Výstavba komunikací v současnosti - tvář profese se výrazně mění

Dne 27. 4. 2004 uspořádala společnost Geodis Brno, exkluzivní distributor výrobků Topcon a Riegl, předváděcí akci v Písku, jejímž cílem bylo seznámit odbornou stavební veřejnost s aktuálními trendy automatizace ve stavebnictví. Hlavní důraz byl přitom kladen na dvě oblasti: 3D řízení stavebních a zemních strojů založené na principu satelitní navigace (3D-GPS) a uplatnění 3D laserových skenerů na staveništi.
Zájem o tuto předváděcí akci byl veliký a zúčastnili se jí zástupci mnoha velkých stavebních firem, působících na našem trhu. Lze předpokládat, že v budoucnosti dojde k masivnímu uplatnění těchto technologií i v naší republice.

V úvodní teoretické části prezentace, konané v prostorách interhotelu America v Písku, byli účastníci seznámeni formou semináře s principy nejpokrokovějších metod pro vedení přesných terénních úprav.
Řízení zemních strojů Již více než 70 let zaujímá společnost Topcon přední místo na světě v oblasti zdokonalování a vyvíjení technologií pro přesné měření a určování polohy.
Dnes patří k výrobcům špičkové měřické techniky, která přináší geodetickou přesnost přímo na staveniště a která znamená zásadní převrat ve stavebnictví na celém světě. Nikdy dříve nebylo možné přemísťovat velké objemy zeminy s takovou přesností a v tak krátkých časových termínech jako je tomu nyní.
V minulosti byly vyvinuty a použity řídicí systémy, pracující na principu ultrazvuku, laserové nivelace, nebo robotizované totální stanice. Každá z těchto metod řízení přináší své výhody, ale má i určitá omezení. Ultrazvukové řídicí systémy vynikají vysokou přesností, avšak práce s nimi je poměrně náročná, pokud se týká přípravných prací a vytyčování. Laserovou nivelaci může zase využívat několik zemních strojů najednou, avšak současně je srovnávání terénu omezeno pouze na danou laserovou rovinu.
3D řídicí systém, založený na principu robotizované totální stanice (LPS), umožňuje s vysokou přesností modelovat jakýkoliv tvar terénu, nicméně v danou chvíli je tento systém schopen ovládat pouze jediný zemní stroj a pro jeho činnost je nutná přímá viditelnost mezi senzorem umístěným na stroji a totální stanicí.


Technologie řízení stavebních zemních strojů pomocí globálního navigačního systému (3D-GPS) je v současnosti nejrychleji se rozvíjející metoda pro většinu způsobů srovnávání povrchu. Umožňuje provádět řízení v principu neomezeného počtu zemních strojů najednou a na veliké ploše bez nutnosti přímé viditelnosti. Přesnost tohoto systému je řádově centimetrová a proto je vhodná prakticky pro všechny aplikace vyjma nejpřesnějších dokončovacích prací.
Řídicí systém 3D-GPS využívá signálů vysílaných americkými navigačními satelity GPS i ruskými GLONASS, které obíhají Zemi ve výšce asi 20 000 km. Výhodou tohoto duálního systému, jehož jediným výrobcem na světě je Topcon, je možnost nepřetržitého provozu i v době, kdy počet dostupných GPS satelitů klesne pod kritickou hodnotu. Protože v každém okamžiku známe přesnou polohu všech satelitů a jsme schopni přesně změřit jejich aktuální vzdálenost, můžeme kdekoliv na světě vypočítat polohu GPS přijímače. Obecně také platí, že čím více satelitů jsme schopni sledovat, tím přesněji můžeme tuto polohu určit.

