CN203602992U - 手持式现场漫游器测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种手持式现场漫游器测量装置，包括：支承杆，所述支承杆具有适于接合地表面的下端部；位置传感器，所述位置传感器安装于支承杆上；以及控制单元，所述控制单元与位置传感器通信并包括：位置数据确定组件，所述位置数据确定组件构造成使用位置传感器来确定位置数据，以便限定位置传感器相对于参考系的测量位置；形状拟合组件，所述形状拟合组件构造成限定对应于一系列测量位置的限定形状，所述形状拟合组件构造成使得用户能够选择测量位置中的至少一些，无论所述位置是所限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分；以及形状存储组件，所述形状存储组件构造成将由形状拟合组件限定的限定形状存储于存储器内。

Description

手持式现场漫游器测量装置

技术领域

本实用新型涉及自驱动土木工程机械，尤其是路面铣刨机、路面摊铺机或滑模摊铺机，以及一种控制自驱动土木工程机械尤其是路面铣刨机、路面摊铺机或滑模摊铺机的方法。本实用新型特别涉及一种手持式现场漫游器测量装置。

背景技术

存在多种已知型式的自驱动土木工程机械。具体地，这些机械包括已知的滑模摊铺机、路面摊铺机和路面铣刨机。这些自驱动土木工程机械的特征在于它们具有作业单元，所述作业单元包括用于在地面上产生构造或用于对地面做出改变的作业装置。

在已知的滑模摊铺机中，作业单元包括用于模压可流动材料尤其是混凝土的装置，该装置下文被称为混凝土模具。利用混凝土模具可以造出不同型式的构造，例如防撞护栏或路沟。例如在EP1103659B1(U.S.6,481,924)中描述了滑模摊铺机。

已知的路面摊铺机通常具有熨平板作为其作业单元。熨平板在路面摊铺机从摊铺方向看处于后部的那一端部布置成由下滑板支承在铺设的路面覆盖材料上并由此形成对材料的预压实。

已知的路面铣刨机的作业单元是铣刨装置，其具有装有铣刨工具的铣刨鼓，材料可通过该铣刨鼓在预定作业宽度上被从地面上铣除。

已知的自驱动土木工程机械还具有驱动单元和控制单元，驱动单元具有可以执行平移和／或旋转运动的驱动装置，控制单元用于以土木工程机械在地面上执行平移和／或旋转运动的方式控制驱动单元。

当自驱动土木工程机械得到自动控制时，引发的问题是在土木工程机械上的预设基准点必须沿地面上的预设曲线精确移动，从而例如使预设形状的构造能够在地面上的准确位置和准确方向上形成。

控制滑模摊铺机的已知方法以使用沿所需曲线铺设的导向金属线或导向线为前提，土木工程机械上的基准点沿所述线移动。通过采用导向金属线或导向线可以有效形成细长目标例如防撞隔离墩或路沟。然而，当要形成小尺寸的构造例如雪茄形交通岛(通过延伸一小段距离并具有严格半径来区别)时，使用导向金属线或导向线被发现存在缺陷。

还已知通过采用全球卫星定位系统(GPS)控制自驱动土木工程机械。例如从US A5,612,864中了解到具有GPS接收器的土木工程机械。

缺陷在于采用主测量系统标定目标位置以控制土木工程机械因工程项目非常复杂并且目标必须安装在其中而导致需要很大的技术成本和很高的复杂性。尤其耗费成本和复杂的是必须在测量系统中对多个基准点的位置实施定位。高成本和复杂性仅对较大目标才合理。另一方面对于较小目标来说，成本和复杂性高的不成比例。

安装在复杂建筑项目中的目标的另一缺陷在于实践中，对于较小目标，经常必须为固定点例如现有的水龙头或现场的排水管留出余量，这样可能无法准确定位在它们在计划中的位置。如果项目数据与实际局部情况不相符，则项目数据必须离开现场在办公室里以相对较高的成本得到修改，并且随后必须在现场再次读取修改后的项目数据。

EP2336424A2描述了一种自驱动土木工程机械，尤其是滑模摊铺机、路面摊铺机或路面铣刨机，以及控制自驱动土木工程机械的方法。土木工程机械具有控制单元，其具有用于确定数据的装置，所述数据限定土木工程机械上的基准点R相对于独立于土木工程机械的位置和方向的参考系(X，Y，Z)的位置和／或方向。独立于与机械相关的参考系(x，y，z)的参考系(X，Y，Z)可根据需要选定，因此无需在地面上绘制多个基准点的位置。土木工程机械移动到在地面上可自由选择的预设起点。在该预设起点处，土木工程机械在预设方向上对准。因此规定了目标的位置和方向。从而，目标可总是最佳地布置于地面上，对可行的固定点留有适当余量。与此同时，土木工程机械还具有用于在独立于土木工程机械的位置和方向的参考系(X，Y，Z)中确定限定所需曲线的数据的装置以及用于根据限定所需曲线数据控制驱动单元的装置，以这样的方式使得土木工程机械上的基准点R从预设起点开始沿着所需曲线移动，在预设起点处土木工程机械在地面上处于预设的位置和方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是改善自驱动土木工程机械的作业，尤其是路面铣刨机、路面摊铺机或滑模摊铺机，因此机械在定位方面无需任何特别大的成本或复杂性就可以以高精度沿所需曲线自动移动，所述曲线延伸相对较短行进距离并具有严格半径。另一目的是限定一种使自驱动土木工程机械在定位方面无需任何特别大的成本或复杂性就可以以高精度沿所需曲线自动移动的方法，所述曲线延伸相对较短行进距离并具有严格半径。

依照本实用新型一方面的手持式现场漫游器测量装置，包括：支承杆，所述支承杆具有适于接合地表面的下端部；位置传感器，所述位置传感器安装于支承杆上；以及控制单元，所述控制单元与位置传感器通信并包括：位置数据确定组件，所述位置数据确定组件构造成使用位置传感器来确定位置数据，以便限定位置传感器相对于参考系的测量位置；形状拟合组件，所述形状拟合组件构造成限定对应于一系列测量位置的限定形状，所述形状拟合组件构造成使得用户能够选择测量位置中的至少一些，无论所述位置是所限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分；以及形状存储组件，所述形状存储组件构造成将由形状拟合组件限定的限定形状存储于存储器内。依照本实用新型另一方面的手持式现场漫游器测量装置，包括：支承杆，所述支承杆具有适于接合地表面的下端部；位置传感器，所述位置传感器安装于支承杆上；以及与位置传感器通信的控制单元，所述控制单元包括：形状选择组件，所述形状选择组件构造成选择适于待制造构造或适于将要发生变化的地面的几何形状；位置数据确定组件，所述形状选择组件构造成使用位置传感器来确定位置数据，以便限定位置传感器相对于参考系的测量位置；以及曲线数据确定组件，所述曲线数据确定组件构造成确定用于以参考系中选定的位置和方向来在地表面上再现选定几何形状的曲线数据。根据本实用新型，提供现场漫游器(fieldrover)，其可用于在独立的参考系(X，Y，Z)中确定某些或所有的曲线数据。现场漫游器可包括漫游器控制单元，其具有漫游器形状选择组件、漫游器位置数据确定组件、以及漫游器曲线数据确定组件。

