CN105386396A - 自行式建筑机械以及用于控制自行式建筑机械的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自行式建筑机械，具有行驶机构、驱动装置和工作装置，建筑机械可在土地上实施平移运动和/或旋转运动并且可在土地上的预先规定的工作区域中建造建筑物或改造土地。本发明还涉及一种用于控制自行式建筑机械的方法。建筑机械包括图像记录单元和显示单元。图像记录单元的图像数据在具有识别单元和参考单元的数据处理单元中被处理。在显示于显示单元上的图像中，对建筑计划重要的对象被识别并且从记录单元的图像数据中测定空间数据组，数据组包含关于已识别的对象在独立于建筑机械的运动的坐标系统中的位置的信息。根据空间数据组控制用于在土地上实施平移运动和/或旋转运动的和/或用于在土地上建造建筑物或用于改造土地的建筑机械。

Description

自行式建筑机械以及用于控制自行式建筑机械的方法
技术领域
本发明涉及一种自行式建筑机械，特别是一种铣路机或滑动模板铺路机，其具有沿工作方向包括前轮和后轮或是前部和后部行驶机构、用于驱动前轮和/或后轮或者前部和后部行驶机构的驱动装置以及工作装置，其中，该建筑机械可在土地上实施平移运动和/或旋转运动并且可在土地上的预先规定的工作区域中建造建筑物或改造土地。本发明还涉及一种用于控制自行式建筑机械的方法。
背景技术
已知各种类型的自行式建筑机械。对于这种机械特别是指已知的铣路机或滑动模板铺路机。该建筑机械的特点是，其具有用于在土地上建造建筑物或用于改造土地的工作装置。
在已知的铣路机中，工作装置具有安装有铣削刀具的铣削轧辊，借助铣削轧辊可从地表铣削出材料。滑动模板铺路机具有用于成型能够流动的材料、特别是混凝土的装置，该装置也称为混凝土凹腔。借助该混凝土凹腔可制造例如挡板或水槽这样不同构造的建筑物。
在借助已知的建筑机械规划和实施建筑工程时存在这种问题，必须考虑到已经存在于土地中的对象、例如排水口或井盖。建筑物例如不应位于排水口上或不应从土地的例如有井盖的区域中铣削出材料。
为了顾及到在土地中的对象，必须干预到机械控制中。例如在驶过井盖时在考虑到安全距离的情况下，在预先规定的路程(其取决于井盖尺寸)之内需要从预先规定的位置相对于待改造表面抬起铣路机的铣削轧辊。但是在实践中，机械驾驶员不能看到井盖基于铣削轧辊的高度的正确位置，因为铣削轧辊位于驾驶平台的下面。因此在实践中用机械驾驶员或其他人员可看到的横线标示出井盖在土地中的位置。然而对在土地中的对象的标示在实践中是不利的。首先对对象的标示需要额外的工序。而且很难精确地与行驶方向呈直角地绘出直线。此外，该直线在昏暗的情况下不能或很难被看到。再者，在雨天不能顺利地对对象进行标示。由于该不精确性，因此需要选择相对大的安全距离，该安全距离造成需要更大的修正工作。
在改造土地或在土地上建造建筑物时还有这样的问题，在考虑到存在于土地中的对象的情况下控制建筑机械在土地中的运动。例如，建筑机械应该以预先给定的间距沿着侧面的路缘运动。
为了控制建筑机械，已知有可简化工作的规划和实施的各种装置。
DE102010048185A1描述了一种用于简化对在土地上的手动控制的建筑机械的调度的装置，其通过传感器获取由机械驾驶员调整的传动机构转向角。然后，调度装置计算描述建筑机械的行驶路径的轨迹，为机械驾驶员将轨迹显示在显示单元上。
EP2336424A2描述了一种自行式建筑机械，其具有用于在独立于建筑机械的位置和方位的坐标系统中测定描述理论曲线的数据的单元以及控制单元，该控制单元构造成使建筑机械上的参考点从预先给定的起始点开始在理论曲线上运动，在该预先给定的起始点处建筑机械具有预先给定的在土地中的位置和方位。
EP2719829A1公开了一种用于控制建筑机械的方法，其中在独立于建筑机械的位置和方位的坐标系统中借助在土地中的测量仪器(Rover)测定描述理论曲线的数据，并且将该数据读入到建筑机械的工作存储器中。
US2009/0016818A1和US2012/0001638A1描述了一种建筑机械，其具有用于识别可位于地表下面的金属对象的装置。如果识别出由金属构成的对象，那么铣路机可停机或抬起铣削轧辊。对隐藏在土地中的对象的识别可通过金属探测器进行。
发明内容
本发明的目的是，提供一种自行式建筑机械，通过自行式建筑机械使得在实践中在考虑到存在于土地中的对象的情况下简化对建筑机械的控制。本发明的另一目的是，给出一种方法，借助该方法能够在考虑到存在于土地中的对象的情况下简化对建筑机械的控制。
根据本发明通过独立权利要求的特征实现了该目的。从属权利要求的主体是本发明的优选的实施方式。
根据本发明的建筑机械是自行式建筑机械，其具有用于在土地上建造建筑物的工作装置、例如用于成型混凝土的装置或用于改造土地的装置、例如铣削轧辊。提供该工作装置，使得在土地上在预先规定的工作区域之内建造建筑物，或在预先规定的工作区域之内改造土地。对本发明不重要的是，工作装置如何具体地构造。建筑机械例如可以是铣路机或滑动模板铺路机。其也可以是筑路机或轧辊，其中提出了对存在于土地中的对象的考虑的相同问题。
建筑机械具有用于拍摄土地的图像的图像拍摄单元或图像记录单元。因为图像记录单元与建筑机械一起在土地上运动，所以拍摄的图像显示出位于在与建筑机械在土地中的位置和方位相关的坐标系中的土地区段。图像区应选择为获取对控制建筑机械来说重要的所有区域，其中图像区也可包括使机械驾驶员从驾驶平台上不可见的区域。由此扩大了机械驾驶员的感知。图像记录单元可包括一个或多个摄像机。在图像记录单元具有多个摄像机时，整个图像可由各个摄像机的图像组成。
