VIA UC Horsens, KLT 4. Semester SPECIALE RAPPORT Kristian Skadhede Vejleder Jørgen Ullvit Til aflevering 13-04-2012
Titelblad Rapport titel: Vejleder: Jørgen Ullvit Forfatter: Kristian Skadhede Dato/Underskrift: 13-04-2012 Studienummer: 138921 Sidetal (á 2400 anslag): 17 sider GENEREL INFORMATION: All rights reserved - ingen del af denne publikation må gengives uden forudgående tilladelse fra forfatteren. BEMÆRK: Dette speciale er udarbejdet som en del af uddannelsen til Kort og Landmålingstekniker alt ansvar vedrørende rådgivning, instruktion eller konklusion fraskrives Side 2
Indholdsfortegnelse Titelblad 2 1. Handlingsplan 4 1.1. Mål for handlingsplanen 4 1.2. Aktiviteter, ressourcer og deadlines 4 2. Indledning og problemformulering 6 2.1. Indledning 6 2.2. Problemformulering og læringsproces 6 2.3. Afgrænsning 6 2.4. Metode 7 3. Opstart og indledende fase i projektet 7 3.1. Projektaftale med Per Aarsleff 7 3.2. Opstart og indhentning af data til projektet 7 3.3. Afgørelse om licitation 8 4. 3D Design og volumenbegningen i Microstation 8 4.1. Opstart med færdig projekttegning fra rådgivende ingeniørfirma 8 4.2. Design af vejkassen og udgravning 9 4.3. InRoadsprogrammet 11 4.4. Planlægningsmøde med ingeniør og formand 12 5. Virksomhedsbesøg og konvertering af data klar til Trimble format 12 5.1. Virksomhedsbesøg hos Trimble forhandler SITECH Danmark A/S 12 5.2. Opsætning af ny maskine med maskinstyring 13 5.3. Konvertering fra Microstation til Trimble format 13 5.4. Sitekalibrering - lokal transformation 14 6. Gravearbejde og opbygning af vejkassen i Sønder Borup 15 6.1. Opstart med maskinstyring og udgravning 15 6.2. Indbygning af flyveaske 16 6.3. Kvalitetssikring med løbende opmåling 17 6.4. Afslutning af projektet 18 7. Fordele og ulemper, samt nøjagtighed ved maskinstyring 18 7.1. Maskinstyring i forhold til traditionelt landmåling 18 7.2. Generelle fordele og ulemper 20 7.3. Nøjagtighed ved brug af maskinstyring 21 8. Konklusion 22 9. Kildeliste 23 10. Bilagsliste 23 11. Digital bilagsliste 24 Side 3
1. Handlingsplan 1.1. Mål for handlingsplanen Med handlingsplanen ønsker jeg kort at beskrive min målsætning for processen, både den teoretiske og praktiske. Jeg ser udformningen af min handlingsplan som en del af læringsprocessen. Det skaber mulighed for fordybelse som videre giver mig mulighed for at udvide mit kompetencespektrum. Hertil bruger jeg handlingsplanen til at bevare fokus på min problemformulering og som retningslinje for mit projektarbejde. 1.2. Aktiviteter, ressourcer og deadlines Sideløbende med udarbejdelse af handlingsplanen udarbejdes en tidsplan (bilag 1), hvoraf flg. fremgår: Aktivitetsbeskrivelse med konkretiserede underpunkter Tidsperiode for aktivitetens udførelse Overordnede deadlines Aktivitet Hvordan opnås målet? DELMÅL 1: Projektstyring Problemformulering. Handlingsplan. Tidsplan. DELMÅL 2: Opstart af projektet Aftale og planlægning med Per Aarsleff om maskinstyringsprojekt. DELMÅL 3: Indhentning af data og it-programmer Maskinstyringsprogram. Data fra bygherre. Data fra ingeniør. DELMÅL 4: Forståelse og viden indenfor maskinstyring Beskrivelse og ressourcer Hvad omfatter aktiviteten? Problemformuleringen skal gennemgås og diskuteres med vejleder. Tidsplanen skal laves med hele dage og uger så der skabes overblik. Skal jeg udføre et reelt stykke arbejde for Per Aarsleff, eller jeg skal lave en case, med sparring fra Per Aarsleff omkring maskinstyring? Få styr på de nødvendige itprogrammer til opgaven. Projektinformation og data fra bygherre og ingeniør. Deadline Hvornår skal aktiviteten være færdig? Uge 7 Uge 8 Uge 9 Side 4
Læringsproces og selvstudie med maskinstyring. Sparring med landmålere hos Aarsleff. Møde/interview med Trimble. DELMÅL 5: Fremstilling af 3D design til projektet Design til maskinstyring tegnes i Microstation. Dialog med Ingeniør og landmåler. DELMÅL 6: Klargøring af gravemaskine i marken og data Konvertering og klargøring af data. Klargøring i marken inden opstart. DELMÅL 7: Kvalitetssikring Kvalitetssikring. Opfølgning på gravearbejdet: DELMÅL 8: Fremlægning, rapport, og produkt Forberedelse til eksamen. Færdige produkter. Rapport klar til aflevering. Selvstudie omkring nøjagtighed og fordele/ ulemper ved maskinstyring. Sparring og samarbejde med landmålere og ingeniører for at udføre opgaven. Aftale møde/interview med forhandler af maskinstyringssoftware i Danmark. Der tegnes og konstrueres det ønskede design i Microstation, som efterfølgende kan anvendes til maskinstyring. Løbende dialog med ingeniør og landmåler hos Aarsleff. Det færdige design skal konverteres til et format, som kan indlæses i gravemaskinen. I marken skal der laves fikspunkter, samt en sitekalibrering. Indhentning af data til udarbejdelse af kvalitetssikring. Besøg arbejdspladsen, indgå dialog med de involverede. Fremlægning af det konstruerede design med billeder fra marken, samt hvad maskinstyring går ud på og kan anvendes til. Et godt resultat i en anlægsopgave med maskinstyring for Per Aarsleff. Den løbende rapportskrivning afsluttes som en del af specialet. Uge 13 Uge 13 Uge 13 Uge 15 Uge 15 Side 5
