Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС СИСТЕМ

Жигалов К.Ю. 1
1 Институт проблем управления Российской академии наук
Статья посвящена использованию геоинформационных систем (ГИС) для решения задач автоматизации управления и мониторинга строительными процессами. Основное внимание в статье уделяется вопросам оптимизации ГИС для обеспечения наибольшей эффективности работы системы в целом. Подробно изложены принципы построения ядра системы. Достаточно большое внимание уделено объединению современных средств сбора (технологии лазерного сканирования), передачи (Wi-Fi) и обработки (клиент-серверная инфраструктура, базы данных, ВЕБ интерфейс) информации с целью интеграции в ГИС. В результате применения описанной методики можно достигать высокой эффективности работы системы автоматизации управления и мониторинга, что существенно ускорит внедрение данных систем повсеместно.
использование ГИС
прикладные ГИС
мониторинг строительства
автоматизированное управление
управление строительством
ГИС для мониторинга
1. Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. Проектирование систем управления. – М.: Бином, Лаборатория базовых знаний, 2009. – 911 с.
2. Жигалов К.Ю. Методики построения современных геоинформационных систем с учетом новых компьютерных и сетевых технологий // Альманах современной науки и образования. – 2013. - №7 (74). – С. 66–68.
3. Жигалов К.Ю., Сюняев Ш.И. Подготовка площадок проведения строительных работ для процессов автоматизации и мониторинга строительства автострад / Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные тенденции в образовании и науке» (М-во образования и науки РФ. ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», Тамбов). Тамбов: ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», Тамбов, – 2013. - Часть 11. – С. 46–48.
4. Жигалов К.Ю. Использование ГИС при автоматизации процесса мониторинга покрытия автострад в период их эксплуатации для выявления необходимости и обьемов ремонтных работ / Сборник научных Статей «Географические и геоэкологические исследования в Украине и сопредельных территориях» (Министерство образования и науки Украины Таврический национальный университет им В.И. Вернадского, 2013, Симферополь Украина). Симферополь: Дайпи, 2013. – Т. 1. – С. 415–419.
5. Жигалов К.Ю., Сюняев Ш.И. Модели движения строительной техники в процессах автоматизации строительства объектов // Актуальные инновационные исследования: наука и практика [Электронное научное издание]. – 2013. – T. 3. URL: http://www.actualresearch.ru/nn/2013_3/Article/geosciences/zhigalov2013_3.htm (дата обращения 20.11.2014).
6. Жигалов К.Ю. Адаптация современных ГИС под задачи автоматизации процессов управления механизмами на примере строительства автодороги // Естественные и технические науки. – М., 2005. - № 5. – С. 235–236.
7. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: ПИТЕР, 2005. – 337 с.
8. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. СНиП 3.06.03-85// ГОССТРОЙ СССР, Москва – 1989.

Качество работ напрямую зависит от своевременного выявления тех или иных нарушений в процессе строительства. Для выявления нарушений на ранних стадиях используется мониторинг. Он может производится различными средствами, в т.ч. работающими в полуавтоматическом режиме. Ручной и полуавтоматический режим замедляет процесс строительства, т.к. между этапами работ появляются временные промежутки, связанные с получением и обработкой контрольной информации. При автоматизации процессов управления техникой и механизмами на строительных объектах, процесс получения данных мониторинга в ручном режиме невозможен, т.к. система управления должна получать и обрабатывать данные в режиме реального времени автоматически [1, 6].

Решением поставленных выше задач может служить использование геоинформационних систем (ГИС), которая позволит:

● собирать информацию;

● обрабатывать информацию;

● отображать информацию;

● хранить информацию;

● принимать управленческие решения;

● осуществлять управленческие воздействия на систему.

С вопросами сбора, хранения и обработки может справится любая современная ГИС. Тем не менее используемые в данный момент ГИС не имеют модулей принятия решений.

Для корректной работы ГИС в системах автоматизированного управления необходимо менять принцип работы ядра программного обеспечения (ПО). Ядро должно быть построено по принципу клиент-серверного приложения [3]. В таком случае основная система будет расположена на сервере, а клиенты будут подключаться по локальной или глобальной сети и производить изменения в режиме реального времени.

Применение ГИС
для автоматизированного мониторинга

В настоящее время 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 означенное выше оборудование компонуется в рабочие станции и объединяется в одну сеть[2]. В качестве основной управляющей системы используется сервер с установленной на нем ГИС. На сервер, в нашем примере, 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.

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 [4].

Для корректной работы всех станций мониторинга выходные данные необходимо «привязать» к общей геопространственной системе координат. В данной статье мы не будем подробно касаться вопроса привязок т.к. это достаточно тривиальная задача. Отметим лишь, что облака точек, полученные с использованием лазерного сканера должны быть геопозиционированы как 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 [7].

При завершении каждого строительного этапа на объекте оператор запускает процедуру сканирования и облака точек передаются в основную ГИС. В ней 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 повышения производительности системы точки, соответствующие норме, убираются из отображения автоматически.

Применение ГИС
для автоматизированного управления

Системы автоматизированного управления достаточно сложны как в строении, так и в реализации. В основном они состоят из следующих компонентов:

– компьютеры и механизмы управления объектом;

– средства сбора информации;

– средства принятия управленческих решений;

– средства передачи информации;

– станция оператора.

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 3-х 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[5].

Все механизмы управляются своим индивидуальным компьютером, согласно переданной в начале производства работ информации об алгоритме движения данной конкретной единицы. В основную управляющую ГИС данный бортовой компьютер передает следующие данные в режиме реального времени:

– данные о своем местоположении (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 помошью 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. Следует отметить, что автоматизация позволяет уменьшить составляющую воздействия человеческого фактора на процесс строительства и ввести более точный контроль за качеством производства работ со стороны заинтересованных органов и лиц в режиме реального времени с любого расстояния, используя интернет.

Рецензенты:

Журкин И.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ВТиАОАИ Московского Государственного Университета Геодезии и Картографии (МИИГАиК), г. Москва;

Никульчев Е.В., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, НОУ ВПО «Московский технологический институт», г. Москва.

Работа поступила в редакцию 16.12.2014.


Библиографическая ссылка

Жигалов К.Ю. АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС СИСТЕМ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-3. – С. 492-494;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36136 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074