根据本实用新型，提供控制自驱动土木工程机械的方法，其中利用漫游器确定预设几何形状的至少一个识别点在独立于土木工程机械位置和方向的参考系中的位置。然后部分地基于如由漫游器所确定的预设几何形状的至少一个识别点的位置来确定限定所需曲线的曲线数据。

根据本实用新型的手持式现场漫游器装置包括控制单元，该控制单元具有位置数据确定组件、形状拟合组件和形状存储组件。形状拟合组件配置成限定与一系列测量位置相对应的限定形状，形状拟合组件配置成使得用户可选择测量位置中的至少一些，无论所述位置是限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分。

在另一个实施方式中，形状拟合组件可包括形状平滑组件，其配置成使得用户可以选择性地使用限定限定形状的位置数据。形状平滑组件可配置成使得用户可针对每个测量位置选择使用仅与限定形状的高度位置或水平位置相关的位置数据。形状平滑组件可配置成使得用户可以针对每个测量位置选择成不包括限定限定形状的位置数据。可响应于形状拟合组件提出的询问来做出用于位置数据的确定。

在另一个实施方式中，手持式现场漫游器测量装置包括控制单元，所述控制单元包括形状选择组件、位置数据确定组件和曲线数据确定组件。

在另一个实施方式中，提供使用手持式现场漫游器的测量方法。现场漫游器包括具有适于接合地表面的下端部的支承杆以及安装于支承杆上的位置传感器。现场漫游器用于确定适于待制造的构造或将要发生变化的地面的几何形状的一系列测量位置。对于至少一些测量位置而言做出选择，无论所述位置属于几何形状的直线部分的一部分还是属于曲线部分的一部分。然后限定与一系列测量位置相对应的限定形状。

自驱动木工程机械具有控制单元，所述控制单元具有用于预设适于待制造构造或将要发生变化的地面的给定几何形状的装置。例如，该给定形状例如可以是雪茄形状的交通岛。该给定形状可由机械的操作员输入或进行选择。

自驱动木工程机械的控制单元还具有用于确定数据的装置，所述数据限定土木工程机械上的基准点相对于独立于土木工程机械的位置和方向的坐标系统(X，Y，Z)的位置和／或方向。独立于与机械相关的坐标系统(x，y，z)的坐标系统(X，Y，Z)可根据需要选定，因此无需在地面上绘制多个基准点的位置。

在土木工程机械控制系统的一种操作模式中，土木工程机械移动到在地面上可自由选择的预设起点。在该预设起点处，土木工程机械在预设方向上对准。因此规定了目标的位置和方向。从而，目标可总是最佳地布置于地面上，对可行的固定点留有适当余量。例如起点可以选址在已经存在于地面上的排水沟拐角处，其位置没必要完全对应于规划施工图。

与此同时，土木工程机械的控制单元还具有用于确定限定所需曲线的数据的装置，所需曲线是土木工程机械上的基准点(R)在独立于土木工程机械的位置和方向的坐标系统(X，Y，Z)中移动所沿的曲线。用于确定限定所需曲线的数据的装置还可设计成基于待制造的构造或将要发生变化的地面的预设几何形状以及基于土木工程机械上的基准点(R)在独立于土木工程机械的位置和方向的坐标系统(X，Y，Z)中的位置和方向来确定限定所需曲线的数据。

限定所需曲线的数据可以是由所需曲线覆盖的距离和／或其曲率。该数据依赖于目标的形状。

在一个优选实施方式中，用于控制所述驱动单元的装置设计成使得所述驱动单元作为基准点在独立于土木工程机械的位置和方向的参考系统中的位置和方向的函数来控制以使得在如由所需曲线限定的土木工程机械的所需位置和其实际位置之间的距离是最小的，和／或在如由所需曲线限定的所需方向和实际方向之间的方向差最小。为此目的所需的控制算法对于本领域的技术人员而言是众所周知的。

特别优选的实施方式提供利用基于卫星的全球定位系统(GPS)以便确定土木工程机械上的基准点的位置和／或方向。因此独立于土木工程机械的位置和定向的参考系(X，Y，Z)适于基于卫星的全球定位系统的坐标系统，其相对于与机械相关的参考系(x，y，z)的位置和方向随着土木工程机械在地面上移动而不断地改变。土木工程机械具有用于解码来自基于卫星的全球定位系统的GPS卫星信号以及校正来自参考站的信号以便确定土木工程机械位置和／或方向的第一和第二差分全球定位系统(DGPS)接收器，第一和第二差分全球定位系统(DGPS)接收器布置于土木工程机械的不同位置。

然而，不通过基于卫星的全球定位系统，基准点的位置和／或方向也可用非卫星测量系统来确定。唯一至关紧要的事情是由控制单元来接收限定基准点在独立于土木工程机械的参考系(X，Y，Z)中的位置和方向的数据。

在进一步优选的实施方式中，所述控制单元具有输入单元，其具有用于输入参数的装置(7B)，所述参数限定待制造构造或将要发生变化的地面的几何形状。这些参数例如可以是限定直线长度和／或圆弧半径的参数。在这种情况下假定目标可被分解成直线和弧线。上述例如可以在雪茄形状的交通岛的情况下实现。然而，由参数定义的其它几何图形也是可能的。

在进一步优选的实施方式中，所述控制单元具有输入单元，所述输入单元具有用于从多种预设几何形状选择出一种几何形状的装置，多种几何形状存储于输入单元配合的存储单元内。这样做的优点是限定几何形状的数据没有必要重新创建，相当可对已被创建的数据集追索即可。例如可在圆圈和雪茄形状之间选择作为目标。

特别优选的另一个实施方式提供用于修改预设几何形状的装置。这具有的优点是例如可以选择雪茄形状，而且可对雪茄形状的尺寸进行调整以便适应现场的实际需求。

在另一个实施方式中，自驱动土木工程机械系统包括土木工程机械和现场漫游器。土木工程机械可包括机械底盘、布置于底盘上的作业单元、驱动单元、以及机械控制单元。现场漫游器可包括漫游器控制单元，其包括漫游器形状选择组件。在机械控制单元和漫游器控制单元中的至少一个内包括下述组件中的每一个：

形状选择组件，其可操作成预设适于待制造的构造或适于将要发生变化的地面的几何形状；

机械位置数据确定组件，其可操作成确定位置数据以便限定土木工程机械上的基准点相对于独立于土木工程机械的位置和方向的坐标系的位置和／或方向；

曲线数据确定组件，其可操作成确定曲线数据以便基于待制造的构造或将要发生变化的地面的预设几何形状以及基于预设几何形状在独立于土木工程机械位置和方向的坐标系中的所需位置和方向来限定所需曲线，其中所需曲线是土木工程机械上的基准点在独立于土木工程机械的位置和方向的参考系中移动所沿的曲线；以及