建筑机械还具有显示单元，在显示单元上显示拍摄的图像。图像例如可显示在显示器上，显示器也可构造为触摸屏幕。
图像记录单元的图像数据在具有识别单元和参考单元的数据处理单元中处理。数据处理单元可以是建筑机械的中央控制单元、计算单元和/或评估单元的一部分或形成独立的单元。数据处理单元可具有微处理器，在微处理器上运行数据处理程序(软件)。
根据本发明的建筑机械和根据本发明的用于控制建筑机械的方法基于对在土地中的一个或多个对建筑计划重要的对象、例如井盖、进水口或路缘的识别，对象成像在显示在显示单元上的图像中。对此，数据处理单元具有识别单元，借助识别单元可由机械驾驶员本身通过识别单元的辅助或没有机械驾驶员的情况下完全自动地识别对象。在本文中，对象的识别是指选择对象。如果从多个不同对象中选择一个或多个对象，那么对象的识别也可包括确定对象类型。环境的真实图像的可视化允许紧接在工作开始之前或在工作过程中识别对象，从而可在工作同时或紧接着工作进行计划和实施，并且可考虑环境的短期变化。在接下来的步骤中实施的工作的计划可在这样的时刻进行，即，在前一步骤中所计划的工作实施的时刻。
在本文中，对建筑计划重要的对象是指对待建造在土地中的建筑物的位置或待改变的土地区段的位置有影响的所有对象。在本发明中，在最简单的并且最一般的情况下唯一的点可以是一个对象。唯一的点例如可以是图像中的像点(图像元素)，图像由多个图像元素组成。于是，识别对象是在图像中从多个图像元素中选择一个图像元素。例如可用鼠标点击该图像元素。但是像点也可包括多个图像元素。
如果对象是多个点，那么例如可通过这些点确定需要被改造的或需要在其上建造建筑物、或者说不需要改造的或需要保持无建筑物的土地区段的走向。例如建筑计划可以是通过铣路机铣削位于路缘旁边的路面。那么待识别的对象例如可以是沿着路缘棱边的点。但是，待识别的对象也可以是线、例如起始线、终止线；物体的一条或多条界线；物体的轮廓线或由在土地中的物体占据的面。在这种情况下，对象本身可通过下面称为对象点的点标明。界线例如可通过两个点、例如其起始点和终点标明。因此，例如位于需要建造建筑物的或需要被改造的土地区段中的起干扰作用的对象可被识别出。例如位于需要用铣路机铣削的土地区段中的井盖可被识别出。
对本发明重要的是，从记录单元的图像数据中测定空间数据组，空间数据组包含关于已识别的对象在独立于建筑机械的运动的坐标系统中的位置的信息。因此，由当前存在的图像数据生成对象数据，借助对象数据可紧接在拍摄图像之后实施项目。
根据图像记录单元在独立于建筑机械的运动的坐标系统中的位置和方位测定空间数据组。对此，数据处理单元具有参考单元。于是，根据测定的描述已识别的对象在固定的坐标系统(建筑机械在该坐标系统中运动)中的位置的空间数据组，控制建筑机械以用于在土地上实施平移运动和/或旋转运动，和/或在土地上建造建筑物或改造土地。因此在建筑计划中可考虑先前识别的对象。
通过已知的用于图像测量(照片测量)和地理参考的方法可测定空间数据组，借助这些方法为图像记录单元的图像数据指派空间信息，以生成空间数据组。为了识别对象可使用已知的用于图像识别的方法。
在图像记录单元的投影面中成像的对象或者说在显示单元上显示的对象的位置可通过图像记录单元的投影面的图像坐标或者说显示单元的图像坐标描述。例如通过拍摄的图像的图像坐标明确地确定每个像点(图像元素)的位置。优选地，参考单元配置成，在独立于建筑机械的运动的坐标系统中，为已识别的对象在显示在显示单元上的图像中的对象点的成像的像点指派位置坐标。例如可通过位于井盖的轮廓线上的三个对象点明确地描述圆形井盖的位置。参考单元可确定对象点的图像坐标，并且根据已知的在涉及建筑机械的坐标系和涉及土地的并且独立于建筑机械的运动的坐标系之间的空间关系，确定对象点在固定的坐标系中的位置坐标。
本发明的一个优选的实施方式规定，识别单元具有输入单元，其配置成，为了识别对象可在显示于显示单元上的图像中标记出待识别的对象的至少一个对象点。在使用触摸屏幕的情况下，显示单元和输入单元可形成共同的单元。机械驾驶员此时可通过触摸触摸屏幕识别对象。
可通过标记位于界线上或对象的轮廓线上的一个或多个对象点来识别对象。如果对象的形状是已知的，那么数量相对少的对象点可用于在投影面中精确地描述对象。例如通过位于轮廓线上的三个对象点明确地确定圆形井盖的轮廓线。轮廓线又明确地确定对象(面)的空间伸展。方型的下水道盖例如通过其拐角点明确地确定。通过路缘对建筑计划的侧边限定可由穿过多个以间距相互布置的对象点延伸的线确定。通过更多数量的参考点提高了位置确定的精确性。
一个特别优选的实施方式提供输入单元，其配置为可从多个具有预先规定的形状(例如对于井盖是圆形或者对于进水口是方形)的对象中选出一个对象，其中，识别单元配置成在选出特定的对象和至少一个标记的对象点的基础上识别对象。如果机械驾驶员已经在图像上看到，对象例如是圆形井盖，那么他做出了相应的选择，即在输入单元上输入井盖作为已识别的对象。在实践中，待识别的对象是标准的对象，其几何尺寸是已知的。如果对象的尺寸是已知的，例如所选择的井盖的直径，那么作为对象点例如仅标记井盖的中点就足够用来标示井盖的轮廓线并且确定其在投影面中的面积。对此，标准的对象对应至少一个待标记的参考点。
