Geomatikprogrammet, 15 högskolepoäng (B nivå )

Handledare: Pia Ollert-Hallqvist

Examinator: Stig-Göran Mårtensson

INSTITUTIONEN FÖR TEKNIK OCH BYGGD MILJÖ

Maskinstyrning i 2D och 3D

Kontrollmätning av noggrannheter på grävsystem

Daniel Ohlsson

Maj 2009

Högskolan i Gävle

Institutionen för teknik och byggd miljö

2009-05-28

Författare Daniel Ohlsson

Totalt sidantal: 41 st

Kontrollmätning av noggrannheter på grävsystem, Maskinstyrning i 2D och 3D

I

Sammanfattning

Idag finns det många olika leverantörer av maskinstyrningssystem och de flesta

tillverkare av mätinstrument har ett eget grävsystem. Den största leverantören på

svenska marknaden är Scanlaser som enligt dem själva levererat 9 av 10 grävsystem som

idag används. Fler leverantörer är på väg in på marknaden vilket medför att det blir

större konkurrens. Topcon, Novatron och Trimble är några tillverkare som är på stark

frammarsch.

Tekniken som används idag är likvärdig hos de flesta leverantörer. På maskinen

monteras olika sensorer och kopplas till en kontrollbox som grafiskt visar skopans läge

mot ett teoretiskt höjdplan. Detta system går även att koppla till ett mer avancerat

system som använder sig av GNSS eller totalstation. Även planlaser går att använda sig

av som stöd när höjder ska bestämmas med maskinstyrning men för att detta ska

fungera måste en lasermottagare monters på grävmaskinens bom.

Noggrannheten i olika system är enligt de säljare som kontaktats likvärdig för alla olika

leverantörer. De skillnader som eventuellt finns sitter i sensorerna eller i hur

grävsystemen kalibreras. Kalibreringen sker med en totalstation och sensorerna mäts in

för att ges ett läge från grävmaskinens bomfäste. Avstånd och höjd mellan bomfästet

och GNSS-antennerna samt höjder till dessa, måste mätas in när maskinstyrning med

GNSS ska användas. Vid användning av totalstation mäts prismat in och monteras på

samma plats som GNSS-antennerna annars sitter.

En ekonomisk kalkyl som Scanlaser presenterat visar att ett grävsystem går att tjäna in

på 7-9 månader, samt att effektiviteten med maskinstyrning ökar med cirka 30 %. Även

andra leverantörer hävdar att effektiviteten ökar med cirka 30 % men någon ekonomisk

kalkyl från dessa är inte studerade. Även effektivitet, för- och nackdelar samt tidsvinter

med ”Enkel-GPS”, ”Dubbel-GPS” och ”Trippel-GPS” har tagits upp i rapporten.

Studierna visar att maskinstyrning lönar sig men att det finns ett problem med

höjdmätning då GNSS används. Beroende av kraven på noggrannhet för arbetets

utförande kan det i vissa fall lämpa sig bättre att använda laser eller totalstation istället

för GNSS då noggrannheten i höjd inte är konsekvent.

II

Abstract

Today are there many different suppliers of machine control, and most manufacturers

of measuring instruments have their own excavator system. The largest supplier in the

Swedish market is Scanlaser, they deliver 9 of 10 excavator system that is used today.

More vendors are entering the market which makes it more competitive. Topcon,

Novatron and Trimble are some who are trying to settle in.

The technology used today is quite similar for most suppliers. On the machine there is

sensors linked to a control box which graphically shows the bucket position against a

theoretical height level. It is also possible to link this excavator system to a more

advanced system that uses GNSS or total station. A laser can be used when heights

should be determined by the machine control, but for this to work, a laser receiver must

be mounted on the excavators arm.

The accuracy of different excavator systems is under the sellers contacted equivalent for

all providers. The differences may be sitting in the sensors or in the excavator systems

calibrated. The calibration is done with a total station and the sensors are measured in

order to be given a position from the excavator’s attachment. Although distance to the

GNSS antenna and the heights of these must be measured when machine control with

GNSS is used, when using of total station the prism is measured.

An economic calculation that Scanlaser have done, showing that an excavator system is

earned on 7-9 months, and to increase efficiency by around 30 %. Even more suppliers

claim that the efficiency increases by approximately 30 % but an economic calculus of

these are not investigated. Even efficiency, advantages and disadvantages, and that the

saving of time with "Simple-GPS", "Double-GPS" and "Triple-GPS" has been raised in the

report.

The studies show that the machine control pays off, but have problem with heights

when GNSS is used. Depending on the tolerance level, it may in some cases lend

themselves better to use laser or total station instead of the GNSS when the accuracy in

height is not consistent.

III

Förord

Detta examensarbete avslutar mina studier på Geomatikprogrammet med inriktning

mot mätteknik på Högskolan i Gävle. I och med detta examensarbete har jag vidgat mina

kunskaper inom maskinstyrning och noggrannheter på olika mätinstrument.

Valet att skriva om maskinstyrning föll sig lite av en slump men jag är nöjd med mitt val

av område då det är en starkt växande marknad och intressant teknik som används.

Ett stort tack vill jag framföra till följande personer som bidragit med erfarenheter och

kunskaper så examensarbetet kunnat genomföras:

Stig-Göran Mårtensson, som varit min examinator.

Elin Lindahl som hjälpt mig med synpunkter, granskningar och upplägg av rapporten.

Personal från PICAB i Luleå har bidragit med teknik och kunskaper.

Gävle, maj 2009

Daniel Ohlsson

IV

Innehållsförteckning

1 Inledning ...................................................................................................................... 1

1.1 Bakgrund ............................................................................................................. 1

1.2 Skillnad mellan maskinstyrning, maskinguidning och maskinkontroll ................ 2

1.3 Syfte ..................................................................................................................... 2

1.4 Avgränsningar ...................................................................................................... 2

2 Metod .......................................................................................................................... 4

2.1 Litteraturstudie.................................................................................................... 4

2.2 Arbetsplatsbesök med kontrollmätningar .......................................................... 4

3 Resultat ........................................................................................................................ 7

3.1 Maskinstyrningstekniker som finns på marknaden ............................................ 7

3.1.1 Enkel lutning/enfall ..................................................................................... 7

3.1.2 Dubbel lutning/tvåfall.................................................................................. 8

3.1.3 Tvärgående lutning/tilt ................................................................................ 8

3.1.4 Styrdatorenheter och kontrollbox ............................................................... 9

3.1.5 Styrdatorenhet ............................................................................................ 9

3.1.6 Kontrollbox ................................................................................................ 10

3.2 Tillverkare .......................................................................................................... 10

3.3 Olika tekniker för maskinstyrning ..................................................................... 12

3.3.1 GNSS .......................................................................................................... 12

3.3.2 Styrning med GNSS .................................................................................... 12

3.3.3 Totalstation ............................................................................................... 13

3.3.4 Styrning med totalstation .......................................................................... 14

3.3.5 Anläggningslaser ........................................................................................ 14

3.3.6 Laser som höjdstöd ................................................................................... 14

3.3.7 Andra tekniker ........................................................................................... 15

3.4 Mjukvaror .......................................................................................................... 15

3.5 Kalibrering av grävsystem ................................................................................. 15

3.6 Resultat i 2D ...................................................................................................... 18

3.7 Resultat i 3D ...................................................................................................... 18

3.8 Mest lönsamt ekonomiskt ................................................................................. 21

3.8.1 Tvärgående lutning/tvåfall ........................................................................ 21

3.8.2 3D system – GNSS ...................................................................................... 21

V

3.8.3 Mest lönsamt tidsmässigt ......................................................................... 22

4 Diskussion och slutsats ............................................................................................. 24

4.1 Slutsats .............................................................................................................. 27

4.2 Framtida studier................................................................................................ 28

1

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Maskinstyrningen är ett positioneringsstöd för entreprenadmaskiner som kom på 1990-

talets början. Systemet används för guidning eller för att styra maskiner med hjälp av

mätinstrument. Idag är maskinstyrning väldigt vanligt på arbetsplatser, detta för att

effektivisera arbetet genom exempelvis minskad utsättning, färre yrkesarbetare, mindre

schaktmängder, vilket ger minskade kostnader (Svensson 2008; SBG 2009).