驱动控制组件，其可操作成根据限定所需曲线的曲线数据的函数来控制所述驱动单元以使得土木工程机械上的基准点沿所需曲线移动。

在另一个实施方式中，自驱动土木工程机械系统包括土木工程机械，其包括机械底盘和布置于底盘上的作业单元。驱动单元驱动机械。机械控制单元可操作成控制机械的运动。机械控制单元包括机械数据确定组件和驱动控制组件。机械数据确定组件可包括安装于土木工程机械上的现场漫游器，现场漫游器可从土木工程机械移除，这样现场漫游器可单独用于测量地面上的位置。

下文参照附图详细地解释说明本实用新型的实施方式。

附图说明

图中：

图1是滑模摊铺机的实施方式的侧视图。

图2是路面铣刨机的实施方式的侧视图。

图3表示与土木工程机械相关的机械参考系以及仅被简略示出的土木工程机械。

图4表示独立于土木工程机械的位置和方向的测量参考系(X，Y，Z)以及图3中示出的机械相关参考系(x，y，z)和土木工程机械。

图5表示雪茄形目标的曲率和方向的曲线图。

图6是在被输送到测量参考系(X，Y，Z)之前，限定用于控制压模土木工程机械的雪茄型目标的几何形状图。

图7是在已经被输送到测量参考系(X，Y，Z)之后，限定用于控制土木工程机械的雪茄形目标的所需曲线图，。

图8表示由所需曲线限定的土木工程机械的所需位置与其实际位置之间的距离。

图9表示由所需曲线限定的土木工程机械的所需方向与其实际方向之间的方向差。

图10是根据本实用新型的包括GPS现场漫游器的土木工程机械系统的示意性视图。

图11是类似于图7的示意性视图，示出如何通过形状的一个点的位置外加形状的方向或通过形状的两个点的位置来在独立参考系中限定预设形状的位置。

图12是表示现场漫游器控制单元的形状拟合组件的示意性流程图。

图13是示出测量点和输入屏幕的显示的现场漫游器的屏幕截图。在图13中测量第一点。

图14是类似于图13的另一幅屏幕截图，其中测量第二点并显示限定形状的直线部分。

图15是另一幅屏幕截图，示出添加限定第二条直线部分和曲线部分的四个另外的测量点。

图16是另一幅屏幕截图，示出添加限定第三直线部分的第七个测量点。

图17是类似于图10的示出替代实施方案的示意性视图，其中现场漫游器可安装于土木工程机械上而用作土木工程机械的接收器之一。

图18是类似于图17的示出另一个替代实施方式的示意性视图，其中现场漫游器的漫游器控制单元用作土木工程机械的机械控制单元。

具体实施方式

图1是作为自驱动土木工程机械实例的在EP1103659B1(U.S.6,481,924)中详细描述的滑模摊铺机的侧视图。由于滑模摊铺机同样是现有技术的一部分，因此在此描述的所有内容都是土木工程机械的对本实用新型具有重要作用的那些部件。

滑模摊铺机1具有由行走机构3承载的底盘2。行走机构3具有紧固在前提升柱5A上的两个前履带行走机构单元4A和紧固在后提升柱5B上的两个后履带行走机构单元4B。滑模摊铺机的作业方向(行进方向)由箭头A指示。

履带行走机构单元4A、4B和提升柱5A、5B是滑模摊铺机的驱动单元的一部分，该驱动单元具有驱动装置以使土木工程机械可以在地面上进行平移和／或旋转运动。通过升高和降低提升柱5A、5B，机械的底盘2可以相对于地面移动以调节其高度和倾斜度。土木工程机械可以通过履带行走机构单元4A、4B向后和向前移动。土木工程机械由此在平移方向具有三个自由度且在旋转方向上具有三个自由度。

滑模摊铺机1具有仅被简略示出用于模压混凝土的装置6，下文中称作混凝土压模。混凝土压模是作业单元的一部分，所述作业单元具有用于在地面上生产预设形状的构造10的作业装置。

图2是作为自驱动土木工程机械另一实例的路面铣刨机的侧视图。同样，路面铣刨机1也具有由行走机构3承载的底盘2。行走机构3具有紧固在前提升柱5A上的两个前履带行走机构单元4A和紧固在后提升柱5B上的两个后履带行走机构单元4B。路面铣刨机具有作业单元，所述作业单元带有作业装置以使地面发生变化。作业单元是铣刨装置6，所述铣刨装置具有装有铣刨工具的铣刨鼓6A。

图3表示处于机械相关笛卡尔坐标系(x，y，z)中的自驱动土木工程机械。土木工程机械可以是滑模摊铺机、路面铣刨机或其他任何具有适当作业的土木工程机械。本实施方式为具有混凝土压模6的滑模摊铺机1。仅简略示出滑模摊铺机1和混凝土压模6。其具有带履带行走机构单元4A、4B的底盘2和混凝土压模6。

机械坐标系的原点是滑模摊铺机1上的基准点R，作为基准点R布设于混凝土压模6在行进方向内侧和后部的那一边缘。该边缘与待制成的构造10的外边界相对应。在机械坐标系中，基准点R按如下方式确定：

R＝xR，yR，zR＝0，0，0

机械坐标系由包括限定平移移动的行进长度dx、dy、dz和限定旋转移动的角度ω、φ、к在内的六自由度明确限定。

为简化起见，假定土木工程机械处于平地上并且不倾斜。因此旋转角度ω和к均为零。机械坐标系和土木工程机械以旋转角度φ同样为零的方式相互校正。

还假定混凝土压模6的下边缘压在地面上。这样规定基准点R的高度zR不会随着土木工程机械在平地上的移动而改变。

图4表示机械坐标系以及独立于机械坐标系(x，y，z)的笛卡尔基准系统，下文被称为测量坐标系(X，Y，Z)。测量坐标系(X，Y，Z)可以自由选择。当土木工程机械的移动时，测量坐标系(X，Y，Z)保留在同一位置和方向上。

为了控制驱动单元，土木工程机械具有仅简略示出的控制单元7。控制单元7以土木工程机械在地面上完成所需平移和／或旋转移动的方式控制驱动单元的驱动装置，以使其制成构造10或使地面发生变化。控制单元7包括完成计算操作和产生驱动单元的驱动装置的控制信号所需的全部部件。其可以构成独立的单元或者可以是土木工程机械的中心控制系统的一部分。

为了使驱动单元能够得以控制，土木工程机械在机械坐标系(x，y，z)中的基准点R的位置和／或方向被转换到独立于土木工程机械移动的测量坐标系(X，Y，Z)内。

在本实施方式中，基准点R的位置和方向采用仅在图4中简略示出的全球卫星定位系统(GPS)确定。然而还可以采用非卫星地面测量系统(总站)代替卫星定位系统。由于确定位置和方向的精度要求严格，因此优选采用称作差分全球定位系统(DGPS)的全球卫星定位系统。在这种情况下，确定方向的基于GPS的方法基于通过布置在土木工程机械上的不同点S1、S2处的两个DGPS接收器获得的位置测量。

在图3和4中仅简略示出两个DPGS接收器S1和S2。假定的更普遍的情况是DGPS接收器S1和DGPS接收器S2位于基准点R所处的机械坐标系原点附近，基准点R的位置和方向在测量坐标系中得以确定。

