CZ33276U1 - Zařízení pro transfer řídících dat pro silniční frézy využívající princip rozdílové hloubky - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká opravy povrchu silničních nebo jiných dopravních komunikací v dopravním stavitelství, konkrétně způsobu předání dat o správné hloubce, sklonu a místě broušení pro silniční frézy.

Dosavadní stav techniky

Poškozený křivý povrch silnice, vyjeté koleje, výtluky, poklesy, praskliny se dnes opravují způsobem, že se odfřézuje určitá konstantní tloušťka, například 10 cm, asfaltové nebo jiné vrstvy. Na výsledný povrch vrstvy po frézování se pak položí nová asfaltová vrstva. Snahou operátorů silničních frézovacích strojů je, aby vyrovnali veškeré nerovnosti a výsledný odfrézovaný povrch byl rovinatý. Dnes běžně používaný postup frézování konstantní hloubkou dokáže odstranit vysokofrekvenční deformace, jako jsou například výtluky nebo malé hrbolky v podélné délce několika metrů. Nízkofrekvenční deformace v podélné délce desítek metrů, jako jsou například propadlé mostky, nelze postupem frézování konstantní hloubkou odstranit. Tyto větší podélné nerovnosti jsou pouze kopírovány a částečně proměřovány a k jejich vyrovnání nedojde.

Aby byly tyto větší nízkofrekvenční podélné nerovnosti vyrovnány, musí se frézovací stroje opatřit tzv. dálkovým řízením strojů. Dálkové řízení strojů nahrazuje manuální proces frézování složitým a náročným systémem automatického řízení výšky a příčného sklonu frézovacího válce. Toto dálkové řízení strojů obsahuje kombinaci měřících přístrojů jako jsou totální stanice elektronické teodolity s dálkoměrem, zaměřovači terče, globální navigační satelitní systémy GNSS, nivelační přístroje, rotační lasery, inklinometry a jiné. Dálkové řízení strojů umožňuje držet výšku a sklon frézovacího válce frézovacího stroje v přesně definované předem naplánované pozici dle digitálního modelu projektu frézování. Model frézování je digitální model povrchu vozovky, která vznikne po odfřézování. Tento digitální model projektuje naprojektován tak, aby byl co nejvíce rovinatý, splňoval technické parametry (především niveletu, příčné a podélné sklony) budoucího výsledného povrchu vozovky, a aby jednoduchou pokládkou konstantní tloušťky nové asfaltové směsi vznikla stejnoměrná asfaltová vrstva a zároveň rovinatý finální povrch nové vozovky. Tento technologický postup, který využívá dálkové řízení strojů, umožňuje odstranění jak menších vysokofrekvenčních nerovností, jako jsou například výtluky nebo hrboly v délce několika metrů, tak velkých nízkofrekvenčních nerovností, jako jsou například poklesy v místech propadlých mostků v délce desítek a stovek metrů.

Jsou známy dva základní principy dálkového řízení strojů.

První princip, využívá určení přesných prostorových souřadnic frézy X, Y, Z v souřadnicovém systému stavby a na základě znalosti prostorových souřadnic projektovaného povrchu odfirézované vozovky určí parametry nastavení hloubky a příčného sklonu frézování.

Druhý princip, někdy nazývaný diferenciální frézování, využívá určení vodorovné polohy frézy X, Y v souřadnicovém systému stavby a na základě znalosti předem změřené skutečné výšky povrchu silnice před opravou a znalosti požadované projektované výšky povrchu odfrézované silnice vypočte požadovanou hloubku a příčný sklon frézování pro příslušnou horizontální polohu X, Y.

V prvním principu řízení silničních fréz se k určení prostorové polohy využívají například přístroje totální stanice, globální polohové satelitní systémy nebo rotační laserové nivelační přístroje. Těmito přístroji je nutné určit polohu frézy v souřadnicovém systému stavby s milimetrovou výškovou přesností. Nevýhodou tohoto technologického principu je nezbytnost

- 1 CZ 33276 U1 drahého přístrojového vybavení, nezbytnost přímé viditelnosti mezi měřícím přístrojem a silniční frézou, omezenou maximální vzdáleností mezi měřícím přístrojem a silniční frézou, požadavek na vysoce odborné znalosti personálu, který s dálkovým řízením strojů pracuje, větší počet pracovníků a v neposlední řadě nutnost vybudování přesné vytyčovací sítě geodetických bodů ve výškovém souřadnicovém systému stavby. Celý technologický postup je tak značně časově, technicky a finančně náročný. Tento trojrozměrný proces 3D frézování nebo pokládky asfaltové vrstvy finišerem není zatím koncepčně běžně užíván pro vysoké nároky na podmínky stavby, nároky na přípravu a na obsluhu celého systému.