Enligt Jonsson (2008), finns i dagsläget många olika tekniker och fabrikat av

maskinstyrning. Maskinstyrning är på stark tillväxt och blir mer populärt på

arbetsplatser, vilket kan leda till att maskinisternas kunskaper inte har samma

utvecklingstempo som grävsystemens. Detta kan medföra att antalet felkällor ökar vid

användning av maskinstyrning.

Enligt HMK-BA4 (1998) finns tre olika nivåer på stöd vid maskinstyrning:

Passivt stöd – föraren positionerar bladet själv med hjälp av flukter.

Aktivt stöd – ger föraren information genom lampor, pilar eller liknande teknik

om bladets position i jämförelse med den teoretiska positionen.

Automatik – föraren låter ett system styra en viss funktion t.ex. tvärfall, d.v.s. en

ytas lutning mot horisontalplanet.

På marknaden finns det flera olika tekniker för ovanstående stöd och dessa kan

användas var för sig, eller i en kombination. De fyra tekniker som idag används är:

Sensorer som nollas mot en fysisk höjd, t.ex. kantsten eller flukt.

Laser som höjdstöd, ofta i kombination med tvärfalls- eller ultraljudsföljare

Totalstation, för positionering i plan och även i höjd

GNSS, för positionering i plan och höjd

Maskinstyrning kan användas för flera olika typer av maskiner t.ex. grävmaskin,

väghyvel, bandtraktor och traktorer. Ett maskinstyrningssystem kan även flyttas mellan

olika maskiner. Allt som krävs för att det ska fungera är att det kalibreras korrekt

2

(Scanlaser 2009a). I rapporten kommer begreppet maskinstyrning att användas och

detta begrepp kommer att avse både maskinstyrning och maskinguidning.

1.2 Skillnad mellan maskinstyrning, maskinguidning och

maskinkontroll

Enligt HMK-BA4 (1998) är maskinstyrning och maskinguidning två begrepp som lätt

förväxlas med varandra. Med maskinstyrning menas att ett system är kopplat till

hydrauliken på en maskin. Detta tillämpas oftast på maskiner som grävmaskiner,

väghyvlar och bandtraktor. Maskinguidning är inte kopplat till maskinens hydraulik, utan

maskinisten styr allting själv men får hjälp med positioneringen i plan och höjd.

Maskinisten ser även vilket tvärfall som skall följas, detta används i stor utsträckning på

pålkranar, väghyvlar m.m.

Enligt personal på PICAB (2009b) är maskinkontroll ett begrepp som används i vissa

sammanhang men detta är egentligen ett samlingsnamn för maskinstyrning och

maskinguidning. Maskinkontroll handlar det helt enkelt om positioneringssystem eller

grävsystem, d.v.s. kontroll över en maskins position i höjd och plan.

1.3 Syfte

Syftet med examensarbetet är att se de ekonomiska för- och nackdelar med

maskinstyrning och kontrollera noggrannheten som olika systemen kan erhålla, t.ex. 2D

och 3D. Då Global Navigation Satellite System-tekniken (GNSS) fortfarande utvecklas kan

noggrannheten med en satellitstyrd maskinstyrning fortfarande bli bättre än vad den är i

dagsläget, men kan övriga tekniker som laser och totalstation utvecklas mer? (Diggelen,

1997).

1.4 Avgränsningar

För att avgränsa rapportens omfång har begränsningar gjorts genom att enbart

kontrollera ett grävsystems noggrannhet i 2D och 3D. Maskinstyrning i 2D använder sig

enbart av sensorer som ger höjd samt kan även visa lutningar. Med maskinstyrning i 3D

3

samarbetar sensorer och GNSS/totalstation så positionen kan beräknas i plan och höjd.

Ett grävsystem som arbetar i 3D behöver inga markeringar eller lasrar som stöd

(Mikrofyn, 2009). Begränsningar har även gjorts genom att styra rapporten mer mot

maskinstyrning via GNSS och sensorer, d.v.s. GNSS och sensorer samarbetar.

Totalstation har nämnts i rapporten men har utelämnats i resultatdelen p.g.a. att det

inte finns någon data att ta del av för fördjupade studier.

4

2 Metod

2.1 Litteraturstudie

En litteraturstudie inledde förstudierna för detta examensarbete. Sökord som har

använts i olika databaser och sökmotorer är bl.a. maskinstyrning, maskinguidning,

machine control, machine guidance, GNSS, RTK, totalstation. Huvudområdet är

maskinstyrning och i tabell 1 redovisas antalet träffar på sökningar efter orden machine

control och machine guidance.

Tabell 1, Sökresultatet från databaser samt sökmotorer och sökord.

Sökmotor / Databas Antal träffar ”Machine Control” Antal träffar ”Machine Guidance”

ScienceDirect 2159 39

SpringerLink 411 19

InterScience 42 1

EBSCOhost 84 4

Google Scholar 27 900 497

Google 572 000 15 900

Efter att dessa sökningar genomförts, hittades bara någon enstaka intressant artikel och

hemsida att utgå ifrån. Sedan påbörjades en sökning efter gamla examensarbeten för att

hitta relevant information om maskinstyrning. Vetenskapliga rapporter inom området

har varit svåra att hitta. De som har används har i huvudsak handlat om GNSS och

totalstationsteknik. Skriven litteratur i form av examensarbeten har studerats men

tyvärr har ingen av dessa någon vetenskaplig källa inom området som behandlar

tekniken för maskinstyrning. Internet har används i stor utsträckning och för att kunna

ta del av information kring de olika system som finns på marknaden har tillverkare och

säljares hemsidor besökts.

2.2 Arbetsplatsbesök med kontrollmätningar

Vid ett besök hos PICAB i Luleå testades maskinstyrning och kontrollmätningar

genomfördes. Efter att testerna genomförts rätades många frågetecken ut. Möjlighet att

5

fråga personal från PICAB om hur Topcons maskinstyrningssystem eller hur tekniken

bakom fungerar var möjligt under testerna.

På de grävsystem som testats har en mätband används för att mäta och kontrollera

noggrannheten i höjd. Figur 1, visar hur testet är genomfört. Skopan nollades mot en

punkt som fick höjden 0 cm. Därefter höjdes skopan sakta och när rätt höjd var uppnådd

mättes höjden mellan punkten på marken och samma punkt på skopan som användes

när systemet nollades. Höjderna som mättes var 10, 30, 50, 60, 70 och 100 cm. När

testet på grävsystemen genomfördes gjordes mätningar i både 2D och 3D, detta för att

först kontrollera sensorernas noggrannhet och sedan testa sensorerna tillsammans med

GNSS-tekniken för att se hur stor skillnaden mellan grävsystemen blev. Mätningarna

genomfördes fem gånger vid olika tidpunkter under två dagar. Först mättes höjderna

från 0 upp till 100 cm, därefter från 100 ner till 0 cm för att ge dubbla värden vid varje

mätning.