2. Indledning og problemformulering 2.1. Indledning Mit speciale skal omhandle maskinstyring af entreprenørmaskiner. Det er et område jeg ikke har modtaget undervisning i, men som jeg har skiftet kendskab til og interesse for, under min praktikperiode hos entreprenørfirmaet Per Aarsleff. Jeg ser specialeskrivningen som en oplagt mulighed og udfordring for at udvide og benytte mine kompetencer i landmålervirket, evt. entreprenørbranchen. Under min praktikperiode deltog jeg i opstarten af et nyt vejprojekt syd for Randers i Sønder Borup. På dette projekt har jeg et mål om at udføre maskinstyringsdelen som selve specialet, i samarbejde med entreprenørfirmaet Per Aarsleff. Det vil sige at målet med mit speciale er at udføre et stykke anlægsarbejde med maskinstyring, hvor jeg som landmåler er tilknyttet projektet. Projektet går specifikt ud på anlæggelsen af en rundkørsel. Der er hertil besluttet at genanvende flyveaske fra Studstrup Kraftvarmværk, som har lagt deponeret på Ceres-grunden i Århus frem til nu. Flyveasken skal graves op og anvendes som vejfyld under rundkørslen. Dette er en oplagt opgave med maskinstyring. Det er en bestemt mængde flyveakse som er godkendt af Randers Kommune, der skal graves ned i vejkassen, og indbygges med helt klare specifikationer. Jeg vil påtage mig opgaven som landmåler med maskinstyring fra start til slut. Indsamle data og projektinformationer Selvstudie omkring maskinstyring Udarbejde 3D design i Microstation til udgravningen og opbygningen af vejkassen Godt samarbejde med de involverede parter i projektet Klargøring af data og materiel til selve gravearbejdet Kvalitetssikring og løbende opfølgning på gravearbejdet 2.2. Problemformulering og læringsproces I arbejdet med et stykke reelt landmålerarbejde vil jeg benytte Microstation/InRoads til at konstruere et 3D design, som igennem databehandling kan benyttes til maskinstyring. Hertil vil jeg igennem en beskrivelse af maskinstyringsformer formulere fordele og ulemper, og derigennem undersøge om man med fordel kan bruge maskinstyring frem for traditionel landmåling. 2.3. Afgrænsning Min opgave indeholder bevidst ikke en uddybelse af traditionel landmåling, da jeg har arbejdet meget målrettet med den, for mig ubekendte maskinstyring. Det er min erfaring, at omfanget af opgaven ville blive for stort, hvis jeg også skulle redegøre for traditionel landmåling. Side 6
2.4. Metode I min konstruktion af 3D designet vælger jeg at bruge Microstation/InRoads. Programmet er et cad program som er udviklet af Bentley. Ligeledes det primært benyttede software af landmålerne hos Aarsleff, og et program vi studerende har fået kendskab til igennem studiet. Jeg har også gjort brug af Trimble Business Center i forbindelse med konvertering af data. 3. Opstart og indledende fase i projektet 3.1. Projektaftale med Per Aarsleff Jeg kontaktede først Peter Kjeldahl, ingeniør og byggeleder hos Aarsleff, som er tilknyttet Sønder Borup-projektet. Jeg spurgte om der var mulighed for at jeg kunne udføre maskinstyringsdelen til projektet, som mit speciale. Han var positiv og fandt ideen spændende, men eftersom projektet ikke var færdigforhandlet parterne imellem, kunne han ikke garantere noget. Da vi havde alt udbudsmateriale fra bygherre, aftalte Peter og jeg at jeg, i samråd med landmåler Lars Johansen fra Aarsleff, skulle sørge for den del af arbejdet, hvis aftalen kom i hus. 3.2. Opstart og indhentning af data til projektet Ingeniør Peter Kjeldahl sendte mig alt materialet til projektet som jeg skulle bruge, samt den mailkorrespondance(bilag 2) han havde haft med det rådgivende ingeniørfirma Cowi. Jeg modtog en del tegninger af vejforløbet, samt et oversigtkort over projektet(bilag 3). Hertil sendte han en Autocad tegning i dwg-format af et færdigtegnet projekt i 3D(digitale bilag 1). På grund af den flyveakse som skulle anvendes i vejkassen, var der en masse restrektioner i forhold til miljø og love, beskrevet i ansøgningen om tilladelse efter Miljøbeskyttelseslovens 19 (digital bilag 2). Ansøgningen blev behandlet af Miljø og teknik i Randers Kommune, hvorefter de sendte en afgørelse(digitale bilag 3). På baggrund af de oplysninger, kunne jeg opstarte projektet. Jeg aftalte at mødes med landmåler Lars Johansen i Horsens, hvor han har kontorplads. Han skulle hjælpe mig med opstarten på baggrund af de oplysninger jeg havde modtaget. Vi fandt manglende oplysninger, som skulle indhentes inden jeg kunne begynde at designe vejkassen, i forhold til alle de forskellige jordlag og tykkelser der var et krav. Efterfølgende tog jeg kontakt til rådgivende ingeniør hos Cowi, Thomas Kjergaard. Han var behjælpelig og svarede på flere af de spørgsmål vi havde. Der var stadig en del som skulle på plads indenfor Aarsleff s ansvarsområde. F.eks. designet af vejkassen, i forhold til den nemmeste og mest effektive måde at udføre selve gravarbejdet. Det skulle alt sammen bestemmes, inden jeg kunne påbegynde mit 3D design i cad programmet Microstation. Side 7
