Внедрение спутниковых геодезических методов GNSS и инерциальных навигационных систем для автоматизированного геоконтроля строительных процессов в условиях плотной городской застройки

Аннотация

Статья посвящена внедрению комплексированных навигационных систем GNSS/INS для автоматизированного геоконтроля строительных процессов в условиях плотной городской застройки, где эффект городского каньона , многолучевость и электромагнитные помехи резко снижают надежность спутникового позиционирования. Целью работы является разработка и экспериментальная проверка робастной методики комплексирования данных GNSS и инерциальных навигационных систем, обеспечивающей непрерывное и достаточное по точности координатное обеспечение для систем автоматизированного управления строительной техникой и цифровых двойников строительного производства. Материалы и методы включают натурные эксперименты на высотных стройплощадках с использованием мультисистемных двухчастотных GNSS-приемников (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou), интегрированных с MEMS-основанными IMU, установленных на 12 единицах техники (бульдозеры, грейдеры, экскаваторы, асфальтоукладчики); обработка более 4 ТБ сырых данных выполнялась в среде расширенного фильтра Калмана с реализацией слабосвязанной и жесткосвязанной схем интеграции и последующей верификацией по роботизированным тахеометрам, PPK-решениям и наземному лазерному сканированию. Показано, что применение гибридной GNSS/INS-системы снижает СКО плановых координат в условиях частичного перекрытия горизонта с 4,7–5,1 до 1,5–1,6 см, а в условиях глубокого каньона — с 18–21 до 3–3,5 см при росте доступности решения с ~42 до >94 %, обеспечивая соблюдение строительных допусков; проанализирован дрейф инерциальной подсистемы, установлено, что при потерях сигнала до 10–20 с ошибка не превышает 2–3 см, а время реинициализации фильтра составляет менее 1,5 с. Производственный анализ демонстрирует увеличение выработки техники на 40–52 %, снижение доли переделок до меньше 2 % и экономию топлива до 18–19 % за счет уменьшения числа проходов и повышения точности работ с первого раза . Обсуждаются перспективы интеграции предложенных алгоритмов с BIM-моделями, технологиями коллективной навигации и элементами искусственного интеллекта для предиктивной оценки качества навигационного поля и перехода к полноценным цифровым двойникам строительных процессов.