在机械坐标系(x，y，z)中通过坐标S1＝xs1，ys1，zs1和S2＝xs2，ys2，zs2确定DGPS接收器S1和S2的位置。在测量坐标系(X，Y，Z)中，通过S1＝XS1，YS1，ZS1和S2＝XS2，YS2，ZS2确定DGPS接收器S1和S2的位置。

通过采用两个DGPS接收器S1和S2，控制单元7采用GPS系统确定限定DGPS接收器位置的数据。控制单元7随后根据有关位置的这一数据计算在土木工程机械上的基准点R的位置和方向，两个DGPS接收器位于所述基准点R附近。为此，控制单元7利用旋转矩阵R进行转换以对由DGPS接收器S1和S2在测量坐标系(X，Y，Z)中测量的点S1和S2处的坐标进行转换，给出基准点R：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔX}\\ \mathrm{\ΔY}\\ \mathrm{\ΔZ}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{XS}1-\mathrm{xs}1\\ \mathrm{YS}1-\mathrm{ys}1\\ \mathrm{ZS}1-\mathrm{zs}1\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[R\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔX}\\ \mathrm{\ΔY}\\ \mathrm{\ΔZ}\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\φ}-\sin \mathrm{\φ}& & 0\\ \sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\φ}& & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔX}\\ \mathrm{\ΔY}\\ \mathrm{\ΔZ}\end{array}\right]$

结果是控制单元在测量坐标系(X，Y，Z)中确定基准点R在滑模摊铺机1的混凝土压模6上的测量坐标：

$R=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xr}\\ \mathrm{Yr}\\ \mathrm{Zr}\end{array}\right]$

控制单元采用以下公式由测量点S1和S2的坐标(XS2，XS1；YS2，YS1)计算给出土木工程机械方向的角度Φ：

Φ＝arctan(XS2-XS1／YS2-YS1)

控制单元7以土木工程机械沿预设所需曲线移动的方式控制土木工程机械的驱动单元，也就是土木工程机械上的基准点R沿所需曲线移动。

在其一般形式中，所需曲线可以按如下方式被定义为行进距离和曲率的函数：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\end{array}\right]=f\left(L\right)={\∫}_{\sin \mathrm{\α}}^{\cos \mathrm{\α}}\left(\mathrm{dl}\right)=\left[\begin{array}{c}X0\\ Y0\end{array}\right]$

其中：

α＝∫K(dl)

曲率K限定为K＝1／R。

作为对刚描述的使用两个差分全球定位系统(DGPS)接收器的系统的一种替代方案，还提出使用单个DGPS接收器的控制系统。这种控制系统会将后部驱动履带4B锁定于笔直向前的位置内。由于在锁定履带处存在固定的旋转中心，于是机械便可以基于仅仅一个DGPS传感器的数据自动沿曲线移动。在这种情况下，通过观察一个DGPS传感器的位置数据、可转向的前部履带4A的对准以及行驶距离可以确定机械的方向。

在本实施方式中，滑模摊铺机要制成“雪茄”形交通岛。雪茄的几何形状由包括两个平行的行进距离和两个圆弧的曲线限定。下文将描述的仅是包括初始直线和第一半圆弧的那一部分的曲线。

在雪茄的实施方式中，初始直线的曲率为零。当土木工程机械上的基准点R沿第一圆弧移动时，曲率恒定。一旦土木工程机械停止沿弧线移动，曲率就再次变为零。

图5表示滑模摊铺机在制雪茄时曲率的绘图8和方向的绘图9，所述雪茄的几何形状由长度2m的直线和半径2m的半圆弧限定。在这种情况下，长度和半径构成预设雪茄几何形状的两个参数。显然方向的绘图随着土木工程机械进入弧线而改变。

土木工程机械的操作人员首先预设给定的几何形状，例如雪茄形。操作人员可以自由确定他所预设的几何形状。图6表示由直线“a”和半圆弧“b”限定的几何形状。为了简化描述，在与机械坐标系(x，y，z)相关联的坐标网格中示出雪茄的几何形状。因此图6中示出的测量坐标系(X，Y，Z)，仅用以表示机械坐标系与测量坐标系之间的关系。

根据本实用新型的控制系统依靠为滑模摊铺机在地面上自由选定的首先制造构造10(例如雪茄)的起点。该起点与机械坐标系的原点，也就是基准点R(图6)相对应。起点可以例如位于固定点附近，该固定点预设在地面上，例如进水口。起点限定了要制成的构造10(例如雪茄)的位置。土木工程机械的方向在起点处自由预设，由此规定了构造10(例如雪茄)的延伸方向。

此时土木工程机械被驱动到选定的起点并在预设方向上得以校正。这一过程不是自动的。随后实现土木工程机械的自动控制。

土木工程机械已经定位和校正后，控制单元7确定起点所需的限定基准点R在测量坐标系(X，Y，Z)上的位置和方向的数据。该限定基准点R的位置和方向的数据可被称作位置数据。为了进行随后的控制，预设的几何形状(例如雪茄形)随后必须被转换到测量坐标系(X，Y，Z)中。基于待制造的构造的预设几何形状或待做出改变的地面的预设几何形状以及基于土木工程机械上的基准点R在独立于土木工程机械的位置和方向的测量坐标系(X，Y，Z)中的位置和方向，控制单元7确定限定所需曲线的数据，所需曲线是土木工程机械上的基准点R在测量坐标系(X，Y，Z)中移动所沿的曲线。该限定所需曲线的数据可被称作曲线数据。

图6和7表示自由预设的几何形状(图6)转换到测量坐标系(X，Y，Z)中(图7)，以规定出限定基准点在测量坐标系(X，Y，Z)中的所需位置的所需曲线。

土木工程机械上的基准点R在起点处的位置和方向已经得以确定，并且已经规定出所需曲线，则控制单元7使土木工程机械开始工作。控制单元此时连续或以离散时间增量确定土木工程机械上的基准点R在测量坐标系(X，Y，Z)中的实际位置(Xr，Yr)和实际方向(Φ)。为此，控制单元每次计算所需位置P与实际位置(Xr，Yr)之间的距离D以及所需方向α与实际方向Φ之间的方向差ΔΦ。

采用预设控制算法，控制单元7的驱动控制组件根据距离D和方向差ΔΦ以距离D和方向差ΔΦ为最小的方式也就是以土木工程机械上的基准点沿所需曲线移动的方式计算驱动单元的驱动装置在操纵变量下的值。这种控制算法为本领域技术人员已知。

图8表示所需曲线上的点的所需位置与基准点R的实际位置(Xr，Yr)之间的距离D，而图9表示在所需曲线上的点处所需方向α与实际方向Φ之间的方向差ΔΦ。发现转向修正是距离D和方向差ΔΦ的函数(转向修正＝f(D，ΔΦ))。

