CN110644563A - 用于构建衬垫的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用地理变更机在建筑工地构建衬垫的方法，包括：在地理变更机处接收衬垫的设计；在地理变更机处接收建筑工地的地形表面模型，其中地形表面模型是使用位于地理变更机上的成像装置生成的；基于衬垫的设计和地形表面模型，在地理变更机处生成填切图；在地理变更机处生成用于构建衬垫的引导，其中引导包括地理变更机的起始位置和移动方向；使用地理变更机上的成像装置监测构建衬垫的过程，以及基于所监测的过程更新填切图和引导。

Description

用于构建衬垫的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于使用地理变更机在建筑工地构建衬垫的系统和方法。
背景技术
履带式拖拉机(TTT)的常见应用是建筑工地的建筑垫(例如，油垫、建筑垫、住宅垫等)。目前的方法依赖于操作者的经验来确定材料切割和填充的数量和位置。这些方法既费时又费力。例如，操作者经常需要携带水准标尺或其他仪器上下拖拉机以检查衬垫的坡度。这可能导致生产率下降和潜在伤害。因此，需要使用履带式拖拉机或类似机器构建衬垫的自动化方法和系统。
美国专利第5,631,658号(以下简称“’658专利”)公开了一种操作地理变更机的方法和系统。“’658专利”中的方法和系统基于数字三维模型指导机器使实际的站点地理与期望的站点地理一致。然而，“’658专利”没有公开任何用于通过向机器的操作者提供实时指导来使衬垫构建过程自动化的方法或系统。本发明的系统和方法可以解决上述一个或多个问题和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。
发明内容
在一方面，一种用于使用地理变更机在建筑工地构建衬垫的方法包括：在地理变更机处接收衬垫的设计；在地理变更机处接收建筑工地的地形表面模型，其中使用位于地理变更机上的成像装置生成地形表面模型；基于衬垫的设计和地形表面模型，在地理变更机处生成填切图；在地理变更机处生成用于构建衬垫的引导，其中该引导包括地理变更机的起始位置和移动方向；监测使用成像装置在地理变更机上构建衬垫的过程；以及基于所监测的过程更新填切图和引导。
在另一方面，一种用于使用地理变更机在建筑工地构建衬垫的方法包括：在地理变更机上的控制器接收衬垫的设计和建筑工地的地形表面模型，其中使用位于地理变更机上的成像装置生成地形表面模型，通过控制器基于衬垫的设计和地形表面模型生成填切图，并且通过控制器生成用于构建衬垫的引导，该引导包括地理变更机的起始位置和移动方向。
在又一方面，一种用于在建筑工地构建衬垫的地理变更机包括成像装置和控制器，其中控制器经配置用于接收衬垫的设计，接收施工现场的地形表面模型，基于衬垫和地形表面的设计生成填切图，生成用于构建衬垫的引导，其中该引导由地理变更机上的控制器生成并且包括地理变更机的起始位置和移动方向，以及监测使用地理变更机上的成像装置构建衬垫的过程，并且基于所监测的过程更新填切图和引导。
附图说明
图1是用于在建筑工地构建衬垫的示例性系统的示意图。
图2A和图2B示出了用于在建筑工地构建衬垫的示例性方法的流程图。
图3示出了用于在衬垫构建过程中设置地理变更机的执行系统的位置的示例性方法的流程图。
图4示出了地理变更机上的控制器的示例性功能。
具体实施方式
上述一般描述和以下详细描述均仅为示例性和说明性的，并且不限制如权利要求所要求保护的特征。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或其其他变体，旨在覆盖非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或装置固有的其他要素。
在本发明中，相对术语，例如“约”、“实质上”和“近似”用于表示在规定值中可能发生的±10％的变化。术语“示例性”以“示例”而非“理想”的意义使用。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有说明。
