Pro získání zde uvedených informací jsem zajel do Polska na akci s názvem Trimble Construction Live. Zemní stroje všech druhů se všemi způsoby nivelace v prostředí reálné stavby – to bylo to pravé, abych mohl jednotlivé systémy poznat z pohledu uživatele a uvést jejich rozdíly, výhody a nevýhody. Kromě firmy Trimble patří mezi významné výrobce také Topcon a Leica, ovšem princip fungování a používání je napříč systémy těchto značek stejný.

2D

2D nivelace je řízení strojů pomocí laserového paprsku pouze v jedné rovině. Tuto rovinu, která je rovnoběžná s plánovaným povrchem, nastavíme na laserovém rozmetači – podle ní se stroj řídí. Tato metoda neumožňuje tvořit složitější terén, pouze rovné plochy a svahy, ani nám neřekne, kde jsou půdorysné okraje srovnávané plochy. Tu nám musí předem vykolíkovat pracovník stavby na základě nivelačních bodů od geodeta.

Na radlici dozeru nebo grejdru jsou umístěna laserová čidla tak, aby byla vždy z rozmetače vidět, tzn. měla by přesáhnout výšku kabiny. Proto jsou namontována na sloupech, pružně uložených pomocí silentbloků. Sloupy jsou výškově (manuálně nebo elektricky) nastavitelné, aby byla laserová čidla umístěna ve stejné výšce s rozmetačem.

Na radlici lze umístit jeden sloup s laserovým čidlem v kombinaci s čidlem sklonu, což je levnější řešení, nebo dva sloupy s laserovými čidly, což umožní přesnější práci v různých polohách stroje vůči laserovému rozmetači.

2D řízení může být manuální, kdy strojník na základě indikátorů v podobě šipek přímo na venkovním čidle nebo na displeji v kabině upravuje výšku a naklopení radlice, anebo může být automatizované. V tom případě se radlice ovládá sama a strojník pouze řídí pojezd stroje, případně horizontální natáčení radlice.

2D řízení lze použít i na rypadlech. Na rozdíl od dozeru a grejdru musíme oželet automatický režim, avšak obejdeme se i bez laseru. Tzn. jedná se o jediný případ, kdy v blízkosti stroje nemusíme mít postavenu žádnou „trojnožku“ a vystačíme si pouze se strojem jako takovým. Pouze se „odpíchneme“ od nějakého vytyčeného bodu, který budeme považovat za výchozí. Úhlová čidla jsou navařena na výložník, násadu i táhlo lžíce, takže systém přesně ví, v jaké poloze a sklonu se právě nacházejí zuby nebo břit lžíce (do paměti lze uložit více lžic, systém umí pracovat i s naklápěcí svahovkou).

Na displeji v kabině nastavíme hloubku a sklon výkopu, případně přímo jeho celý příčný profil. Monitor tento řez vykreslí a poté ukazuje, v kterém místě profilu se zrovna lžíce nachází. Zároveň pomocí šipek ukazuje, zda jsme nad nebo již pod profilem. Po přesunu rypadla nemusíme profil vyťukávat celý znova, stačí jen umístit lžíci na známý bod profilu, který jsme vykopali z prvního stanoviště rypadla, a systém vše přepočítá na novou polohu stroje.

Kromě laserových 2D systémů se stále ještě používá také ultrazvukové navádění, kdy ultrazvukový senzor umístěný na stroji vysílá zvukový puls k referenční rovině, určené nataženým nivelačním lankem nebo přímo nějakou stavební konstrukcí.

3D

Na rozdíl od 2D systému nám 3D systém umožňuje vytvářet plochy i velmi složitých tvarů. Pro používání jakéhokoliv 3D systému musíme disponovat projektem v trojrozměrné podobě. Výstupní výkresy z projekčního programu jsou načteny programem výrobce nivelačního systému, který data zkontroluje a upraví pro zápis do kontrolní jednotky ve stroji.

Stejně jako u 2D systému, řízení radlice grejdrů a dozerů může být indikační nebo plně automatické. 3D je možno stejně jako 2D použít i na rypadlech.

3D systémy se rozdělují na dvě skupiny podle toho, zda spolupracují s totální stanicí nebo GPS.

3D systémy s totální stanicí

Někam poblíž stroje umístíme totální stanici, což je takový lepší teodolit, který kromě vodorovných a výškových úhlů umí měřit i vzdálenost, a díky zabudovanému počítači vše na místě spočítá a zobrazí na své kontrolní jednotce umístěné v kabině stroje. Dosah totální stanice je přibližně 200 m. Pro řízení zemních strojů se používají motorizované stanice, které se automaticky otáčejí a naklápějí, aby neustále sledovaly odrazný hranol na stavebním stroji. Opět zde platí, že hranol musí být umístěn nad kabinou, montážní sloup je stejný jako u 2D systému, ovšem je možno použít jen jeden hranol, o zbytek se postarají další senzory. Například u grejdrů se používá senzorů poměrně dost, sleduje se i natočení radlice a podélný sklon celého stroje.