对于几何形状的预设，也就是给定目标的预设，控制单元具有再次仅简略示出的输入单元7A。该输入单元7A也可被称作形状选择组件7A。在一种实施方式中，输入单元7A具有例如键盘或触摸屏形式的装置7B。通过键盘或触摸屏7B，机械的操作者可以输入限定几何形状的各种参数。操作者可以例如输入雪茄的直线的长度和弧线的半径。输入单元7A同样也可以具有能从存储在控制单元的记忆单元7C中的多个几何形状中选定限定所需目标的几何形状的装置7B，例如键盘或触摸屏。还有对于几何形状的参数和／或选择的输入，控制单元7的另一实施方式也提供了对已经输入或选定的几何形状的修改。例如，可以选择直线为预设长度以及弧线为预设半径的雪茄，随后通过从键盘或触摸屏7B输入直线长度和／或弧线半径的新参数，选定后的雪茄可以得以调整以适应现场出现的特殊需求，例如雪茄被制造的更小或更大，具体为改变其宽度和长度。

与此相同，输入单元7A也可以具有例如开关或按钮7D形式的装置7D，定位和校正后可以通过开关或按钮使土木工程机械开始工作。开关或按钮7D也可以设置在输入单元7A上以使土木工程机械在沿所需曲线的整个长度移动之前停止。土木工程机械停止后，随后从键盘或触摸屏7B输入新的参数以改变曲线途径的路径并例如改变所制成的目标的高度。

根据本实用新型的技术

上述系统在形成和使用被应用到选定的实际地面位置的预设几何形状方面提供了很大的灵活性。

更通常而言，上述控制单元可描述成包括：

形状选择组件，所述形状选择组件可操作成预设适于待制造的构造或适于将要发生变化的地面的几何形状；

位置数据确定组件，所述位置数据确定组件可操作成确定位置数据以便限定土木工程机械上的基准点相对于独立于土木工程机械的位置和方向的参考系的位置和／或方向；

曲线数据确定组件，所述曲线数据确定组件可操作成确定曲线数据以便基于待制造的构造或将要发生变化的地面的预设几何形状以及基于预设几何形状在独立于土木工程机械位置和方向的参考系中的所需位置和方向来限定所需曲线，所需曲线是土木工程机械上的基准点在独立于土木工程机械的位置和方向的参考系中移动所沿的曲线；以及

驱动控制组件，所述驱动控制组件可操作成根据限定所需曲线的曲线数据来控制所述驱动单元，以如此的方式使得土木工程机械上的基准点沿所需曲线移动。

一种用于在独立于土木工程机械位置和方向的参考系中确定预设几何形状的所需位置和方向的方法是在上面进行详细描述的方法，其中首先在与机械相关的坐标系(x，y，z)中限定所述形状，然后转换到独立于土木工程机械位置和方向的参考系中。在这种情况下，预设几何形状的所需位置和方向是下述位置，其中在该位置中起点和方向对应于在独立的参考系(X，Y，Z)中土木工程机械1上的基准点R的当前位置和土木工程机械的当前方向。在这种情况下，机械已经位于所需曲线上的已知点处并定位于已知方向上，以及驱动控制组件7D可被激活以便使得机械沿着所需曲线移动。

应该理解的是将土木工程机械1上的基准点R的当前位置和方向识别成所需曲线上的已知点和方向仅仅是用于确定限定所需曲线的曲线数据的一种方式。可通过将在独立于土木工程机械的位置和方向的参考系中限定预设形状的位置和方向的任何技术来确定适于所需曲线的曲线数据。

通常而言，一旦选定预设的形状，则有必要识别预设形状的至少两个可识别点在独立的参考系(X，Y，Z)中的位置，或识别预设形状的一个可识别点在独立的参考系中的位置以及识别预设形状在独立的参考系中的方向。例如在图11中示出雪茄形状，其由两个直线部分和具有中心M1和M2的半径为“r”的两个半圆部分限定。通过观察图11应该理解的是其中所示的雪茄形状曲线的位置和方向可通过识别曲线上的任何两个可识别点在独立参考系中的位置来限定，或通过识别一个点的位置外加形状的方向来限定。该方向可由沿着识别点处形状的方向来描述。如果该点位于形状的曲线部分上，则方向优选限定成曲线的正切方向。

例如，参照图11，上述系统可通过操作员输入在独立参考系中限定预设形状上的选定点S100′位置的信息以及在独立参考系中限定预设形状选择方向的信息(诸如图11中所示的角度109)来确定所需曲线的曲线数据。然后使用输入信息，限定预设形状的数据可以如上所述的相同方式转换为在独立参考系中限定所需曲线的数据，以便将土木工程机械1的基准点R的当前位置和方向用作输入数据。例如可通过识别所需曲线上的点在独立参考系(X，Y，Z)中的所需位置而在工作现场确定该输入数据。这可通过测量适于预设形状的所需起点例如点S100′在独立参考系中的位置来完成上述。可通过如下文进一步描述的GPS现场漫游器或通过任何其它合适的测量技术来完成测量。也可以类似地在工作现场确定预设形状在独立参考系中的所需方向。

此外，如果可以识别预设形状的两个点在独立参考系中的所需位置，则该信息可用于将预设形状转换成在独立参考系中限定所需曲线的曲线数据。在图11所示的实例中，两个点可以是如图11中所示的雪茄形状的直线段之一的起点和终点S100′和S100″。例如可通过使用现场漫游器来在独立参考系中识别这两个点的所需位置。然后，可将在独立参考系中识别这两个点的信息用作基准点，从而将限定预设形状的数据转换成在独立参考系中限定所需曲线的曲线数据。

在类似于刚才所述的任一替代实施方式的情况下，其中土木工程机械基准点还未定位于所需曲线上的已知位置处，则在土木工程机械开始铺路或铣刨或其它施工作业之前有必要将土木工程机械移动到所需的起点并将土木工程机械在所需的方向上进行定向。土木工程机械运动到所需起点和方向的这种运动也可以是自动化的。控制单元7可以如上关于图8和图9所述的相同方式控制从土木工程机械任何初始位置移动到所需曲线上的任何所需点和方向。在实践中，机械操作员将通常把机械驱动到所需曲线附近的位置，然后允许自动化的控制单元7接管并精确地将机械移动到所需曲线上的起始位置。

根据本实用新型的现场漫游器的使用

一种可以方便地将限定预设形状的相应点在独立参考系中所需位置的信息收集和输入的一种方法是使用GPS现场漫游器来测量这些点的所需位置。

特别理想的是使用包括控制单元的GPS现场漫游器，所述控制单元基本上具有与土木工程机械控制单元相同的形状选择组件、位置数据确定组件和曲线数据确定组件。这使得GPS现场漫游器能够用于在土木工程机械移动到现场位置之前生成限定所需曲线的曲线数据。于是曲线数据可简单地被传输到土木工程机械的控制单元内，并用于控制土木工程机械的操作。

在图10中示出包括现场漫游器100的木工程机械系统101的示意性视图。漫游器100包括杆102。杆的下端部104放置于地表面上的一个位置上，将确定该位置的GPS坐标。GPS接收器S100位于杆102的上端部处，并可通过电连接105而连接到漫游器控制单元107。任选地，漫游器控制单元可体现为单独的手持式控制单元107′，其通过无线连接105′连接到如图10中所示的接收器S100。漫游器控制单元107可具有与土木工程机械控制单元基本相同的形状选择组件、位置数据确定组件和曲线数据确定组件。漫游器控制单元107包括漫游器位置数据确定组件107E，接收来自GPS接收器S100的信号以便确定位置数据，从而限定现场漫游器100关于独立参考系(X，Y，Z)的位置。该现场漫游器100还可包括用于与GPS基站进行通信的无线电设备103，以及供电的电池106。