图1示出了用于使用机器101(例如，地理变更机)在建筑工地105处构建衬垫的示例性系统100。如本文所用，构建衬垫是指通过在土地的地块的表面上填充和/或切割材料来重新成形土地的地块的地形。如下面将详细解释的，系统100可以帮助操作者通过在机器101上使用板上技术的自动化过程来构建衬垫。系统100可以包括一个或多个：机器101、控制器102、成像装置103、执行系统104、建筑工地105和显示装置106。通常，控制器102可以使用从成像装置103获得的图像数据来为操作者生成关于机器101的位置、驾驶方向、装载到机器101上的材料数量以及衬垫构建工程的进展的实时引导。
机器101可以是任何类型的地理变更机。地理变更机可以包括自推进移动机器，例如履带式拖拉机、推土机、反铲装载机、小型装载机、轮式装载机、挖掘机、自动平地机等。如图1所示，下面描述的示例性机器101将是履带式拖拉机。机器101可以包括任何适当的常规控制系统，包括操作者界面和电子部件。例如，机器101可以包括适当的电子处理器/控制器、传感器、存储器、通信系统和/或用户界面。
控制器102可以包括任何适当的硬件和软件，例如一个或多个处理器、存储器、通信系统和/或其他适当的硬件。处理器可以是例如单核或多核处理器、数字信号处理器、微控制器、通用中央处理单元(CPU)和/或其他常规处理器或处理/控制电路或控制器。存储器可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存或其他可移动存储器，或任何其他适当和常规的存储器。在系统100的部件中使用的通信系统可以包括例如任何传统的有线和/或无线通信系统，例如以太网、蓝牙和/或无线局域网(WLAN)类型的系统。此外，通信系统可以包括用于连接诸如键盘、鼠标、触摸屏、语音输入和/或其他装置的输入设备的用户接口适配器；用于将控制器102连接到网络的通信适配器；用于将控制器102连接到显示器的显示适配器等。例如，显示器可用于显示三维地形表面模型、衬垫的设计，和/或在监测衬垫构建过程的过程期间生成的任何图像。
与系统100的部件相关联的软件可以包括用于提供本发明中提供的功能(例如，图2A、图2B和图3的功能)的任何适当的软件、程序和/或应用。这样的软件可以存储在控制器102上或机器101上的另一位置，或者可以远离机器101存储并且可以从机器101访问。系统100的部件还可以包括：一个或多个数据存储设备，其存储用于执行本文中方法的指令；非暂时性计算机可读介质，其在包含用于执行本文中方法的计算机可执行程序指令的计算机系统上使用；和/或处理器，其经配置用于执行上述指令。
控制器102可以经配置成从成像装置103接收并分析建筑工地105上的图像数据。利用图像数据，控制器102可以生成用于衬垫构建工程上的操作者的引导。在一些情况下，控制器102还可以经配置成基于操作者输入的参数来控制机器101的部件，例如执行系统104。
成像装置103可以经配置成在建筑工地105上生成图像数据。图像数据可以是三维数据。成像装置103可以是大地测量装置或照相机，例如立体照相机。可替换地或附加地，成像装置103可以包括用于在建筑工地105上生成图像数据的三维激光器、雷达或全球定位系统。在一些情况下，如图1所示，成像装置103可以位于机器101上。例如，成像装置103可以是安装在机器101前面的照相机(例如，立体照相机)。可替换地或附加地，成像装置103可以是板外装置。例如，成像装置103可以是在建筑工地105上方飞行的无人驾驶飞机上的照相机。由成像装置103生成的图像数据可以通过有线或无线连接发送到控制器102。在一些情况下，成像装置103可以经配置成当机器101在建筑工地105上或由建筑工地105移动时生成实时图像数据。在一些情况下，成像装置103可以连接或全球定位系统(GPS)装置(例如，高精度GPS装置)的一部分。这种成像装置可以在GPS空间中生成图像数据。
执行系统104可以经构造成执行用于构建衬垫的切割和/或填充任务。执行系统104可以包括一个或多个刀片、铲斗、摊铺机或犁。例如，执行系统104可以是履带式拖拉机上的刀片。
图2A是示出用于构建诸如油垫、建筑垫、住宅垫等衬垫的示例性方法200的流程图。该方法可以由图1所示的系统100执行。步骤210可以包括生成衬垫的设计。该设计可以包括衬垫的一个或多个特征，例如边界位置、拐角位置、一个或多个部分的斜率、钻机的位置和/或衬垫的尺寸。在一些情况下，该设计可以是在建筑工地105上生成的现场设计。衬垫的设计可以由建筑工地105上的机器101的部件(例如控制器102)生成。可替换地或附加地，衬垫的设计可以在工程之前，或者通过板外装置生成。在一些情况下，步骤210还可以包括例如通过机器101的部件(例如控制器102)接收衬垫的设计。方法200的一个或多个步骤可以自动执行。在一些情况下，方法200中的所有步骤可以由机器101上的一个或多个部件来执行。
