DE10107163A1

DE10107163A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände

Info

Publication number: DE10107163A1
Application number: DE10107163A
Authority: DE
Inventors: Adam J Gudat; James J Kalafut; N Keith Lay; Robert J Price
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2001-09-27
Also published as: US6282477B1; JP2001317941A; JP4800497B2

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände wird offenbart. Das Verfahren und die Vorrichtun weisen die Bestimmung einer Lage eines Erdbearbeitungswerkzeuges in geografischen Koordinaten auf dem Erdbearbeitungsgelände auf, weiter die Bestimmung einer Lage des Objektes in geografischen Koordinaten, die Anzeige des Erdbearbeitungswerkzeuges und des Objektes auf einer Anzeige mit einer Draufsicht und mit einer Seitenprofilansicht des Erdbearbetungsgeländes, die Auswahl eines interessanten Umfangs mit der Draufsicht mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug, die Bestimmung der Koordinaten von einem Teil des Objektes, der von dem interessanten Umfang umgeben wird, und die Anzeige eines dreidimensionalen Bildes des Teils des Objektes in der Seitenprofilansicht als eine Funktion des interessanten Umfangs.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige eines Objektes auf einem Gelände für Erdbearbeitungsvorgänge und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige der Lage eines unter der Erde liegenden Objektes mit Bezug auf ein Erdbearbeitungswerkzeug.

Technischer Hintergrund

Erdbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Bagger, Bag gerlader, Frontschaufellader und ähnliches werden verwen det, um eine große Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Beispielsweise werden Etdbearbeitungsmaschinen verwendet, um Fundamente zu graben, einzubauen und Einrichtungen aufrecht zu erhalten, um Gräben zu graben, um Ablaufwas serwege zu graben, um Landformungsvorgänge auszuführen und um viele andere Aufgaben auszuführen.

Die extensive Anwendung von Erdbearbeitungsmaschinen und die assoziierten Kosten ihrer Verwendung hat eine große Notwendigkeit für technische Verbesserungen und Innova tionen erzeugt, um die Vorgänge wirkungsvoller, produkti ver, weniger anstrengend für menschliche Bediener und ge nauer zu machen. Beispielsweise kann unter Verwendung von Terrainkartendaten und Positionsbestimmungssystemen, wie beispielsweise eines GPS, ein Bediener einer Erdbearbei tungsmaschine mit einer Anzeige des bearbeiteten Ter rains, der Maschine und des Erdbearbeitungswerkzeuges be liefert werden, wenn die Arbeit ausgeführt wird, und auch bezüglich der an dem Terrain bzw. der Erdoberfläche vor genommenen Veränderungen, und zwar alles in Echtzeit. Beispiele von Anzeigetechnologien, die durch Erdbearbei tungsmaschinen verwendet werden, weisen das US-Patent 5,864,060 von Henderson und anderen, das US-Patent 5,438,771 von Sahm und anderen, das US-Patent 5,404,661 von Sahm und anderen und das US-Patent 5,631,658 von Gu dat und anderen auf.

Jedoch ist ein Hauptproblem, das mit Erdbearbeitungsvor gängen assoziiert ist, und eines, das nicht von den oben erwähnten Bezugsschriften angesprochen wird, die Anwesen heit von schon existierenden unter der Erde liegenden Ob jekten, wie beispielsweise von Gebrauchsleitungen, Gas pipelines und ähnlichem. Gegenwärtig muß ein Bediener ei ner Erdbearbeitungsmaschine auf Lagemarkierungen, Karten und vorsichtige bzw. erratene Arbeitsvorgänge zurückgrei fen, um eine Beschädigung von unterirdischen Objekten zu vermeiden. Wenn oft der Bediener einer Erdbewegungsma schine sich der vermuteten Lage eines unter der Erde lie genden Objektes nähert, muß der Bediener stoppen und es anderen Arbeitern gestatten, vorsichtig weiter mit der Hand zu graben.