3D-GPS systém pro řízení zemního stroje se skládá z následujících součástí: První je referenční stanice, která se umísťuje nad známým geodetickým bodem. Tvoří ji GPS+ přijímač Topcon vybavený modemem pro přenos diferenciálních korekcí. Další komponenty jsou umístěné na stavebním stroji. Jedná se o automatický řídicí Sytém V, GPS anténu, GPS+ přijímač s modemem pro příjem diferenciálních korekcí a počítač s dotykovým displejem, který umožňuje zobrazení zájmového území. V tomto počítači je rovněž uložen projekt. Tento počítač současně tvoří rozhraní mezi GPS jednotkou a Systémem V.
Obsluha má na displeji k dispozici kromě náhledu staveniště, informace o činnosti celého řídicího systému a o poloze a sklonu radlice. V reálném čase (až 20 × za sekundu) se ovládá hydraulika stroje a poloha radlice se upravuje do požadované polohy. Součástí 3D-GPS řídicího systému je rovněž geodetická RTK aparatura Rover pro zaměřování identických bodů a kontrolu skutečného provedení terénní úpravy.
Výsledkem je, že činnost strojníka se při použití 3D-GPS řídicího systému omezuje na pouhé řízení zemního stroje a kontrolu funkčnosti systému a řídicí systém v automatickém režimu sám upravuje terén podle digitálního modelu uloženého v paměti počítače.
Produktivita práce se přitom prudce zvyšuje, protože díky vysoké přesnosti dochází k významným materiálovým úsporám a snižuje se rovněž počet nutných pojezdů.
Pro aplikace nejvyšší přesnosti, jako jsou například dokončovací práce při výstavbě komunikací, připravuje firma Topcon unikátní systém GPS s milimetrovou přesností ve výšce. V principu se bude jednat o kombinaci GPS+ měření polohy a určování výšky metodou LazerZone.
Tato technologie v sobě spojuje veškeré výhody 3D-GPS a laserových systémů pro řízení zemních strojů. Uvedení této nové technologie na trh se očekává ve druhé polovině tohoto roku.
Laserové skenování Další revoluční technologií, která přináší výrazné zefektivnění procesu výstavby, je 3D – laserové skenování.
Ve své podstatě se jedná o nahrazení dosavadní bodové technologie technologií hromadného sběru dat což znamená posun v oblasti sběru a zpracování dat na kvalitativně zcela novou úroveň.
Tato moderní metoda slouží pro pořizování přesné 3D dokumentace stavebních objektů jako jsou mosty, tunely, stavební objekty související se zářezy a násypy, opěrné zdi apod. Systém laserového skenování lze výhodně použít pro dokumentaci stavu terénu před zahájením stavby, přičemž v jejím průběhu lze sledovat změny konfigurace terénu, provádět výpočty odtěžené a navezené zeminy, případně sledovat úpravy tělesa komunikace v průběhu jeho výstavby.
Skenovací systémy firmy Riegl, které byly firmou Geodis prezentovány, patří mezi špičkové světové aparatury. Jejich hlavními přednostmi jsou vysoká rychlost skenování (až 12 000 bodů za sekundu) a vysoká přesnost měřených údajů.
Výhodou metody laserového skenování je ve spojení s programovým systémem PolyWorks od firmy InnovMetric rovněž možnost velkého stupně automatizace procesu zpracování naměřených dat až do výstupu požadovaného zákazníkem, jako jsou kubatury, řezy, vyjádření ploch a odchylek od požadovaných stavů, deformací provedených konstrukcí, sesuvy apod.

Praktická část prezentace
Druhou částí prezentace byla praktická ukázka automatického 3D-GPS řízení stavebních strojů a laserového skenování přímo na staveništi budoucího obchvatu města Písek (silnice I/20 Písek 7).
Pro ukázku 3D GPS řízení byly použity dozer CATD6R a grader O&K 156A. Nejprve byly na základě několika identických bodů vypočítány transformační parametry a od této chvíle bylo možné celý systém používat v místním souřadnicovém systému.
Potom byla v délce asi 200 metrů srovnána podkladní štěrková vrstva budoucí komunikace, přičemž na hrubé srovnání terénu byl použit dozer a pro finální úpravu grader. Velmi výhodnou se ukázala možnost grafického zobrazení míst s nadbytkem nebo s nedostatkem materiálu.
To vede k dalšímu snížení množství pojezdů, protože strojník má okamžitě přesné informace o aktuálním tvaru terénu a o tom, odkud a kam je nutné materiál přemístit. Neocenitelný je tento systém při realizaci malých spádů. Terén byl srovnán několik centimetrů nad projekční plochu, aby vznikla rezerva pro závěrečné válcování.
Řídicí systém fungoval bez problémů a přesné výsledky potvrdilo jak kontrolní měření metodou RTK geodetickou GPS+ aparaturou Rover, tak měření laserovým skenerem. Bylo zřejmé, že i v relativně krátké době, kterou praktická část prezentace trvala by bylo možné provést srovnání terénu v podstatně větším rozsahu.
Závěrem byla stavebním firmám nabídnuta možnost vyzkoušet si automatický 3DGPS řídicí systém přímo na své vlastní stavbě. Jedná se o bezplatnou instalaci systému na dozer nebo grader, vytvoření digitálního modelu zájmového území, kompletní technickou podporu přímo na stavbě a zapůjčení celého systému po dobu jednoho týdne.
Je jasné, že budoucnost patří technologiím automatického sběru a zpracování dat. Podobnou revoluci, jakou před časem znamenalo v pozemním stavitelství zavedení rotačních a potrubních laserů, znamenají v současnosti v dopravním stavitelství právě tyto technologie.
Západně od našich hranic se automatické řídicí systémy pro zemní stroje i laserové skenery využívají již běžně a je jen otázkou blízké budoucnosti, kdy se ve větší míře rozšíří i v České republice. Pro firmy, které chtějí konkurovat na evropském trhu to bude nutnost. Společnost Geodis Brno na český trh tyto přístroje dodává a může ve vyjmenovaných oblastech aplikací svým klientům posloužit cennou radou i zkušeností.