Компания ООО Фирма «ЮСТАС» предложила сотрудникам АО «Мосинжпроект» инновационное решение для передачи координат между горизонтами при строительстве Национального космического центра. Данная задача имеет множество сложностей, связанных с влиянием внешних факторов, таких как наклоны здания из-за ветра, солнечного нагрева, работы подъемных механизмов и других воздействий. Эти факторы особенно затрудняют проведение точных измерений в дневное время. Поэтому измерения рекомендуется выполнять ночью, когда внешние воздействия минимальны. Рассмотрим основные методы передачи координат и их особенности.
Первый метод: использование прибора вертикального проектирования
Для передачи координат с фундамента вверх используется специальный прибор вертикального проектирования. Он устанавливается на фундаментной плите, центрируется над точкой и позволяет спроецировать её на верхние горизонты. Приборы могут быть лазерными или оптическими и оснащены системой самоустановки по отвесной линии. Средняя квадратическая погрешность данного метода составляет около 1 мм на первые 100 метров при отсутствии внешних воздействий. Однако с увеличением высоты влияние атмосферных факторов резко возрастает, что снижает точность измерений.
Применение лазерных приборов не всегда повышает точность, так как лазерное излучение чувствительно к атмосферным флуктуациям, что ограничивает их использование.
Второй метод: использование электронных тахеометров
Этот метод предполагает установку электронного тахеометра либо внизу здания, либо на верхнем горизонте. С помощью прибора выполняются линейно-угловые измерения по методу прямой или обратной засечки. Однако точность измерений значительно снижается с увеличением высоты из-за вертикальной рефракции и других внешних факторов. Метод наиболее эффективен для зданий небольшой этажности (до 30 метров). На больших высотах возникают проблемы, хотя роботизированные системы тахеометрии могут частично компенсировать эти недостатки за счёт высокой скорости и количества измерений.
Основные источники ошибок при данном методе связаны с вертикальной рефракцией, внешними воздействиями и, в меньшей степени, горизонтальной рефракцией.
Третий метод: спутниковые технологии
В последние годы всё большее распространение получает метод спутниковых измерений с использованием систем ГЛОНАСС/GPS. Преимущество этого подхода заключается в том, что точность измерений меньше зависит от расстояний и превышений. Погрешность составляет около 3 мм + 0,5 мм на каждый километр, что для одного здания практически даёт 3 мм.
На практике на нижнем горизонте создаётся база из трёх стационарных пунктов с установленными спутниковыми приёмниками. На монтажном горизонте здания также размещаются три подвижные спутниковые системы. Точность передачи координат контролируется дополнительными измерениями расстояний на монтажном уровне.
Спутниковые методы определения координат, такие как GPS, ГЛОНАСС и другие системы глобального позиционирования, дают координаты относительно общеземного эллипсоида (например, WGS-84). Однако поверхность Земли не является идеально гладкой или строго эллипсоидной: она имеет сложный геоид, который учитывает гравитационные аномалии и уклонения отвесных линий.
Основные моменты:
1. Общеземной эллипсоид:
• Это математическая модель, которая используется для упрощения расчетов и определения координат. Она представляет собой сглаженную, упрощенную форму Земли.
• Спутниковые системы дают координаты в виде широты, долготы и высоты над этим эллипсоидом.
2. Геоид:
• Геоид — это физическая поверхность Земли, которая учитывает гравитационное поле планеты. Она определяется как поверхность равного потенциала силы тяжести, совпадающая со средним уровнем мирового океана.
• Геоид может отклоняться от эллипсоида на десятки метров вверх или вниз в зависимости от региона.
3. Уклонения отвесных линий:
• Отвесная линия (направление действия силы тяжести) на реальной земной поверхности часто не совпадает с нормалью к математическому эллипсоиду.
• Это расхождение вызвано локальными гравитационными аномалиями, такими как горные массивы, плотность пород или тектонические особенности.
4. Коррекция координат:
• При строительстве или геодезических измерениях важно учитывать разницу между высотой над эллипсоидом (h) и высотой над геоидом (H), а также уклонения отвесных линий.
• Для этого на участке строительства проводят геодезические работы, включая нивелирование и уточнение местных гравитационных данных.
• Используются модели геоида, которые позволяют преобразовать высоты из системы эллипсоида в систему геоида.
5. Практическая реализация:
• На этапе проектирования и строительства создается локальная система координат, привязанная к реальным условиям участка.
• Учитываются уклонения отвесных линий (компоненты ξ и η) для точного определения координат передаваемых точек.
• Применение корректировок особенно важно в инженерных задачах с высокой точностью, таких как строительство мостов, туннелей или крупных промышленных объектов.
Таким образом, для получения точных координат на участке строительства необходимо использовать локальные геодезические данные и учитывать отклонения отвесных линий от нормалей к эллипсоиду. Это позволяет минимизировать ошибки и обеспечить соответствие проектных данных реальной поверхности Земли.
Для повышения точности и надёжности этого метода компания Leica разработала технологию учёта наклонов здания. Она основана на использовании электронных уровней (инклинометров) и отражателей для роботизированных тахеометров, которые устанавливаются на разных этажах здания с заданным шагом. Эта технология позволяет учитывать смещения верхних точек здания, вызванные наклоном конструкции, и корректировать результаты геодезических измерений.
Предложение от ООО Фирмы «ЮСТАС»
Компания «ЮСТАС» усовершенствовала существующие методы передачи координат, добавив в систему гидронивелирование. Эта технология позволяет контролировать деформацию фундамента и анализировать данные о наклонах здания, разделяя колебания от внешних факторов и крен, вызванный неравномерной осадкой плиты. Это значительно повышает точность передачи координат между горизонтами.
Дополнительным преимуществом является то, что система гидронивелирования может выполнять функции автоматизированного мониторинга объекта во время строительства. В дальнейшем её можно адаптировать для эксплуатации здания как системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК) с минимальными доработками.
Таким образом, предложенное решение от ООО Фирма «ЮСТАС» обеспечивает высокую точность геодезических измерений при строительстве высотных зданий, минимизируя влияние внешних факторов и улучшая контроль за состоянием конструкции на всех этапах строительства и эксплуатации.