Es ist erwünscht, die Produktivität und den Wirkungsgrad steigern zu können, jedoch den Schaden an unterirdischen Objekten zu minimieren, und zwar ohne auf manuelle Ar beitsmittel zurückzugreifen, und zwar durch Versehen des Bedieners mit einer Erdbearbeitungsmaschine mit einer An zeige, vorzugsweise auf einem Anzeigeschirm, der Lage von irgendwelchen bekannten unter der Erde liegenden Objekten mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug. Es ist auch erwünscht, einen Bediener mit einer Erdbearbeitungsma schine mit einer Anzeige von unterirdischen Objekten mit Bezug zum Erdbearbeitungswerkzeug zu versehen, die Fehler kompensiert, die bei der Bestimmung der Lage des Werkzeu ges und der Objekte eingeleitet wurden. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Lage eines Erdbearbeitungswerkzeuges in geografischen Koordinaten auf dem Erdbearbeitungsge lände zu bestimmen, weiter eine Lage des Objektes in geo grafischen Koordinaten zu bestimmen, das Erdbearbeitungs werkzeug und das Objekt auf einer Anzeige mit einer Draufsicht und einer Seitenprofilansicht des Erdbearbei tungsgeländes anzuzeigen, einen interessanten Umfang in der Draufsicht mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug auszuwählen, die Koordinaten eines Teils des Objektes zu bestimmen, das von dem interessanten Umfang umgrenzt wird, und ein dreidimensionales Bild des Teils des Objek tes in der Seitenprofilansicht anzuzeigen, und zwar als eine Funktion des interessanten Umfangs.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Lage eines Erdbearbeitungs werkzeuges in geografischen Koordinaten auf dem Erdbear beitungsgelände zu bestimmen, weiter eine Lage des Objek tes in geografischen Koordinaten zu bestimmen, das Erdbe arbeitungswerkzeug und das Objekt auf einer Anzeige anzu zeigen, und zwar mit einer Draufsicht und einer Seiten profilansicht des Erdbearbeitungsgeländes, weiter eine Ungewißheitsregion des Objektes als eine Funktion von mindestens einem Parameter zu bestimmen, und die Seiten profilansicht des Bildes des Objektes als eine Funktion der Ungewißheitsregion zu vergrößern.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Er findung wird ein Verfahten zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Lage eines Erdbe arbeitungswerkzeuges in geografischen Koordinaten auf ei nem Erdbearbeitungsgelände zu bestimmen, eine Lage des Objektes in geografischen Koordinaten zu bestimmen, das Erdbearbeitungswerkzeug und das Objekt auf einer Anzeige anzuzeigen, und zwar mit einer Draufsicht und einer Sei tenprofilansicht des Erdbearbeitungsgeländes, einen in teressanten Umfang in der Draufsicht mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug auszuwählen, die Koordinaten ei nes Teils des Objektes zu bestimmen, das von dem interes santen Umfang umgrenzt wird, ein dreidimensionales Bild des Teils des Objektes in der Seitenprofilansicht als ei ne Funktion des interessanten Umfangs anzuzeigen, eine Ungewißheitsregion des Objektes als eine Funktion von mindestens einem Parameter zu bestimmen, und die Seiten profilansicht des Bildes des Objektes als eine Funktion der Ungewißheitsregion zu vergrößern.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Er findung wird eine Vorrichtung zur Anzeige einer Lage ei nes Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände offenbart. Die Vorrichtung weist ein Positionsbestimmungssystem auf, das geeignet ist, um eine Lage eines Erdbearbeitungswerk zeuges auf dem Erdbearbeitungsgelände zu bestimmen, wei ter Mittel zur Bestimmung einer Lage des Objektes, einer Anzeige mit einer Draufsicht und einer Seitenprofilan sicht des Erdbearbeitungsgeländes, Mittel zur Auswahl ei nes interessanten Umfangs in der Draufsicht und einen Prozessor, der geeignet ist, um einen Koordinatensatz ei nes Teils des Objektes innerhalb des interessanten Um fangs zu bestimmen, ein dreidimensionales Bild des Teils des Objektes in der Seitenprofilansicht zu bestimmen, ei ne Ungewißheitsregion der Koordinaten des Objektes zu be stimmen, und das Bild des Objektes in der Seitenprofilan sicht als eine Funktion der Ungewißheitsregion zu vergrö ßern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine diagrammartige Darstellung einer Erd bearbeitungsmaschine auf einem Erdbearbeitungs gelände;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ist eine diagrammartige Darstellung einer An zeige, die einen Aspekt der vorliegenden Erfin dung abbildet;

Fig. 4 ist eine diagrammartige Darstellung einer An zeige, die einen weiteren Aspekt der vorliegen den Erfindung anzeigt;

Fig. 5 ist eine diagrammartige Darstellung eines wei teren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er findung;

Fig. 6 ist eine diagrammartige Darstellung von noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung; und

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das ein bevorzugtes Ver fahren der vorliegenden Erfindung veranschau licht.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere mit Bezug nahme auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung 100 zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelän de 102 offenbart. Das Erdbearbeitungsgelände 102 kann ir gendeine Stelle sein, auf der Erdbearbeitungsvorgänge ausgeführt werden, wie beispielsweise Grabvorgänge, das Ziehen von Gräben, das Ziehen von Drainagen usw.