3.3. Afgørelse om licitation En onsdag i slut februar, ringede ingeniør Peter Kjeldahl til mig, med nyheden om at Per Aarsleff havde vundet licitationen. Som omfattede at grave flyveaske ned i vejkassen og bygge en sandpude ovenpå, i den kommende rundkørsel ved Sønder Borup, Randers. Dog kun i det afgrænsede område, som beskrevet i afgørelsen fra Miljø og teknik, Randers kommune(digitale bilag 3). Det vil sige kun halvdelen af rundkørslen, skal der graves flyveaske ned under. Det var en glædelig nyhed for os begge, da vi nu kunne koncentrere os om projektet, i den viden, at det blev til noget. For mig og kvaliteten af mit speciale betød det uendelig meget, at firmaet havde vundet licitationen, og det var ikke mindst, en kæmpe motivationsfaktor. Pludselig skulle jeg på en måde til to eksamener. Én eksamen med mit speciale, og én hos Aarsleff. Her skulle jeg designe hele vejkassen 3D i de forskellige jordlag, lave volumenberegning ud fra mit design på sandpuden, flyveasken, råjord på skråninger, afgravet muld og afgravet råjord. Det var en stor mundfuld, men utrolig spændende. Det betød ligeledes meget for den hjælp og sparring jeg kunne få og tillade mig at forvente, fra både landmålere og ingeniører hos Aarsleff, da det nu var i deres interesse, at jeg lærte mest muligt om maskinstyring. Figur: Afgrænsning af udlæggelsen af flyveaske (bilag 5). 4. 3D Design og volumenbegningen i Microstation 4.1. Opstart med færdig projekttegning fra rådgivende ingeniørfirma Jeg havde modtaget en autocad tegning i dwg-format fra rådgivende ingeniørfirma Cowi. Denne tegning var deltvist tegnet i 3D, hvor mange af de forskellige lag og linier ligger i de rigtige højder i Z aksen. Der var ligeledes en del linier som på en eller anden måde, var tegnet i kote 0, men hvor X og Y værdien passede på alle linier og flader. Det var den tegning som skulle danne grundlag for mit design, da det var hele projektet, tegnet som færdig vej, overkant asfalt. Jeg havde i samarbejde med ingeniør Peter Kjeldahl, modtaget alle de brugbare oplysninger til designet af vejkassen, dvs. koblingshøjden, som er højden fra overkant asfalt til overkant sandpude, hvor der er asfalt, stabilgrus og bundsikring imellem. Under det skal der være en sandpude, som ligger ovenpå den flyveaske der bliver lagt ud i bunden af vejkassen, i en tæt membran, således at flyveasken ikke kan forurene den omlæggende jord og grundvandet i forhold til Miljøbeskyttelseslovens 19 (digitale bilag 2). For at starte op Side 8
på mit design, blev jeg nødt til at finde de flader og linier som jeg skulle bruge som hovedlinierne, altså der hvor en linie bryder en anden flade og derved giver et niveauforskel i designet. Jeg valgte at bruge de linier på top skråningerne, som ligger imellem vejene der forbinder rundkørslen, samt de to belægningskanter på kørebanen i rundkørslen, der ligger som to cirkler. De to belægningskanter i cirkler er forholdsvis nemme at kopiere og flytte til den ønskede kote under vejen. På skråningerne havde jeg seks kurve linier med samme radius imellem de tilstødende veje, men de havde hver deres fald. Figur: Autocad tegningen som danner grundlag for hele projektet Det gav mig en del problemer at få konstrueret en cirkel som forbandt alle skråningerne med hver deres fald. Jeg fandt ud af at Microstation kunne konstruere en cirkelbue, hvor man definerer et start-, midt- og slutpunkt på sin cirkelbue. Det gjorde at jeg kunne bruge en skråningslinie som start- og midtpunkt i hver ende af denne linie, hvorefter at definere slutpunktet henover den tilstødende vej, på enden af den anden skråningslinie der støder op mod vejen. Derved fik jeg en cirkelbue med den rigtige radius og fald, som følger den nyværende skråningslinie og derfra med det rette fald og radius, over til den næste skråningslinie. På denne måde forbandt jeg alle mine skråningslinier og fik lavet en samlet cirkelbue, som fulgte de forskellige skrånings linier i både X, Y og Z koordinatet. Jeg kunne nu bruge denne cirkelbue til at kopiere og flytte ned i den ønskede kote under vejen. 4.2. Design af vejkassen og udgravning Som beskrevet ovenfor, havde jeg nu mine hovedlinier fastlagt og kunne dermed begynde at konstruere mine flader på de forskellige jordlag. Jeg havde fået oplyst, via mailkorrespondance fra Vejdirektoratet(digitale bilag 4) at koblingshøjden er 1,3m og sandpuden under skal være 30cm, samt at flyveasken har lag tykkelse på 1m i det tilladte område, hvor den må udlægges. Hældningen på skråningerne i alle jordlag har et anlæg 2, dvs. anlæg er en formel på en hældning som bliver brugt meget indenfor anlægsbranchen(bilag 4). Som det første begyndte jeg at konstruere sandpuden som skal ligge 1,3m under færdig overkant vej, men skal støde imod eksisterende terræn i den vejgrøft som er fra den nyværende vej. Side 9
Vejen skal stadig kunne benyttes af trafikken under arbejdet, hvorefter den skal omlægges, mens de andre entreprenører er i gang med udarbejdelsen af selve rundkørslen. Jeg kopierede hovedlinierne og flyttede dem ned i den rigtige kote i et nyoprettet lag. Figur: Her vises hvordan Sandpuden, Planum og Skråningen ligger i terrænet. De nye flader jeg fik som overkant sandpude, skulle brydes og følge det eksisterende terræn i vejgrøften. Det blev en udfordring, da den flade jeg havde dannet og trianguleret, ikke havde ens hældning eller fald. Der hvor sandpuden kom til at skære imod vejgrøften, blev der en linie med mange knæk og ikke ens fald, da linien skar lidt på tværs af faldet på rundkørslen, og derved blev en buet linie i Z koordinatet. Jeg fandt en metode i Microstation, hvorpå jeg kunne skære de triangulerede linier, jeg havde lavet efter hovedlinierne, imod det eksisterende terræn i vejgrøften. Det tog dage og timer at få styr på metoden. Jeg gjorde dette i Microstation og deres tillægsprogram InRoads, som er et program specialudviklet til konstruktion af vejforløb og volumenberegning mm. Per Aarsleff har en supportaftale med landinspektørerfirmaet Lifa(www.lifa.dk), som har en it-afdeling der specialiserer sig i Microstation og InRoads. Den licens benyttede jeg mig af, og ringede til deres ekspert Anders Wandall. Han var en stor hjælp i forbindelse med navigering i programmet og dets muligheder. Figur: Her ses hvordan sandpude overfladen og det eksisterende terræn rammer hinanden. Side 10
