способ мониторинга автомобильной дороги

Формула изобретения

1. Способ мониторинга автомобильной дороги, включающий нивелирование точек трассы от реперов высотной сети, определение отметок точек дорожного покрытия путем измерения превышений между ними и ближайшим репером, отличающийся тем, что многократное слежение за автомобильной дорогой выполняется путем измерений и геодезического сопоставления отметок дорожной одежды проезжей части с реперами на инженерных сооружениях и природных объектах, расположенных вдоль автомобильной дороги, причем отметки поверхности дорожного покрытия относительно реперов определяются непосредственно с самого дорожного покрытия инструментально несколькими теодолитами, установленными на автомобильном транспортном средстве, находящемся на проезжей части дороги вне ее аномальных по смещениям и деформациям мест, тригонометрическим нивелированием, причем относительно неаномальных неизменных по разрушениям мест дорожной одежды измеряются смещения и деформации разрушенных мест дорожной одежды, придорожных инженерных сооружений и природных объектов, в том числе и самих некачественных реперов, расположенных вдоль автомобильной дороги.

2. Способ мониторинга автомобильной дороги по п.1, отличающийся тем, что на автомобильном транспортном средстве в виде бортового грузового автомобиля с жесткой подвеской устанавливаются четыре теодолита двумя геодезистами, при этом в зависимости от визирного направления к измеряемому реперу, расположенному на краю или обочине автомобильной дороги, в измерительную работу включается определенная пара теодолитов, а измерение выполняется с кузова грузового автомобиля, стоящего в процессе проведения измерений непосредственно на качественном участке дороги, тригонометрическим нивелированием двумя теодолитами из четырех.

3. Способ мониторинга автомобильной дороги по п.1 или 2, отличающийся тем, что все четыре теодолита предварительно поверяются на земле, они устанавливаются на кузове с некоторым отступлением от бортов с помощью измерений дополнительным теодолитом с земли, по местам их жесткого крепления ко дну кузова грузового автомобиля, причем перед измерениями теодолиты ориентируются взаимно относительно друг друга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мониторингу автомобильных дорог, при котором, в частности, наряду с другими измерительными работами по контролю за состоянием проезжей части автомобильной дороги, проводится исполнительная съемка дорожного покрытия с определением его отметок, поперечных и продольных уклонов, мест эрозии и разрушений откосов, выбоин, колеи, поперечной гребенки и других аномальных изменений проезжей части автомобильных дорог. При этом предлагаемое изобретение больше всего относится к автомобильным дорогам средних классов с гравийным, асфальтобетонным и другим покрытием дорожной одежды.

Известен способ контроля отметок проезжей части автомобильной дороги, при котором выполняется нивелирование оси трассы от реперов высотной сети, проходящей вдоль трассы (Инструкция по разбивочным работам при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог и искусственных сооружений (ВСН 5-81)/Минавтодор РСФСР. -М.: Транспорт, 1983. -С.80), включающий измерение превышения между репером высотной сети и точкой на поверхности покрытия. При этом измерения выполняются нивелиром и мерной рейкой от реперов высотной сети, проложенной вдоль трассы. Между репером и дорогой устанавливают нивелир, определяют превышение между репером и осью проезжей части и вычисляют отметки проезжей части.

Недостатком этого способа являются значительные затраты времени и труда, необходимые для передачи отметок от реперов высотной сети на дорогу, а также сложность передачи отметок от реперов высотной сети на высокую насыпь. В основном все работы выполняются вручную.

Известен также способ определения отметок трассы (Буденков Н.А. Курс инженерной геодезии: Учебное пособие. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 1995. -С. 134), включающий нивелирование точек трассы от реперов высотной сети, при этом определяются отметки точек покрытия путем измерения превышений между ними и ближайшим репером.

Недостатком этого способа является также большие затраты ручного труда, а также то обстоятельство, что при значительном уклоне местности и при передаче отметок на высокую насыпь повышается длительность измерительных полевых работ вследствие того, что значительные перепады местности приводят к сокращению плеч нивелирования и увеличению количества стоянок нивелира.

Технический результат - повышение производительности мониторинга автомобильных дорог путем механизации работ по исполнительной съемке дорожной одежды и инженерных сооружений автомобильной дороги. При этом значительно сокращается время выполнения работ.