Eine Erdbearbeitungsmaschine 104 wird verwendet, um die Erdbearbeitungsvorgänge auszuführen. Die Erdbearbeitungs maschine 104 in Fig. 1 ist als ein Bagger abgebildet. Jedoch können andere Bauarten von Erdbearbeitungsmaschi nen, beispielsweise Baggerlader, Frontschaufellader, Ma schinen zum Grabenziehen bzw. Grabenfräsmaschinen, Bohr maschinen usw. genauso verwendet werden.

Vorzugsweise weist die Erdbearbeitungsmaschine 104 ein Erdbearbeitungswerkzeug 106 auf, wie beispielsweise eine Schaufel, ein Schild, einen Bohrer usw., und zwar steuer bar angebracht an der Erdbearbeitungsmaschine 104.

Ein Objekt 107, das unter der Oberfläche des Erdbearbei tungsgeländes 102 gelegen ist, muß vor dem Schaden durch die Erdbearbeitungsvorgänge geschützt werden. Das Objekt 107 kann eine Gebrauchsleitung, ein Rohr oder ein gewis ses anderes Teil sein, von dem bekannt ist, daß es exi stiert, das jedoch während der Erdbearbeitungsvorgänge ohne irgendeine Störung angenähert werden muß. Wie unten genauer beschrieben, kann die Lage des Objektes 107 mit großer Genauigkeit bekannt sein oder kann geschätzt sein, was somit variierende Vorsichtsgrade erfordert, wenn man sich dem Objekt 107 mit dem Erdbearbeitungswerkzeug 106 nähert.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung ge zeigt.

Ein Positionsbestimmungssystem 108, das auf der Erdbear beitungsmaschine 104 gelegen ist, ist geeignet, um eine Lage des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 auf dem Erdbear beitungsgelände 102 zu bestimmen. Im bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel ist das Positionsbestimmungssystem 108 ein globales Positionsbestimmungssatellitensystem (GPS-Sy stem) mit einer (nicht gezeigten) Antenne, die auf der Erdbearbeitungsmaschine 104 montiert ist. Die Position des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 kann dann in geografi schen Koordinaten bestimmt werden. Vorzugsweise, und wie in der Technik wohl bekannt ist, weist das Erdbearbei tungswerkzeug 106 mit einem Satz von Gelenken einen Satz von (nicht gezeigten) Winkelpositionssensoren auf, wie beispielsweise Resolver bzw. Winkelmesser. Die Position des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 kann dann durch Bestim mung der Positionen der GPS-Antenne in Koordination mit den Positionen der Resolver bestimmt werden. Beispiels weise hat ein Bagger einen Ausleger, einen Vorderausleger und eine Schaufel, und eine Kabine, die auf dem Bagger rahmen montiert ist. Die GPS-Antenne kann oben auf der Kabine montiert sein und die Gelenke, die den Ausleger, den Vorderausleger und die Schaufel verbinden, können je weils einen Winkelpositionssensor haben. Die Positionsbe stimmungen der GPS-Antenne und von jedem der Winkelresol ver kann dann bestimmt werden, um die Position der Schau fel in geografischen Koordinaten zu finden.

Alternativ kann das Positionsbestimmungssystem 108, bei spielsweise die GPS-Antenne, direkt auf dem Erdbearbei tungswerkzeug 106 montiert sein, und zwar in einer Weise, die das Positionsbestimmungssystem 108 vor einem Schaden schützt, was eine direkte Bestimmung der Position des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 gestattet.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Posi tionsbestimmungssystem 108 von irgendeiner anderen Bauart sein, wie beispielsweise ein Laserebenenpositionsbestim mungssystem, ein Totpunktbezug (dead reckoning) oder eine Kombination von Technologien davon.