漫游器100还可构造成与上述的任何其它定位技术一起使用。例如，GPS接收器S100可由适于与全站仪一起使用的棱镜来代替。或也可以使用其它基于卫星的定位技术。

因此为了预设几何形状，即为了给定目标的预设，漫游器控制单元107具有漫游器输入单元107A。漫游器输入单元107A也可被称为形状选择组件107A。在一个实施方式中，漫游器输入单元107A具有例如为键盘或触摸屏形式的装置107B。从键盘或触摸屏107B，漫游器操作员可输入限定几何形状的各种参数。例如操作员可输入适于雪茄的直线长度和圆弧半径。漫游器输入单元107A也可同样具有诸如像键盘或触摸屏等的装置107B，以便使得能够从存储于漫游器控制单元的漫游器存储单元107C中的多种几何形状来选择限定所需目标的一种几何形状。以及为了输入参数和／或几何形状的选择，漫游器控制单元107的另一个实施方式还提供对已被输入或选定的几何形状的变形。例如，可选择具有预设长度的直线和具有预设半径的圆弧的雪茄形，然后通过从漫游器键盘或触摸屏107B输入适于直线长度和／或圆弧半径的新参数，可将选定的雪茄形进行调整，以便适应在现场存在的特定需求，例如雪茄可变得更小或更大，且具体改变其宽度或长度。

漫游器控制单元107在关于由机械控制单元7使用的曲线数据确定方面具有与如上针对机械控制单元7所述相同的功能。因此漫游器控制单元107可以采取预设的形状，然后使用代表所述形状的至少两个可识别点在独立参考系中的所需位置或所述形状的一个点在独立参考系中的所需位置和方向的信息来形成完全识别所述形状在独立的参考系中位置的曲线数据。漫游器控制单元107的该部分包括漫游器曲线数据确定组件。

漫游器控制单元107具有输入／输出端口108，该输入／输出端口108使得能够通过漫游器控制单元107所确定的曲线数据被下载到诸如记忆棒的数字媒体，然后其可用于将曲线数据传输到土木工程机械的控制单元7。此外，附加的预定几何形状和／或预处理的GPS数据可被加载到漫游器存储单元107C内。该数据还可通过无线装置或任何其它合适的技术来传输。

将单独的现场漫游器100添加到土木工程机械系统101显著提高了系统的灵活性，其中现场漫游器100具有漫游器控制单元107，该漫游器控制单元具有许多与形状选择组件、位置数据确定组件以及曲线数据确定组件相同的能力。这使得能够在机械控制单元7或漫游器控制单元107中执行选定的步骤，这是最方便的。

在一个实施方式中，如上关于图1-9所述的那样，机械控制单元7可用于执行所有的功能。在这种情况下，使用机械的位置和方向来限定预设形状在独立参考系(X，Y，Z)中的位置和方向。

在另一个实施方式中，该现场漫游器100可用于收集所需曲线位置的仅仅部分数据。例如现场漫游器可用于测量起点S100′的位置，则可由机械控制单元7使用该位置以便在独立参考系中确定曲线数据。然后，可将机械驱动到测量的起点。

在另一个实施方式中，现场漫游器100可用于完全确定在独立参考系中的曲线数据，以及该曲线数据可被传输到机械控制单元。

具有机械控制单元7的土木工程机械与具有漫游器控制单元107的现场漫游器100的组合系统提供处理会在现场遇到的任何情况的能力。

例如，在大型的复杂作业现场，整个现场可在状态平面坐标系中进行测量和设计，以及测量员可将限定将要铺置的所有构造的预处理GPS坐标文件提供到作业现场上。如果那些预处理文件是准确的，则它们会被加载到机器控制单元7内，并在无需修改的情况下执行。如果预处理的GPS坐标文件由于误差或由于在地面上存在一些意想不到的障碍物而不可用，则机器操作员可在机械控制单元7或漫游器控制单元107内编辑该文件以便使其可用。此外，预处理文件可简单地用作形状文件，以及可由机械控制单元7或由漫游器控制单元107生成新的GPS坐标文件以便将该形状移动到在独立参考系内的任何所需位置和方向。

在另一个实例中，作业现场的设计者可对现场进行预先测量，以及将销或柱桩放置于地面内，以便沿地表识别一系列测量点的位置，上述点识别地表上的所需曲线。在现有技术中，利用这种预先测量的点来建立引导土木工程机械的弦线。根据当前的系统，可通过使用漫游器识别这些预先测量点的位置然后在独立的参考系内限定所需曲线来利用现场漫游器100形成虚拟的弦线。然后，将限定该虚拟弦线的曲线数据传输到机械控制单元7内。

在另一个实例中，作业现场设计者可只需要提供在作业现场上指定各种构造所需位置的提供纸面施工图。预处理GPS文件或预先测量的地面位置可能不存在。在这种情况下，机械控制单元7或漫游器控制单元107或这两者的组合可用于确定在独立的参考系内限定所需曲线的曲线数据。

仍在另一个实例中，甚至可能不存在纸面施工图。可能只存在作业现场，以及可通过选择或形成预设形状来在现场设计一定的构造，然后确定曲线数据以便在独立的参考系内限定适于该形状的所需曲线。上述可以用机械控制单元7或漫游器控制单元107或这两者的组合以上述的任何方式来完成。

通常而言，机械控制单元7和漫游器控制单元107应一起共同提供上述的各种控制单元组件。机械控制单元7和漫游器控制单元107可完全复制所有功能以便提供冗余功能。或可由控制单元中的任一个或两者来提供选定的控制单元组件。

应存在于漫游器控制单元107内的最低能力是提供漫游器位置数据确定组件。漫游器控制单元107也可设有形状选择组件和／或曲线数据确定组件。

依照本实用新型使用现场漫游器来设计形状

也可使用漫游器100来容易地形成新的复杂形状。漫游器可测量地面上的识别将要形成一定形状的一系列点。然后漫游器控制单元107可基于一系列点限定一定的形状。然后该形状可被保存于存储器107C内以供后续使用，但其也可被传输到机械控制单元7。

为了形成这些新的复杂形状，漫游器控制单元107可包括形状拟合(fitting)组件110，形状拟合组件110可以体现在软件中，所述软件可存储于存储器107C内。在图12的流程图中示意性地示出形状拟合组件110的功能。在图13至图16中示出各种代表性的屏幕截图，所述屏幕截图示出对应于形状拟合组件110的各种特征的触摸屏107B的实施方式。