另一优选的实施方式提供图像辨别单元，其配置成可辨别出具有预先规定的形状的对象以用于在显示于显示单元上的图像中识别对象。该实施例允许在无需机械驾驶员的情况下完全自动地识别对象，即，通过由图象辨别单元辨别形状和尺寸已知的对象、例如圆的井盖或方的进水口。然而，也可通过图像辨别做出预选择，其还需要由机械驾驶员操作。
识别单元不仅具有用于选择对象的输入单元而且具有图像辨别单元。由此可进一步简化识别或基于较大冗余而在识别时提高精确性。
根据相应的建筑计划和建筑机械的类型，调整建筑机械的取决于空间数据的控制类型。在铣路机的情况中，工作装置是可相对于地面在高度上调节的、用于对土地的预先给定的区段改造的铣削轧辊，而在滑动模板铺路机的情况中，工作装置是用于成型混凝土的装置。
在本发明的一个优选的实施方式中，在铣路机和滑动模板铺路机的情况中都有利的是，控制单元具有计算和评估单元，其配置为在独立于建筑机械的运动的坐标系统中将工作装置的工作区域的位置和对象的位置相互比较。建筑机械的控制单元配置成使得生成用于操控驱动装置的控制信号，从而使驱动装置实施平移运动和/或旋转运动，使得在建筑机械的进给过程中工作装置的工作区域位于相对于对象预先给定的间距处。因此建筑机械例如可跟随在土地中的路缘的走向，机械驾驶员可在图像中通过多个对象点标记路缘的侧边界线来作为对象。然而，代替用于自动控制建筑机械的电控制信号也可生成光学的和/或声学的和/或触觉的信号，其请求机械驾驶员手动地干预到机械控制中。
在工作装置是可相对于地面在高度上调整的铣削轧辊的铣路机的情况中有利的是，控制单元具有计算和评估单元，其配置成在独立于建筑机械的运动的坐标系统中将铣削轧辊的工作区域的位置和对象的位置相互比较，其中，控制单元配置成根据对象相对于工作装置的工作区域的在空间上的邻近而生成信号。该信号可以是用于操控铣削轧辊或升降缸的控制信号，使得铣削轧辊抬起或降下。然而该信号也可以是光学的和/或声学的和/或触觉的信号，以例如发出警报，使得机械驾驶员可手动地干预到机械控制中，例如可以抬起或降下铣削轧辊或保持建筑机械。在本文中，在空间上的邻近是指铣削轧辊的工作区域的面和对象在土地中占据的面并列放置、重叠或相交。在建筑机械进给时，在铣削轧辊的工作区域的面的前部的界线位于对象的面的后部的界线之前的预先规定的间距处时，抬起铣削轧辊。在工作区域的面的后部的界线位于对象的面的前部的界线之后的预先规定的间距处时，再次降下铣削轧辊，由此不会损坏对象(例如井盖)和铣削轧辊。
优选地，建筑机械具有用于测定位置数据/方位数据的装置，位置数据/方位数据在独立于建筑机械的运动的坐标系统中描述设置在建筑机械上的图像记录单元的位置和方位以及在土地中运动的工作装置的位置。该装置无需直接确定图像记录单元和工作装置的位置，而对于这些位置的确定，对建筑机械的位置确定就足够，因为在一方面建筑机械和另一方面图像记录单元和工作装置之间有固定的空间关系。
用于测定位置数据/方位数据的装置可包括不同的系统。优选地，用于测定位置数据/方位数据的装置包括提供所有重要数据的全球导航卫星系统(GNSS)。全球导航卫星系统(GNSS)优选具有第一和第二GNSS接收器，以用于解译全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号和参考位置的修正信号，其中，第一和第二GNSS接收器布置在建筑机械处的不同位置上。借助第一和第二GNSS接收器可提高测量精确度并且获取方位。代替全球导航卫星系统(GNSS)，也可通过独立于卫星的系统、例如速测仪测定位置和方位。这种能够高度精确地确定位置数据/方位数据的系统属于现有技术。
代替全球导航卫星系统(GNSS)的第二GNNS接收器或代替独立于卫星的第二系统也可设置电子罗盘K以用于获取方位。然而在计算方位时也可取消罗盘。方位的计算可通过在连续的时间点确定参考点的位置并且由位置变化确定运动的方向来进行。在方位的计算中也可包含在相应时刻建筑机械的确定建筑机械的方位的前轴和/或后轴的当前转向角，以提高准确性。
对位置的确定不需要紧挨在位于图像记录单元或工作单元上的参考点处进行。在建筑机械上的任意参考点处进行位置确定都可以，因为图像记录单元的位置(即图像记录单元的成像仪的投影面的位置)和机械的工作装置的位置是已知的。
无需在办公室中预先处理数据就可在建筑位置上进行对项目数据的获取和土地改造或建筑物的建造。可为数据获取和建筑机械的控制提供任意的测地学上的坐标系统，其在数据获取和土地加工之间不发生变化。
如果建筑机械具有独立于土地的走向将机架保持在水平取向或平行于地表的取向上的装置，那么仅需确定建筑机械的行驶方向，以确定图像记录单元的取向，因为固定地安装在建筑机械的机架上的图像记录单元随在土地中的建筑机械运动，并且在机械进给的过程中相对于水平线或相对于地表的视角保持不变。通过使图像记录单元的投影面平行于水平线或相对于地表取向，使得土地投影在俯视图中，由此简化对象的识别和地测。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明的各种实施例。
其中：
图1A示出了滑动模板铺路机的一个实施例的侧视图；
图1B示出了图1A的滑动模板铺路机的俯视图；
图2A示出了铣路机的一个实施例的侧视图；
图2B示出了图2A的铣路机的俯视图；
图3示出了需要借助铣路机加工的路面；