Mittel 110 zur Bestimmung einer Lage des Objektes 107 sind auf der Erdbearbeitungsmaschine 104 gelegen. Im be vorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mittel 110 zur Be stimmung der Lage des Objektes 107 eine Geländekartenda tenbank 112, die geeignet ist, um eine Karte der Lagen der Objekte 107 in geografischen Koordinaten zu spei chern. Es ist in der Technik bekannt, daß Untergrundkar ten von unterirdischen Objekten zum Download bzw. Einla den in Geländekartendatenbanken verfügbar gemacht werden können. Beispielsweise können Versorgungsbetriebe Karten in einem Datenformat von den Lagen ihrer vergrabenen Ein richtungen bzw. Versorgungseinrichtungen liefern. Diese Karten sind leicht verfügbar zur Anwendung durch Erdbear beitungsmaschinenbediener, um sie über die Lagen der Ver sorgungseinrichtungen zu informieren, um dabei zu helfen, die Versorgungseinrichtungen während Erdbearbeitungsvor gängen zu stören bzw. zu zerstören. Vorzugsweise sind die Karten in einem Format verfügbar, das mit der Geländekar tendatenbank 112 kompatibel ist.

Alternativ können die Lagen von unterirdischen Objekten 107 mit Anwendung von Untergrundaufspürungsausrichtungs gegenständen bestimmt werden, wie beispielsweise akusti sche, elektromagnetische oder radarbasierte Suchgeräte, und zwar vor dem Graben. Die Daten, die aus dem Suchpro zeß erhalten werden, können dann in die Geländekartenda tenbank eingegeben werden.

Eine Anzeige 114, die auf der Erdbearbeitungsmaschine 104 gelegen ist, ist geeignet, um eine Ansicht von Erdbear beitungsvorgängen vorzusehen, und zwar vorzugsweise in Echtzeit. Fig. 3 und 4 bieten beispielhafte Veranschau lichungen wie die Anzeige 114 erscheinen kann. Beispiels weise weist die Anzeige 114, die in den Fig. 3 und 4 abgebildet ist, eine Draufsicht 302 und eine Seitenpro filansicht 304 des Erdbearbeitungsgeländes 102 auf. Ein Bild 306 der Erdbearbeitungsmaschine 104 zeigt die Lage der Erdbearbeitungsmaschine 104 mit Bezug auf das Erdbe arbeitungsgelände 102 an. Ein Bild 308 des Erdbearbei tungswerkzeuges 106 zeigt die Lage des Erdbearbeitungs werkzeuges 106 mit Bezug auf das Erdbearbeitungsgelände 102 an. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist das Bild 306 der Erdbearbeitungsmaschine 104 in der Draufsicht 302 gezeigt und das Bild 308 des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 ist sowohl in den Drauf- als auch in den Seitenpro filansichten 302, 304 gezeigt.

In Fig. 3 ist ein Bild 310 des Objektes 107 in der Sei tenprofilansicht 304 gezeigt. In Fig. 4 sind die Bilder 310a, 310b der zwei Objekte 107 in der Seitenprofilan sicht 304 gezeigt. Die Bilder 310 der Objekte 107 sind genauer unten beschrieben.

Mittel 116 zur Auswahl eines interessanten Umfangs 312 sind an der Erdbearbeitungsmaschine 104 gelegen. Im be vorzugten Ausführungsbeispiel und wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, ist der interessante Umfang 312 in der Draufsicht 302 der Anzeige 114 gezeigt. Vorzugsweise sind die Mittel 116 zur Auswahl eines interessanten Um fangs 312 ein Satz von vom Bediener auswählbaren Steue rungen 118. Beispielsweise können die vom Bediener aus wählbaren Steuerungen 118 auf oder nahe der Anzeige 114 gelegen sein, um einem Bediener der Erdbearbeitungsma schine 104 die Fähigkeit zu gestatten, eine erwünschte Größe des interessanten Umfangs 312 auszuwählen.

Als ein erstes Beispiel ist in Fig. 3 der interessante Umfang 312 so ausgewählt worden, daß er eine Linie ist, die um eine Längsachse der Erdbearbeitungsmaschine 104 gelegen ist. Folglich stellt in der Seitenprofilansicht 304 das Bild 310 des Objektes 107 eine Querschnittsschei be des Objektes 107 beim interessanten Umfang 312 dar, d. h. die Linie. Daher wird das Bild 310 des Objektes 107 in einer zweidimensionalen Ansicht dargestellt.

