Рассмотрение глобальных навигационных спутниковых систем в высотном строительстве, алгоритм применения, достоинства.
Ключевые слова
Текст научной работы
В период бурного строительства уникальных комплексов (высотные здания, спортивные сооружения др.) задачи обеспечения безопасности строительных конструкций приобретают особенно высокий приоритет.
Современные сложные инженерные сооружения в результате влияния природных воздействий различного характера, таких как ветер, подвижки грунта и большие перепады температур, могут испытывать значительные статические и динамические нагрузки, вызывающие перенапряжение и деформацию несущих конструктивных элементов. Указанные причины могут привести к нарушению целостности и разрушению сооружения. Подобные воздействия также сопровождаются перемещением сооружения в пространстве.
Сегодня активно изучаются вопросы проведения динамического мониторинга высотных зданий и сооружений с использованием навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Данный метод наблюдений дает возможность определять положение фиксированных точек строительных конструкций зданий (сооружений) в реальном времени, а также дает возможность получения детального описания эксплуатационных характеристик сооружения в течение длительного периода времени. Преимущество такого мониторинга состоит в его непрерывном характере, в том числе в реальном времени, а также в наличии возможности оповещения заинтересованных лиц о достижении критических деформаций. Помимо данных об общем изменении положения здания в пространстве с течением времени, мониторинг с использованием ГНСС дает возможность исследовать и анализировать колебания высотных зданий.
Навигация GNSS для бизнеса, принцип работы GNSS — приемника
Мониторинг состояния здания с использованием спутниковых технологий является оптимальным дополнением традиционных геодезических наблюдений за перемещениями зданий.
Перспективным направлением использования навигационных полей ГЛОНАСС/GPS является высокоточная геодезия. Современные приемники позволяют измерять с высокой точностью расстояния между опорным и контролируемым пунктами. Они способны осуществлять измерения с высокой периодичностью в реальном масштабе времени. Это делает возможным определять деформации и колебания высотных зданий, вышек, мостов и т.п., а также подвижек земной поверхности, предшествующих оползням, разрушениям гидросооружений и т.п.
Метод спутниковой геодезии широко применяется за рубежом, в том числе для контроля висячих мостов в Гонконге, высотных зданий в Чикаго, мониторинга движения земной поверхности в Японии, США, Австрии.
Система, реализующая этот метод, состоит из двух идентичных измерительных станций, одна из которых является опорной и устанавливается в неподвижной точке, а другая навигационной, устанавливается на инженерном сооружении. В систему также входит автоматизированное рабочее место, расположенное на объектовом центре мониторинга. Связь между элементами системы осуществляется через модем по радио либо проведенному каналу связи.
Как работает спутниковая система навигации
Компанией Leica Geosystems была предложена технология использования высокоточного спутникового оборудования на верхней площадке возводимого здания, и дополнительного геотехнического оборудования на определенных этажах с обработкой информации в геодезическом офисе.
Применяемый метод потребовал использование 3-ёх комплектов двухчастотных спутниковых геодезических приемников со спутниковыми геодезическими антеннами установленными на верху передвижной бетонной опалубки. GPS приемники выполняли измерения в режиме реального времени.
Как правило, геодезические работы при возведении высотных зданий выполняются среди арматуры, металлоконструкций, материалов и оборудования на монтажном горизонте, при работающих грузоподъемных механизмах и кранах. Рабочая зона перенасыщена материалами, оборудованием, персоналом, и это накладывает свои требования при выполнении высотных работ. Подобные факторы осложняют проведение геодезических работ. Несмотря на все эти помехи и отражения сигнала от металлоконструкций, определение положения показывает точность лучше, чем 10 мм.
Рассматриваемый метод мониторинга инженерных сооружений имеет следующие достоинства:
- Одновременный контроль по трем взаимно перпендикулярным осям с потенциальной ошибкой в несколько мм.
- Отсутствие необходимости прямой видимости между опорным и контролируемым пунктами.
- Возможность контроля в реальном масштабе времени.
- Независимость от времени суток и погодных условий.
- Простота применения — переносная малогабаритная аппаратура, легко устанавливаемая на контролируемом объекте.
Возможность совместного использования с другими средствами мониторинга (акселерометрами, тахеометрами и т.д.).
Схема мониторинга с использованием ГНСС базируется на классическом типе геодезической сети для выявления деформаций, т.е. методе определения смещений контрольных пунктов относительно базовых (исходных), расположенных вне зоны деформаций (колебаний).
Состав системы мониторинга с использованием ГНСС:
- сеть базовых станций вне зоны деформаций;
- сеть станций на наблюдаемом объекте (рабочие станции);
- система персональных компьютеров с соответствующим программным обеспечением для управления системой мониторинга;
- система коммуникаций (каналы связи для передачи данных);
- средства обеспечения безопасности, бесперебойного электропитания и пр.
Для целей динамического мониторинга возможно использовать либо специально созданные базовые станции (предпочтительней), либо уже существующие базовые станции.
Состав постоянно действующей базовой станции:
- жестко зафиксированная спутниковая антенна;
- приемник ГНСС;
- источник бесперебойного питания;
- вычислительный центр, управляющий сетью базовых станций, собирающий и архивирующий данные сети и выдающий координатно-временную информацию, в том числе и для работы в реальном времени (RTK и DGPS);
- сети коммуникаций, связывающие базовую станцию с вычислительным центром и обеспечивающие доступ к данным.
Необходимо обеспечить наличие надежного бесперебойного электропитания оборудования рабочей станции.
Спутниковые антенны рабочих станций следует размещать на крышах зданий, сооружений.
В результате проведения постобработки должны быть вычислены координаты контрольных точек на здании (сооружении), которые позволят судить о пространственных деформациях здания.
Постобработка результатов измерений может выполняться как с использованием программ, входящих в комплект к спутниковому оборудованию, так и с использованием специально разработанных программ.
Постобработку следует проводить по следующим этапам:
- разрешение неоднозначностей фазовых псевдодальностей до наблюдаемых спутников, получение координат определяемых точек в системе координат глобальной навигационной спутниковой системы и оценка точности;
- трансформация координат в принятую систему координат;
- уравнивание геодезических построений и оценка точности уравненных координат (оценка и исключение случайных ошибок, обеспечение единственного решения при наличии избыточных данных; минимизация поправок, внесенных в измерения, и т.д.).
В качестве исходных условий должны быть заданы пункты, участвующие в обработке.
Таким образом, применение глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) дает возможность обеспечить точный мониторинг во время возведения зданий и сооружений, кроме того, так же наблюдать деформации, которые происходят как результат краткосрочных, так и длительных нагрузок, поведения материалов, и технологических циклов на всех стадиях строительства. Геодезические службы могут быть обеспечены высокоточными и надежными данными при всех погодных условиях, при активной работе грузоподъемных механизмов. Использование новых геодезических методов мониторинга, наряду с традиционными, помогут с высокой точностью контролировать поведение здания. Необходимо отметить, что геодезическая практика сделала громадный шаг в развитие высотного строительства и достигла небывалых стандартов точности и надежности.
Источник: novainfo.ru