Этот технический результат достигается тем, что многократное слежение (мониторинг) за автомобильной дорогой выполняется путем измерений и геодезического сопоставления отметок дорожной одежды проезжей части с реперами на инженерных сооружениях и природных объектах, расположенных вдоль автомобильной дороги, причем отметки поверхности дорожного покрытия относительно реперов определяются непосредственно с самого дорожного покрытия инструментально несколькими, например, четырьмя теодолитами, установленными на автомобильном транспортном средстве (лучше всего с бортового грузового автомобиля с жесткой подвеской), находящегося на проезжей части дороги вне ее аномальных мест, тригонометрическим нивелированием, причем относительно неаномальных (неизменных по разрушениям) мест дорожной одежды измеряются смещения и деформации инженерных сооружений и природных объектов, в том числе и в виде реперов, расположенных вдоль автомобильной дороги.

При этом все теодолиты должны быть предварительно поверены и взаимно увязаны по местам их жесткого крепления ко дну кузова грузового автомобиля. Место нуля вертикального круга каждого теодолита должно быть определено заранее на земле. Штативы, на которые устанавливаются теодолиты, должны быть закреплены на платформе автомобиля жестко, например, металлическими скобами. Перед измерениями теодолиты должны быть ориентированы взаимно относительно друг друга.

Во время замера транспортное средство останавливается. Процесс съемки ускорится, если с теодолитами будут работать два человека, которые входят в бригаду геодезической съемки, например, из 3-5 человек. После снятия всех измерительных отсчетов различными парами теодолитов транспортное средство перемещается со всей бригадой далее до тех пор, пока не будет замечено следующее разрушение, то есть какая-то аномалия, дорожного полотна или инженерного сооружения, а также аномалия в природном объекте (например, ветровальные деревья, размыв обочины и пр.).

Сущность технического решения заключается в том, что выполняется взаимное измерение и геодезическое сопоставление двух классов объектов: с одной стороны - это участки дорожной одежды без ее аномальными изменения и с неизменной для слежения частью, а с другой - нарушения в виде деформаций, смещений и других аномалий на самой дорожной одежде, а также смещения и деформации на находящихся в зоне автомобильной дороги инженерных сооружениях (водопропускных труб, мостов, насыпей, опор ЛЭП и пр.) и природных объектов (деревьев, курганов, холмов, берегов и пр.). Такое сопоставление вполне возможно потому, что жизненный цикл дорожного покрытия и инженерных сооружений в виде реперов примерно одинаков, что позволяет сопоставлять их пространственные и качественные по свойствам изменения (например, участки с оголением низкокачественного асфальтового покрытия, а также наклонные после аварий ограничительные столбы и пр.).

Сущность предлагаемого технического решения заключается также в том, что вместо определения отметок поверхности дорожного покрытия и отметок самих реперов на инженерных сооружениях с земли нивелиром и рейкой измерение отметок поверхности дорожного покрытия выполняется с транспортного средства, стоящего в процессе проведения измерений непосредственно на дороге, тригонометрическим нивелированием двумя теодолитами из четырех. При этом в зависимости от визирного направления к измеряемому реперу, расположенному на краю или обочине автомобильной дороги, в измерительную работу включается определенная пара теодолитов.

Отметка поверхности дорожного покрытия определяется путем визирования на два соседних репера или на большее видимое число реперов.

Таким образом, в отличие от существующих способов определения отметок поверхности покрытия дороги, геодезические измерения проводятся непосредственно с транспортного средства, стоящего на дороге, а не с земли. Новым является также то, что проводится сопоставление измерений по двум классам объектов - неизменной дорожной одежды и аномальных участков дорожной одежды, а также неизменной дорожной одежды (при рабочей стоянке автомобиля на качественном участке дорожного покрытия отметки передаются с постоянной поправкой теодолитам на кузове) относительно реперов, инженерных сооружений без реперов и природных объектов.

Положительный эффект достигается за счет повышения производительности геодезических съемок и одновременно расширения технологических возможностей мониторинга автомобильных дорог по различным разрушениям обочин и полотна автомобильной дороги, а также смещениям и деформациям инженерных сооружений и природных объектов, что позволяет получить следующие результаты:

1) применение тригонометрического нивелирования и четырехтеодолитного способа определения превышений позволяет определить отметки поверхности дорожного покрытия даже в том случае, если реперы триангуляционной сети расположены далеко от трассы;

2) способ позволяет получить продольный профиль трассы, поперечные профили в характерных местах, получить уклоны, продольный и поперечный, за счет нескольких траекторий перемещения автомашины с четырьмя теодолитами и двумя рабочими на борту.

