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Generating digital terrain models, e.g. for agricultural cost optimisation, forestry, construction or cartography

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DE19544112A1
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    • A01B79/005Precision agriculture

Abstract

The method involves using GPS systems. Spatial coordinates (x,y,z), including altitude information, are acquired during land processing by machines (8) fitted with a position determination system (12) such as GPS. The spatial coordinates from the position determination system are stored in digital form. The stored digitised spatial coordinate information is processed into a terrain relief model which is displayed on a screen, communicated to another computer by cable or radio and output to a printer or storage medium. It can be printed or displayed in three-dimensional form.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Generierung digitaler Geländemodelle, welche beispielsweise für landwirtschaftliche teilschlagspezifische Aufwandsoptimierungen, aber auch in der Forst- oder Bauwirtschaft, im Vermessungswesen oder in der Kartographie erforderlich sind. The invention relates to a method of generating digital terrain models, which are required, for example for agricultural part blow specific effort optimization, but also in forestry or construction, in surveying or in cartography.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, sog. Ertragskarten von landwirtschaftlich genutz ten Flächen anzulegen. From the prior art it is known, so-called. Yield maps of agricultural genutz th surfaces to create. So wird beispielsweise in der Schrift WO 86/05353 vorgeschlagen, während der Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche die Position zu erfassen, um in einer Karte die jeweils aktuellen Prozeßdaten der landwirtschaftlichen Maschine oder die von einer Sensorik erfaßte aktuelle Ertragsmenge, abzulegen. It is thus proposed 86/05353, for example, in WO, while to detect the processing of an agricultural area, the position to store the current process data of the agricultural machine or the detected by a sensor current yield amount in a map. Die bisher bekannten landmaschi nengestützten Kartierungssysteme sehen jedoch nur eine zweidimensionale Kartierung mit den Koordinaten (x, y) vor. The previously known agricultural machines or nengestützten mapping systems provide only a two-dimensional mapping with coordinates (x, y). Den Koordinaten werden dann bestimmte Ertrags-, Düngungs- oder bestimmte maschinenspezifische Steuerungswerte zugeordnet. The coordinates of certain income, fertilization or certain machine-specific control values ​​are then assigned. So wird beispielsweise in der Schrift DE 44 31 824 vorgeschlagen, dem Steuerprozessor eines Mähdreschers den Zugriff auf ein historisches Datenkataster zu geben und während der Ernte im Zugriff darauf den jeweils aktuellen Koordinaten vorgreifend Soll- oder Grenzbetriebsdaten zu bestimmen und aktuell vorzugeben. So 44 31 824 is proposed, for example in the document DE to give the control processor of a combine harvester access to a historical data cadaster and during the harvest in the access thereto in anticipation to determine the current coordinate reference or limit operational data and currently predetermine. Auch in dieser Schrift ist ein zweidimensionales Geländemodell vor ausgesetzt. In this document, a two-dimensional terrain model is exposed in front. Dreidimensionale Reliefgeländemodelle werden heute von Landvermessern erstellt, die dabei auf unterschiedliche Techniken zurückgreifen, wie beispielsweise die Triangulation mit Hilfe fester Geländebezugspunkte, Radar oder neuerdings auch GPS-Systeme, die aus von mehreren Satelliten emittierten Zeitsignalen den aktuellen Standort errechnen. Three-dimensional relief terrain models today are created by surveyors who fall back on different techniques such as triangulation using fixed terrain reference points, radar or, more recently, GPS systems, which calculate the current location of light emitted by a number of satellite time signals. Nachteile der bekannten Verfahren zur Generierung von Geländereliefmodellen sind der hohe Generierungsaufwand sowie die großen Abstände der Knotenpunkte im Raster von 20 bis 50 m. Disadvantages of the known method for generating terrain relief models are the high cost and the generation of large distances of the nodes in a grid of 20 to 50 m.