Figur 1, Hur skophöjden mättes från en referenshöjd

Grävmaskinen som användes i kontrollmätningarna var en Komatsu PC 16R HS som

tillhör PICAB i Luleå. Denna maskin är utrustad med följande komponenter:

GNSS-mottagare

Dubbla GNSS-antenner, s.k. ”Dubbel-GPS”

Rotation-, bom-, stick-, skop- och lutningssensorer

Styrdatorenhet

All utrustning är från Topcon. Antennerna är PGA-1, dessa tar emot signaler från

satellitsystemen GPS och GLONASS. Enligt Topcon (2009) är denna antenn byggd för att

klara tuff användning, t.ex. ett fall eller att sitta på en vibrerande maskin. Denna antenn

6

är bra då den erbjuder hög fascenterstabilitet och eliminerar oönskade signaler samt har

flervägsfelsavvisande egenskaper (Topcon 2009). Sensorerna som sitter på

grävmaskinen är av modell TS-1 och dessa arbetar i 360⁰. TS-1 sensorn känner av

rörelser så små som 0.01⁰, detta gör att maskinens noggrannhet är väldigt hög.

Sensorerna är byggda utan rörliga delar och ska tåla kraftiga stötar från omgivningen

(Topcon 2009). Det finns olika typer av styrdatorenheter som kan kopplas samman med

Topcons maskinstyrning, detta efter beställarens krav och vad denna ska använda

systemet till. Två modeller som används till grävmaskiner är:

GX-40

GX-60

Mer om dessa modeller finns att läsa under avsnitt 3.1.4 om styrdatorenheter och

kontrollboxar. För att få höjderna från en planlaser till grävsystemet måste en

lasermottagare monteras på grävmaskinen, Topcon har tre olika lasermottagare: LS-

B100, LS-B110 och LS-B110W (Topcon 2009). I bilaga 1 kan fotografier på maskinen ses.

Där finns även fotografier på sensorer, styrdatorenhet, antenner och GNSS-mottagare.

7

3 Resultat

3.1 Maskinstyrningstekniker som finns på marknaden

Det vanligaste grävsystemet för grävmaskiner i Sverige kommer från tillverkaren

Mikrofyn A/S. Systemet heter MikroDigger och fungerar med hjälp av sensorer som

monteras på grävmaskinens bom, sticka och skopa. Beroende på vilket grävsystem som

används kan även sensorer monteras på bakre delen av grävmaskinen och ytterligare en

sensor på skopan ger lutningsfunktion. De tre typer av grävsystem som Mikrofyn

erbjuder heter ”enkel lutning”, ”dubbel lutning” och ”tvärgående lutning”. Dessa

grävsystem nollas mot en fysisk höjd t.ex. en kantsten eller en flukt. De kan även nollas

mot en laser och höjderna visas i en kontrollbox (Mikrofyn 2009). Återförsäljare av dessa

system i Sverige är Scanlaser och informationen om de olika systemen kommer från

deras hemsida http://www.scanlaser.se.

3.1.1 Enkel lutning/enfall

Enkel lutning är ett grävsystem som används för bl.a. gräva vatten, avlopp och grunder.

Systemet använder sig av tre sensorer. En som sitter på skopan, en på stickan och sista

är monterad på bommen. Figur 2 visar en grävmaskin med enfallssystem, de inringade

punkterna på maskinen markerar sensorerna. Detta är den enklaste formen av

grävsystem som levereras (Scanlaser 2009a).

Figur 2, Grävsystemet enkel lutning består av tre sensorer placerade som ovan, d.v.s. på bommen (XIS1), stickan (XIS1LA) och skopan (XIS2).

8

3.1.2 Dubbel lutning/tvåfall

Dubbel lutning används i huvudsyfte för att schakta vägar med två lutningar och andra

runtomsvängande jobb. Tvåfallssystemet använder liksom enfallssystemet sensorer på

skopan, stickan och bommen, men även en svängsensor som är monterad på

grävmaskinens bakre regioner. Svängsensorn känner av maskinens lutning i längd och

tvärled samt innehåller en kompass för riktning. Figur 3 visar ett tvåfallssystem med dess

sensorer monterade, notera svängsensorn (Scanlaser 2009a).

Figur 3, Dubbel lutning består av samma sensorer som i figur 2 men har även en svängsensor monterad bak (RS10).

3.1.3 Tvärgående lutning/tilt

Det tvärgående lutningssystemet är speciellt utvecklat för att schakta med lutad skopa i

slänter. Grävsystemet använder samma sensorer som tvåfallssystemet men har även en

extra lutningssensor på skopan. Lutningssensorn används för att maskinisten ska se hur

skopan bör lutas för att få rätt fall vid grävning av ett dike, enligt Figur 4. Denna sensor

kompenserar höjdfelet automatiskt då skopan lutas (Scanlaser 2009a).

9

Figur 4, Tvärgående lutning, samma sensorer som figur 3 men har även en extra sensor på skopan som känner lutningen (XIS1).

3.1.4 Styrdatorenheter och kontrollbox

Tillsammans med sensorerna som sitter monterade på entreprenadmaskinen, krävs en

styrdatorenhet eller kontrollbox som hjälpmedel. Styrdatorenheten behandlar filer och

presenterar sedan grafiskt för maskinisten hur terrängen ser ut och hur den ska bli. En

styrdatorenhet krävs endast då maskinstyrningen är kopplad till GNSS eller totalstation

för att koordinater i plan och höjd ska kunna visas och orientera maskinen på

arbetsplatsen (Scanlaser 2009a). Om GNSS eller totalstation inte används så räcker det

med en kontrollbox, d.v.s. en mindre och lättare variant av styrdatorenhet som visar en

mindre mängd information, t.ex. höjder, sidmått eller lutningar. Enligt personal från

Scanlaser (2009b), kan en kontrollbox nollas mot t.ex. en kantsten eller flukt och

därefter visas höjdvärden i displayen till kontrollboxen. Maskinisten ska själv ha kontroll

över vilken höjd det ska grävas efter, kontrollboxen hjälper endast till att kontrollera

dessa.

3.1.5 Styrdatorenhet

På svenska marknaden är SBGs GeoROG den vanligaste styrdatorenheten och den

använder sig av en mjukvara som heter Universal Machine Control 3D. Enligt Scanlaser

finns GeoROG i cirka 20 länder och styrdatorn klarar av att hantera många olika språk.

Sedan starten 1995 har GeoROG kommit i nya uppdateringar och den senaste modellen

10

har beteckningen v8. SBG hävdar att denna modell klarar av de flesta märken på GNSS-

utrustning och totalstationer, den kan hantera höjder från en laser samt kan sitta i de

flesta typer av maskiner, t.ex. grävmaskin, muddringsverk och väghyvel. En fördel med

GeoROG är att det är samma tillverkare av denna modell som gör mjukvaruprogrammet

SBG Geo, som är ett av de mest använda programmen i Sverige när det gäller

bearbetning av mätdata. Detta medför att filformat och överförning av filer sällan vållar

några problem (SBG 2009; Scanlaser 2009a).

GX-60 är styrdatorenhet som är tillverkad av Topcon och denna modell användes i

kontrollmätningen som genomförts. Den har touch screen och klarar av att arbete i 3D.

Enheten använder sig av Windows vilket gör menyerna välkända och lättarbetade. Den

har även bluetooth och USB-port vilket gör att filöverföringen går smidigt. Till denna

styrdatorenhet kan GNSS eller totalstation kopplas vilket ger full flexibilitet och

koordinater i plan och höjd (Topcon 2009).