形状拟合组件110通常可描述成配置成限定与一系列测量位置相对应的限定形状的形状拟合组件。如下面进一步解释说明的那样，形状拟合组件110优选配置成使得用户可以选择至少一些测量位置，而不管所述位置是限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分。在限定限定的形状之后，限定的形状可存储于存储器107C内。形状拟合组件110可包括形状平滑组件112，该形状平滑组件112配置成使得用户可以选择性地使用限定限定形状的位置数据。形状平滑组件配置成使得用户可以针对每个测量位置或至少一些测量位置选择成不包括限定限定形状的该位置数据，或选择成使用适于仅仅与限定形状的高度位置或水平位置相关的测量位置的位置数据。

现在将描述形状拟合组件110与如图13至图16所示的触摸屏107B的显示和输入功能相关联使用方式的实例。

以具有均匀斜率的直线路边的实例开始，如果用户知晓路边位于现场内何处，则可将现场漫游器100在路边的起点处放置于地面上。

图13示出了触摸屏107B的显示，其在左手侧上具有测量点以及随后由这些点限定形状的显示114，并在右手侧116上具有输入截屏。在图13中，由标号1表示第一测量点。在测量第一点1之后，将提示用户确定所述点是限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分。此询问由选择使用回车键(enter button)118、开始弧线(start arc)键120和结束弧线键(end arc button)122的来回答。如果测量点位于直线上，则该询问通过触摸回车键118来简单地回答。如果所述点位于曲线上，则要么按下开始弧线键120要么按下结束弧线键122。值得注意的是限定形状的曲线部分可能是真正的圆弧，但更通常而言曲线部分基本上是非直形部分且曲线部分没有必要为圆弧。

此外，输入屏107B的右手侧116示出针对垂直偏移量的提示。例如，如果用户正在测量路基的基部，并且用户知晓路面的顶部例如比路基高0.25米，则用户可以输入表示路面顶部的如图所示的0.25的垂直偏移量“VOff”。

在图12所示的流程图中，在方框120处指示诸如位置1的位置测量，在方框122中示出添加垂直偏移量，以及在方框124处指示对所述点是所述形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分的询问的回答。

也可以如在方框126处那样询问形状装配组件是否希望用户输入与每个测量点相关联的横向坡度值，以便生成将自动控制土木工程机械横向坡度的额外文件。

在限定限定形状直线部分的该最简单的实例中，可如图14中所示那样测量直线部分的终点2，以及可将直线部分的起点1和终点2连接来限定限定形状的直线部分128。

值得注意的是通常而言被限定的限定形状是三维形状，其中每个测量或确定位置同时具有如从图13和图14的左手侧所示那样的二维水平位置以及垂直或高度位置。

因此，甚至当限定诸如128的直线部分时，也可测量起点1和终点2之间的附加位置，所述附加位置例如可用于简单地提供适于直线部分128的高度数据。通常而言，如在图12中的方框130处所示那样，用户可以选择是否要使用适于任何测量位置的数据，以及如在方框132中进一步所示的那样，用户可以选择是否使用来自给定测量位置的数据仅仅用于限定所述形状高度位置的目的，还是仅仅用于限定所述形状的水平位置的目或是用于两者。

当每个测量位置添加到限定限定形状的测量位置组时，形状拟合组件110(其可由软件的算法实现)将基于可用数据来限定或重新限定限定形状，如方框134所示。

在收集限定各种测量位置的测量数据的任何时间，例如如图14所示，可提示形状拟合组件显示限定的形状。如方框136所示，显示会示出来自限定线的任何给定测量点X的偏差138(参见图14)。如方框140所示，用户可以选择删除一个点，或重新测量选定点的位置。如果用户选择重新测量位置，则适于该点的位置数据将取代初始位置数据，然后如方框142所示，形状拟合组件110将基于修改后的数据来重新限定限定的形状142。

只要要添加适于附加测量位置的附加数据，则通过返回到方框120并测量这些附加位置来重复该过程。

正如前面所指出的那样，限定的形状可包括曲线部分。例如如先前在图11中所示，这些曲线部分可与直线部分相邻，并从相邻的直线部分延伸。此外，曲线部分或附加的直线部分可与限定形状的第一直线部分128间隔一定的距离。

例如如图15所示，测量了附加点3、4、5和6。在图14所示的实例中，附加的直线段限定于点3和4之间。在点2和3之间具有一定的间隙或间隔。曲线部分由点4，、5和6限定。

通常而言，存在如何利用形状拟合组件来形成曲线部分的几种选项。选择将取决于提供给用户的数据量以及将要限定的曲线类型，但是几种选项包括：

1.如果曲线是一条弧线，并且如果起点(＝PC)和终点(PT)以及设计半径是已知的并提供给用户，则其足以限定弧线。

2.如果曲线是一条弧线，并且如果起点和终点以及位于弧线上的第三点提供给用户，则足以限定弧线。

3.如果曲线是一条弧线，并且如果不能精确地限定起点和终点，但位于弧线上的第三点提供给用户，则足以限定弧线。

4.如果曲线是非弧线的更复杂的形状，并且如果起点和终点不能精确地限定且多于2个点位于曲线(例如，具有未限定半径的螺旋曲线)上，则可使用算法来限定对应于数据点的曲线。

5.复杂的曲线也可被表示成一系列的许多相对短的直线。

无论使用哪个选项，用户通过点击“开始弧线”键120来开始曲线并且基于任何可用的信息获取适于各种测量位置的测量值。由形状拟合组件110利用的算法将总是可形成平滑形状，其正切于在曲线开始前测量的元素并正切于在曲线结束后的元素。可以使用任何合适的数学方法来限定对应于一系列数据点的限定曲线。一种合适的数学方法是贝塞尔曲线，其是在限定曲线的灵活数目的数据点之间的近似直线的简洁方法。因为计算出的曲线导致平滑且均匀的线而非常适于设计公路和铁路。

应当指出的是在实际现场的情况下，用户可能不能确定地知晓被测量的构造给定部分是否最好地表示为直线部分或表示为曲线部分。在这种情况下，更好的是将所述构造的所述部分限定成曲线并更好的是提供至少四个测量点。此外，如果用户不能确定曲线部分的起点和终点位于何处，则更好的是提前开始曲线并稍后完成曲线，以便在限定形状的直线元素和曲线元素之间形成平滑过渡。

如果曲线改变方向，上述则通过在拐点处开始新的曲线来简单完成。

当曲线部分过渡到一条直线时，曲线部分结束。在曲线部分端部，诸如在图15中所见的144那样，用户按下“结束弧线”键122且算法将自动地计算限定的曲线部分。

图16示出过程的进一步延续，其中已经测量附加点7，以便在点6和点7之间限定附加的直线部分146。因此，例如图16中所示的构造可指示在停车场中的路边位置，其中在点2和3之间存在一定的间隙以便进入停车场。

如在图12中的方框148所示，形状拟合组件110还提供限定形状垂直轮廓的编辑。例如，用户可针对项目提供施工图，该施工图限定在限定形状上的各点之间的所需斜率。因此，可以修改所获得的任何现场测量值以便使它们按所需那样一致化以便限定具有所需垂直轮廓的限定形状。