4.3. InRoadsprogrammet InRoads er tillægsprogram til Microstation, produceret af Bentley(www.bentley.com). I In- Roads kan man, efter man har lavet sit design i Microstation, indlæse sine linier, punkter eller flader til et nyoprettet surface. Det gør man på de forskellige flader dvs. på sandpuden, flyveasken osv. Når det er gennemført og gemt i hver sin surfacemappe, kan man triangulere overfladen i 3D, ud fra de linier og punkter man har importeret i dette lag, f.eks. på sandpuden. Når det er udført i alle lag, laver man en volumenberegning imellem de forskellige surface, som også beregner alle trekanter. Det gør at beregningen indkalkulerer alt og bliver meget præcist. Det kræver man er meget omhyggelig med sit design, og at de to overflader passer sammen. Når man f. eks konstruerer et jordlag, tegner man oversiden og gemmer i et surface-lag, hvorefter at tegne undersiden af samme jordlag i et anden surface-lag og gemmer det. Det er meget vigtigt, at de skæringslinier, som deler overside med underside bliver brugt i begge surface-lag, så man faktisk ender med to triangulerede surface-lag, der lukker sammen som én kasse. Hvis man derimod har en lodret kasse i siderne, er det nok at have toppen og bunden af kassen, da beregningen vil udregne lodret mellem de to lag, og komme frem til en korrekt mængde. InRoads har en masse andre gode redskaber, som hjælper med at designe de rigtige linier i en tegning i Microstation. Et redskab jeg ofte brugte var generate sloped surface. Her kan man vælge f.eks. den linie, der er på top skråningskanten, og oplyse hvilken hældning man ønsker på skråningen, ned eller op imod en anden trianguleret overfalde som InRoads har konstrueret. Derefter tegner den hele hældningen med ens fald på skråningen, og danner en ny bund- eller toplinie som følger den overflade som hældningen skære imod, i både X, Y og Z. Nu har man en toplinie og bundlinie på sin skråning, med præcis ens fald, og hvor det rammer præcis det jordlag man ønsker. Dette giver en høj nøjagtighed i det tegnede design, og i den efterfølgende volumenberegning, som er nødvendig. Figur: Her vises hvordan generate sloped surface danner en skråning med anlæg 2, ud fra den linie på overkant sandpude og ned imod planum surface med grøn råjord imellem. Side 11
4.4. Planlægningsmøde med ingeniør og formand Jeg havde næsten færdiggjort mit design af hele projektet, samt lavet volumenberegning på muld og råjord der skulle graves af. Hertil flyveaske, sandpuden og skråninger der skulle indbygges(bilag 5). Vi, ingeniør Peter Kjeldahl, formand Casper Gram og undertegnede som landmåler, aftalte at holde et internt møde i Aarsleff. Vi havde fået lov af Randers kommune til at indbygge et 1m tyk lag flyveaske på det afmærkede område, hvilket gav os en større mængde end de første 3000 m3, som aftalt. På mødet gennemgik vi mit design, hvor vi kom frem til detaljer som skulle laves om. Bl.a. at den eksisterende grøft måtte vi ikke fylde op, da den under projektet, stadig skulle fungere. Mulden ville de også gerne have afgravet på et større område, så vi var sikre på, at den mængde jord på skråningerne kom til at lægge af på råjorden. Mulden må ikke bære en skråning. Jeg gik straks i gang med at lave disse ændringer, så designet kunne foreligge klar til udgravning knap 2 uger efter.(digital bilag 5) Figur: Viser hvordan vejgrøften endte med gul sandpude, grøn skråning og brun eksisterende terræn. 5. Virksomhedsbesøg og konvertering af data klar til Trimble format 5.1. Virksomhedsbesøg hos Trimble forhandler SITECH Danmark A/S Mandag d. 5 marts havde jeg aftalt møde med SITECH Danmark A/S (www.sitech.dk), som er de eneste forhandlere af Trimble maskinstyringsudstyr i Danmark. Mit mål med dette besøg var, at få en bedre general forståelse for hvordan maskinstyring virker, samt hvilke fordele og ulemper det kan have. Et andet mål var at få en aftale om support til min konverteringsproces af data, til det rette Trimble format. Hertil hvad der ellers kunne forekomme nødvendigt i processen, inden mine data kunne indlæses i gravemaskinen. Jeg skulle mødes med Frank Andreasen, teknisk support medarbejder indenfor maskinstyring. Han har baggrund som maskinfører, hvor han bl.a. har arbejdet med maskinstyring de sidste 6-8 år, inden han begyndte hos SITECH. Frank tog godt imod mig, og fortalte en masse brugbart omkring maskinstyring. Side 12
5.2. Opsætning af ny maskine med maskinstyring Når en entreprenør køber en ny maskine, er den ikke klargjort til maskinstyring fra fabrikken side. Hos SITECH er det medarbejderen/landmåleren som laver denne opsætning og klargøring til maskinstyring. Hvis det f.eks. er en gravmaskine som skal monteres med GPS modtager, bliver der for det meste monteret 2 GPS antenner på maskinen, for at give en større nøjagtighed, samt et bedre signal. På bommen, armen og til skovlen bliver der monteret en vinkelsensor med indbygget gyro, som registrer den vinkel som er på den givende del når den bevæger sig. Derved sender den et signal tilbage i maskinen og beregner sig frem til et punkt, et stykke oppe på skovlen. Maskinføreren måler fra dette punkt på skovlen, ud til spisen af skovlen og indtaster det i computeren som sidder i førerhuset. Herefter kalibrerer den selv, efter hvor slidt denne skovl er. Det kræver derfor at maskinføreren husker at måle det løbende, som skovlen bliver slidt. Denne opsætning laver de ude i marken, hvor de måler med totalstation til alle omdrejnings punkter og GPS modtagerne. Derved kan de, ved at beregne afstanden og vinklen, komme frem til det præcise koordinat i X, Y og Z på både midten, og hver side af skovlen. Det er noget nemmere på en bulldozer og grader, hvor de to GPS antenner sidder i samme højde, lodret over bladet på hver sin side. En vinkelsensor sidder på selve maskinen, som regner sig frem til bladet når maskinen ikke står på en vandret overflade. Figur: Her graves ud efter planum. Pilene viser de omdrejningspunkter som bliver opmålt. En vinkelsensor sidder på hver bevægelige del dvs. Inderbom, ydrebom, stik og skovl. De to GPS antenner ses bagpå. 