3.1.6 Kontrollbox

XC2 är en av de mest använda kontrollboxarna i Sverige och är framtagen av ett danskt

företag vid namn Mikrofyn. Denna modell är enkel att förstå och läsa av. XC2 är kopplad

till sensorerna som är monterade på grävmaskinen. Skärmen är mindre än på

styrdatorenhet och visar bara den nödvändigaste informationen som ett grävsystem

behöver. Det finns många inställningsmöjligheter i XC2 som gör att den är lättarbetad,

bl.a. kan sidmått, höjder eller lutningar som skall följas ställas in. GX-40 är en kontrollbox

tillverkad av Topcon och är en mindre modell som inte klarar av allting som GX-60

hanterar. GX-40 har en löstagbar ljusstapel som med pilar visar om skopan ska upp eller

ner mot den teoretiska höjden, denna kan placeras i vindrutan så att maskinisten lätt

kan överskåda denna (Topcon 2009; PICAB 2009a).

3.2 Tillverkare

För att maskinstyrning ska fungera krävs sensorer på maskinen. Scanlaser som är störst

på den svenska marknaden och enligt dem själva levereras 90% av grävsystem av dem.

De använder sig av sensorer som är skapade av det danska företaget Mikrofyn A/S.

Mikrofyn grundades 1987 och har sedan dess utvecklat, tillverkat och levererat

11

utrustning för bygg- och anläggningsbranschen. Som tidigare nämnts sitter det olika

typer av sensorer beroende på var de placeras på grävmaskinen. Informationen om

sensorerna nedan är hämtat från tillverkaren Mikrofyn A/S egen hemsida (Mikrofyn

2009).

XIS1 – kan användas som antingen bom-, stick- eller skopsensor. Normalt

används den dock bara till bomsensor. Har maskinen dubbla bommar måste två

stycken sensorer monteras på dem. Om grävsystemet använder sig av en skopa

som skall lutas monteras även en XIS1-sensor där.

XIS1LA – om grävmaskinen har dubbla bommar behövs inte dubbla sensorer till

skillnad från XIS1. XIS1LA är en kombinerad stick-, vinkel- och lasersensor.

XIS2B – är en sensor som hanterar 360⁰ och som normalt monteras på

grävmaskinens bakre del. Men kan även monteras fram på skopan. Tack vare

storleken är den lättplacerad så varken kablar eller sensor tar skada.

RS10 Pitch – en riktningssensor som används för att bestämma position på

grävmaskinen. Samtidigt som arbete pågår mäter och beräknar sensorn

grävmaskinens rörelser och ger centimeternoggrannhet.

Dessa sensorer räcker för att köra ett grävsystem i 2D, men för att få tillgång till ett

komplett maskinstyrningssystem i 3D krävs utöver sensorerna GNSS-utrustning eller

totalstation. Tillverkarna av totalstationer och GNSS-utrusning är något fler än

tillverkarna av sensorer men många som tillverkar mätinstrument tillverkar även

sensorer. De största tillverkarna är:

Leica, företaget startade 1819 i Schweiz. 1921 påbörjades arbetet med den

första teodoliten som fick namnet T2 (Leica 2009).

Trimble, grundades i USA 1978 av tre anställda från Hewlett-Packard. Vid starten

fokuserade de på att utveckla positionering och navigationsprodukter, samma år

sändes även den första NAVStar satelliten upp (Trimble 2009).

Topcon, grundades 1932 i Japan. Företagets affärsidé var att utveckla optiska

instrument för Japanska armén, t.ex. mätinstrument, kameror och kikare

(Topcon 2009).

Sokkia, startade sin verksamhet i Japan 1920 med transporter av varor, men

1940 startar tillverkningen av Sokkia mätinstrument (Sokkia 2009).

12

3.3 Olika tekniker för maskinstyrning

3.3.1 GNSS

Beroende på tillämpning krävs olika noggrannheter på positionsbestämningen, därför

har flera olika typer av mät- och beräkningsmetoder tagits fram. De olika metoderna är

anpassade till de varierande kraven, som brukar skiljas åt genom navigering, kinematisk

positionsbestämning och statisk positionsbestämning. Enligt HMK-Ge:GPS (1996)

definieras tillämpningarna på följande sätt:

Navigering innebär förflyttning mellan två punkter med löpande kurs- och

positionsuppdatering, vilket kräver positionsbestämning i realtid. Vid kinematisk

positionsbestämning är GNSS-mottagaren i rörelse men beräkningen kan ske både i

realtid och i efterhand. Vid statisk positionsbestämning står mottagaren stilla och

beräkningen utförs vanligtvis i efterhand.

Real Time Kinematics (RTK) är en vanlig mätmetod som använder sig av bärvågsmätning

i realtid. En referensstation med kända koordinater skickar bärvågsdata till den rörliga

GNSS-mottagaren (rover) och deras data kombineras. Det finns två typer av metoder för

användning av RTK, enkelstations-RTK och nätverks-RTK. Vid enkelstations-RTK används

endast data från en referensstation åtgången och oftast brukar även en tillfällig

referensstation etableras, avståndet till en referensstation kan vara upp mot 20-40 km.

Nätverks-RTK använder sig av flera referensstationer som tillsammans arbetar i ett

nätverk. I Sverige finns en nästintill rikstäckande nätvkers-RTK-tjänst som bygger på

SWEPOS-stationer och avståndet från en referensstation till rovern kan uppgå till ca 70

km. Från referensstationerna skickas korrigerad observationsdata till rovern, denna data

är bearbetad med hjälp av en felmodell. Grundprincipen för positionsbestämning med

GNSS är att mäta den tiden det tar för signalen mellan satelliten och GNSS-mottagaren.

Genom att veta avstånd och position på minst fyra satelliter är det möjligt att beräkna

positionen i plan och höjd för GNSS-mottagaren (Lilje et al. 2007).

3.3.2 Styrning med GNSS

För att använda maskinstyrning med GNSS krävs en styrdatorenhet, en GNSS-mottagare

samt en eller flera GNSS-antenner på entreprenadmaskinen. Denna teknik kräver dock

13

en referensstation. Tyvärr är GNSS-tekniken inte lika noggrann i höjd som totalstation

men i plan räcker noggrannheten till de flesta typer av arbeten (Scanlaser 2009a).

3.3.3 Totalstation

Totalstationen är ursprungligen en sammanslagning mellan teodolit (som mäter vinklar)

och elektronisk avståndsmätare (HMK-Ge:D, 1996). Totalstationen lanserades 1971 och

är idag det ett välanvänt mätinstrument med hög noggrannhet. Rådata från varje

mätning består av horisontalvinkel, vertikalvinkel och en lutande längd, vilket

koordinater kan beräknas utifrån. För att en totalstation ska kunna användas måste den

antingen stå över en punkt med kända koordinater och/eller som fri station, vilket

innebär att minst två punkter med kända koordinater måste mätas in för att en

positionsetablering ska kunna ske. Vid mätning med totalstation, mäts vanligtvis mot

prisma eller reflextejp men det är även möjligt att mäta mot reflektorlösa mål

(MätNiklas 2009).

När en totalstation används vid maskinstyrning krävs det att den kan använda sig av

tracking-mätning, d.v.s. kontinuerlig mätning mot prismat. Noggrannheten med

tracking-mätning blir lägre än vid standardmätning. Vid maskinstyrning krävs tracking då

entreprenadmaskinen rör sig hela tiden. Företaget MätNiklas (2009) har testat

noggrannheten med tracking och den visade sig vara ca 5 millimeter +2 ppm.