图4示出了根据本发明的建筑机械的主要部件的示意图；
图5示出了在建筑机械的显示单元上显示的土地图像区；
图6A示出了在第一时刻在固定的坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中的对象和建筑机械的工作装置的工作区域，其中工作装置朝向对象运动；
图6B示出了在第二时刻在固定的坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中的对象和建筑机械的工作装置的工作区域，其中工作装置已经到达对象；以及
图7示出了在固定的坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中的对象和建筑机械的工作装置的工作区域，其中建筑机械沿着对象运动。
具体实施方式
图1A和图1B在侧视图和俯视图中示出了滑动模板铺路机作为用于自行式建筑机械的一个示例。这种滑动模板铺路机在EP1103659B1中进行了详细的描述。因为滑动模板铺路机属于现有技术，所以在此仅说明对本发明重要的建筑机械的部件。
滑动模板铺路机1具有机架2，其由行驶机构3支撑。行驶机构3具有两个前部链传动机构4A和两个后部链传动机构4B，其固定在前部的升降柱5A和后部的升降柱5B处。滑动模板铺路机的工作方向(行驶方向)用箭头A表示。
可转向的链传动机构4A、4B是滑动模板铺路机的用于实施建筑机械在土地上的平移运动和/或旋转运动的驱动装置的一部分。借助链传动机构4A、4B，滑动模板铺路机可前后运动。通过升降柱5A、5B的抬起和下降，机架2可相对于地面在一个高度和倾斜度上运动。因此，建筑机械具有三个平移的自由度和三个旋转的自由度。
滑动模板铺路机1具有仅隐含地示出的用于成型混凝土的装置6，其在后面称为混凝土凹腔。混凝土凹腔6是滑动模板铺路机的工作装置的一部分，工作装置用于在土地上建造具有预先规定的形状的建筑物。
图2A和图2B示出了铣路机作为自行式建筑机械的另一示例，其中，对相互对应的零件使用相同的附图标记。铣路机1也具有机架2，其由行驶机构3支撑。行驶机构3又具有前部链传动机构4A和后部链传动机构4B，其固定在前部的升降柱5A和后部的升降柱5B处。铣路机具有用于改造土地的工作装置。在此涉及一种具有安装有铣削刀具的铣削轧辊的铣削装置6，但是在附图中该铣削轧辊不可见。铣削产物通过输送装置F运输。
图3示出了需要用铣路机加工的路面。横向上由路缘7限定的道路8在土地上伸展。在该实施例中项目指的是铣削道路表面。对此需要考虑在道路上的某些对象O，例如在路面中间的井盖和在路面侧边处的进水口。图3示出了两个井盖9、10和一个进水口11，其在路面铣削时被铣路机驶经过。然而，图3的图示并不相当于机械驾驶员的视野。在建筑机械的驾驶平台上的机械驾驶员不能看到在道路上的对象O，因为其紧挨在建筑机械的前面或位于机械的下面。特别是在铣削轧辊仅在井盖前面很短距离处、即刚好在机械驾驶员必须抬起铣削轧辊的时刻，机械驾驶员由此不能看到井盖。而且，由于到处乱飞的铣削产物，即使借助于在铣削轧辊壳体中的摄像机也不能监测到该区域。
因为机械驾驶员不能看到井盖，所以在实践中在井盖的高度上安装横向标示，其在图3中用M1和M2表示。该标示应该使得机械驾驶员或其他人员能够看到井盖的位置，因此可及时地抬起铣削轧辊。然而，在根据本发明的建筑机械中不需要这种标示。
圆形的井盖9、10可明确地由三个位于井盖的圆形轮廓线上的参考点O11、O12、O13和O21、O22、O23描述。方型的进水口可由四个位于进水口拐角处的参考点O31、O32、O33、O34描述。轮廓线12、13、14确定在土地中由对象O占据的面。
图4以示意图示出了建筑机械的对本发明重要的部件，这些部件用与在图1A、1B和图2A、2B中相同的附图标记表示。
在该实施例中为铣路机的建筑机械具有包括可转向的前轮和后轮、或前部和后部传动机构4A、4B的驱动装置15以及具有升降柱5A、5B，从而建筑机械可在土地中实施平移运动和旋转运动，并且可抬起和降下机架2。为了改造土地，铣路机具有包括可调节高度的铣削轧辊6A的工作装置6，其具有预先规定的工作区域。对驱动装置15和工作装置16的控制通过中央控制单元17进行，该中央控制单元具有计算和评估单元18。
建筑机械还具有图像记录单元19，其具有布置在机架2处的至少一个摄像系统19A，借助摄像系统拍摄待加工土地的、即具有路缘、井盖和进水口的路面的部分。摄像系统19A获取土地的沿工作方向A位于工作装置6的工作区域、特别是铣削轧辊之前的部分。土地区的至少一部分是在驾驶平台上的机械驾驶员不能看到的。
摄像系统19A具有特定的外部方位和内部方位。摄像系统19A在土地中的位置及其观察方向19B确定外部方位，并且摄像机的与投影相关的参数确定内部方位。
下面，摄像系统19A在土地中的在建筑机械运动时持续变化的位置被称作摄像系统的位置，并且观察方向被称为摄像系统的方位。如果建筑机械在土地中运动，摄像系统在独立于摄像机的运动的坐标系统中的位置和方位连续地变化，因为摄像系统安装在机架上。在图3中用(X、Y、Z)表示独立于摄像系统的坐标系统。而与机架相对，摄像系统的位置和方位不改变。
摄像系统可包括一个摄像机或两个摄像机(立体摄像系统)。如果在通过一个摄像机拍摄时将三维的画面投射到摄像机的二维投影面上，那么在对象的坐标、对象在投影面上的投影的坐标和摄像机的焦距之间有明确的关系。但是由于二维投影会丢失高度信息。