5.3. Konvertering fra Microstation til Trimble format Under mit besøg hos SITECH fik jeg deres Trimble Business Center, som er et cad/konverteringsprogram til maskinstyring. Dette program bruges til at omdanne sit design til det rette format, som kan indlæses i maskinen. I programmet kan man selv tegne sit design eller indlæse forskellige cad formater og anvende dem. Jeg havde tegnet hele mit pro- Side 13
jekt i Microstation og trianguleret mine overflader i InRoads. Disse overflader er gemt som et dtm-format og kan eksporteres som et xml-format i InRoads, hvilket Trimble Business Center kan importere og anvende. I mit tilfælde havde jeg lavet hele designet og alle overflader i Microstation, hvilket gjorde at jeg kun skulle bruge programmet til at konvertere mine data til et svd- og svl-format, som er en overfaldefil og en liniefil der kan indlæses i gravemaskinen. 5.4. Sitekalibrering - lokal transformation Som en del af det at lave maskinstyring, er det også vigtigt at man får helt styr på det koordinatsystem, som bygherre ønsker at projektet bliver udført i. Det som en sitekalibrering går ud på, er at maskinen modtager WGS84 koordinater fra satellitterne, som er et globalt koordinatsystem der følger jordens krumning. Disse WGS84 koordinater skal, ved hjælp af en lokal transformation og højdetilpasning, i dette tilfælde passe bedst muligt med DKTM2 koordinaterne på de fikspunkter, som vi havde modtaget af Vejdirektoratet(bilag 6). Landmåler Lars Johansen og jeg kørte op til den kommende rundkørsel, hvor vi startede med at lave et nyt fikspunkt i WGS84, som vores base kunne opstilles henover. Det gjorde vi ved at måle til fire forskellige fikspunkter, oplyst fra Vejdirektoratet. Herefter målte vi til vores nye fikspunkt og fik et DTKM2 koordinat. Efterfølgende lavede vi en KMS-trans til WGS84. For at lave selve sitekalibreringen, udvalgte vi mindst 4 kendte fikspunkter som dannede en lukket polygon rundt om det givne projektområde(bilag 7). Herefter målte vi de punkter med GPS roveren, koblet sammen med basen som reference i WGS84 koordinat. Det er her vigtig at man giver disse punkter et navn, så man har styr på hvilke punkter der er målt med GPS. Selve sitekalibreringen kan man lave på stedet med sin Trimble controller. Den bruger disse to forskellige koordinater man har på samme punkt og beregner en lokal transformation til den bedst mulige målestoksfaktor. Sagt groft vil det sige at de WGS84 koordinater som følger jordens krumning, bliver bredt ud til et plan niveau og skal passe bedst muligt, med det lokale koordinatsystem. Efter denne kalibrering, kan man med sin totalstation i samme friopstilling lave en kontrol af sin sitekalibrering, hvor man kan afsætte et kendt punkt med den nydannede kalibreringsfil. Her kan man se om der er en afvigelse på punktet. På controlleren danner den en dc-sitekalibreringsfilformat. Den skal indlæses i Trimble Business Center hvor den kan konverteres til et cfg Trimble format. Nu er sitekalibreringsfilen færdig, og skal lægges ved de forskellige overflade filer, som er dannet tidligere til projektet. Det som sker, er at maskinen modtager WGS84 koordinater. Selve designet er i DKTM2 koordinater, nu hvor maskinen har en sitekalibrerings fil vil WGS84 koordinaterne komme til at lægge bedst muligt ifølge DKTM2 koordinaterne og målestoksfaktoren vil lægge sin så tæt på 1 som muligt og derved opnå størst mulig nøjagtighed. Selve sitekalibreringen er jeg ikke gået mere i dybden med, da det er et helt speciale for sig selv. Side 14
6. Gravearbejde og opbygning af vejkassen i Sønder Borup 6.1. Opstart med maskinstyring og udgravning Mandag morgen d. 19.3.2012 startede selve byggeprocessen, hvor landmåler Lars Johansen og undertegnede, sammen med en maskinfører, samt formand Casper Gram. Som det første viste Lars og jeg maskinføreren hvordan og hvorhenne de, under byggeperioden skulle opstille basen hver morgen, over det fikspunkt som vi havde etableret. Jeg havde udarbejdet en arbejdstegning med en beskrivelse af selve arbejdsprocessen for maskinføreren, så han havde et visuelt billede af opgaven, samt en beskrivelse(bilag 8). I den benyttede gravmaskine sad et hukommelses CF-kort i skærmen, i førerhuset. Med dette kort kunne jeg overføre de mapper jeg havde dannet, med forskellige Trimble overfalde filer, samt sitekalibreringsfilen i hver mappe til hukommelseskortet. Kortet indlæses i gravmaskinen, hvor den kobler sig til basen. For at kontrollere gravmaskinen havde vi afmærket et punkt på vejen med en given kote, hvorefter maskinføreren kunne sætte sin skovl ovenpå, for at kontrollere om han fik den