En annan funktion som är ett krav vid maskinstyrning är autolock, d.v.s. om

totalstationen tappat kontakten med prismat så hittar totalstationen automatiskt

prismat vid en prismasökning. När prismat är funnet låser totalstationen mot prismat

och följer med prismats rörelser, förutsatt att sikten är fri (MätNiklas 2009).

Fördelarna är många med totalstationer, det negativa som bör lyftas fram är att det

krävs fri sikt för att kunna använda, det lämpar sig alltså inte alltid att använda en

totalstation. Både väder och terräng måste vara anpassat för att det ska löna sig att

använda totalstation. Avstånd mellan prisma och totalstation begränsar arbetsområdet,

antingen p.g.a. siktlängd eller då terrängen kommer i vägen för siktlinjen. Detta medför

att nya uppställningar måste ske om inte flera totalstationer används. Vid varje

uppställning måste instrumentet kalibreras så det står horisontellt, något som tar tid och

14

kräver att totalstationen står på en plats där mark- och siktförhållandena är goda

(MätNiklas 2009).

3.3.4 Styrning med totalstation

Automatisk Tracking System (ATS) betyder att totalstationen är försedd med automatisk

tracking funktion d.v.s. en obemannad självsökande totalstation. Mätningen fungerar på

samma sätt som vanligt med etablering över känd punkt eller fri station. På maskinen

monteras prismor som totalstationen mäter emot och informationen skickas sedan

vidare till maskinistens styrdatorenhet. ATS-teknik används oftast vid

beläggningsarbeten eller arbeten som kräver bra noggrannhet i höjd. Inställningar finns

så att maskinisten själv kan korrigera höjd på hydrauliken men vanligtvis sker detta

automatiskt och maskinisten kan koncentrera sig på entreprenadmaskinens läge i plan

(HMK-BA4 1998).

3.3.5 Anläggningslaser

Det finns många olika typer av anläggningslasrar, bl.a. rörlaser, interiörlaser,

laserlängdmätare och planlaser (MätNiklas 2009). Den sistnämnda är vad som används

vid maskinstyrning och är därför det mest intressanta i denna rapport.

Planlaser, oftast kallad rotationslaser, sänder ut en ljussignal i ett horisontellt plan.

Signalen fångas upp av en speciell lasermottagare som oftast sitter på en mätstång. När

lasermottagaren befinner sig på samma höjd som planlasern avges ett ljud. En planlaser

roterar vanligtvis med 5-15 varv/sekund beroende på modell och ett komplett system

med laser och mottagare kostar sällan mer än 30 000 kronor. Nackdelar med en

planlaser är att det kan vara krångligt och tidskrävande om många höjder ska markeras,

samt att lasern har begränsad räckvidd och kräver fri sikt. Planlaser tar inte hänsyn till

jordkrökningen, vilket gör att långa avstånd om möjligt ska undvikas (MätNiklas 2009).

3.3.6 Laser som höjdstöd

Enligt HMK-BA4 är lasern det vanligaste hjälpmedlet för höjdstöd och höjdautomatik.

Normalt når en laser ca 150 meter från uppställningsplatsen och den placeras oftast i

15

anslutning till väglinjen. En höjd över terrassen bestäms och höjden anpassas på

maskinens lasermottagare (HMK-BA4 1998).

3.3.7 Andra tekniker

Hjälputrustning som kan kopplas samman med ovan nämnda tekniker är:

Tvärfallsautomatik

Ultraljudsföljare

Tvärfallsautomatik handlar om skevning och bombering, används vid vägarbeten och är

svåra att skapa manuellt och är därför ett viktigt hjälpmedel. Den vanligaste metoden

när det gäller tvärfallsautomatik är en pendelkonstruktion som visar ”bör”- och ”är”-

värden, d.v.s. lutningen på bladet som den ”bör” vara och vad lutningen ”är” i nuläget.

Om pendeln inte används måste nivån på bladet styras med sensorer i schaktbladets

bägge ändar utifrån ett referensplan. Med pendelmetoden räcker det med att det styrs i

ena ändan. Utrustningen till en ultraljudsföljare består av sändare och mottagare som

kan mäta avstånd i höjdled. Denna placeras på hyvelbladets kant så mätningen sker på

bladets utsida och mäter höjden över t.ex. en kantsten eller en spänd tråd (HMK-BA4

1998).

3.4 Mjukvaror

På marknaden finns många olika program och mjukvaror för mätning. De vanligaste

programmen i Sverige är TopoCad från Chaos System och Geo från SBG. Programmen

används bl.a. för att skapa mätfiler som kan skickas över till styrdatorenheten, dessa

visas sedan i displayen för maskinisten. Programmen är likvärdigt uppbyggda och kan

skapa i stort sätt samma filer, så vilket program som används är helt upp till användaren

(SBG 2009, Chaos Systems 2009). För överföring av filer till Topcons styrdatorenheter

krävs ett program som heter 3D-Office, vilket även kan skapa och editera modeller

(Topcon 2009).

3.5 Kalibrering av grävsystem

Enligt personal från PICAB (2009b) kalibreras ett grävsystem enligt följande:

16

Kalibreringen av sensorerna startar med att de monteras på en grävmaskin, sedan måste

de mätas in för att grävsystem ska veta var sensorerna är placerade. Till inmätningen av

sensorerna används en totalstation för att ge bästa möjliga precision. Avstånden mäts

från grävmaskinens bomfäste men höjden som maskinisten avläser på styrboxen ges på

skopan. Figur 5 visar en grävmaskin ovanifrån där måtten markerat med B är

sidoavståndet mellan bomfästets centrum och GNSS-antennerna. A-måttet visar

avståndet mellan bomfästets centrum och GNSS-antennerna.

Figur 5, A-måttet är avstånd mellan GNSS-antenn och bomfästes centrum. B-måttet är sidomåttet mellan GNSS-antennerna och bomfästets centrum.

Figur 6 visar en grävmaskin bakifrån, C-måttet visar höjden från marken till centrum på

bomfästet. D-måttet visar höjden från GNSS-antennerna till bomfästets centrum. Även

måtten mellan bomfästets centrum och bommens längd ska ställas in.

Figur 6, C-måttet visar avståndet från marken till GNSS-antennerna. D-måttet är avståndet mellan GNSS-antennerna.

17

Därefter ska stickans längd mätas in från samma punkt där bommen slutar, se figur 7.

För att kalibreringen ska stämma kan det väljas olika inställningar beroende på skopa. En

felkälla som kan komma efter en viss tids användande av grävsystemet är att skopans

tänder nöts ner. Detta medför att systemet då visar fel höjd med samma mått som

skopan har nötts.

Figur 7, E-måttet visar avstånd mellan bomfästets centrum till stickans fäste. F-måttet är från stickans fäste till skopans fäste.

När grävsystemet mäts in är det viktigt att det blir noggrant gjort. Felen som blir vid

inmätningen av sensorerna kommer alltid att finnas kvar, detta är en felkälla som inte

går att undkomma på andra sätt än om en ny kalibrering genomförs. För att en

kalibrering ska bli så bra som möjligt bör en person med mätkunskaper eller personal

som är utbildad inom området t.ex. återförsäljaren, genomföra denna kalibrering.

18

3.6 Resultat i 2D

I tabell 2 redovisas resultaten från mätningarna som genomförts i 2D, d.v.s. enbart

sensorerna. I tabellernas vänstra spalt är höjden som visades i grävsystemets

styrdatorenhet. Tabellens högra spalt redovisar det sanna värdet som uppmättes med

mätband.