Zur Nutzung von Geländereliefmodellen in der Landwirtschaft ist eine möglichst hohe Rasterauflösung erforderlich, damit die für landwirtschaftliche Fragestellungen bedeutenden Reliefunterschiede, wie sie beispielsweise für die Abschätzung von Erosionsgefährdung, Nährstoffverhalten im Boden, Wasserabflußmodelle, Schadstoffeinträge und Befahrbarkeit, aber auch für Landmaschinenregelprozesse wichtig sind, nicht wegintegriert werden. To use terrain relief models in agriculture the highest possible raster resolution is required for the major agricultural issues relief differences, as they are important for example for the assessment of risk of erosion, nutrient behavior in soil, water runoff models, pollutants and driveability, but also for agricultural machinery control processes, not wegintegriert become. Auch für Anwendungen im Bauwesen oder der Forstwirtschaft reichen die handelsüblich verfüg baren Rasterauflösungen nicht aus, um aus den Geländereliefmodellen Anwendungsoptimie rungen herleiten zu können. For applications in the construction industry or the forestry commercially facts available screen resolutions are not sufficient to derive conclusions from the terrain relief models Anwendungsoptimie. Andererseits darf der Ertrag, der sich aus der Auswertung von Geländereliefmodellen ergibt, nicht durch zu hohe Generierungskosten belastet werden. On the other hand, may yield resulting from the evaluation of terrain relief models, not be burdened by excessive generation costs. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das eine kostengünstige Generierung von Geländereliefmodellen mit einer hohen Auflösung erlaubt. It is therefore an object of the present invention to develop a method which allows low-cost generation of digital terrain relief models with high resolution.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem die räumlichen Koordinaten (x, y, z) während der Flächenbearbeitungen durch Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Traktoren, Raupen, Bagger, Mähdrescher etc., die mit einem Positionsermittlungssystem wie beispiels weise einem GPS-System ausgestattet sind, das auch Höhendaten ermittelt, gewonnen werden. The inventive object is solved by the spatial coordinates (x, y, z) during the surface machining of work machines, such as tractors, caterpillars, excavators, harvesters, etc., which are fitted a GPS system with a position-determining system as embodiment example, the also be obtained determined elevation data.

Die jeweils von einem Positionsermittlungssystem wie beispielsweise einem GPS-System ermittelten, einer Position der Arbeitsmaschine entsprechenden räumlichen Koordinaten (x, y, z) werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in digitalisierter Form gespeichert. The respectively determined by a position determining system such as a GPS system, a position of the working machine corresponding spatial coordinates (x, y, z) are stored in a further embodiment of the invention, in digitized form. Sie können zu einem digitalisierten Geländereliefmodell weiterverarbeitet werden, das auf einem Bildschirm angezeigt, über Kabel oder Funk auf einen anderen Rechner übertragen oder über einen Drucker oder Speichermedien ausgegeben ist. They can be further processed into a digitized terrain relief model displayed on a screen, transfer or via cable or radio to another computer's output to a printer or storage media. Das digitalisierte Geländere liefmodell kann in dreidimensionaler Darstellung oder zweidimensional mit zusätzlichen Höhenlinien angezeigt oder ausgedruckt werden. The digitized Geländere ran model can be used in three-dimensional representation or two-dimensionally displayed with additional contours or printed.

Die flächige Rasterweite der räumlichen Koordinaten (x, y, z) ist in Längsrichtung durch eine zur Vorfahrtgeschwindigkeit passende Lograte und in Querrichtung durch die Arbeitsbreite der Arbeitsmaschine gegeben. The flat screen ruling of the spatial coordinates (x, y, z) is given in the longitudinal direction by a matching forward speed Log rate and in the transverse direction through the working width of the working machine.

Die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ermittelten räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder das digitalisierte Geländereliefmodell können mit räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder einem digitalisierten Geländereliefmodell, die mittels eines oder mehreren früheren erfindungs gemäßen Bearbeitungsgängen einer oder mehrere Arbeitsmaschinen ermittelt wurden, zu neuen oder zusätzlichen räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder einem neuen digitalen Geländerelief modell kombiniert werden. The determined by means of the proposed method spatial coordinates (x, y, z) or the digitized terrain relief model can with spatial coordinates (x, y, z) or a digitized site relief model, processing transitions the agent according to one or more previous fiction, a plurality of working machines have been determined one or are combined model to new or additional spatial coordinates (x, y, z) or a new digital terrain relief. Dadurch ist es möglich, bei unterschiedlichen Arbeitsbreiten und Fahrgassen noch kleinere Rastermaße zu erhalten. This makes it possible to obtain even smaller pitches at different working widths and tramlines. Auch können durch einen Vergleich der räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder der Geländereliefmodelle unwahrscheinliche Koor dinaten geglättet oder ersetzt werden. Also, (x, y, z) or the terrain relief models can be improbable coor dinates smoothed or replaced by a comparison of the spatial coordinates. Zudem ist es möglich, durch Zusammenfügen der Koordinaten (x, y, z) oder der digitalisierten Geländereliefmodelle von einzelnen aneinander stoßender oder sich überlappender Flächen möglich, ein Geländereliefmodell einer größeren Fläche zu erhalten. It is also possible, it is possible by combining the coordinates (x, y, z) or the digitized terrain relief models of individual abutting or overlapping surfaces to obtain a terrain relief model a larger area. Auch ist eine Kombination der erfindungsgemäß ermittelten mit den herkömmlich ermittelten Koordinaten oder Geländereliefmodelle möglich. A combination of the invention is possible with the determined conventionally determined coordinates or terrain relief models.