samme kote på skærmen. Der var en afvigelse på ca. 15mm i højden, hvilket er godkendt, og et godt stykke under fejlgrænsen på ca. 5cm ved denne anlægsopgave. Figur: Her ses det fikspunkt som maskinføreren skal bruge Efter denne kontrol og gennemgang af arbejdsprocessen, gik maskinføreren straks i gang med at grave muld af efter mit planum design. Efter mulden er gravet væk, skal råjorden graves væk ned til planum. Processen tager ca. tre dage, og alt råjorden på nær den mængde jeg havde beregnet til opbygning af skråninger, blev kørt væk i lastbiler. Under udgravningen af råjorden fandt vi et kabel som gik langs vejgrøften. Det valgte vi naturligvis at lade ligge. Det betød at der ville blive en mindre mængde flyveaske end først beregnet, da vi ikke valgte at grave mere råjord væk langs vejgrøften hvor kablet lå. Side 15
Figur: Her ses hvordan råjorden bliver gravet væk og kørt derfra 6.2. Indbygning af flyveaske Da jorden var gravet helt ned til planum, blev der lagt en fibermembran ud på den overfalde hvor flyveasken skulle indbygges. Flyveasken ligger i jorden på Ceres grunden i Århus, hvor den så bliver gravet op og kørt til Sønder Borup i lastbiler som ca. kan have 20-25m3 pr. læs. Det bliver til ca. 150 læs efter min mængdeberegning. Tilladelsen til at køre med denne flyveaske blev desværre forsinket i projektet, hvilket betød at projektet mere eller mindre lå stille i en uge. Den gravemaskine som var på pladsen var allerede booket til en anden plads. Vi fik altså lidt et planlægningsproblem. Foruden den gravemaskine som havde hele maskinstyringsprojektet indlæst, var der ikke noget at grave efter. Heldigvis blev en anden gravemaskine ledig, som også var sat op til maskinstyring. Denne maskine var sat op med et GSM modem som kunne få forbindelse til en server. Jeg modtog et link på min mail til denne Trimble server og kunne, ligesom før lægge mine forskellige 3D design overfalder ind. Denne gang kunne jeg gøre det fra min hjemmecomputer, på hvilken som helst tidspunkt og sted, hvor der var en internetforbindelse. Det var igen en opgave, som jeg ikke har haft kendskab til før. Det viste sig at være enkelt, da mine forskellige mapper med data var dannet og bare skulle uploades til denne server, som Aarsleff har licens til at benytte. Jeg tog op til pladsen mandag d. 2. april, hvor vi skulle starte op igen. Den nye Maskinfører Jannik havde allerede fundet mine mapper med designet på serveren, og der var ingen problemer med at indlæse det i maskinen. Han kontrollerede efterfølgende det fikspunkt vi havde lavet på vejen, som passede indenfor 2 cm. Arbejdet gik i gang med at fylde vejkassen op med flyveaske og jeg kunne roligt køre hjem og arbejde videre. Side 16
Figur: Her vises et billede af serven, hvor man kan se Sønder Borup projektet er indlæst under den rette gravemaskine KOMAT- SU 41124 Figur: Her ses hvordan flyveasken bliver lagt ud og komprimeret med en tromle 6.3. Kvalitetssikring med løbende opmåling Som en del af maskinstyring kan maskinføreren opmåle og registrere punkter (X,Y og Z) med højre eller venstre spis af skovlen. Dette gør han løbende ved blot at trykke på en knap, mens han graver efter en overfalde. F.eks. planum eller når han retter en sandpude af efter sit design på skærmen. Det er endnu en stor fordel ved maskinstyring, fordi det gør at landmåleren ikke behøver at køre ud og måle op hver anden dag. Maskinføreren kan derimod, imens han graver med maskinen, også opmåle punkter og senere overføre de data til land- Side 17
måleren, som han skal bruge til kvalitetssikring ved afslutning af projektet. Det er også blevet gjort i Sønder Borup, hvor jeg modtog flere punktfiler med målinger fra hvert jordlag, som derefter kunne indlæses i Microstation. Jeg gjorde det, at de opmålte punkter som jeg havde indlæst, målte jeg det samme punkt i X og Y på mit design i Microstation. På den måde fik jeg to forskellige punktkoter som jeg kunne danne et resultat ud fra, og vurdere selve udgravningen Asbuilt i nøjagtighed, som er det færdige stykke arbejde som er udført(bilag 9). Tolerancen på en type udgravning som denne, oplyser Aarsleff er normalt +/- 50mm hvilket vi fint overholder, dog 2 punkter i planum som er lige over grænsen. Figur: Her ses Skærmen i førerhuset, hvor maskinføreren kan følge sin skovl og opmåle punkter. 6.4. Afslutning af projektet Opbygningen af flyveasken viste sig at være mere besværlig end først antaget, da den ikke er så nem at håndtere som jord eller sand. Det medvirkede til at projektet blev yderligere udsat, og desværre ikke nåede at blive helt færdig, før jeg skulle aflevere dette speciale. Jeg er dog stadig tilknyttet arbejdet for Aarsleff, og skal lave kvalitetssikring af projektet inden det skal afleveres til bygherre. Under mit speciale har jeg haft et tæt samarbejde med flere forskellige fagfolk hos Aarsleff, som også beskrevet i min rapport. Ingeniør og byggeleder på Sønder Borup sagen, Peter Kjeldahl har i samarbejde med landmåler Lars Johansen lavet en udtalelse fra Per Aarsleff, omkring min arbejdsindsats og kompetence som kommende landmåler i Sønder Borup projektet (bilag 10). 7. Fordele og ulemper, samt nøjagtighed ved maskinstyring 7.1. Maskinstyring i forhold til traditionelt landmåling Som en primær del af mit speciales problemformulering, vil jeg i nedenstående afsnit prøve at beskrive den markante forskel og eventuelle fordel ved Maskinstyring i Sønder Borup projektet, frem for den traditionelle Landmåler metode. 3D designet i Microstation skal laves ved begge metoder. Ved en traditionel afsætning skal man alligevel have konstrueret i f.eks. Microstation de rigtige linier og flader til at afsætte punkter efter. Ingen markant forskel Side 18