Als ein zweites Beispiel ist in Fig. 4 der interessante Umfang 312 ausgewählt worden, so daß er ein Rechteck mit einer ersten Seite A und einer zweiten Seite B ist. Folg lich stellen in der Seitenprofilansicht 304 die Bilder 310a, 310b der zwei Objekte 107 Querschnitte von den Ob jekten 107 von der ersten Seite A des Umfangs 312 zur zweiten Seite B des Umfangs 312 dar. Daher werden die Bilder 310a, 310b der zwei Objekte 107 in dreidimensiona ler Ansicht dargestellt. Das Bild 310a des ersten Objek tes 107 ist senkrecht zum interessanten Umfang 312 und verändert nicht die Tiefe von der Linie A zur Linie B. Daher erscheint das Bild 310a des ersten Objektes 107 wie wenn es ein zweidimensionales Bild wäre. Das Bild 310b des zweiten Objektes 107 ist nicht senkrecht zum interes santen Umfang 312 und verändert sich bezüglich der Tiefe von der Linie A zur Linie B. Daher ist der Winkel des Bildes 310b relativ zum interessanten Umfang 312 und die Tiefenveränderung des Bildes 310b als eine dritte Dimen sion in der Seitenprofilansicht 304 gezeigt. Aus dieser dreidimensionalen Ansicht des Objektes 104 wird der Be diener aufmerksam gemacht, daß das Objekt 107 nicht auf einer gleich beladenen Tiefe vergraben ist sondern im Erdboden geneigt ist, und daß sich das Erdbearbeitungs werkzeug 106 dem Objekt nicht in einem senkrechten Winkel nähert. Daher kann der Bediener besser vermeiden, das Ob jekt 107 zu stören bzw. damit in Gegenwirkung zu treten, wenn er gräbt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der interessante Umfang 312 um einen Mittelteil 314 ausgewählt, in dem das Erdbearbeitungswerkzeug 106 Erdbearbeitungsvorgänge aus führt.

Ein Prozessor 120, der auf der Erdbearbeitungsmaschine 104 gelegen ist, ist geeignet, um einen Satz von Koordi naten eines Teils des Objektes 107 innerhalb des interes santen Umfangs zu bestimmen, d. h. von der Linie A zur Li nie B. Der Prozessor 120 ist auch geeignet, um ein drei dimensionales Bild des Teils des Objektes 107 in der Sei tenprofilansicht 304 der Anzeige 114 anzuzeigen.

Die obige Besprechung geschieht mit Bezugnahme auf einen ersten Aspekt der vorliegende Erfindung. Mit Bezug auf Fig. 5 wird ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfin dung veranschaulicht.

In der Draufsicht der Fig. 5 ist eine bestimmte Lage 502 eines Objektes gezeigt. Die bestimmte Lage 502 ist auch in der Seitenprofilansicht der Fig. 5 gezeigt, und zwar gelegen unter der Erdoberfläche 506. Wie in Fig. 5 ge zeigt, ist daher die bestimmte Lage 502 des Objektes in drei Dimensionen bzw. Abmessungen bekannt.

Eine Ungewißheitsregion 504 ist so gezeigt, daß sie die bestimmte Lage 502 des Objektes umgibt. Die Ungewißheits region 504 ist eine Funktion von mindestens einem Parame ter, wie beispielsweise inhärenten bzw. in wohnenden Feh lern im Positionsbestimmungssystem 108, Fehler bei der bestimmten Lage 502 des Objektes, und das Ausmaß der Wichtigkeit, das Objekt in einem ungestörten Zustand wäh rend Erdbearbeitungsvorgängen zu halten, wobei der Grad der Wichtigkeit als Prioritätsfaktor ausgedrückt wird. Beispielsweise kann eine Gaspipeline einen Faktor mit hö herer Priorität erfordern als eine Kabelfernsehleitung, was somit eine größere Ungewißheitsregion 504 erfordert.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ungewiß heitsregion 504 in der Anzeige 114 durch Vergrößerung der Größe des Bildes 310 des Objektes 107 widergespiegelt. Dies bietet einen zusätzlichen Puffer beim Schutz des Ob jektes 107 vor einer Störung durch das Erdbearbeitungs werkzeug 106, wenn die Erdbearbeitungsvorgänge stattfin den. Es sollte in Fig. 5 bemerkt werden, daß die Unge wißheitsregion 504 in der Seitenprofilansicht größer über der bestimmten Lage 502 des Objektes gezeigt ist, als darunter. Während normaler Erdbearbeitungsvorgänge würde sich das Erdbearbeitungswerkzeug 106 dem Ziel 107 von oben nähern. Durch Vergrößerung der Ungewißheitsregion 504 über der bestimmten Stelle 502 des Objektes jedoch im Vergleich zu unterhalb der bestimmten Stelle 502, wird daher ein zusätzlicher Puffer vorgesehen, wo er am mei sten benötigt wird.