Tabell 2, Resultatet av kontrollmätningarna utförda i 2D, d.v.s. enbart sensorerna utan GNSS. Resultatet redovisas i centimeter.

Höjd enligt

Styrdatorenhet

Höjder mätta med mätband

7 maj 2009

kl. 12.40

7 maj 2009

kl. 15.30

8 maj 2009

kl. 10.15

8 maj 2009

kl. 12.05

8 maj 2009

kl. 13.40

10 10,3 10,4 10,4 9,2 10

30 30,8 31,5 30,2 30,6 30,3

50 50,4 51,7 50,7 50,0 50,9

60 61,3 61,8 60,7 60,0 60,7

70 71,3 73,2 71,0 69,4 71,3

100 101,1 104,7 101,2 99,1 102,1

70 71,1 73,1 70,8 69,5 71,1

60 60,8 62 60,3 59,5 60,5

50 50,5 51,8 50,5 49,6 50,7

30 30,3 31,8 30,1 30,0 29,9

10 10,2 10,4 9,9 9,8 9,9

3.7 Resultat i 3D

I tabell 3 redovisas resultaten från mätningarna som gjordes i 3D, d.v.s. sensorerna och

GNSS samarbetar. Vid mätning med GNSS är det oftast höjden som ger sämst värden,

när testet genomfördes varierade höjden med ca 1-2 centimeter.

19

Tabell 3, Resultatet av kontrollmätningarna utförda i 3D, d.v.s. sensorerna samt GNSS. Resultatet redovisas i centimeter.

Höjd enligt

Styrdatorenhet

Höjder mätta med mätband

7 maj 2009

kl. 13.00

7 maj 2009

kl. 15.50

8 maj 2009

kl. 10.35

8 maj 2009

kl. 12.30

8 maj 2009

kl. 14.00

10 10,2 9,5 9,2 9,9 10,1

30 32 31 28,7 32,5 29,9

50 52,1 50,5 50,7 53,6 51,2

60 60,1 62,1 60,4 63,6 58,8

70 70,2 73,1 70,1 75,4 70,9

100 100,9 105,5 100,6 103,3 99,8

70 71,3 72,7 69,6 74 70,2

60 61,9 62,1 61,0 61,6 60,6

50 50,3 50,7 50,9 52,2 49,1

30 30,9 31,2 30,2 31,5 30,0

10 10,5 9,8 11,0 10,1 10,3

Av resultatet går det att utläsa att vissa mätningar har blivit sämre än andra, vad detta

beror på är okänt, men teorier om detta finns att läsa i diskussionsdelen. För att kunna

studera kontrollmätningarna och bättre kunna göra jämförelser har två grafer skapats,

där resultaten ger en visuell bild av mätningarnas noggrannhet. Figur 8 visar resultatet

från 2D mätningarna.

20

Figur 8, Diagram över kontrollmätningarna i 2D. Skopans höjd avläses till vänster, vilket test höjden avser läses vid X-axeln.

Det som tydligast går att utläsa ur denna graf är att det inte verkar finnas några grova fel

från mätningarna, de ser ganska likvärdiga ut mellan gångerna. Dock kan det utläsas att

mätningen på 100 centimeter ser ut att ha lite sämre noggrannhet än vad de övriga

höjderna har. Figur 9 visar resultatet från 3D-mätningarna.

Figur 9, Diagram över kontrollmätningarna i 3D. Skopans höjd avläses till vänster, vilket test höjden avser läses vid X-axeln.

21

Från figur 9 kan utläsas att det inte finns några grova fel gjorda i mätningarna. Det går

även att se likheter med mätningarna från 2D då mätningen på 100 centimeter verkar

vara lite sämre än de övriga mätningarna. Dock visar grafen att test två har fått sämst

noteringar både i 2D och i 3D vid 100 centimeter. Test fyra med 3D systemet har fått

generellt sämre värden än de övriga testerna.

3.8 Mest lönsamt ekonomiskt

Vilket grävsystem som är mest lönsamt är en svår fråga att besvara då grävsystemen kan

användas på väldigt många olika sätt. De billigare grävsystemen har lägre inköpspris,

men klarar inte av att hantera jobb i samma omfattning som de dyrare grävsystemen.

Enligt Scanlaser kan en maskin öka sin produktivitet med minst 30 %. Scanlaser har gjort

en kalkylberäkning med två av sina grävsystem och beräknat på de olika vinsterna som

kan göras. Alla beräkningar i denna kalkyl är baserade på 220 arbetsdagar per år, 8

timmars arbetsdag, arbetare 250 kronor i timme, grävmaskin 600 kronor per timme

(inkl. maskinförare), utsättningskostnad 540 kronor per timme. Kalkylen redovisas här

nedan. Hela kalkylen kan läsas i Scanlasers broschyr ”Öka din produktivitet med minst

30%”.

3.8.1 Tvärgående lutning/tvåfall

Tvärgående lutning är ett grävsystem som Scanlaser säljer som kan hantera fler typer av

jobb.

Kostnadskalkyl – 10 % effektivare, vilket ger denna ekonomiska vinst:

Grävmaskin 600 kronor * 220 dagar * 8 timmar * 10 % = 105 600 kronor

Arbetare 250 kronor * 220 dagar * 1 timme = 55 000 kronor

Totalt kan detta system spara 160 600 kronor per år, vilket betyder att ett system kan

betala av sig på 7 månader.

3.8.2 3D system – GNSS

3D systemet är det dyraste och mest kompetenta grävsystem som säljs av Scanlaser,

detta system hanterar de flesta typer av jobb.

22

Kostnadskalkyl – 30 % effektivare, vilket ger en ekonomisk vinst på:

Grävmaskin 600 kronor * 220 dagar * 8 timmar * 30 % = 316 800 kronor

Arbetare 250 kronor * 220 dagar * 4 timmar = 220 000 kronor

Utsättning 540 kronor * 220 dagar * 1 timme = 118 000 kronor

Vilket blir ett sparande på 655 600 kronor per år, denna investering kommer betala av

sig på 9 månader.

3.8.3 Mest lönsamt tidsmässigt

För att ekonomiskt kunna jämföra hur effektiva olika system är måste en jämförelse

mellan olika tekniker göras. Enligt personal från PICAB (2009b), finns det på marknaden

idag två olika metoder för att använda maskinstyrning med GNSS, det ena är att

använda sig av en GNSS-antenn, det andra systemet använder sig av två GNSS-antenner.

Med en GNSS-antenn, även kallat ”Enkel-GPS”, krävs rotationer för att maskinen ska

kunna lokalisera hur maskinen är orienterad i plan. En sådan rotation måste ske efter att

grävmaskinen flyttat sig ur läge för att ge rätt orientering i plan. Sker ett arbete som t.ex.

lastning kommer denna rotation automatiskt när arbetet sker. Med två GNSS-antenner,

kallat ”Dubbel-GPS”, behövs inte dessa rotationer eftersom att de två antennerna är

orienterade sinsemellan. GNSS-mottagaren tar då emot två satellitsignaler och

maskinens läge i plan kan därför beräknas av datorn. Detta sparar tid då maskinisten

inte behöver rotera grävmaskinen efter att han rört sig.

Scanlaser har tagit fram ett grävsystem som kallas ”Trippel-GPS”, om detta går att läsa i

Scanlasers broschyr ”Trippel-GPS tre användningsområden i en lösning” där de

presenterar sin nya metod. Denna lösning använder sig av GNSS-antenn, en GNSS-

mottagare och en GNSS-antenn med inbyggd GNSS-mottagare. Scanlaser använder sig

av Leicas produkter och deras version av denna antenn heter PowerAntenn (Leica 2009).