Opsætning af eventuel base og sitekalibrering, er også en slags del af arbejdet ved en traditionel metode, hvor der skal etableres nogle fikspunkter og laves en netberegning inden pladsen er klar til arbejde. Ingen markant forskel Under udgravningen er der en markant forskel og fordel ved Maskinstyring. Så snart gravemaskinen har indlæst designet og kontrolleret på et fikspunkt, kunne maskinføreren gå i gang. Eventuel ventetid opstod heller ikke for landmåleren, da maskinføreren frit kunne arbejde efter hvilket jordlag han ønskede. Som landmåler er man stort set ikke involveret i projektet under udgravningen. Ved den traditionelle metode vil landmåleren være nødt til at skulle forbi hver dag, og dertil lave nye afsætninger og kontrollere udgravning løbende, samt være en håndmand fast på pladsen til at hjælpe maskinføreren med at grave efter et nivelleringsinstrument. Markant forskel og fordel ved maskinstyring Opbygning af flyveaske, skråninger og sandpude. Det er de samme ting, som gør sig gældende ved opbygningen, som ved udgravningen. Maskinføreren kan frit arbejde efter designet. Landmåleren er stort set ikke involveret i denne fase, hvor på traditionel vis ville han forekomme på pladsen hver dag. Markant forskel og fordel ved maskinstyring Kvalitetssikring under selve udgravningen og opbygningen er det min overbevisning at nøjagtigheden er en smule bedre ved maskinstyring end ved traditionel Landmåling. Det kommer dog an på flere faktorer, f.eks. hvor god er maskinføreren at grave samt landmåleren er til at afsætte osv. Fordelen ved maskinstyring er at maskinføreren altid kan se hvordan han skal grave i forhold til designet, på ethvert givent punkt. Den mulighed har han ikke på traditionel vis, hvor det kun er over de afsætte punkter, at han ved hvor han skal grave og jævne terrænet ud imellem punkterne. Det mener jeg giver en større nøjagtighed i gravearbejdet, da man hele tiden har en flade at følge, og ikke kun nogle punkter. Opmåling Asbuilt forgik også med gravemaskinen. Denne indmåling afhænger meget af maskinføreren og hvor dygtig han er til at måle alle knæklinier et fladnivellement. Gravemaskinen og føreren vil aldrig kunne lave en nær så god opmåling, i forhold til en landmåler med hans erfaring, viden og udstyr. På dette område har traditionelt landmåling stadig en fordel. Ved mange anlægsopgaver, hvor nøjagtighedskravene er knap så høje, kan indmåling med maskinstyring godt anvendes og derved spares tid og penge. Mindre markant forskel og fordel ved maskinstyring Side 19
7.2. Generelle fordele og ulemper Fordele Forbedret nøjagtighed. Bygherre får hvad der vises på tegningerne. Forbedret effektivitet. Arbejdet udføres korrekt første gang. Forbedret sikkerhed. Ingen mennesker omkring maskinen, og omkostning til håndmand reduceres. Maskinfører har bedre overblik. Han oplever større tilfredshed. Han er med hele tiden. Mindre risiko for fejl med hele 3D designet i maskinen. Landmåleren har mulighed for at lave næsten hele arbejdet fra sin kontorplads, dvs. mindre spildt tid på transport. Maskinføreren kan lave opmålinger i maskinen og sende det via en trådløs forbindelse til landmåleren. Det samme kan landmåleren ved at sende data til maskinen trådløst. Der er ingen pløkker som står i vejen eller er mistet pga. påkørsel osv. Ingen ventetid på landmåler imellem de forskellige afsætninger som traditionelt. Ulemper Der ligger en begrænsning i brug af GPS: I tæt bebyggede områder eller i områder dækket med skov forekommer dårligt signal. I områder med utilstrækkelig satellitdækning. På arbejdspladser uden tilstrækkeligt uddannede og kvalificerede medarbejdere. Indkøb og opsætning af maskinstyring er en stor investering. Eventuelle fejl i designet er svære at opdage for maskinføreren, da han bliver nød til at stole blindt på designet. Mulighed for nedbrydning af hardware og software samt strømsvigt. Side 20
7.3. Nøjagtighed ved brug af maskinstyring Som udgangspunkt har maskinstyring en ret god nøjagtighed, som kan variere efter hvilken opsætning som maskinen kører efter. Der findes tre forskellige opsætninger til maskinstyring, dvs. måden de modtager deres signal, og derved kan styre efter et design, som ligger i et koordinatsystem. RTK: (Base) Fordele: Ubegrænset antal maskiner kan benytte en base og køre på samme net, dog med en rækkevidde på ca. 8 km (radius). Bedre nøjagtighed. Ingen løbende udgift efter indkøb af base. Ulemper: Ingen trådløs forbindelse til en server, som giver mulighed for overførsel af data. Kan dog efter indkøb af et modem til en server. Stor investering, ca. 115.000 kr. ved indkøb af base. Mere krævende opsætning og mulighed for tyveri, da basen skal stå fremme over det samme punkt. Nøjagtighed: Forventet cirka 1 cm plan, 2 cm højde ved brug af base/ GLONASS. I praksis ca. 2-3 cm på højden. GSM: (Korrektioner via telefon) Fordele: Maskinen er opkoblet til en server, så der er mulighed for overførsel af data til og fra maskinen. Nem og hurtig at tilslutte både ved opsætning af et nyt projekt, og daglig brug. Kan arbejde frit alle steder med GSM dækning. Mindre investering ved indkøb af GSM modem. Ulemper: Kun én maskine kan kobles på reference nettet, på en GSM opkobling. Opkaldsafgift via modem forbindelse, hver gang maskinstyringen bliver brugt med GSM opkobling. Mindre nøjagtighed, dog rigtig godt på vej og bliver hele tiden bedre. Nøjagtighed: Forventet nøjagtighed cirka 2-4 cm i plan og højde. Side 21