一旦限定的形状已被完全限定，如方框150所示，控制单元107的形状存储组件150将限定限定形状的数据存储于存储器107C内。限定的形状优选限定成一系列的一个或多个直线部分和／或一个或多个曲线部分。每条直线部分可由一定的方向和长度来限定。如果该曲线部分是弧线，则其可有一定的曲率半径和长度来限定。如果曲线部分是复杂的曲线，则其可以更复杂的方式来限定，诸如由贝塞尔曲线或其它合适的曲线拟合技术来限定，或其可被限定为一系列的许多短的直线段。这样的数据例如在格式上可类似于在下面的表I中示出的限定图16中所示形状的数据。表I中的数据仅仅作为一个实例来提供，而并不意旨以任何方式限制权利要求的范围。

表I

在限定的形状被限定并存储于存储器内之后，其可以两种格式之一来保存。首先，由漫游器收集到的使用GPS坐标的数据可以表示在独立于土木工程机械的位置和方向的坐标系中的形状的GPS坐标保存。在该第一种情况下，文件可简单地加载到土木工程机械的控制器7内且在没有任何转换的情况下使用。在第二种情况下，将形状限定成一系列的具有一定长度和方向的直线和曲线的数据可以类似于上述表中的格式保存。在该第二种情况下，形状文件可类似于任何其它预先存储的形状来利用，且可进行选择和使用。在土木工程机械的参考系中限定成一系列的距离和方向的所选形状可转换成在独立于土木工程机械的参考系中代表所选形状的位置和方向的曲线数据。

备选地，取代将数据从漫游器控制单元107传输到机器控制单元7，土木工程机械可设有允许漫游器控制单元107连接到土木工程机械的接口或对接站160。当漫游器100与土木工程机械对接时，漫游器可在土木工程机械上执行各种功能，包括作为土木工程机械的位置传感器之一起作用和／或作为土木工程机械控制单元的至少一部分起作用。

例如，如在图17中示意性所示，漫游器100可构造成通过将漫游器100与对接站160接合而安装于土木工程机械的底盘2上，从而使漫游器100的接收器S100代替土木工程机械的接收器S2。在该实施方式中，当需要测量在远离土木工程机械定位的地面上的各种位置时，漫游器100可脱开对接并用于测量如图所示的这些地面位置。然后漫游器可再次与土木工程机械对接且起到土木工程机械的接收器之一的作用。当在对接站160中对接时，漫游器控制单元107可与机械控制单元7通信。

此外，如在图18中示意性所示，当漫游器100与土木工程机械对接时，漫游器控制单元107可用作适于土木工程机器的机械控制单元，并且可省却单独的机械控制单元7。

因此可以看出本实用新型的装置和方法容易地实现所提及的目的和优点以及其中固有的那些。虽然在本公开中已经说明和描述了本实用新型的某些优选实施方式，但是可由本领域的那些技术人员在部件和步骤的布置和构建方面做出许多变化，上述变化都涵盖于由所附权利要求所限定的本实用新型范围和精神之内。

Claims (16)

1.手持式现场漫游器测量装置，其特征在于包括：

支承杆(102)，所述支承杆(102)具有适于接合地表面的下端部(104)；

位置传感器(S100)，所述位置传感器(S100)安装于支承杆(102)上；以及

控制单元(107)，所述控制单元(107)与位置传感器(S100)通信并包括：

位置数据确定组件(107E)，所述位置数据确定组件(107E)构造成使用位置传感器(S100)来确定位置数据，以便限定位置传感器相对于参考系的测量位置；

形状拟合组件(110)，所述形状拟合组件(110)构造成限定对应于一系列测量位置的限定形状，所述形状拟合组件构造成使得用户能够选择测量位置中的至少一些，无论所述位置是所限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分；以及

形状存储组件(150)，所述形状存储组件(150)构造成将由形状拟合组件(110)限定的限定形状存储于存储器内。

2.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)包括形状平滑组件(112)，所述形状平滑组件(112)构造成使得用户可选择性地使用位置数据对限定形状进行限定。

3.根据权利要求2所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

所述形状平滑组件(112)构造成使得用户能够选择至少一个测量位置，以使用仅与限定形状的高度位置相关和／或与限定形状的水平位置相关的该位置数据，或在限定限定形状时不包括该位置数据。

4.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)包括偏差显示组件，所述偏差显示组件(110)构造成显示所限定的形状与测量位置偏离多远。

5.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)构造成使得用户能够选择以重新测量测量位置，以及用重新测量位置的新位置数据来代替初始位置数据。

6.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)构造成询问用户测量位置是限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分。

7.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)构造成询问用户针对至少一个测量位置是否使用与限定形状高度相关的位置数据。

8.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)构造成将限定的形状限定成一系列的一个或多个直线部分和一个或多个曲线部分。

9.根据权利要求1所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于所述控制单元(107)还包括：

形状选择组件，所述形状选择组件构造成选择适于待制造构造或适于将要发生变化的地面的几何形状；以及

曲线数据确定组件，所述曲线数据确定组件构造成确定用于以参考系中选定的位置和方向来在地表面上再现选定几何形状的曲线数据。

10.根据权利要求1至9任一项所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：所述控制单元安装于所述支承杆(102)上，或所述控制单元(107)独立于支承杆(102)且通过无线通信与位置传感器(S100)通信。

11.手持式现场漫游器测量装置，其特征在于包括：

支承杆(102)，所述支承杆(102)具有适于接合地表面的下端部(104)；

位置传感器(S100)，所述位置传感器(S100)安装于支承杆(102)上；以及

与位置传感器(S100)通信的控制单元(107)，所述控制单元(107)包括：

形状选择组件，所述形状选择组件构造成选择适于待制造构造或适于将要发生变化的地面的几何形状；

位置数据确定组件，所述形状选择组件构造成使用位置传感器来确定位置数据，以便限定位置传感器相对于参考系的测量位置；以及

曲线数据确定组件，所述曲线数据确定组件构造成确定用于以参考系中选定的位置和方向来在地表面上再现选定几何形状的曲线数据。

12.根据权利要求11所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状选择组件(107)构造成从多种存储的预先限定形状中选择出所述几何形状。

13.根据权利要求11所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于所述控制单元(107)还包括：

形状拟合组件(110)，所述形状拟合组件(110)构造成限定对应于一系列测量位置的限定形状，所述形状拟合组件(110)构造成使得用户能够选择至少一些测量位置，无论测量位置是限定形状的直线部分的一部分还是曲线部分的一部分；以及形状存储组件(150)，该形状存储组件(150)构造成将由形状拟合组件限定的限定形状存储于存储器内。

14.根据就权利要求13所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)包括形状平滑组件(112)，所述形状拟合组件(112)构造成使得用户可选择性地使用位置数据来对限定形状进行限定。

15.根据权利要求14所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状平滑组件(112)构造成使得用户能够选择至少一个测量位置，以使用仅与限定形状的高度位置相关和／或与限定形状的水平位置相关的该位置数据，或在限定限定形状时不包括该位置数据。

16.根据权利要求13所述的手持式现场漫游器测量装置，其特征在于：

形状拟合组件(110)，所述形状拟合组件(110)构造成询问用户针对至少一些测量位置是否使用与限定形状高度相关的位置数据，或形状存储组件(150)构造成将限定的形状限定成一系列的一个或多个直线部分和一个或多个曲线部分。

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