V druhém principu řízení silničních fréz, diferenciálním frézování, se využívá jednoho nebo více přijímačů globálního satelitního systému GNSS k určení polohy frézy X, Y, a hloubka frézování a příčný sklon frézování se vypočte z rozdílů výšek digitálního modelu terénu povrchu silnice před opravou a digitálního modelu projektu frézování. Výhodou tohoto principu jsou nižší nároky na přístrojové vybavení, které lze omezit najeden přijímač GNSS, není potřeba jakékoli obsluhy tohoto přístroje, žádná omezení na maximální vzdálenost mezi měřícím přístrojem a frézou. Nevýhodou je nutnost příjmu GNSS signálu, který je omezen nebo není dostupný v oblastech husté urbanistické zástavby s vysokými stavbami, v oblastech hlubokých přírodních údolí nebo kaňonů, v oblastech s hustou vysokou vegetací, v lesích, pod mosty nebo v tunelech. Nezbytným komponentem tohoto principu je digitální model terénu existující silnice před opravou, který má vysokou milimetrovou výškovou přesnost.

Podstata technického řešení

Předložené technické řešení pro řízení silniční frézy využívá známého principu diferenciálního frézování, to znamená řízení silniční frézy na základě znalosti polohy X, Y silniční frézy a podrobné a přesné znalosti polohy a výšky digitálního modelu povrchu silnice (stávající model poškozeného povrchu vozovky před započetím opravy) a znalosti projektované polohy a výšky digitálního modelu povrchu, který má vzniknout frézováním (model povrchu po frézování, jakého chceme dosáhnout). Princip je to známý. Inovativní je transfer řídících dat pro silniční frézy a technické řešení.

Technické řešení se skládá z přijímače globálního navigačního satelitního systému GNSS, počítače, zobrazovacího zařízení a databáze hloubek a sklonů frézování, které jsou vypočítány k předem definovaným staničením jedné nebo více trajektorií silniční frézy, po kterých se fréza bude během frézování opravovaného povrchu pohybovat. Počítač a zobrazovací zařízení může být nahrazen jedním přístrojem spojující funkce počítače a funkci zobrazování informací například tabletem nebo přenosným počítačem s displejem.

GNSS přijímač slouží pro určení horizontální polohy frézy X, Y v předem definovaném souřadnicovém systému, aje připevněn k silniční fréze na vhodném místě umožňující příjem satelitního signálu.

Počítač je umístěn na libovolném místě frézy aje určen pro výběr hloubek a příčného sklonu frézování z předem připravené databáze a pro určení příčné vzdálenosti silniční frézy od předem definované navigační linie sloužící k navigování jízdy frézy, kde navigační linií může být například trajektorie frézování nebo linie definující pravý nebo levý kraj frézování, které jsou rovnoběžné s frézovací trajektorií. Počítač tyto informace o hloubkách a sklonech frézování zasílá do zobrazovacího zařízení, kde jsou čteny obsluhou frézy a manuálně zadávány do ovládacího zařízení frézy nebo jsou zaslány na komunikační port frézy, která nastaví sklon a hloubku frézování automaticky.

Zobrazovací zařízení slouží pro zobrazení aktuální vzdálenosti frézy od navigační linie, k zobrazení hloubek frézování na pravé nebo levé straně frézovacího válce a příčného sklonu frézování, které jsou uvedeny unejbližšího a několika následujících staničení frézovací

-2CZ 33276 U1 trajektorie ve směru frézování. Zobrazovací zařízení je výhodně umístěno v blízkosti kontrolního panelu silniční frézy tak, aby obsluha silniční frézy mohla informace o hloubkách frézování a příčného sklonu frézování číst ze zobrazovacího zařízení a manuálně zadávat do ovládacího panelu silniční frézy, a tímto způsobem řídit hloubku a sklon frézování.

Databáze je uložena v paměti počítače nebo je přístupna na vzdáleném úložišti. Databáze obsahují informace o hloubkách a sklonech frézování pro každé předem definované staničení frézovací trajektorie. Každá trajektorie silniční frézy je předem naplánována s ohledem na šířku frézovacího válce, potřebném překryvu vyfirézovaných pásů a geometrii silniční komunikace. Každá jednotlivá trajektorie silniční frézy obsahuje informace o hloubkách frézování na levé a pravé straně frézovacího válce a příčném sklonu frézování. Tyto údaje jsou uvedeny pro různá staničení frézovací trajektorie v pořadí za sebou dle plánovaného směru frézování.

Výhody tohoto technického řešení spočívají v tom, že počítač neprovádí žádné na výpočetní výkon počítače náročné výpočty aktuální požadované a budoucí predikované hloubky frézování a sklonu frézovacího válce na základě znalosti digitálních modelů terénu existující silnice a digitálního modelu frézování, a znalosti aktuální polohy frézy z GNSS. ale na základě polohy frézy X, Y z GNSS přijímače vybere potřebné informace o hloubce a sklonech frézování z předem pečlivě připravené a vypočítané databáze. Tyto informace o hloubkách a sklonech frézování jsou zobrazovány v zobrazovacím zařízení a manuálně zadávány do kontrolního zařízení frézy nebo jsou zaslány na komunikační port frézy, která nastaví sklon a hloubku frézování automaticky dle těchto údajů.

