Оборудование
Сиэттл весь перерыт. И причиной тому стали не маленькие пушистые зверьки, которых часто уличают в порче газонов, а большие бурильные машины, предназначенные для прокладки тоннелей в городских условиях. В рамках генерального плана развития, крупный сиэттлский перевозчик Sound Transit недавно начал строительство Университетской ветки (U-Link) железной дороги, которая позволит соединить исторический центр, Капитолийский холм и район Университета.

Начиная с 2011 года строительным бригадам предстоит проложить двойной тоннель длиной 3,5 мили от центра города до Университета Вашингтона. Самой важной частью проекта является отрезок пути, проходящий под трассой I-5 — одной из крупнейших транспортных артерий Сиэттла. Предполагается, что работы не повлияют на штатную работу автомагистрали, коммуникации и элементы дорожной инфраструктуры. Построенная в 60-х гг., эта трасса на всем протяжении окружена стенами-блоками, каждый из которых насчитывает 120 м в длину и 10-12 м в высоту. Для обеспечения безопасности конструкции во время «подкопа» (проект U215), было принято решение о проведении непрерывного мониторинга блоков. За разработкой технологии проектировщики обратились в вашингтонский офис компании Geo-Instruments.

Проект предполагает, что данные мониторинга будут обеспечены традиционными приборами: наклономерами, инклинометрами и другими датчиками. Также инженеры попросили дополнительно внедрить в систему мониторинга лазерное сканирование. Компания Geo-Instruments ответила согласием и предложила, помимо этого, разработать специфическое программное обеспечение для анализа результатов. В итоге была создана первая в мире автоматизированная система мониторинга в реальном времени, основанная на технологии лазерного сканирования. Кроме того, проект стал уникальным примером построения первой на территории Северной Америки полностью беспроводной системы.

Минимизация смещений

«Подкоп» под трассу предполагал бурение 15-метровых шахт по обе стороны шоссе. На этапе земляных работ они позволят корректировать прохождение щита и, следовательно, сделать процесс проходки более контролируемым. В начале марта 2009 г. Sound Transit определила компании Geo-Instruments четырехнедельный срок, в течение которого предстояло установить всю необходимую аппаратуру.

В первую очередь были закреплены наклономеры, датчики давления и уголковые марки для лазерных сканеров. Две бригады из трех человек произвели вдоль стен установку марок с интервалом 60 см. Алюминиевые марки с круговой отражающей поверхностью изготавливались непосредственно Geo-Instruments. Для повышения качества материалов в постобработке при монтаже записывалось горизонтальное угловое смещение марки, что дало возможность обеспечить перпендикулярность отражающей поверхности лазерному лучу. Всего было установлено около 250 марок, что позволило по результатам сканирования четко отслеживать смещение элементов стены, а также получать избыточную информацию для сшивки сканов (в том случае, если съемка велась с нескольких точек).

Затем сотрудники Geo-Instruments установили два сканера Leica ScanStation 2 по обе стороны дороги так, чтобы результаты сканирования включили в себя марки и окружающие их объекты. Установка сканеров производилась таким образом, чтобы обеспечить обзор в южном и северном направлении трассы и быть видимыми с реверсивной полосы. Тонкие приборы обезопасили от механических повреждений углеволоконными защитными кожухами (также произведенными Geo-Instruments). Помимо этого, защита потребовалась и полевому компьютеру. Передачу данных сканирования настроили по модему EVDO, а также создали резервный канал по DSL- связи.

Контроль за измерениями осуществлялся при помощи программного обеспечения, разработанного совместно Geo-Instruments и Landmarker Geospatial. Это ПО позволило запускать из офиса сканирование марок, обработку результатов по методу наименьших квадратов, а также давать команду на загрузку в сеть. Дважды в день с двухмиллиметровой точностью сканеры автоматически осуществляли мониторинг тех объектов, чье смещение представлялось наиболее вероятным вследствие проводимых работ. Ежедневный объем передаваемой информации составлял более 1 гигабайта.

Полевой компьютер обеспечивал вычисление координат марок и загрузку данных на FTP-сервер компании Geo-Instruments, где информация сохранялась для дальнейшего использования.
Сканеры позволили не только осуществить сбор данных, но и обеспечить при необходимости их последующий анализ. Особенно полезным оказалось измерение тех точек, в которых по техническому заданию установка датчиков не требовалась или же была трудноосуществима.
Для подстраховки компания Geo-Instruments выбрала два автоматизированных моторизированных тахеометра, для проведения дискретных измерений параметров. Контроль за деформациями стен осуществлялся при помощи четырёх вертикальных и восьми горизонтальных инклинометров. На площадке функционировали шесть систем записи данных, которые, в свою очередь, по беспроводной связи DSL, Wi-Fi и EVDO передавали их для дальнейшего анализа.

