В настоящее время интенсивно развиваются и применяются современные методы и средства геодезических измерений (электронные тахеометры, приёмники ГНСС) при изысканиях, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог. Эти технологии должны обеспечивать: оперативность получения информации, ее достоверность, быстроту и простоту обработки за счет применения современных программных средств и компьютерной техники. Проведение полевых работ должно выполняться с применением высокопроизводительных приборов и оборудования. При этом существующие требования к точности геодезических работ, отражённые в СНиП 11.02.96 и ВСН 208 – 89 не всегда отвечают требованиям современного производства.
Обоснованием необходимой точности плановых и высотных геодезических измерений при изысканиях трасс линейных сооружений приведено во многих литературных источниках, наиболее полно такое обоснование выполнено в работах [97, 153].
При топографических съемках масштаб составляемого плана является определяющим показателем его точности. Однако при составлении трассировочного плана масштаб не является основным показателем точности, которая зависит от степени обобщения снимаемых элементов – рельефа и ситуации. Если при изысканиях ставится задача создания трассировочного плана, то после завершения составления технического проекта и рабочих чертежей, возникают потребности выноса проекта на местность, исполнительные съемки, наблюдения деформаций сооружений дороги. Поэтому в практике дорожного строительства геодезическое обоснование на разных этапах строительства и эксплуатации приходится создавать по несколько раз для решения конкретных задач на каждом этапе, что приводит к необоснованным затратам. Многими исследованиями [17, 32] доказывается необходимость создания постоянной геодезической сети по трассе, способной по точности обеспечить все виды работ на разных этапах строительства и эксплуатации дорог и сооружений.
На современном этапе развития геодезического приборостроения, когда в проектно-изыскательские организации поступают новые средства измерений, становится вполне возможной и реальной идея создания на стадии изысканий многоцелевого геодезического обоснования, надежно закрепленного постоянными знаками вдоль всей трассы, способного обеспечить все виды геодезических и разбивочных работ на этапах строительства и эксплуатации автомобильных дорог и инженерных сооружений.
Точки постоянного закрепления следует располагать не реже чем через
300–500 метров по внешним границам полосы отвода, желательно за пределами производства земляных работ, в хорошо просматриваемых местах, находящихся в непосредственной близости от предполагаемых выемок и насыпей, а также у логов и водотоков. Для криволинейных участков автомобильных дорог закрепленные точки следует располагать с внешней стороны закругления, чтобы обеспечить более точную разбивку кривой.
Погрешности получения точек постоянного закрепления, находящихся в стороне от магистрального хода и получаемые с точек хода в основном методом прямой линейной или угловой засечками будут несколько больше, чем в магистральном ходе. При этом они по своей абсолютной величине будут несущественно превышать ошибки в точках хода, что обеспечивает весь комплекс геодезических и разбивочных работ при строительстве дорог и искусственных сооружений.
Полученные данные приближенных расчетов, опубликованные в работах автора [104, 106, 119] позволяют утверждать, что с внедрением в производство новой технологии с использованием электронной тахеометрии, точность инженерно-геодезических работ возрастает на порядок. Что позволяет ставить вопрос о пересмотре инструктивных документов по геодезическому обеспечению строительства, увязав его с пересмотром требований к допускам строительно-монтажных работ с учетом погрешностей на изготовление и монтаж строительных конструкций.
Вся полученная и закреплённая на местности геодезическая сеть должна быть доступна широкому кругу пользователей. Координаты пунктов могут быть в дальнейшем использованы не только для строительства дороги, но и для создания различных ГИС территориального или ведомственного назначения. Примером могут служить ГИС дорог для Московской области, показанные в работах [1, 157, 187].
Одной из наиболее важных задач при строительстве, эксплуатации, паспортизации автомобильных дорог является съёмка криволинейных участков. При этом необходимо определить элементы кривых, прежде всего радиус и длину кривой, а также биссектрису, тангенсы, угол поворота.
Решать эту задачу можно различными способами в соответствии с Инструкциями [21, 52], при одном из которых восстановление положения вершины угла поворота осуществляется путём продолжения створов прямых участков оси дороги до и после кривой с последующим измерением угла поворота и биссектрисы и нахождением по их значениям радиуса круговой кривой и других элементов. Однако положение вершины угла поворота не всегда возможно установить из–за условий местности. Кроме того, применение этого способа требует много времени. Таким образом, рассмотренный способ обладает большой трудоемкостью, и область его применения ограничена.
В другом способе радиус определяют по хорде и стреле прогиба. В производственных условиях не всегда представляется возможным определить хорду, особенно если участок дороги проходит по горному прижиму, поэтому область его использования также ограничена.
Для определения радиусов кривых и других геометрических параметров применяют механизированные и автоматизированные методы диагностики автомобильных дорог. Цель диагностики автомобильных дорог состоит в получении полной, объективной и достоверной информации о транспортно-эксплуатационном состоянии дорог, условиях их работы, а также степени соответствия фактических потребительских свойств дороги, их параметров и характеристик требованиям безопасности движения.
Для диагностики транспортно-эксплуатационного состояния дорог, паспортизации, оперативного контроля качества дорожных работ в России, в основном, используют передвижные лаборатории типа КП — 514МП на базе автомобиля ГАЗ 3221 «Газель», выпускаемые Саратовским научно-производственным центром РОСДОРТЕХ [44, 45, 65, 147]. Автомобили оснащают приёмниками систем ГЛОНАСС/GPS. Анализ полученных результатов показывает, что на достоверность данных оказывают влияния неровность дорожного покрытия, сложность определения границ круговых и переходных кривых.
Оригинальные технические конструкции для диагностики дорог разработаны в СГУПС (г. Новосибирск) [10, 35, 194], а программное обеспечение предложено в диссертации Кунца Р.И. [74]. Конструкция лаборатории показана на рисунке 1.4.
Дорожная передвижная лаборатория (ДПЛ) СГУПС предназначена для полевых обследований и измерений технико-эксплуатационных характеристик (параметров) автомобильных дорог и может быть использована для паспортизации и инвентаризации дорог; контроля качества строительства; определения дефектов; определения дислокации дорожных знаков; информационного обеспечения дорожных организаций, включая ГИС, баз данных с привязкой данных в международной системе координат WGS-84; мониторинга дорожных объектов. Состав ДПЛ СГУПС может быть опционально расширен для конкретных потребностей и задач. Также некоторые модули могут быть использованы отдельно от лаборатории. Типовое оснащение ДПЛ СГУПС включает: компьютер, контроллер, спутниковый приемник геодезического класса точности, датчики пути и поперечного угла наклона, толчкомер для измерения ровности, прикладное программное обеспечение в виде пакета программ для обработки данных.
Обычно в состав дополнительного оборудования лаборатории входят дорожная рейка, геодезические приборы, прибор для сбора дорожной информации «Куратор», установка динамического нагружения «Дина-3М», прибор для измерения коэффициента сцепления (ППК — МАДИ), вспомогательное и прочее оборудование.
Однако использование ДПЛ для модернизации (реконструкции) дорог представляется сложной задачей. Так как процесс изысканий, как правило, предусматривает проведения работ за границами дорожного полотна. Также вызывает сомнение погрешность в определении радиусов дорог в 1м, таблица 2 [10].
Становиться очевидным необходимость разработки универсального способа определения геометрических параметров автомобильных дорог, позволяющего оперативно определять радиусы, как в процессе строительства, так и эксплуатации.