Detta ger tre olika användningsområden för grävsystemet, det första är vanlig ”Dubbel-

GPS”. Det andra är ”Enkel-GPS”, då monteras PowerAntennen på en stång och maskinen

kan använda sig av ”Enkel-GPS” samtidigt som utsättaren använder sig av en traditionell

GNSS. Det tredje användningsområdet är ”Enkel-GPS” med basstation. PowerAntennen

demonteras från maskinen och fästes på ett stativ, basstationen fungerar då som en

23

referensstation och ger centimeter noggrannhet på arbetsplatsen. På detta sätt finns tre

användningsområden för bara två GNSS-mottagare samt två GNSS-antenner.

En sådan PowerAntenn har även andra tillverkare tagit fram, men då under andra namn.

Topcons motsvarighet heter HiPer+ och Trimbles version går under namnet R8 (Topcon

2009, Trimble 2009).

24

4 Diskussion och slutsats

Vid val av examensarbete trodde jag att det skulle vara relativt lätt att hitta information

på internet eftersom att det är en teknik som vänder sig emot många potentiella köpare.

Sådan information har också hittats men det har varit ganska svårt att få fram fakta som

inte känns vinklad eller vriden eftersom att mycket av den information som hittats är

från återförsäljare och tillverkares hemsidor, t.ex. Scanlaser, Mikrofyn, Topcon och

liknande. Teknisk information om hur grävsystemen är uppbyggda är svårare att hitta

information om, men det som hittats känns trovärdig. Däremot är det svårare att lita på

när företagen skriver ”hur bra” just deras grävsystem är. Här gäller det för dem att vara

säljande och inge ett gott intryck hos sina eventuella kunder.

Mätningarna gjordes enbart med Topcons maskinstyrningssystem. Topcon är relativt

små i Sverige med bara två återförsäljare, Top Position och PICAB. Dock växer Topcon

hela tiden och tar andelar på den svenska marknaden. Topcons produkter är ofta lätta

att förstå och lära sig då de använder sig av Windows-gränssnitt i sina enheter. Fördelar

med detta är det kan dra ner eventuella kostnader för utbildning av maskinförare eller

andra som ska använda deras produkter. Ju enklare ett grävsystem är att lära sig med

styrdatorenhet eller kontrollbox desto större är chansen att maskinisten gör ett bra

arbete.

Om Figur 8 och Figur 9 som grafiskt visar punkternas fel i höjd studeras, är det lätt att se

om någon kontrollmätning skiljer sig markant från de andra. Kontrollmätningarna visar

att inga grova fel har begåtts då alla mätningar ligger inom en rimlig toleransnivå. Dessa

diagram visar att mätning nummer fyra i 3D skiljer sig något mot övriga mätningar i

noggrannhet. Vad detta beror på är oklart då det skedde på samma plats som mätning

2-5 med samma markpunkt, skopa och mätband. Det som kan noteras med den fjärde

testmätningen är att den genomfördes klockan 12.30. Vid denna mätning var antalet

satelliter färre än vid tidigare genomförda mätningar, vilket kan ha lett till en försämrad

noggrannhet. Enligt noteringar blåste det även en del under denna mätning vilket också

kan påverka resultatet negativt, då det var ett störningsmoment när höjdkontrollen

skedde. Kontrollmätning nummer två fick den högsta avvikande noteringen av alla

mätningar när höjden 100 cm skulle kontrolleras. Denna mätning visade höjden 105,5

cm, vilket är en millimeter sämre än kontrollmätning nummer tvås sämsta notering, som

25

på höjden 70 cm fick ett testresultat på 75,4 cm. Varför dessa två resultat blev så pass

mycket sämre än övriga är svårt att svara på eftersom de är utförda med samma metod

som övriga kontrollmätningar. Mest troligt är det den lutande längden som är den stora

felkällan vid alla mätningar, och kan därför inte få ta hela skulden för det dåliga värdet.

Enligt mina noteringar som skedde vid kontrollmätningarna var det soligt och cirka +10⁰

C när mätning två genomfördes, så vinden har inte varit något störningsmoment vid

mätningen. Om en jämförelse mellan 2D och 3D mätningarna görs, syns det ett samband

mellan kontrollmätningen vid 100 cm och andra kontrollmätningen. Hela andra

kontrollmätningen som är genomförd i 2D har sämre mätvärden än övriga

kontrollmätningar. Detta kan bero på att maskinen precis innan mätningen flyttades 5

meter och marken successivt sjunkit efter. Dock borde mätningarna visat ett lägre

resultat än höjden som angavs i styrdatorenheten om marken hade sjunkit efter. Men

när varje mätning genomfördes var det ett problem att lyfta skopan precis rakt upp,

eftersom maskinisten inte var en van användare av grävmaskiner. Den lutande längden

kan i vissa test vara större än i andra. Slutligen är jag positivt överraskad till

mätningarnas noggrannhet både i 2D och i 3D. Tyvärr fanns det som jag nyss nämnde

några mätningar som inte var särskilt bra och detta bevisar ju att maskinstyrning med

GNSS inte är helt att lita på. För de flesta typer av arbete krävs sällan högre noggrannhet

än vad mitt resultat visat. Däremot är hyvling av väg ett finare arbetet, som kräver högre

precision kanske inte lämpade för maskinstyrning med GNSS än.

Scanlasers ekonomiska kalkyl angående hur snabbt ett grävmaskinsystem kan återbetala

sig, innehöll vissa brister som kan glömmas bort i ett längre perspektiv. Om den totala

ekonomiska vinstens alla faktorer skall blandas in för en mer heltäckande kalkyl, anser

jag att följande faktorer bör tas hänsyn till:

Kostnader för köp eller hyra av utrustningen – om olika tillverkares grävsystem

kostar lika mycket eller finns möjlighet att välja billigare alternativ? Ett billigare

system betalar av sig snabbare än ett likvärdigt som är dyrare. Vissa jobb kräver

inte att utrustningen köps utan det blir mer ekonomiskt att hyra utrustningen,

t.ex. vid mindre projekt.

Vid en tidsmässig vinst måste även hänsyn tas till kalibrering och installation av

grävsystemet. Med beräkningar från Scanlasers siffror visar att det kan sparas

mycket pengar beroende på hur fort detta går att genomföra. Varje timme som

grävmaskinen står utan arbete kostar 600 kronor, detta är den lägsta kostnaden

26

som går att nå. Om även montören och inmätarens kostnader läggs till hamnar

varje timkostnad över 1000 kronor.

En annan kostnad som kan glömmas bort är den utbildning som kan krävas för att förstå

eller lära sig grävsystemen. Ett lätt grävsystem kräver mindre kunskaper än ett mer

avancerat grävsystem med krångligare gränssnitt. Om maskinisterna behöver utbildning

för att klara av grävsystemen kommer detta kosta pengar, t.ex. utbildningspersonal,

material samt att maskinerna står stilla utan arbete. En kostnad som kan uppstå som

inte är med i beräkningarna är support och garantier som medföljer grävsystemet. Skulle

problem uppstå är det viktigt att support finns tillgänglig, antingen via telefon eller

fysiskt för att hjälpa till att lösa problemet. Står en maskin stilla under lång tid kostar

detta väldigt mycket pengar, vilket i slutändan kan leda till att kostnaderna för bygget

tillslut blir högre det planerade.

