CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE

Implementation of satellite geodetic GNSS methods and inertial navigation systems for automated geocontrol of construction processes in dense urban environments

Authors

  • Dmitry V. Mikhaylov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337
  • Ilya S. Ryabokon National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337

How to cite

GOST Mikhaylov D. V., Ryabokon I. S. Implementation of satellite geodetic GNSS methods and inertial navigation systems for automated geocontrol of construction processes in dense urban environments // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2026. Vol. 70. No. 1. P. 39-48.
APA Mikhaylov, D. V. & Ryabokon, I. S. (2026). Implementation of satellite geodetic GNSS methods and inertial navigation systems for automated geocontrol of construction processes in dense urban environments. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 70(1), 39-48.

Abstract

The article is devoted to the implementation of integrated GNSS/INS navigation systems for automated geocontrol of construction processes in dense urban environments, where the urban canyon effect, multipath interference, and electromagnetic disturbances significantly reduce the reliability of satellite positioning. The aim of the study is to develop and experimentally validate a robust methodology for integrating GNSS and inertial navigation system data to ensure continuous and sufficiently accurate coordinate support for automated construction machinery control systems and digital twins of construction production. The materials and methods include field experiments at high-rise construction sites using multisystem dual-frequency GNSS receivers (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) integrated with MEMS-based IMUs installed on 12 units of construction machinery (bulldozers, graders, excavators, asphalt pavers); processing of more than 4 TB of raw data was carried out in an extended Kalman filter environment implementing both loosely and tightly coupled integration schemes, followed by verification using robotic total stations, PPK solutions, and terrestrial laser scanning. It is shown that the use of the hybrid GNSS/INS system reduces the RMS of horizontal coordinates under partial horizon obstruction from 4.7–5.1 to 1.5–1.6 cm, and under deep canyon conditions from 18–21 to 3–3.5 cm, while increasing solution availability from ~42 to >94 %, thus ensuring compliance with construction tolerances. The inertial subsystem drift was analyzed, revealing that with signal outages up to 10–20 s, the error does not exceed 2–3 cm, and the filter reinitialization time is less than 1.5 s. The production analysis demonstrates an increase in equipment productivity by 40–52 %, a reduction in rework share to less than 2 %, and fuel savings of up to 18–19 % due to fewer passes and higher first-pass accuracy. The prospects for integrating the proposed algorithms with BIM models, collaborative navigation technologies, and artificial intelligence elements for predictive assessment of the navigation field quality and transition to fully developed digital twins of construction processes are discussed.

Keywords

satellite geodetic methods GNSS/INS integration automated geocontrol dense urban environment construction machinery

References

Акифьев И.В., Ерёмкин А.И., Пономарева И.К. Инновационный метод выполнения геодезических работ в строительстве на принципах навигационной системы ГЛОНАСС // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 4 (53). С. 111-119.

Акифьев И.В., Ерёмкин А.И., Пономарева И.К. Сравнительный анализ современных геодезических методов определения координат в реальных условиях на строительной площадке // Региональная архитектура и строительство. 2023. № 1 (54). С. 129-136.

Варфоломеев А.Ф., Виняев Д.А. Создание планового геодезического обоснования с использованием глобальных систем позиционирования // Огарёв-Online. 2022. № 4 (173).

Грибкова И.С., Кузьмин Р.О., Щенявская Л.А., Панютищева А.А. Современные методы и приборы геодезического мониторинга зданий и сооружений // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2023. № 2. С. 44-47.

Ерёмкин А.И., Акифьев И.В., Пономарева И.К. Анализ развития возможностей ГЛОНАСС для выполнения геодезических работ в строительстве на современном этапе развития спутниковых технологий // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 3 (52). С. 199-212.

Зверев Е.О., Еремин Р.А., Пудова Н.Г. Системный подход к решению задачи по площадному обследованию грунтов основания дорожных конструкций // Дороги и мосты. 2022. № 2 (48). С. 98-110.

Катенин В.А., Чубыкин А.А., Ойстрик А.К. Концепция создания и развития морской подсистемы глобальной системы мониторинга геодезических параметров Земли // Навигация и гидрография. 2024. № 75. С. 61-76.

Коваленко А.К., Тесленок С.А., Калашникова Л.Г., Богдашкина О.Ф., Дмитриев П.С., Скурихин А.А., Фомин И.А. Применение метода позиционирования высокой точности для геодезического обеспечения аэрофотосъемочных работ при инженерных изысканиях // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2024. Т. 30. № 1. С. 632-649.

Мартынова Н.Г. Инженерно-геодезические изыскания при строительстве газопровода // International Agricultural Journal. 2023. Т. 66. № 2. С. 554-566.

Мустафин М.Г., Мохамад Н. Методика создания и корректирования плановых геодезических сетей с использованием спутниковых определений и учетом разносистемных пунктов // Маркшейдерский вестник. 2024. № 1. С. 41-47.

Нархов Д.Ю. Использование современных технологий при геодезических работах // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 5. С. 27-28.

Непоклонов В.Б., Гусев И.В., Вшивкова О.В., Васютинский И.Ю. Перспективы использования российской космической геодезической системы в научной и социально-экономической сфере // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2023. Т. 67. № 4. С. 6-25.

Пшидаток С.К., Солодунов А.А., Сарксян Л.Д., Харатян А.А. Опыт применения спутниковой геодезической аппаратуры при проведении инженерно-геодезических изысканий // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2022. № 177. С. 247-257.

Пшидаток С.К., Солодунов А.А., Хачирова В.Р. Анализ оценки качества ГНСС в ходе выполнения аэросканирования // Экономика и предпринимательство. 2023. № 3 (152). С. 1249-1254.

Филатова А.В., Леонова З.А. Опыт применения спутниковой геодезической аппаратуры при проведении инженерно-геодезических изысканий // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 103-7. С. 108-110.

Issue

Section

CONSTRUCTION AND ARCHITECTURE

Metrics

128 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

<< < 1 2 3 4 5 6 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.