Беспроводная сеть WiSe

WiSe — это способ соединения датчиков и приборов в сеть без использования проводов. Конечно, это гораздо удобнее, чем тратить время на прокладку кабелей на оживленной трассе. В системе WiSe обычно задействованы различные типы оборудования, однако в данном проекте участвовали только беспроводные наклономеры, установленные для определения крена и кручения стены.
Датчики транслировали данные от станции к станции на протяжении всех 120 м трассы. Поскольку в районе несущих опор стены наблюдались смещения почв, бригаде пришлось включить в систему инклинометры, предназначавшиеся для контроля оползневых процессов. Питание датчиков осуществлялось от солнечных батарей.

Экономия в числах

Получив на объекте действующую систему мониторинга, подрядчик начал подготовку к проходке тоннеля. Был произведен монтаж оттяжек и шпунтовых свай, начато бурение четырех шахт 20-25 метров в глубину и около 12 м в ширину. За раз выбирался грунт на 3 м, после чего сразу же начиналось бетонирование и укрепление стен. По достижении нужной глубины будет обеспечен подход к несущим опорам дороги.
Проходческий щит, который обычно используется для строительства легких железнодорожных тоннелей, появится на Капитолийском холме в начале 2011 года. В день планируется продвигаться на 13-15 м. В процессе углубления тоннеля, его стенки будут укрепляться бетонными кольцами. На этом этапе точные и полные данные о результатах мониторинга трассы, над которой прокладывается тоннель, окажутся особенно важны.

Сдать ветку U-Link в эксплуатацию запланировано в 2016 году. Компания Sound Transit прогнозирует увеличение пассажиропотока на 70 000 человек в сутки, 40 000 из которых приходится на две станции U-Link. Это позволит сэкономить до 4,5 миллиона пассажиро-часов. Теперь, когда доступна полная информация о возможном смещении, наклоне, крене и кручении стен, строители могут быть спокойны за безопасность проводимых работ.

Работа над ошибками

Из своего первого проекта по мониторингу с применением лазерных сканеров, компания Geo-Instruments постаралась извлечь как можно больше уроков. Для того, чтобы наладить автоматизированную систему сканирования, понадобилось создать целую инфраструктуру по передаче и хранению данных. Вибрации строительной площадки довольно сильно сказываются на работе сканеров. Поэтому при установке подобных систем требуется тщательно продумать защиту прибора и наблюдаемых точек от вибраций. В то же время, дождь на качестве измерений, как оказалось, почти не сказывается (по крайней мере, корреляции между качеством измерений и дождливыми днями выявлено не было).
Дополнительной сложностью стало обеспечение питания сканеров. Солнечные батареи тут не годились: Leica ScanStation 2 требует участия полевого компьютера, а объем энергопотребления обоих приборов гораздо выше того, что может обеспечить солнечная энергия. Также важно было обратить внимание на систему управления данными. При существующих объемах передачи налаживать полностью беспроводную связь стало бы чрезмерно дорого. В итоге специалисты компании Geo-Instruments приняли решение выделить линию DSL-связи.
Измерения в системах непрерывного мониторинга должны обладать высоким коэффициентом избыточности. Благодаря наличию тахеометров, наклономеров и инклинометров, он был обеспечен. В результате этого удалось создать эффективную и экономичную систему мониторинга.

Пьер Гувэн (Pierre Gouvin)
Источник: http://www.pobonline.com/
1 июня 2010 г



Сканеры защищались легким углеволоконным кожухом, произведенным Geo-Instruments. Передача данных осуществлялась по EVDO и DSL-связи. Дополнительные измерения обеспечивали моторизированные тахеометры

Наклономер в сети WiSe (измерение деформаций стены)

Марки для лазерных сканеров выполнены из алюминия, с отражающей поверхностью в форме окружности. Горизонтальное угловое смещение обеспечивает перпендикулярность поверхности марки лазерному лучу

Сотрудники Geo-Instruments устанавливают инклинометры

Подготовка к бурению тоннеля

Как обрабатывать данные нивелирования в ПО Leica Infinity?

Видео о процессе обработки данных нивелирования

Как обрабатывать спутниковые GNSS наблюдения в ПО Leica Infinity?

Видео о процессе обработки спутниковых наблюдений

SmartNet Russia объединилась с сетью базовых референцных станций ПРИН

В крупнейшей сети референцных станций в России - SmartNet Russia добавился новый партнер - компания АО "ПРИН".



к другим проектам