Každý stroj musí mít k sobě přiřazenu jednu totální stanici, dokonce pokud bychom teoreticky chtěli mít na radlici jednoho stroje dva hranoly, museli bychom pro jeho řízení použít dvě totální stanice. Více totálních stanic na stavbě se navzájem neruší, pokud na každé z nich nastavíme jinou frekvenci. Výhodou 3D nivelace ve spojení s totální stanicí je přesnost 3 – 5 mm a možnost použití všude tam, kde by mohl být problém s příjmem signálu GPS (v krytých halách apod.).

3D systémy s GPS

Vzhledem k nižší přesnosti GPS se ani zde nezbavíme nutnosti mít někde na staveništi postavenou „trojnožku“. Tentokrát se jedná o tzv. referenční GPS stanici, která se zkalibruje pro prostředí dané stavby a zpřesňuje údaje získané přímo z vesmírných satelitů. Pro všechny stroje na stavbě v okruhu až 5 km postačuje jediná referenční GPS stanice. Díky referenční stanici se přesnost GPS zvýší na 20 – 30 mm.

Na strojích jsou umístěny dva stožáry, které jsou na rozdíl od 2D a 3D s totální stanicí kratší (signálu GPS kabina stroje nevadí), nelze je výškově nastavovat (u GPS je to zbytečné) a nejsou odpružené (pro větší přesnost, nehrozí poškození výsuvného mechanizmu). Na stožárech jsou umístěny GPS antény a v případě firmy Trimble rovnou i přijímače. Kromě toho je ještě na stroji umístěno rádio, zpravidla u vrcholu kabiny. GPS antény přijímají signál ze satelitů, naopak rádio zachycuje informace od referenční GPS stanice, která zpětně koriguje údaje získané od satelitů. I přesto však GPS přesnosti totálních stanic nedosahuje, u finišeru je nezbytné provádět výškové zpřesnění pomocí laseru.

3D systémy s GPS najdou uplatnění i u vibračních válců, u kterých nesledují nivelaci, nýbrž počet pojezdů a míru zhutnění povrchu.

Kterou zvolit?

Pokud nás k tomu nenutí zvláštní charakter našich staveb, je dnes GPS jasnou volbou oproti totálním stanicím. Pořizovací cena je dnes již pomalu na stejné úrovni, přičemž se cenová výhoda GPS zvyšuje při montáži systému na každý další stroj v rámci jedné stavby, kdy nám stačí stále jedna a tatáž referenční GPS stanice, která má navíc oproti totální stanici 25x větší dosah.

Naproti tomu bez 3D projektové dokumentace je nám jakýkoliv 3D systém k ničemu. U 3D systému pak sundáme ze sloupů hranoly (v případě 3D s totální stanicí) nebo GPS antény (v případě 3D s GPS), místo nich nasadíme „obyčejná“ laserová čidla, ustavíme poblíž stroje laserový rozmetač a vytváříme rovné plochy v 2D.

Ať už se jedná o 2D nebo 3D systém (s totální stanicí nebo GPS), je práce strojníka v kabině dozeru nebo grejdru stejná. V manuálním režimu se orientuje podle šipek nahoru nebo dolů, v automatickém režimu jen řídí pojezd a případně koriguje velikost každého záběru dle celkové mocnosti vrstvy, kterou musí odebrat. Stejné je to i v rypadlech, kde má však strojník k dispozici jen manuální režim se šipkami. Co má v systému 3D navíc, je zobrazení půdorysu stavby s aktuální polohou stroje. V případě vibračního válce navíc na tomto půdorysu vidí četnost přejezdů a případně i míru zhutnění v každém místě půdorysu.

3D nivelační systémy výrazně omezují práci geodetů přímo na stavbě, čímž se ušetří mnoho času a nákladů. Další výhodou je, že i na přesnou práci je možné angažovat méně zkušené, a tím i levnější strojníky. Nesmíme zapomenout i na velmi důležitý faktor, kterým je velká přesnost zemních prací, kterou lze za pomocí 3D systému také velmi rychle zkontrolovat. Nevýhodou mohou být psychické bariéry zkušených dozeristů a grejdristů, kteří si zakládají na svých vlastních dovednostech a s novou technikou se nehodlají jen tak smířit.

Závěrem je nutno dodat, že výrobci výše popsaných systémů se snaží zajistit snadnou rozšiřitelnost a přenositelnost svých produktů, což do jisté míry usnadňuje rozhodování, které řešení v dané chvíli zvolit. V případě budoucí potřeby je tak možno systém rozšířit z 2D na 3D, z 3D s totální stanicí na 3D s GPS a opačně, přenést systém z dozeru na rypadlo, z rypadla na grejdr, z grejdru na válec… Přestože se někdy zcela změní funkce, řada univerzálních komponent včetně kontrolních jednotek zůstává.