对于本发明，摄像系统仅具有一个摄像机就足够，因为在实践中在由摄像机拍摄的图像区中可忽略地表的曲率。此外对于本发明只有二维的画面是重要的，即在平面(地表)中的对象轮廓线。但是本发明并不仅限于此。
为了获取三维画面和/或考虑地表的曲率，图像记录单元的至少一个摄像系统也可以是包括两个摄像机的立体摄像系统，两个摄像机轴平行地以预先规定的水平间距布置，以能够根据已知的方法从不同点中得到高度信息。
建筑机械还具有包括显示器20A的显示单元20，由摄像机19A拍摄的图像的预先规定的图像区显示在显示器上。图5示出了显示单元20的显示器20A，机械驾驶员在显示器上看到对建筑计划重要的土地部分。如果摄像系统是立体摄像系统，也可通过已知方法在显示单元20上显示三维图像。下面，为了清楚起见摄像系统也称为测量摄像机或摄像机。
图像记录单元19借助测量摄像机19A以摄影的方式拍摄土地的图像。出于测量技术的目的，在数据处理单元21中处理图像记录单元19的图像数据。数据处理单元21具有识别单元22和定位单元23，下面还将详细地对它们进行描述。
为了在独立于建筑机械的位置和方位的坐标系(X、Y、Z)中测定建筑机械的位置和方位并进而测定摄像机19A的位置和方位(观察方向)和工作装置7的工作区域的位置，建筑机械具有提供建筑机械的位置数据/方位数据的装置24，其可涉及在建筑机械的机架处的任意参考点R(图1B、图2B)。例如可通过在GNSS坐标系中的矢量V描述建筑机械的位置和方位(工作方向)，GNSS坐标系的原点位于机械的参考点R上(图3)。在这个实施例中，装置24具有第一GNSS接收器24A和第二GNSS接收器24B，其在建筑机械处布置在不同的位置S1、S2中(图1B、图2B)。为了确定建筑机械的位置和方位，第一和第二GNSS接收器24A、24B解译全球导航卫星系统(GNSS)的GNSS信号和参考位置的修正信号。然而，代替第二GNNS接收器24B也可设置电子罗盘以用于获取建筑机械的方位。然而在可能考虑到设置的转向角或其他机械参数的情况下，由连续的位置数据/方位数据计算建筑机械的方位(即建筑机械运动的方向)时也可取消罗盘。
通过建筑机械在独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系(X、Y、Z)中的位置和方位也确定摄像机19A的位置和方位(观察方向19B)。因为摄像机在机架处的位置是已知的，所以可由建筑机械的位置数据/方位数据(其可涉及在建筑机械的机架上的任意参考点R)计算包含关于摄像机19A在独立于建筑机械的GNSS坐标系(X、Y、Z)中的位置和方位的信息的位置数据/方位数据。
在这个实施例中，建筑机械的中央控制单元17配置成，在建筑机械进给过程中，机架2始终保持规定的取向、特别是水平取向或平行于待加工的表面的取向。这种控制单元在DE102006062129A1中进行了描述。因此，在建筑机械进给过程中，摄像机19A相对于独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系(X、Y、Z)的视角19B没有变化。由此简化了对图像数据的评估。而对于机械的取向需要变化的情况，可理解为，可考虑使摄像机19A的视角19B随着机械的取向变化，因为机械例如相对于水平或相对于地表的取向是已知的。
由建筑机械的位置数据/方位数据还计算出包含关于工作装置的工作区域的位置的信息的位置数据，工作区域的空间大小是已知的。例如由已知的铣削轧辊大小和调节的铣削深度确定铣削轧辊的工作区域。同样地，由混凝土凹腔的大小确定混凝土凹腔的工作区域，其大小相当于待建造的建筑物的大小。
建筑机械的由GNSS系统提供的位置数据/方位数据由数据处理单元21接收，其连续地计算摄像机19A的当前的位置数据/方位数据和工作装置6的工作区域的位置数据。
为了开始建筑计划或在实施建筑计划的过程中，铣路机的机械驾驶员可在显示单元20的显示器20A上看到位于待铣削路面中的对象O、例如井盖9、10。数据处理单元21的识别单元22的工作是识别对象O。对此，机械驾驶员可通过输入信息来辅助识别单元22。对此，识别单元22具有输入单元22A。此外，识别单元21还可以具有图像辨别单元22B。
识别单元22的输入单元22A构造成使得机械驾驶员可在于显示单元20上显示的图像中标示出特定的对象点O11、O12、O13、O21、O22、O23、O31、O32、O33、O34(图3)(图5)。例如可使用光标C通过鼠标点击而在显示器20A上标示对象点。如果显示单元20构造为触摸屏幕，那么也可用手指标示对象点。
此外，输入单元22A构造为使得机械驾驶员可在预先给定的特定的对象O之间、例如在井盖或进水口之间选择。机械驾驶员可借助已知的技术，例如使用光标C通过鼠标点击而在工具栏20B上进行选择。在识别单元22的存储器中存储有已知的、相关对象O的大小。
在一个实施例中，机械驾驶员在工具栏20B中通过鼠标点击选择相关对象O，例如井盖9、10，并用光标通过鼠标点击标示出位于对象O(9、10)的轮廓线上的对象点Onm。机械驾驶员例如可在选择井盖的情况下标示井盖9、10的对象点O11、O12、O13、O21、O22、O23或在选择进水口11的情况下标示进水口的对象点O31、O32、O33、O34。由此明确地确定了在投影面中由对象O占据的面。然而也可选择多于三个或四个的对象点。在井盖和进水口之间的区别也可仅在于，依次接连的鼠标点击次数、即三次鼠标点击来标示井盖的三个对象点，并且四次鼠标点击标示进水口的四个对象点。