Новизна технического решения заключается в том, что отметки проезжей части определяются с транспортного средства, стоящего на дороге, тригонометрическим нивелированием относительно проложенной сети реперов, то есть на транспортном средстве определяется его местоположение относительно репера или нескольких реперов высотной сети, а также при расположении транспортного средства на качественном участке дорожного покрытия - относительно придорожных испорченных реперов, смещенных и деформированных инженерных сооружений и природных объектов.

В связи с этим предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну предлагаемого технического решения, в патентной и научно-технической литературе нами не обнаружено.

На фиг.1 показана схема проведения наблюдений при визировании на два репера со стоящего на проезжей части дороги грузового автомобиля; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 условно показана расчетная схема определения превышения тригонометрическим нивелированием двумя теодолитами, находящимися на правом борту кузова грузового автомобиля; на фиг.4 показана схема проведения наблюдений при замере положения и объема выбоины вдоль дороги; на фиг.5 - схема наблюдений при замере разрушения частично дорожного покрытия, обочины и откоса (вследствие их размыва); на фиг.6 - схема съемки гребенки (волнообразное образование на дорожном покрытии, обусловленное пластичностью материала, например, асфальтобетона и частыми остановками в этом месте транспортных средств); на фиг.7 - схема съемки при замере размеров колеи на дорожной одежде.

Способ мониторинга, в частности определения отметок проезжей части автомобильной дороги включает в себя следующие действия.

На платформе бортового автомобиля 1 устанавливаются четыре штатива и жестко крепятся к полу скобами. На них устанавливаются теодолиты 2. Они ориентируются взаимно. Теодолиты наводятся на репер 3 и снимаются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам каждого теодолита. Они записываются в ведомость. После снятия отсчетов автомобиль с бригадой геодезистов перемещается в следующее сечение дороги и процесс повторяется. При этом могут быть замерены любые инженерные и природные объекты, находящиеся в зоне визирования парами из всех четырех теодолитов.

В некоторых случаях для определения отметок необходимо сгущать существующую триангуляционную сеть реперов, которые устанавливаются на некоторых инженерных сооружениях и природных объектах. Поэтому повторные многократные измерения позволяют проводить мониторинг смещений и деформаций самих инженерных сооружений и природных объектов, находящихся в зоне визирования всеми теодолитами. Причем та или иная пара теодолитов для визирования на один репер, мерную рейку или на характерные места природных и инженерных сооружений выбирается исходя из удобства визирования и снятия отсчетов.

При измерении разрушений покрытия (выбоины, размыв откосов, см. фиг.4 и 5) автомобиль с бригадой подъезжает непосредственно к разрушенному месту. В работе участвует пара теодолитов, расположенная со стороны выбоины. Для определения положения собственно теодолитов они наводятся на ближайший несмещенный и недеформированный репер или несколько реперов и снимаются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам каждого теодолита. Для определения местоположения дефекта покрытия и его объема необходимо последовательно устанавливать мерную рейку 4 в нескольких местах выбоины 5 со взятием отсчетов обоими теодолитами. Для повышения точности измерений рейка должна устанавливаться в характерных местах выбоины, какими являются, например, наиболее глубокие точки 6 и края 7 выбоины дорожной одежды (см. фиг.4 и 5). В камеральных условиях рассчитывается плановое и высотное положение выбоины, а затем вычисляется ее объем.

При измерении деформаций покрытия, например, гребенки 8 или колея 9 (см. фиг.6 и 7) автомобиль с бригадой подъезжает непосредственно к месту смещения и деформации дорожной одежды и останавливается на качественном участке дорожного покрытия. Съемка выполняется парой теодолитов, расположенных со стороны деформации и смещения. Для определения положения теодолитов они наводятся на ближайший качественный репер или несколько реперов и снимаются отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам каждого теодолита. После чего берутся несколько реечных точек на поверхности гребенки (колеи) и в нижней ее части. В камеральных условиях по разностям отметок рассчитываются параметры гребенки или глубина колеи, а затем вычисляются объемы необходимых материалов и работ по восстановлению и ремонту дорожного покрытия.