Předložené technické řešení se od existujících známých technických řešení odlišuje také tím. že poskytuje obsluze frézy informace o hloubce a příčném sklonu frézování na základě předem přesně definovaného a odsouhlaseného plánu frézovacích trajektorií frézy v přesně definovaných krocích, a jelikož nemá v databázi vypočítaná data k jiným frézovacím trajektoriím, tak neumožňuje změnu tohoto postupu tak, aby nemohlo dojít k chybám nebo narušení návaznosti na jiné práce a plynulost silničního provozu.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno na výkresu pomocí obrázku 1, na němž je znázorněno rozmístění jednotlivých komponent zařízení na silniční fréze.

Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Transfer řídících dat pro silniční frézy DNA (Differential Navigation Autonomous) využívající rozdílové hloubky je uskutečněno tak, že GNSS přijímač i je umístěn na střeše silniční frézy a posílá informace o horizontální poloze X, Y frézy do počítače 2, který je umístěn na silniční fréze. Součástí počítače 2 je i zobrazovací zařízení 3, kterým je displej počítače 2. Počítač 2 je před začátkem frézování manuálně obsluhou frézy nastaven tak, aby vybíral hloubky a sklony frézování z databáze 4, která je určena pro danou frézovací trajektorii silniční frézy. Během frézování se fréza pohybuje vpřed, GNSS přijímač 1 zasílá informace o horizontální poloze X, Y do počítače 2, počítač 2 vypočte příčnou vzdálenost levé a pravé strany frézovacího válce od navigační linie a vybere z databáze 4 nejbližší staničení frézovací trajektorie s příslušnými

-3 CZ 33276 U1 hodnotami hloubek a sklonů frézování, a dále vybírá hodnoty hloubek a sklonů frézování pro několik následujících staničení ve směru frézování. Tyto hodnoty příčné vzdálenosti, hloubek a sklonů frézování nejbližšího staničení frézovací trajektorie a několika následujících staničení trajektorie ve směru frézování jsou zobrazovány na zobrazovacím zařízení 3. Zobrazovací zařízení je upevněno hned vedle kontrolního panelu obsluhy frézy a ta je čte a manuálně zadává do ovládacího panelu frézy. Zobrazované hodnoty hloubek a sklonů frézování se během pohybu frézy postupně mění na základě změny polohy silniční frézy. Tímto způsobem dochází k řízení hloubek a sklonů frézování a navádění jízdy frézy do plánované frézovací trajektorie.

Průmyslová využitelnost

Předkládané technické řešení slouží k řízení polohy a nastavení hloubek a sklonů frézování silniční frézy nebo frézy jiné, například frézy na odfrézování povrchů přistávacích letových drah. Dochází tak k přesnému, předem definovanému odfrézování požadovaného množství asfaltu na požadovaném místě. Výsledkem je perfektní rovinatý povrch s parametry dobrého odvodnění, na který se pak položí ložná vrstva konstantní hloubky. Tímto způsobem je získána opravená silniční nebo jiná komunikace, která má lepší geometrické parametry a delší životnost, než je tomu u opravách běžně používaným způsobem, kdy se brousí konstantní hloubka ve všech místech povrchu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Zařízení pro transfer řídících dat pro silniční frézy, využívající princip rozdílové hloubky, vyznačující se tím, že se sestává z přijímače globálního navigačního satelitního systému GNSS (1), který je umístěn na silniční fréze v místě se signálem GNSS, pro zasílání informací o horizontální poloze X, Y silniční frézy v předem definovaném souřadnicovém systému do počítače (2), jenž je umístěn na silniční fréze pro výběr z databáze (4) hloubek a sklonů frézování, pro výpočet vzdálenosti silniční frézy od předem definované navigační linie, pro zasílání do zobrazovacího zařízení (3), které je vhodně umístěno tak, aby hodnoty o vzdálenosti silniční frézy od navigační linie a hodnoty hloubek a sklonů frézování byly čitelné obsluhou silniční frézy a manuálně přepisovatelné do ovládacího zařízení silniční frézy pro řízení hloubek a sklonů frézování a řízení trajektorie frézování.

2. Zařízení pro transfer řídících dat pro silniční frézy využívající princip rozdílové hloubky podle nároku 1, vyznačující se tím, že ve výhodném uspořádání tvoří počítač (2) a zobrazovací zařízení (3) jeden přístroj, který spojuje funkce počítače a funkci zobrazování informací.

3. Zařízení pro transfer řídících dat pro silniční frézy využívající princip rozdílové hloubky podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahuje počítač (2) pro výběr nejbližšího staničení frézovací trajektorie s příslušnými hodnotami hloubek a sklonů frézování a dále hloubek a sklonů frézování pro několik následujících staničení frézovací trajektorie ve směru frézování z databáze na základě informací o horizontální poloze frézy X, Y z přijímače globálního navigačního satelitního systému GNSS (1).

4. Zařízení pro transfer řídících dat pro silniční frézy využívající princip rozdílové hloubky podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že databáze (4) obsahuje informace o hloubkách frézování na levé a pravé straně frézovacího válce a příčném sklonu frézování pro předem vybraná staničení předem naplánovaných frézovacích trajektorií silniční frézy v pořadí za sebou dle plánovaného směru frézování.