Mit Bezug auf Fig. 6 wird ein dritter Aspekt der vorlie gende Erfindung veranschaulicht. In der Draufsicht der Fig. 6 ist eine geschätzte Stelle 602 des Objektes ge zeigt. In manchen Situationen ist bekannt, daß ein Objekt 107 unter der Erdoberfläche 506 existiert, jedoch kann die Lage des Objektes nicht mit irgendeinem Genauigkeits grad bestimmt werden. Daher muß die Lage des Objektes 107 geschätzt werden. In der Seitenprofilansicht der Fig. 6 wird die Ungewißheitsregion 504 als eine Ungewißheitswand 604 bestimmt. Die Ungewißheitswand 604 spiegelt den Zu stand wider, daß die Lage des Objektes 107 nur eine ge schätzte Lage 602 ist. Die Tiefe des Objektes 107 in der Erde kann noch nicht einmal für nützliche Zwecke abge schätzt werden. Daher umfaßt die Ungewißheitswand einen geschätzten Umfang an der Erdoberfläche 506 und erstreckt sich dann in die Erde soweit wie nötig, um eine Störung des Objektes 107 zu vermeiden. In diesem Aspekt kann das Erdbearbeitungswerkzeug 106 verwendet werden, um die Un gewißheitswand 604 zu graben, jedoch müssen andere her kömmliche Mittel, beispielsweise das Graben mit der Hand, innerhalb der Ungewißheitswand 604 eingesetzt werden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 120 geeignet, um entweder die Ungewißheitsregion 504 oder die Ungewißheitswand 604 zu bestimmen, falls benötigt, und zwar von den Koordinaten des Objektes 107, und darauf ansprechend das Bild 310 des Objektes 107 in der Seiten profilansicht 304 der Anzeige 114 zu vergrößern.

Mit Bezug auf Fig. 7 ist ein Flußdiagramm gezeigt, das ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung ver anschaulicht.

In einem ersten Steuerblock 702 wird die Lage der Erdbe arbeitungswerkzeuges 106 bestimmt, und zwar vorzugsweise in geografischen Koordinaten unter Verwendung eines Koor dinatensystems, wie beispielsweise eines kartesischen Ko ordinatensystems mit X-, Y- und Z-Koordinaten. Im bevor zugten Ausführungsbeispiel wird die Lage des Erdbearbei tungswerkzeug 106 wie oben beschrieben bestimmt.

In einem zweiten Steuerblock 704 wird die Lage des Objek tes 107 in geografischen Koordinaten bestimmt, wie oben beschrieben.

In einem dritten Steuerblock 706 werden die Bilder 306, 308, 310 der Erdbearbeitungsmaschine 104 bzw. des Erdbe arbeitungswerkzeuges 106 bzw. des Objektes 107 auf einer Anzeige in Echtzeit relativ zum Erdbearbeitungsgelände 102 gezeigt. Vorzugsweise, wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, werden die Bilder 306, 308 der Erdbear beitungsmaschine 104 und des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 in einer Draufsicht 302 angezeigt, und die Bilder 308, 310 des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 und das Objekt 107 werden in einer Seitenprofilansicht 304 angezeigt.

In einem vierten Steuerblock 708 wird der interessante Umfang 312 von dem Bediener der Erdbearbeitungsmaschine 104 ausgewählt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der interessante Umfang 312 ausgewählt, um eine er wünschte dreidimensionale Ansicht des Bildes 310 des Ob jektes 107 in der Seitenprofilansicht 304 zu gestatten. Die dreidimensionale Ansicht des Bildes 310 des Objektes 107 versieht den Bediener mit einer Konzeption der Lage des Objektes an beiden Seiten des Erdbearbeitungswerkzeu ges 106, was gestattet, daß der Bediener effizienter und produktiver ist, ohne das Objekt 107 zu stören bzw. anzu greifen, wenn die Erdbearbeitungsvorgänge stattfinden.

In einem fünften Steuerblock 710 werden die Koordinaten des Teils des Objektes 107, das von dem interessanten Um fang 312 umgeben wird, bestimmt, vorzugsweise vom Prozes sor 120. Die veranschaulichte Anzeige der Fig. 4 zeigt an, daß das Objekt 107 von dem interessanten Umfang 312 umgeben wird, und zwar durch eine erste Linie A und eine zweite Linie B.

In einem sechsten Steuerblock 712 wird der Teil des Ob jektes 107, der von dem interessanten Umfang 312 umgeben wird, in der Seitenprofilansicht 304 der Anzeige 114 an gezeigt. Das Bild 310 des Objektes 107 ist in drei Dimen sionen angezeigt, um irgendwelche Veränderungen der Tiefe des Objektes 107 von der Linie A zur Linie B mit Bezug auf die Oberfläche des Erdbearbeitungsgeländes 102 anzu zeigen.