Способ мониторинга определением отметок проезжей части автомобильной дороги, например поверхности покрытия при определении продольного уклона и измерения поперечного уклона дорожного покрытия, с платформы грузового автомобиля реализуется следующим образом.

Процесс определения отметок состоит из полевых измерений и камеральной обработки измеренных данных. Перед выполнением полевых измерений обязательно следует провести поверки теодолитов с установлением места нуля каждого из них, а также подготовить полевые журналы и наметить маршруты движения бригады геодезистов по различным участкам дороги.

На платформе автомобиля 1, по его углам его кузова устанавливается четыре штатива и они крепятся к полу кузова жестко, например, металлическими скобами. Все штативы должны быть установлены примерно на одном уровне, но на такой высоте, чтобы борта автомобиля не препятствовали визированию. Кроме того, штативы должны устанавливаться не вплотную к стенке борта, а на некотором расстоянии, достаточном для удобства рабочего при визировании и проведении измерений. После проверки надежности крепления штативов к полу платформы на них устанавливаются теодолиты. Причем для обеспечения равной точности измерений теодолиты должны быть все одной марки либо разных марок, но одного класса с одинаковой погрешностью измерений. Место нуля вертикального круга каждого теодолита должно быть установлено еще на земле. На автомашине замеряют расстояния между осями приборов и уточняют их высоты относительно платформы автомобиля. Эти измерения выполняют на каждой рабочей стоянке автомобиля. Чтобы рессоры автомобиля не дали ошибок в измерениях, то такие уточнения выполняют при нахождении в кузове обоих геодезистов. В кабине автомобиля может находиться еще один теодолит, которым выполняют измерения положений всех четырех бортовых теодолитов.

При съемке теодолиты ориентируют взаимно, вертикальный круг каждого теодолита должен находиться в основном положении. Автомобиль движется по оси (или по правой или левой кромке проезжей части, в зависимости от того, отметки какого объекта необходимо получить), останавливаясь через расстояние, равное величине шага съемки, либо обусловленное наличием дефекта покрытия, инженерного сооружения или природного объекта.

На каждой остановке теодолиты (все четыре либо пара, в зависимости от конкретной ситуации) наводятся на репер и выполняется снятие отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам каждого теодолита. Результаты записываются в заранее подготовленный журнал.

В камеральных условиях выполняется проверка записей, визуальная оценка грубых ошибок, исключение измерений, являющихся грубыми ошибками. Затем выполняются все необходимые расчеты.

После исключения грубых ошибок рассчитывают наклонные расстояния S₁ и S₂ от теодолита до репера

где L_б - длина базиса, расстояние между теодолитами на платформе автомобиля, м; ₂ - горизонтальный угол, снятый вторым теодолитом, град.; ₃ - горизонтальный угол в треугольнике при репере, град.

А второе расстояние будет равно

где ₁ - горизонтальный угол, снятый вторым теодолитом, град.

Отметки поверхности покрытия, полученные при помощи первого и второго теодолитов, определяются по формулам. Вначале с первого репера отметка определяется по формуле

где h_Rp - отметка качественного репера, м; ₁ - вертикальный угол, измеренный первым теодолитом, град.; М0 - место нуля вертикального круга первого теодолита, градусы; i₁ - высота над поверхностью платформы автомобиля первого теодолита, м; h_п - высота платформы автомобиля над покрытием дроги, м.

Для второго репера используется уравнение

где ₂ - вертикальный угол, измеренный вторым теодолитом, град.; М0 - место нуля вертикального круга второго теодолита, градусы; i₁ - высота над поверхностью платформы автомобиля второго теодолита, м.

В итоге для повышения точности измерений принимается среднее арифметическое из двух отметок

Предлагаемый способ прост в практической реализации, причем повышается и оперативность выполнения работ. Он позволяет с меньшими затратами времени и средств не только получить продольный профиль покрытия, выявить фактические продольные и поперечные уклоны в характерных сечениях, но и определить положение и объем местных разрушений покрытия, обочин и откосов дороги (выбоины, колея, гребенка, наплывы), а также проводить мониторинг всех инженерных и природных сооружений, находящихся в зоне визирования теодолитов.