Die ermittelten räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder das digitalisierte Geländereliefmodell kann ausgewertet und die Auswertung für die Vorgabe von maschinentechnischen Soll- oder Grenzbetriebsdaten gebraucht werden, wie beispielsweise neigungsabhängige Maschinenein stellungen, Arbeitsanwendungen wie Planierhöhe im Bauwesen oder Dünge- oder Pflanzen schutzmittelausbringemenge in der Landwirtschaft, oder die Befahrbarkeitsrichtung. The determined spatial coordinates (x, y, z) or the digitized terrain relief model can be evaluated and the evaluation for the specification of mechanical engineering reference or limit operational data are used, such as dip dependent Maschinenein positions, working applications such as Planierhöhe in construction or fertilizers or plant schutzmittelausbringemenge in agriculture, or Befahrbarkeitsrichtung.

Zur Realisierung der Erfindung ist es auch möglich, neben oder anstelle eines GPS-Systems sonstige, aus dem Stand der Technik bekannte, mit hinreichender Genauigkeit arbeitende Positionsermittlungssysteme auf der Arbeitsmaschine zu installieren. To realize the invention, it is also possible other addition to or instead of a GPS system, known from the prior art to install operating with sufficient accuracy position detection systems on the machine. Insbesondere ist es vorteilhaft, zur Erhöhung der Meßgenauigkeit des Höhenwertes (z) eines GPS-Systems entsprechende zusätzliche Meßinstrumente zur Bestimmung der absoluten Höhe oder relativen Höhenunterschieden, wie beispielsweise eine Druckdose, mit dem GPS-System zu verbinden. In particular, it is advantageous to combine in order to increase the accuracy of measurement of the height value (z) of a GPS system suitable additional measuring instruments for determining the absolute amount or relative differences in height, such as a pressure box with the GPS system.

Insgesamt ermöglicht es die Erfindung, mit geringem Aufwand bei routinemäßigen Arbeiten ein Geländereliefmodell mit hoher Auflösung und Präzision zu erhalten. Overall, it allows to obtain with little effort in routine work, a terrain relief model with high resolution and precision the invention.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren beschrieben. The invention will be described with reference to the following figures. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine selbstfahrende Arbeitsmaschine auf unebenem Bodenprofil. Fig. 1 a self-propelled working machine on uneven ground profile.