I ett framtida perspektiv ser maskinstyrningens utsikter goda ut. GNSS-tekniken

utvecklas hela tiden, noggrannheter blir bättre när fler satelliter finns tillgängliga och

hårdvaran som tar emot signaler är under ständig utveckling. Eftersom det fortfarande

finns problem att mäta höjder med en GNSS så kommer tekniken fortsätta att utvecklas

lång tid framöver. Inom detta område kommer marknaden att växa i många år till, lika så

maskinstyrning som fortfarande inte är standard på alla arbetsplaster. När tekniken blir

billigare och kvalitén på mätningarna kan säkerställas kommer förmodligen

maskinstyrning vara ett etablerat och välanvänt system.

Vid byggprojekt idag är ekonomin en viktig fråga, företagen ska hålla ned kostnaderna

men samtidigt leva upp till de krav som finns. Maskinstyrning är bevisligen något som

gör maskinerna mer effektiva, detta leder till lägre utgifter för kunden. Sensorerna som

idag används kan utvecklas ännu mer i ett framtida perspektiv. Idag har sensorerna

centimeternoggrannhet, men i ett framtida perspektiv kan millimetersensorer finnas på

marknaden. Likaså kan maskinerna utvecklas mer från tillverkare så att de redan från

fabriken är anpassade för maskinstyrning. Idag finns många äldre maskiner ute på

arbetsplatser som inte är anpassade för maskinstyrning. Om det i ett framtida

perspektiv kan bli ett samarbete mellan tillverkare för fordon och tillverkare av

maskinstyrning kan grävsystemen bli mer anpassade för rätt fordon. För att allt detta ska

kunna användas fullt ut måste maskinföraren ha kunskap och kännedom om tekniken

han använder sig av. En maskinist bör ha god kännedom om utsättarens roll för

27

toleranser och hur 3D modeller fungerar eftersom maskinerna tar över en del av

utsättarens arbete. Utsättaren kommer i allt större utsträckning att arbeta med

framtagning av modeller för styrdatorenheter och kontroll av maskinernas arbete.

4.1 Slutsats

Maskinstyrning är ett bra komplement för entreprenadmaskiner. Det ger en trygghet för

maskinisten som själv kan övervaka sitt arbete. Det är även en bra lösning ekonomiskt

sett eftersom effektiviteten bevisligen ökar och utsättningskostnaderna kan hållas nere.

Det ger även bättre förutsättningar att arbetet skall flyta på och bli klart inom utsatt tid.

Maskinstyrning har dock inte bara positiva egenskaper, bland det negativa bör nämnas

att maskinisten överlåter vissa delar av arbetet till tekniken, om den vid något tillfälle

skulle vara ur funktion, innebär detta en stor omställning för maskinisten som måste

återgå till att styra allting manuellt igen. Om för stor vikt läggs på att maskinerna ska

klara av att styra sig själva kommer maskinisternas kunskaper om grävning eller hyvling

att minska. Men detta är ett problem för framtiden, idag ligger problemet på att

maskinisterna inte alltid förstår eller behärskar tekniken och datorerna.

Maskinstyrning kan i stort sett alltid användas, om terrängen inte tillåter användning av

GNSS finns möjlighet att montera prismor och använda totalstation. Är inte heller detta

möjligt så har maskinisten åtminstone hjälp från sensorerna som underlättar arbetet

genom att ge höjder.

Slutligen kan anses att tekniken är tillräckligt utvecklad för att kunna lita på och

höjderna är tillräckligt bra för att kunna använda vid t.ex. ett vägbygge. Däremot gäller

det se till att satellitmottagningen eller totalstationen klarar av att leverera den

precision som krävs för arbetet. Vid arbeten som kräver hög noggrannhet bör

totalstation eller laser användas för att garantera att höjderna blir bra. GNSS-tekniken

har i vissa fall problem med höjdmätning, men som resultaten visar är de i många fall

väldigt bra.

28

4.2 Framtida studier

Det som kan utvecklas med denna studie är test av fler leverantörers grävsystem under

liknande förhållanden. Då går det även att jämföra för- och nack- delar med de olika

grävsystemen på ett annat sätt än vad som är gjort i denna studie. En jämförelse mellan

olika styrdatorenheter och kontrollboxar är ytterligare en studie som kan göras om det

finns möjlighet att testa flera olika modeller vid samma tillfälle. Den ekonomiska

kalkylen som Scanlaser har tagit fram kan analyseras djupare än vad jag gjort, det är

möjligt att själv bearbeta fram en liknande kalkyl och se hur Scanlasers siffror stämmer.

29

Referenser

Chaos Systems (2009) hämtad från:

http://www.chaos.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Digglen F. (1997) GPS and GPS+GLONAS RTK. Ashtech Inc. Sunnyvale, California, USA.

ION-GPS. September 1997 ”New Product Descriptions”.

Eriksson M. och Hedlund G. (2005) Satellitpositionering med GPS och GPS/GLONAS,

LMV-rapport 2005:08, Gävle.

HMK-BA4 Byggande (1998) Handböcker i Mätnings- och Kartfrågor för Bygg och

Anläggning. Byggforskningsrådet, Stockholm.

Jonsson H. (2008) Satellitguidning av grävmaskiner, en utvärdering av systemets

effekter. Luleå tekniska universitet, Luleå.

HMK-Ge:GPS (1996). Handbok till mätningskungörelsen, Geodesi GPS. Gävle:

Lanmäteriverket

HMK-Ge:D (1996). Handbok till mätningskungörelsen, Geodesi Detaljmätning. Gävle:

Lanmäteriverket

Lantmäteriet (2009) hämtad från:

http://www.lantmateriet.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Leica (2009) hämtad från:

http://www.leica-geosystems.com/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Lilje C., Engfeldt A. och Jivall L. (2007) Introduktion till GNSS, LMV-rapport 2007:11,

Gävle.

Mikrofyn (2009) hämtad från:

http://www.mikrofyn.net/ (åtkomst: 28 maj 2009)

30

MätNiklas (2009) hämtad från:

http://www.matniklas.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

PICAB (2009a) hämtad från:

http://www.picab.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

PICAB (2009b), personlig kontakt.

SBG (2009) hämtad från:

www.sbg.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Scanlaser (2009a) hämtad från:

http://www.scanlaser.se/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Scanlaser (2009b), personlig kontakt.

Sokkia (2009) hämtad från:

http://www.sokkia.com/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Svensson S. (2008) Maskinstyrning i mindre anläggningsprojekt. Lunds Universitet, Lund.

Topcon (2009) hämtad från:

http://www.topconpositioning.com/ (åtkomst: 26 maj 2009)

Trimble (2009) hämtad från:

http://www.trimble.com/ (åtkomst: 26 maj 2009)

31

Bilaga 1 – Maskinell utrustning

Här ovan ses grävmaskinen som användes vid kontrollmätningarna, en Komatsu PC 16R HS från PICAB som är utrustad med Topcon maskinstyrning.

Figuren visar Topcons Styrdatorenhet GX-60 som var monterad i grävmaskinen.

32

Här ses två stycken PGA-1 GNSS-antenner från Topcon. Bilden är tagen på samma grävmaskin som tidigare figurer visar och denna grävmaskin använder sig av ”Dubbel GPS”, d.v.s. två GNSS-antenner för att öka effektiviteten.

Detta är en TS-1 tilt sensor från Topcon. Dessa sitter monterade på bom, sticka, två på skopa och en bak på maskinen för rotation. TS-1 sensorn innehåller inga rörliga delar och är därför en robust sensor som enligt Topcon ska tåla stötar.

33

Här är en GNSS-mottagare från Topcon. En sådan monteras oåtkomlig för oberörda och placeras ofta i maskinrum eller i förarhytten.