另一实施例规定，在没有机械驾驶员的辅助下识别对象O。在该实施例中，识别单元22具有图像辨别单元22B，借助图像辨别单元自动地识别各个对象O。图像识别可通过已知的模式识别方法进行。
最后，输入单元22A和图像辨别单元22B可共同作用，其中对对象点Onm的标示可辅助图像识别，由此在冗余的基础上识别对象的情况下可提高精确性。对于识别对象O可使用所有的可用的输入和选择技术。
在识别出各个对象之后例如在坐标系统中确定对象O的形状(例如圆形或方形)和对象的位置，坐标系统涉及建筑机械、特别是摄像机。在图3中用(x、y、z)标出该坐标系。
与建筑机械在土地中的运动相关的坐标系(x、y、z)可以是三维的或二维的坐标系。图3示出了具有x轴、y轴和z轴的坐标系的一般情况。然而，在地表的曲率可忽略并且仅对二维对象进行观察的情况下，二维的坐标系就足够。但是前提是，x/y平面平行于假定为平的地面，这在下面进行说明。
识别单元23配置成，从各个对象O的图像数据和摄像机19A的位置数据/方位数据中测定空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]，数据组包含关于已识别的对象在独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系(X、Y、Z)中的位置的信息。由此在也确定有工作装置6的工作区域的位置的相同坐标系中确定对象O的位置。在该固定的坐标系中，对象在建筑机械进给的过程中不运动，而工作装置的工作区域运动。
优选地，通过为各个对象的对象点指派描述对象在与建筑机械的运动相关的坐标系统(x、y、z)中的位置和面积的图像坐标(xn、yn、zn)，并且为图像坐标指派在独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系统(X、Y、Z)中的位置坐标(Xn、Yn、Zn)，来生成空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]。对此，可使用已知的用于地理参考的方法，借助该方法对在图像上的特定像点测定对应的地理数据，其中为在图像(图像元素)上的每个像点指派在地表上的确定的空间位置。因为仅通过很少的对象点Onm就可明确地描述形状已知的对象O，所以为了确定图像坐标仅需要很少的像点(图像元素)。但是也可能的是，通过在显示单元20的显示器20A上成像对象的所有像点(图像元素)描述这些对象。
在数据传输之后，在独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系统(X、Y、Z)中，不仅对象O的位置而且工作装置6的工作区域的位置都是已知的。
图6A针对铣路机的情况在GNSS坐标系统(X、Y、Z)中示出了在铣削机进给的过程中的特定时刻，铣削轧辊6A的工作区域25的位置和沿工作方向A位于铣削轧辊的工作区域之前较远的井盖9的位置，其中，铣削机朝该井盖运动。井盖9在GNSS坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中是圆形的面。
铣削轧辊6A具有方形的工作区域25，其由圆柱形的辊体的几何尺寸确定。工作区域25由沿工作方向在前部的界线25A、后部的界线25B和侧边的界线25C、25D限定。这些线标记出铣削轧辊6A的铣刀侵入土地表面中的区域。通过升降柱5A、5B的伸缩可相对于地表抬起或降下铣削轧辊6A。如果铣削轧辊6A被抬起或降下，那么铣削轧辊6A的方形工作区域25发生改变。铣削轧辊6A的抬起导致在前部的界线25A和后部的界线25B之间的间距减小，而铣削轧辊的降下导致在前部的界线25A和后部的界线25B之间的间距增大。因为铣削轧辊6A相对于地面的高度以及铣削轧辊的几何尺寸是已知的，所以可在GNSS坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中计算出铣削轧辊6A的工作区域25的方形面积。井盖9在GNSS坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中是圆形的面。
图6B示出了铣削轧辊6A的工作区域25的位置和紧挨在铣削轧辊的工作区域之前的井盖9。控制单元17的计算单元和评估单元18配置成，在GNSS坐标系统(X、Y、Z)中对铣削轧辊6A的方形工作区域25的位置和圆形井盖9的位置连续地进行相互比较，以测定方形面和圆形面的在空间上的邻近。铣路机的控制单元17配置成，根据对象O相对于铣削轧辊6A的工作区域25的在空间上的邻近而生成控制信号，从而抬起或降下铣削轧辊。图6B示出了铣削轧辊6A的工作区域25的前部的界线25A如何到达圆形井盖9的轮廓线12。在铣削轧辊6A和井盖9之间的间距在图6A和6B中用a示出。如果在铣削轧辊和井盖之间的间距a小于预先规定的极限值Δ(图3)，那么操作单元17生成控制信号来操作升降柱5A、5B，使得铣削轧辊相对于地面被抬起。由此在铣路机驶过井盖时不会损坏井盖和铣削轧辊。如果驶过井盖之后在铣削轧辊6A的工作区域25的后部的界线22B和圆形井盖9的轮廓线12之间的间距a大于预先给定的极限值Δ，那么控制单元17生成控制信号来降下铣削轧辊6A，使得再次继续进行铣削过程。