步骤220可以包括生成建筑工地105的地形表面模型。可以使用成像装置103，例如使用机器101前部上的立体照相机来生成地形表面模型。地形表面模型可以包括建筑工地105的特征(例如，面积、高度、形状等)。步骤220还可以包括例如通过机器101的部件(例如控制器102)接收地形表面。在一些情况下，可以从在建筑工地105上方移动的机器101生成地形表面模型。在一些情况下，可以将地形表面模型输入到机器101上的控制器102中(例如，通过一个或多个查询)，或者下载到控制器102上。
步骤230可以包括生成用于构建衬垫的填切图。可以基于衬垫的设计和地形表面模型之间的比较来生成填切图。填切图可以允许使用建筑工地105处的现有材料构建衬垫。例如，可以通过平衡地形表面以实现衬垫的设计来生成填切图。
步骤230还可以包括为机器101的操作者生成用于构建衬垫的引导。该引导可以包括关于起始位置、移动方向、通过路线、每次通过装载在机器101上的材料的类型和数量、切割和/或填充位置和体积、衬垫构建工程的进展，或其任何组合的信息。
步骤230还可以包括向机器101的操作者呈现引导。引导可以呈现在显示装置106上的用户界面上。显示装置106可以在机器101上。可替换地或附加地，显示装置106可以在便携式装置上。
图2B示出了用于生成填切图和引导的示例性方法。步骤231可以包括比较初始地形表面模型和衬垫的设计。该比较可以由控制器102使用一个或多个算法来执行。该比较可以确定要包括在填切图中的特征。这样的特征可以包括在地形上构建衬垫所需的切割和填充任务的位置、尺寸和体积。步骤232可以包括基于该比较(例如，使用从该比较确定的特征)生成填切图。步骤233可以包括基于填切图生成操作者的引导。引导可以向操作者提供关于如何执行衬垫构建工程的逐步指令。
返回参照图2A，步骤240可以包括监测衬垫构建工程的过程。该过程可以包括由完成的衬垫的面积和/或填充和/或切割的材料的数量确定的工程完成百分比。可以使用板上装置，诸如成像装置103(例如，立体照相机)和/或控制器102来执行监测。可替换地或附加地，可使用板外装置(例如，建筑工地105上方的照相机)来执行监测。可以实时地执行监测。
步骤240还可以包括基于所监测的衬垫构建过程更新填切图和/或引导。例如，可以更新填切图和引导，以便在下一步骤中提供实时方向。可以使用板上优化算法来执行更新。
图3示出了用于控制用于各种切割和填充任务的执行系统104的示例性方法300。方法300可以使用来自在步骤230中生成的填切图的信息来执行。步骤301可以包括从控制器102接收剪切和填充任务的一个或多个参数。参数可以由用户(例如机器101的操作者)输入到控制器102。在一些情况下，参数可以由控制器102从填切图中提取或中继。例如，参数可以包括衬垫的一部分的厚度。厚度可以是层或提升厚度。例如，当材料移动到建筑工地105上的填充区域中时，可以使用期望的层厚来实现材料的充分压实。在一些情况下，可以自动提取和实现参数，从而提供自主功能。
步骤302可以包括由控制器102确定和/或设定执行104的一个或多个部件的位置。例如，当机器101是履带式拖拉机时，步骤302可以包括设定拖拉机的刀片的高度。该位置可以基于机器101前方的地形和由控制器102接收的一个或多个参数来确定。例如，操作者可以例如在生成填切图之前输入衬垫部分的期望层厚度。基于期望层厚度和地形的相应部分，可以设定刀片的高度以构建衬垫部分以实现这一厚度。
图4示出了机器101上的控制器102的示例性功能。例如，可以将诸如地形数据(例如，地形的图像数据)、操作者命令(例如，衬垫期望厚度)、衬垫和/或地形的图像数据(例如，实时更新的数据)和/或预定衬垫的设计的信息输入到控制器102中。控制器102可以处理所输入的信息和输出的信息，诸如现场衬垫的设计、地形表面模型、对操作者的指令、填切图、执行命令、工程进度和/或发送到远程设备的数据。可以将一些输出的信息(例如，对操作者的指令和填切图)重新输入到控制器102用于更新。操作者命令可以来自例如基于用于执行剪切和填充任务的指令输入到控制器102的指令。
工业实用性
本发明发现了在构建衬垫中的潜在应用。本发明通过基于地形表面的三维数据向机器101的操作者提供逐步引导并使用机器101上的成像装置103实时监测衬垫构建过程，使得衬垫构建过程自动化。
