Использование электронных тахеометров при определении объемов штабелей круглых лесоматериалов

Сезонность лесозаготовительного производства вынуждает предприятия создавать и хранить значительные запасы круглых лесоматериалов. На крупных целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих комбинатах, а также лесных терминалах запасы складируемой древесины достигают сотен тысяч кубометров. Без достоверного и непрерывного учета лесоматериалов невозможно осуществлять эффективное управление технологическим процессом. Современный уровень организации производства предъявляет высокие требования к системе контроля запасов складируемой древесины. При этом использование традиционных методов измерения штабелей круглого леса уже не позволяет оперативно отслеживать динамику объемов поступления древесины на предприятие и ее подачу в производство.

В соответствии с действующими нормами объем штабеля круглого леса определяется по правилу «полного ящика». Правило «полного ящика» предусматривает, что вместо измерения объема штабеля неправильной формы производят измерение геометрических параметров прямоугольного параллелепипеда, объем которого равен объему штабеля. В этом случае объем штабеля определяется как произведение его длины, ширины и высоты на коэффициент полнодревесности. Последний параметр может быть определен по методике ГОСТ 2292−88¹ либо назначен по таблице ОСТ 13-43-79². На практике чаще всего используют табличные значения коэффициентов полнодревесности, скорректированные с учетом качества укладки сортиментов.

Ширина штабеля принимается равной номинальной длине бревен, уложенных в штабель. При укладке в один штабель лесоматериалов различных номинальных длин, ширину штабеля принимают равной средневзвешенной длине лесоматериалов в нем.

Наибольшую сложность представляет измерение длины и высоты штабеля. Традиционные методы измерения предполагают использование мерных лент или рулеток, линеек или мерных крюков. К недостаткам этих методов следует прежде всего отнести невысокую точность замеров. Измерение линий лентой (рулеткой) сопровождается неизбежными ошибками случайного характера, происходящими от неодинакового натяжения ленты, изменения температуры, невозможности установить шпильки (метки) точно в створе ленты, неровностей почвы и т.п. Относительная ошибка при измерении линии лентой колеблется от 1:500 в благоприятных условиях до 1:200 в неблагоприятных.

К недостаткам традиционных методов измерений следует отнести также и необходимость нахождения исполнителей работ одновременно и наверху штабеля, и у его основания, что уже само по себе небезопасно. Не решает проблем и использование телескопических линеек, хотя в этом случае отпадает необходимость нахождения на штабеле. В то же время захламленность приштабельных территорий и их труднодоступность, а в зимний период еще и наличие снегозаносов создают дополнительные сложности и препятствия. В результате выполнять замеры высот вплотную к штабелю, как того требует методика, становится практически невозможно. По этой же причине весьма непросто измерять высоту через равные промежутки расстояний (секции), как того требует ГОСТ 2292−88. Количество выполняющих измерения специалистов при традиционной технологии − 3−4 человека, производительность выполнения работ невелика, качество низкое.

Современные геодезические технологии измерения высот и длин штабелей, разработанные и внедренные в компании «Шмидт энд Олофсон» в содружестве с Санкт-Петербургской лесотехнической академией, позволяют значительно увеличить как производительность, так и точность определения объемов штабелей круглых лесоматериалов. Эти технологии базируются на использовании электронных геодезических приборов и программного обеспечения для обработки результатов измерений. Для определения объемов штабелей наиболее пригодны импульсные лазерные безотражательные тахеометры.

Импульсный метод для замера расстояний использует точное определение времени прохождения импульса до цели и обратно. Тахеометр генерирует серию коротких лазерных импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к цели. Каждый из импульсов отражается от цели и возвращается к инструменту, где при помощи электроники определяется точное время прохождения импульса до цели и обратно. При известной скорости света и знании времени прохождения вычисляется расстояние.

Один импульс − это одно определение расстояния, но каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, и, соответственно, путем усреднения результатов из этих измерений достигается высокая точность съемки. Современные тахеометры позволяют измерять дальность как на отражающую призму, так и в безотражательном режиме. Безотражательный дальномер дает возможность точно измерить отдаленный объект без необходимости установки призмы непосредственно в измеряемую точку. Последнее обстоятельство особенно ценно при замере параметров штабелей, т. к. не требует прохода реечника в опасные и труднодоступные зоны. Требуется лишь обеспечить видимость снимаемых точек, а многие виды работ может выполнять практически один человек.

Для съемки штабелей наиболее пригодны цифровые безотражательные тахеометры торговых марок Nikon, Sokkia, Trimble. Они имеют дальность измерения в безотражательном режиме 100 м и более, точность определения расстояний составляет 2−3 мм.

Полевые работы по определению длины и высоты штабеля включают рекогносцировку и собственно обмер. Важным этапом подготовительных работ является рекогносцировка, т. к. в стесненных условиях лесного склада сложно выбрать удобное местоположение станционных съемочных точек, с которых открывался бы достаточно широкий обзор фасада или плана штабеля.

Длина штабеля определяется с помощью тахеометра как горизонтальное расстояние между двумя точками, взятыми в начале и конце штабеля. В этих точках поочередно устанавливается марка с призмой-отражателем, на которую наводится зрительная труба, после чего берется отсчет. Длину штабелей, уложенных по кривой, в плане находят как сумму длин сегментов, количество которых определяется в зависимости от радиуса кривизны штабеля в плане. Измеренная величина расстояния выводится на дисплей, откуда ее заносят в специальную ведомость.

Высота штабеля определяется как среднее значение измеренных высот секций равной длины. При этом длина секции должна быть не более 3 м. Для измерения высоты каждой секции фиксируют положение основания штабеля, назначая ей вертикальную отметку, равную нулю (высотная привязка). Затем трубу вращением соответствующего винта поднимают вертикально вверх до момента пересечения центром сетки нитей верха торца бревна верхнего ряда и берут отсчет. При тахеометрической съемке на дисплее прибора отображаются трехмерные координаты снимаемой точки, высота которой является высотой секции штабеля. Полученные данные заносят в память прибора. Для остальных секций процесс повторяется. По окончании измерения высоты всего штабеля с одной стороны процедуру повторяют со второй. В конце полевых работ результаты съемки перекачивают в компьютер для дальнейшей обработки и расчета объемов. Высота штабеля при этом определяется как среднее арифметическое замеров высоты его секций с обеих сторон штабеля. При наличии удобного местоположения станции число снимаемых высот секций определяется только дальностью работы безотражательного дальномера. При оптической недоступности замеряемых точек основания и при работе в зимнее время отметку основания штабеля определяют с помощью марки-отражателя.

Предлагаемый способ измерения штабелей круглых лесоматериалов полностью соответствует существующим нормативным документам, представляя собой разновидность геометрического метода. Новизна заключается в оригинальном использовании современных измерительных инструментов по специальной методике. При этом значительно повышается производительность и качество работ при безопасном их проведении. Метод прошел успешную апробацию специалистами компании «Шмидт энд Олофсон» на Светогорском, Енисейском, Байкальском, Сегежском, Камском и Сыктывкарском ЦБК и может быть рекомендован к широкому внедрению в производство.

Н. А. ТЮРИН, к.т.н., проф. Г. А. БЕССАРАБ, к.т.н., доц. В. В. КОЧАНОВ, менеджер компании «Шмидт энд Олофсон»