干预到机械控制中也可是，自动地停机。机械驾驶员可抬起铣削轧辊然后再次起动机械。也可能的是，控制单元17生成报警信号，使得在有干扰作用的对象O靠近铣削轧辊6A的工作区域25时发出警报。
下面描述以预先给定的间距沿着侧边的界线控制建筑机械、例如铣路机或滑动模板铺路机的实施例，例如建筑机械需要沿着路缘棱边或水槽行驶，机械驾驶员可在显示器上看到路缘棱边或水槽。
机械驾驶员可例如在图像中在位于路缘棱边或水槽上的对象点上做标记，以识别通过对象点延伸的线。例如在直的路缘棱边的情况下，机械驾驶员可选择直线作为对象并且在图像中标记线的起始点和终点，以在与建筑机械的运动相关的坐标系统(x、y、z)中识别直线。
图7示出了在独立于建筑机械的运动的GNSS坐标系统(X、Y、Z)的X/Y平面中的相关直线L作为对象，其中控制单元17的计算和评估单元18比较对象(线)的位置与工作装置的工作区域的位置。线L的起始点和终点用L1、L2标出。在图7中对于铣路机的情况以实线示出铣削轧辊6A的方形工作区域25，并且对于滑动模板铺路机的情况以虚线示出混凝土凹腔的方形工作区域26、即土地的需要建造建筑物、例如挡板的区域。建筑机械的控制单元17配置成，使得生成用于操控驱动装置6的控制信号，从而驱动装置15实施平移运动和/或旋转运动，使得在建筑机械的进给过程中工作装置6、例如铣削轧辊6A或混凝土凹腔的工作区域25、26位于相对于线L(对象)的预先给定的间距b1或b2处。因此建筑机械顺着路缘棱边或水槽在路缘棱边和水槽的旁边铣削道路，或在路缘棱边或水槽的旁边建造挡板。在建筑机械进给的过程中，在控制建筑机械时，也可顾及其他的对象，例如下水道盖，以例如抬起或降下铣削轧辊。

Claims (16)

1.一种自行式建筑机械，具有：
行驶机构(3)，其沿工作方向包括前轮和后轮，或者包括前部传动机构和后部传动机构(4A、4B)；
用于驱动所述前轮和/或后轮或者驱动所述前部传动机构和/或后部传动机构(4A、4B)的驱动装置(15)；
工作装置(6)，其用于在土地上在所述工作装置(6)的预先规定的工作区域(25、26)中建造建筑物，或在所述工作装置的预先规定的工作区域中改造土地；
控制装置(17)，其用于控制所述驱动装置(15)和/或所述工作装置(6)，使得所述建筑机械在土地上实施平移运动和/或旋转运动，和/或使得所述工作装置(6)在土地上建造建筑物或改造土地；
用于拍摄土地图像的图像记录单元(19)；
用于显示通过所述图像记录单元(19)拍摄的土地图像的显示单元(20)；和
用于处理图像记录单元的图像数据的数据处理单元(21)；
其特征在于，所述数据处理单元(21)具有：
识别单元(22)，其配置成能够在显示于所述显示单元(19)上的图像中识别成像的对象(O)；
参考单元(23)，其配置为，根据所述图像记录单元在独立于所述建筑机械在土地中的运动的坐标系统(X、Y、Z)中的位置和方位，从所述图像记录单元(19)的图像数据中测定空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]，所述空间数据组包含关于已识别的对象(O)在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中的位置的信息；并且
所述控制单元(17)配置成，根据测定的空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]，操控用于在土地上实施平移运动和/或旋转运动的所述驱动装置(15)，和/或操控用于在土地上建造建筑物或用于改造土地的所述工作装置(6)。
2.根据权利要求1所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述识别单元(22)具有输入单元(22A)，所述输入单元配置成为了识别对象(O)能够在显示于所述显示单元(20)上的图像中标记出待识别的对象的至少一个对象点(Onm)。
3.根据权利要求2所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述输入单元(22A)配置成能够从多个具有预先规定的形状的对象(O)中选出一个对象，其中，所述识别单元(22)配置成在选出特定的对象和至少一个标记的对象点(Onm)的基础上识别该对象。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述识别单元(22)具有图像辨别单元(22B)，所述图像辨别单元配置成能够辨别出具有预先规定的形状的对象(O)以用于在显示于所述显示单元(20)上的图像中识别对象。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述参考单元(23)配置成，使得在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中，为已识别的对象(O)在显示于所述显示单元(20)上的图像中的对象点(Onm)的成像的像点指派位置坐标(Xn、Yn、Zn)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述建筑机械是铣路机，其中，所述工作装置(6)具有能够相对于地面在高度上调节的、用于对土地的预先给定的区段改造的铣削轧辊(6A)；或者所述建筑机械是滑动模板铺路机，其中，所述工作装置(6)具有用于成型混凝土的装置；其中，所述控制单元(17)具有计算和评估单元(18)，所述计算和评估单元配置成在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中将所述工作装置(6)的工作区域(25、26)的位置和所述对象(O)的位置相互比较；
