University of Oulu

Tieväylien päällystystyökoneiden ohjaus suhteellisessa koordinaatistossa

Saved in:
Author: Ailisto, Mikko1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.2 MB)
Pages: 111
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201904031382
Language: Finnish
Published: Oulu : M. Ailisto, 2019
Publish Date: 2019-04-09
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Heikkilä, Rauno
Pienimäki, Markku
Reviewer: Heikkilä, Rauno
Pienimäki, Markku
Description:

Tiivistelmä

Diplomityön tavoitteena oli tutkia ja kehittää päällystystyökoneiden ohjausta suhteellisessa koordinaatistossa. Suhteellisessa ohjauksessa työkoneen työstöterän pystysuuntaista asemaa ohjataan suhteessa referenssipintaan, esimerkiksi nykyiseen tien pintaan. Absoluuttisessa 3D-ohjauksessa työstöterän pystysuuntainen asema ohjataan koneohjausmallin mukaiseen globaaliin korkeusasemaan. Työssä tutkittiin suhteellisen menetelmän tarkkuutta ja taloudellisuutta sekä kehitettiin siihen soveltuvaa koneohjausmenetelmää.

Menetelmän tarkkuutta eri vaiheissa tutkittiin toteutetuista päällystyskohteista mitattujen toteumatietojen, kirjallisuuslähteiden sekä asiantuntijahaastattelujen kautta. Taloudellisuutta selvitettiin toteutuneiden päällysteen korjauskohteiden kustannustietojen avulla ja haastattelemalla mittauspalveluiden tuottajia, mittalaite- ja koneohjausjärjestelmien myyjiä, suunnittelijaa ja urakoitsijaa. Menetelmään soveltuvan koneohjausmallin kehittäminen toteutettiin Finnmap Infra Oy:n suunnittelijoiden kanssa työpajamuotoisesti, asiantuntijahaastatteluilla ja kirjallisuuteen perehtymällä.

Laskennallisen tarkastelun perusteella tienpinnan toleranssivaatimukset voidaan saavuttaa suhteellisella ohjausmenetelmällä. Vain pilottikohteesta kerätystä toteumatiedosta voi arvioida todellista tarkkuutta.

Toteutuksen kustannustehokkuus on tarkastellussa menetelmässä hyvä, kun sitä verrataan 3D-koneohjausmenetelmään sekä ilman automaattista koneohjausta toteutettavaan päällysteen korjaukseen. Erityisesti perinteiseen massatasaukseen verrattuna menetelmällä voidaan saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä pienentyneiden tasausmassamäärien vuoksi. Mobiililaserkeilauksen suorittaminen ilman signalointia tuottaa myös kustannussäästöjä absoluuttiseen 3D-koneohjaukseen verrattuna. Pinnasta ohjaavan suhteellisen menetelmän toteutuskustannukset ovat opastavaa koneohjausta korkeammat. Lopputuloksen eli tienpinnan geometrinen tarkkuus ja sitä kautta saavutettu ajomukavuus liikennekäytössä on parempi.

Suhteelliseen ohjausmenetelmään kehitetty koneohjausmalli lisää hieman suunnittelijan työmäärää verrattuna absoluuttisessa 3D-koneohjauksessa tuotettavaan malliin. Suunnittelujärjestelmään luotavien automaattisen toimintojen myötä lisätyöpanoksen määrä on kuitenkin merkityksetön. Kehitetyllä koneohjausmenetelmällä voidaan pienentää koneohjausjärjestelmän tien poikkisuuntaisten paikannusvirheiden aiheuttamia korkeuspoikkeamia.

Suhteellista ohjausmenetelmää kannattaa seuraavaksi kokeilla pilottihankkeissa, joissa tavoitteina voisivat olla ohjaustarkkuuden ja kustannustehokkuuden tässä tutkimuksessa arvioitujen tietojen varmentaminen todellisilla toteumatiedoilla. Työn ohessa laadittiin ehdotus Buildingsmart Finlandin Yleisten inframallivaatimusten ohjeen 11.2 päivittämiseksi.

Control of highway paving in relative coordinate system

Abstract

The aim of the master’s thesis was to research and develop the control of highway paving machines in a relative coordinate system. In the relative control the machine’s tool (milling drum/screed) upward position is controlled in relation to a reference surface, for example an existing paved surface. In absolute 3D control the machine tool’s upward position is aligned according to the machine control model’s global elevation. The accuracy and economy of the method was researched, and a suitable machine control model was developed.

The accuracy of the method in different phases was evaluated by researching measurement data from actual paving projects, literary sources and interviewing experts. Economic efficiency was examined using data from actual projects and by interviewing measurement service providers, measuring device and machine control system salespersons, as well as a designer and a contractor. The development of a suitable machine control model for the method was executed with Finnmap Infra Oy’s designers in a workshop as well as by interviewing experts and conducting literary review.

The results from the research proved that with the relative control method the tolerances for slope and elevation set by the client are met. However, only data gathered from a pilot project will provide information about the actual achievable accuracy.

The economy of paving using the method is good in comparison to the 3D machine control method and pavement repair without machine control. Especially when compared to the traditional method, the savings are significant because of the lower volume of the levelling mix required. The utilisation of mobile laser scanning without control points brings significant savings when compared to 3D machine control. Relative control method’s paving expenses are higher than those in guiding machine control. The quality of the road surface is better which results in a more comfortable driving experience.

The machine control model developed for the relative control method includes some additional work for the designer when compared to the model produced in 3D machine control. However, by creating automatic functions in the design system, the amount of additional work input is negligible. It is possible to mitigate the effects of inaccurate localization in the machine control system with the developed machine control model.

Relative control method should be tested in pilot projects, where the research aims could be the confirmation of the control accuracy and the economy with actual data which where evaluated in this thesis. In addition to the research, a proposal for the update of Buildingsmart Finland’s Common InfraBIM Requirements guide 11.2 was made.

see all

Subjects:
Copyright information: © Mikko Ailisto, 2019. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.