例如，本发明包括一种用于在建筑工地105构建衬垫的方法。在这样的示例中，建筑工地105的衬垫的设计和地形表面模型可以由机器101接收，例如，由控制器102接收从成像装置103获得的输入数据和图像数据。然后，基于衬垫的设计和地形表面模型，可以(例如，通过控制器102)生成填切图，用于基于建筑工地105的地形表面的形状和状况在设计中构建具有期望特征的衬垫。对机器101的操作者的引导也可以(例如通过控制器102)基于填切图生成。该引导可以包括工程的起始位置、移动方向、机器101的路线、装载在机器101上的材料的类型和数量等。衬垫构建过程可以由机器101使用成像装置103来监测，从而实时更新填切图和引导。在一些情况下，执行系统104在机器101上的位置可基于由操作者输入的和/或从填切图中提取的参数自动设定。
本文中的系统和方法可以实现衬垫构建过程中的效率。例如，整个衬垫构建过程可以仅由机器101完成，或可替换地，衬垫构建过程的许多步骤可以仅由机器101完成。此外，利用所公开的系统，机器101的操作者具有很少的先前的衬垫构建经验或地形或衬垫的设计的任何预制地图，仍然可以执行衬垫构建过程。这里的系统和方法可以允许操作者在机器位于建筑工地105上时通过遵循在机器101上实时生成的逐步指令来执行所需任务。例如，这样的系统可以用在较小的施工现场，其中不适合用于广泛规划或衬垫的设计的施工现场。所公开的系统可以帮助减少衬垫构建过程的时间和费用，并且可以帮助提高执行衬垫构建工程的效率。
对于本领域技术人员将清楚明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的系统进行各种修改和变化。考虑到本文公开的方法的说明书和实践，该系统的其他实施例对于本领域技术人员而言是清楚明白的。本说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物来指示。

Claims (10)

1.一种使用地理变更机在建筑工地构建衬垫的方法，所述方法包括：
a.在所述地理变更机处接收所述衬垫的设计；
b.在所述地理变更机上接收所述建筑工地的地形表面模型，其中所述地形表面模型是使用位于所述地理变更机上的成像装置生成的；
c.基于所述衬垫的设计和所述地形表面模型，在所述地理变更机处生成填切图；
d.在所述地理变更机处生成用于构建所述衬垫的引导，其中所述引导包括所述地理变更机的起始位置和移动方向；
e.使用所述地理变更机上的所述成像装置监测构建所述衬垫的过程；以及
f.基于所监测的过程更新所述填切图和所述引导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬垫的设计包括所述衬垫的一个或多个边界、所述衬垫的斜率或其组合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述地形表面模型是三维模型。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述成像装置是所述地理变更机上的立体照相机。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中基于所述衬垫的设计与所述地形表面模型之间的比较来生成所述填切图。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述填切图包括所述建筑工地上的切割体积和填充体积。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述引导包括在所述建筑工地上的多个通道的路线以及所述通道的顺序。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述引导进一步包括装载在所述地理变更机上用于所述多个通道的材料的数量。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括在用户界面上显示所述引导。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中实时更新所述填切图和所述引导。
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