其中，所述控制单元(17)配置成使得生成用于操控所述驱动装置(15)的控制信号，从而使所述驱动装置(15)实施平移运动和/或旋转运动，使得在所述建筑机械的进给过程中所述工作装置(6)的工作区域(25、26)位于相对于所述对象预先给定的间距(b1、b2)处。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述建筑机械是铣路机，其中，所述工作装置(6)具有能够相对于地面在高度上调节的用于对土地的预先给定的区段改造的铣削轧辊(6A)，其中，所述控制单元(17)具有计算和评估单元(18)，所述计算和评估单元配置成在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中将所述铣削轧辊(6A)的工作区域(25)的位置和所述对象(O)的位置相互比较；
其中，所述控制单元(17)配置成根据对象(O)相对于所述铣削轧辊(6A)的工作区域(25)的在空间上的邻近而生成信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自行式建筑机械，其特征在于，所述建筑机械具有用于在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中测定描述所述图像记录单元(19)的位置和方位以及所述工作装置(6)的工作区域(25、26)的位置的位置数据/方位数据的装置。
9.根据权利要求8所述的自行式建筑机械，其特征在于，用于测定所述位置数据/方位数据的装置包括全球导航卫星系统(GNSS)。
10.一种用于控制在土地上实施平移运动和/或旋转运动的自行式建筑机械的方法，所述自行式建筑机械在土地上建造建筑物或改造土地，所述方法具有下述工序：
借助图像记录单元(19)拍摄土地图像；
在显示单元(20)上显示拍摄的土地图像；
识别一个或多个在图像中成像的对象(O)；
根据所述图像记录单元在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中的位置和方位，从所述图像记录单元(19)的图像数据中测定空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]，所述空间数据组包含关于已识别的对象(O)在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中的位置的信息；并且
根据测定的所述空间数据组[(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)…(Xn、Yn、Zn)]，控制用于在土地上实施平移运动和/或旋转运动的、和/或用于在土地上建造建筑物的或用于改造土地的建筑机械。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，为了识别对象(O)在显示于所述显示单元(19)上的图像中标记待识别的对象的至少一个对象点(Onm)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，从多个具有预先规定的形状的对象(O)中选出一个对象，其中，在选出特定的对象和至少一个标记的对象点(Onm)的基础上识别该对象。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，辨别出具有预先规定的形状的对象(O)以用于在显示于所述显示单元(19)上的图像中识别对象。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中为已识别的对象(O)在显示于所述显示单元(19)上的图像中的对象点(Onm)的成像的像点指派位置坐标(Xn、Yn、Zn)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中将所述工作装置(6)的工作区域(25、26)的位置和所述对象(O)的位置相互比较；其中，控制所述建筑机械，使得在所述建筑机械的进给过程中，所述工作装置(6)的工作区域(25、26)位于相对于所述对象(O)预先给定的间距(b1、b2)处；和/或控制所述建筑机械，使得根据对象(O)相对于所述工作装置的工作区域(25、26)的在空间上的邻近而生成用于干预到机械控制中的控制信号和/或生成警报的触发。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，通过全球导航卫星系统(GNSS)在独立于所述建筑机械的运动的坐标系统(X、Y、Z)中测定描述所述图像记录单元(19)的位置和方位、或所述工作装置(6)的工作区域(25、26)的位置的位置数据/方位数据。
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