In einem siebten Steuerblock 712 wird eine Ungewißheits region 504 des Objektes 107 als eine Funktion von minde stens einem Parameter bestimmt. Beispiele der Parameter sind folgende, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt: einen Bereichsfehler, der von dem Positionsbestimmungssy stem 108 zugelassen wird, einen Bereichsfehler der be stimmten Lage des Objektes 107 und einen Prioritätsfaktor des Objektes 107, wobei der Prioritätsfaktor eine Funkti on der Wichtigkeit, das Objekt 107 während der Erdbear beitungsvorgänge nicht zu stören, ist.

In einem achten Steuerblock 716 wird das Bild 310 des Ob jektes 107 in der Seitenprofilansicht 304 der Anzeige 114 als eine Funktion der Ungewißheitsregion 504 vergrößert. Vorzugsweise ist das Bild 310 des Objektes 107 im Ver gleich zum Rest der Anzeige 114 vergrößert. Das vergrö ßerte Bild 310 des Objektes 107 sieht eine Pufferzone vor, um weiter die Wahrscheinlichkeit der Störung bzw. Beeinflussung des Objektes 107 während der Erdbearbei tungsvorgänge zu verringern.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird die Ungewißheitsregion 504 mit Bezug auf die Bekanntheitspo sition des Objektes 107 bestimmt. Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegende Erfindung ist die Ungewißheits region 504 eine Ungewißheitswand 604 und wird mit Bezug auf eine abgeschätzte Position des Objektes 107 bestimmt.

Industrielle Anwendbarkeit

Als ein Beispiel einer Anwendung der vorliegenden Erfin dung führt eine Erdbearbeitungsmaschine 104, beispiels weise ein Bagger, Erdbearbeitungsvorgänge aus, wie bei spielsweise, das Graben in der Erde. Oft ist es erforder lich, daß die Erdbearbeitungsmaschine 104 in Gebieten gräbt, in denen unterirdische Objekte 107, beispielsweise Versorgungsleitungen und Rohre bekannterweise vergraben sind. Eine Anzeige 114, insbesondere eine Seitenprofilan sicht 304 einer Anzeige 114, ist in der Technik bekannt, so daß sie eine gute Anzeige der Erdbearbeitungsmaschine 104 für einen Bediener vorsieht, und zwar bezüglich der Lage des Erdbearbeitungswerkzeuges 106 mit Bezug auf das Erdbearbeitungsgelände. Die Objekte 107 können auch auf der Anzeige 114 gezeigt sein, um dem Bediener eine An sicht der Lage des Objektes 107 mit Bezug auf das Erdbe arbeitungswerkzeug 106 zu geben. Es ist jedoch schwierig, wenn nicht unmöglich, die Lage von vergrabenen Objekten 107 mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu kennen. Die vor liegende Erfindung kompensiert daher die Positionsunge nauigkeiten durch Anzeige eines Bildes 310 des Objektes 107 in einer dreidimensionalen Ansicht, um den variieren den Tiefen des Objektes 107 Rechnung zu tragen, und auch den variierenden Winkeln des Objektes 107 mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug 106. Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist das Bild 310 des Objektes 107 um eine Ungewißheitsregion 504 vergrößert, um Fehler bei der Positionsbestimmung zu kompensieren.

Andere Aspekte, Ziele und Merkmale der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Computerbasiertes Verfahren zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände, das folgende Schritte aufweist:
Bestimmung einer Lage eines Erdbearbeitungswerkzeu ges in geografischen Koordinaten auf dem Erdbearbei tungsgelände;
Bestimmung einer Lage des Objektes in geografischen Koordinaten;
Anzeige eines Erdbearbeitungswerkzeuges und des Ob jektes auf einer Anzeige mit einer Draufsicht und einer Seitenprofilansicht des Erdbearbeitungsgelän des;
Auswahl eines interessanten Umfangs in der Drauf sicht mit Bezug auf das Erdbearbeitungswerkzeug;
Bestimmung der Koordinaten eines Teils des Objektes, das von dem interessanten Umfang umgeben wird; und
Anzeige eines dreidimensionalen Bildes des Teils des Objektes in der Seitenprofilansicht als eine Funkti on des interessanten Umfangs.

2. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 1, das weiter folgende Schritte aufweist:
Bestimmung einer Ungewißheitsregion des Objektes als eine Funktion von mindestens einem Parameter; und
Vergrößerung der Seitenprofilansicht des Bildes des Objektes als eine Funktion der Ungewißheitsregion.

3. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 1, das weiter folgende Schritte aufweist:
Bestimmung einer Lage einer Erdbearbeitungsmaschine, wobei das Erdbearbeitungswerkzeug steuerbar an der Erdbearbeitungsmaschine angebracht ist; und
Anzeige der Lage der Erdbearbeitungsmaschine auf der Anzeige.

4. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Objekt unter der Erdoberfläche gelegen ist.

5. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bestimmung einer Lage des Objektes in geografi schen Koordinaten den Schritt der Bestimmung der La ge des Objektes in drei Koordinaten eines Systems mit drei Koordinaten aufweist.

6. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vergrößerung der Seitenprofilansicht des Bildes des Objektes den Schritt aufweist, die Dimensionen des Objektes mit Bezug auf den Rest der Anzeigeab messungen zu vergrößern.

7. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bestimmung einer Lage des Objektes in geografi schen Koordinaten den Schritt aufweist, eine abge schätzte Lage des Objektes mit Bezug auf die Erd oberfläche zu bestimmen.

8. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bestimmung einer Ungewißheitsregion den Schritt der Bestimmung einer Ungewißheitswand bestimmt, die sich in Abwärtsrichtung von der Erdoberfläche an der abgeschätzten Lage des Objektes erstreckt.

9. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Parameter einen Fehlerrahmen des Schrittes zur Bestimmung einer Lage des Erdbearbei tungswerkzeuges aufweist.

10. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Parameter einen Fehlerrahmen des Schrittes der Bestimmung einer Lage des Objektes aufweist.

11. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Parameter einen Prioritätsfaktor des Objektes aufweist, wobei der Prioritätsfaktor eine Funktion eines Wichtigkeitsgrades ist, das Ob jekt in einem nicht gestörten Zustand während der Erdbearbeitungsvorgänge zu halten.

12. Computerbasiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen eines interessanten Umfangs den Schritt aufweist, ein erwünschtes Gebiet des Erdbe arbeitungsgeländes auszuwählen, wobei das erwünschte Gebiet einen Mittelteil besitzt, in dem das Erdbear beitungswerkzeug Erdbearbeitungsoperationen aus führt.

13. Vorrichtung zur Anzeige einer Lage eines Objektes auf einem Erdbearbeitungsgelände, die folgendes auf weist:
ein Positionsbestimmungssystem, das geeignet ist, um eine Lage eines Erdbearbeitungswerkzeuges auf dem Erdbearbeitungsgelände zu bestimmen;
Mittel zur Bestimmung einer Lage des Objektes;
eine Anzeige mit einer Draufsicht und einer Seiten profilansicht des Erdbearbeitungsgeländes;
Mittel zur Auswahl eines interessanten Umfangs in der Draufsicht; und
einen Prozessor, der geeignet ist, um einen Satz von Koordinaten von einem Teil des Objektes innerhalb des interessanten Umfangs zu bestimmen, ein dreidi mensionales Bild des Teils des Objektes in der Sei tenprofilansicht anzuzeigen, eine Ungewißheitsregion der Koordinaten des Objektes zu bestimmen, und ein Bild des Objektes in der Seitenprofilansicht als ei ne Funktion der Ungewißheitsregion zu vergrößern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mittel zur Bestimmung der Lage eines Objektes eine Geländekar tendatenbank aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Anzeige ge eignet ist, um die Lage des Erdbearbeitungswerkzeu ges und des Objektes mit Bezug auf das Erdbearbei tungsgelände anzuzeigen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der interessante Umfang einer Funktion einer erwünschten Fläche des Erdbearbeitungsgeländes ist, wobei die erwünschte Fläche einen Mittelteil besitzt, in dem das Erdbear beitungswerkzeug Erdbearbeitungsvorgänge ausführt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mittel zum Auswählen eines interessanten Umfangs vom Bediener auswählbare Steuerungen aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, die weiter eine Erdbe arbeitungsmaschine aufweist, wobei das Erdbearbei tungswerkzeug steuerbar an der Erdbearbeitungsma schine angebracht ist, und wobei das Positionsbe stimmungssystem, die Mittel zur Bestimmung einer La ge des Objektes, die Anzeige, die Mittel zur Auswahl eines interessanten Umfangs und der Prozessor an der Erdbearbeitungsmaschine gelegen sind.