ATS: (Totalstation) Fordele: Størst mulig nøjagtighed, hvilket giver mulighed for endnu flere typer opgaver. Virker alle steder især med stor fordel, hvor der er dårlig dækning på GPS nettet. Prismet justerer automatisk i højde på maskine, sådan så robot totalstationen altid kan fange prismet. Ingen løbende udgift ved brug af totalstation. Ulemper: Kun én maskine kan bruge totalstationen af gangen. Opstilling af totalstation i koordinatsystem hver dag. Stor investering ved indkøb af totalstation ca. 250.000 kr. Nøjagtighed: Ved at benytte Robot-totalstation og prisme monteret på maskinen, kan der opnås en nøjagtighed i plan og højde på cirka 1 cm. (Især anvendt på grader, som primær retter en overflade af). NB: Flere af ovenstående oplysninger er henholdt til en intern rapport om maskinstyring som Aarsleff har lavet, den må desværre ikke tages med som et bilag. 8. Konklusion Som en del af vores uddannelse til Kort og landmålingstekniker, har vi haft kendskab til Microstation ved tidligere projekter. Under min praktikperiode hos Aarsleff brugte jeg Microstation og InRoads, som en fast del at arbejdet som landmåler. Det har været en stor fordel for dette speciale. Microstation og InRoads er nogle programmer, som kræver utrolig meget tid og tålmodighed, for at opnå en viden og kendskab til de utallige funktioner, som de tilbyder. Jeg har brugt mange timer på at få mit design til at passe og lykkes, efter de stillede krav. Jeg har gjort mig nogle gode praksis erfaringer med Microstation og InRoads, ved at skrive dette speciale og lave et reelt stykke arbejde. I processen med databehandling til maskinstyring benyttede jeg Trimble Business Center programmet, som bl.a. kan konvertere Microstation filer til et Trimble-format mm. Igennem en intern rapport om maskinstyring fra Aarsleff, samt dialog med både landmålere, maskinførere og teknisk support medarbejdere hos SITECH har jeg fundet frem til de forskellige maskinstyringsformer, og beskrevet generelle fordele, ulemper og nøjagtigheder i det ovenstående. Ud fra den beskrivelse kan man vurdere hvilken maskinstyringsform som passer bedst til de forskellige arbejdsopgaver. I Sønder Borup projektet var der en klar fordel ved at bruge maskinstyring, både for landmåler og maskinfører. Maskinstyring er en stor økonomisk investering, så der kommer til at gå en periode og mænge af arbejde som egner sig til maskinstyring, før det giver en økonomisk Side 22
fordel for en entreprenørvirksomhed. Per Aarsleff har investeret og kørt med maskinstyring i flere år. Derved benytter de også systemet til enhver given opgave, for at opnå et bedre resultat, både i udførslen af selve arbejdet og i en effektivisering fremadrettet. Den generelle holdning imellem maskinførerne hos Per Aarsleff, er at de fortrækker at arbejde med maskinstyring frem for traditionel vis, da det giver dem en mere fri arbejdsgang og medbestemmelse i deres arbejde. Personligt troede jeg at de ikke fortræk maskinstyring, da det kræver de har it-forståelse og lyst til at sætte sig grundigt ind i systemet, og dens mange funktioner. Det er klart positivt at de også gerne vil følge med udviklingen, og skabe et bedre samarbejde med landmåleren. Personligt efter kendskab med maskinstyring, mener jeg at det med fordel kan anvendes til mange anlægsopgaver. Det er også den generelle holdning som landmålerne har hos Aarsleff, men traditionel landmåling vil altid danne grundlaget for en landmåler. 9. Kildeliste Internetsider: http://www.lifa.dk/ Benyttet d. 21 Feb. 2012 http://www.bentley.com/en-us/ Benyttet Marts 2012 http://www.sitech.dk/default.asp?action=details&item=396 Benyttet Marts 2012 Rapport: Rapport til intern brug for Aarsleff, Maskinstyring i Aarsleff. 10. Bilagsliste Bilag: 1. Tidsplan. Giver det overblik over hele projektet og hvornår processerne har fundet sted. 2. Mailkorrespondance. Der viser den dialog, som har været i opstarten af projektet. 3. Oversigtskort. Fra rådgivende ingeniør, som viser det kommende vejprojekt. 4. Formel på Anlæg. Print fra formelsamling, der viser hvordan man beregner anlæg. 5. Volumenberegning. Resultat af mængdeberegningen, fra de forskellige jordlag. 6. Fikspunkter DKTM. Koordinatliste fra Vejdirektoratet over området. 7. Sitekalibrering. Et oversigtskort som viser den polygon, vi brugte til indmålingen. 8. Tværprofil. Konstrueret tværprofil af vejkassen, samt arbejdsbeskrivelse af opgaven. 9. Asbuilt-Planum. Kvalitetssikring af planum, med resultat fra opmålingen af planum. 10. Udtalelse for Udførelse af Speciale. En udtalelse fra Per Aarsleff, omkring min indsats i projektet. Side 23
11. Digital bilagsliste Digitale bilag: 1. 41510-CW-01-DT-EXM-G-PL_Rundkoersel.dwg. Projekttegning fra rådgivende ingeniør Cowi. 2. 19-Ansøgning. Ansøgning om tilladelse, til indbygning af flyveaske i Sønder Borup. 3. Afgørelse Randers Kommune. Afgørelse fra Randers Kommune, om tilladelse fra efter Miljøbeskyttelseslovens 19 4. Mailkorrespondance. Oplysninger fra Vejdirektoratet, ang. Specifikationer i Sønder Borup projektet. 5. Terrænprofil_Sønderborup.dgn. Microstation-fil som viser 3D design, der er behandlet til maskinstyring. Side 24