In Fig. 1 ist ein dreidimensionales Koordinatensystem ( 2 ) mit x-, y- und z-Achsen gezeigt. In Fig. 1 is a three-dimensional coordinate system (2) with x, y and z axes shown. Das tatsächliche Geländeprofil ( 10 ) ist anhand der Linien ( 4 ) in x-Richtung und der Linien ( 6 ) in y-Richtung skizziert, wobei die Höhenlage einer Linie ( 4 ) oder ( 6 ) durch den jeweils zugehörigen z-Wert bestimmt ist. The actual terrain profile (10) using the lines (4) in the x-direction and the lines (6) is sketched in the y direction, wherein the height position of a line (4) or (6) is determined by the respective associated z-value , Das Ausführungsbeispiel wird erläutert anhand eines an sich bekannten Mähdreschers ( 8 ) als Arbeitsmaschine. The embodiment will be explained with reference to a known combine harvester (8) as a working machine. Der Mähdrescher ( 8 ) überfährt während des Erntevorganges das Geländerelief ( 10 ) entlang der x-Achse. The combine (8) travels over the terrain relief (10) along the x-axis during the harvesting process. Der Mähdrescher ( 8 ) ist mit einem GPS-System ( 12 ) ausgestattet, mit dessen Hilfe er in definierten Zeitraten oder Wegstrecken seine aktuelle Position mit der jeweiligen räumlichen Koordinate (x, y, z) bestimmt. The combine (8) is equipped with a GPS system (12), by means of which it determines at defined rates or stretches his current position with the respective spatial coordinate (x, y, z). Ein GPS-System ( 12 ) besteht in der Regel aus einer Antenne, die von GPS-Satelliten ausgestrahlte Funksignale empfangt, und einem mit der Antenne verbundenen Mikroprozessor, der die empfangenen Funksignale mit einer geeigneten Software in Posi tionskoordinaten umrechnet. A GPS system (12) is generally of an antenna, which receives light emitted from the GPS satellite radio signals, and an antenna connected to the microprocessor tion details of the received radio signals with suitable software in Posi converts. Der Abstand ( 14 ) zwischen zwei Linien ( 6 ) in y-Richtung entspricht in etwa der Arbeitsbreite des Mähdreschers ( 8 ). The distance (14) between two lines (6) in the y direction corresponds approximately to the working width of the combine harvester (8). Der Zeitversatz aus den Funksi gnalen der GPS-Satelliten ermöglicht es, nicht nur die x- und y-Koordinaten, sondern auch die z-Koordinaten zu ermitteln. The time delay from the Funksi gnalen the GPS satellites makes it possible to determine not only the x and y coordinates, but also the z-coordinates. Um die z-Koordinaten zu bekommen, muß der Mähdrescher ( 8 ) mit einer an sich bekannten Software ausgestattet sein, die aus den empfangenen Funksi gnalen den z-Wert errechnet. In order to obtain the z coordinate, the combine (8) must be equipped with a known software gnalen calculates the z-value from the received Funksi. Dabei kann sich das GPS-System an sich schon für die Korrek tur der x- und y-Werte bekannter Korrekurverfahren bedienen, um die Genauigkeit der ermittelten Werte zu erhöhen. In this case, the GPS system can in itself for the corrective structure of the x and y values ​​known Korrekurverfahren serve to increase the accuracy of the measured values. Die vom GPS-System ermittelten räumlichen Koordinaten (x, y, z) werden dann in digitalisierter Form gespeichert. The determined by the GPS system spatial coordinates (x, y, z) are then stored in digitized form. Die Speicherung kann innerhalb des GPS-Systems, aber auch im zentralen Bordrechner, im Bedienpult in der Kabine oder in einem anderen in der Arbeitsmaschine angeordneten Bordrechner, die idealerweise miteinander vernetzt sind, erfolgen. The storage may be within the GPS system, but also in the central on-board computer, are effected in the control panel in the cabin or in another arranged in the working machine-board computer, which are ideally cross-linked with each other. Die digitali sierten räumlichen Koordinaten (x, y, z) können auch telemetrisch über eine in der Arbeits maschine installierte Funkeinheit einem externen Rechner übermittelt und dort gespeichert werden. The digitali overbased spatial coordinates (x, y, z) can also be telemetrically transmitted via an installed in the working machine radio unit an external computer and stored there.

Die in Fig. 1 eingezeichneten Koordinatenpunkte ( 16 ) sind räumlich durch die jeweiligen Werte (x, y, z) definiert. The drawn in Fig. 1 coordinate points (16) are spatially defined by the respective values (e.g. x, y,). Durch Verbinden benachbarter Koordinatenpunkte ( 16 ) durch Linien gelingt es, das Geländerelief ( 10 ) räumlich darzustellen. By connecting adjacent coordinate points (16) by lines, it is possible to represent the terrain relief (10) spatially. Der Verlauf der Verbindungslinien zwischen den benachbarten Koordinatenpunkten ( 16 ) kann von einer geeigneten Software berechnet werden. The course of the connecting lines between the adjacent coordinate points (16) can be calculated by a suitable software. Anstelle einer räumlichen Darstellung kann auch eine zweidimensionale Darstellungsform gewählt werden, bei der Koordinatenpunkte gleicher Höhe (z-Wert) durch Linien miteinander verbunden sind und die Verbindungslinien ebenfalls von einer geeigneten Software berechnet werden. Instead of a three-dimensional representation and a two-dimensional representation of the form (z-value) may be chosen at the coordinate points of the same height are connected by lines and the connecting lines are also calculated by a suitable software. Die auf beiderlei Weise berechneten Darstellungsformen erlauben eine optische Wahrnehmung des ermittelten Geländereliefs, wobei die Anzeige des Geländereliefmodells über Bildschirme oder Drucker erfolgen kann. Calculated on the way both display formats allow visual perception of the terrain relief determined with the display of the terrain relief model can be done via screens or printers.

Die Auswertungen des digitalisierten Geländereliefmodells können erfolgen auf Basis der dreidimensionalen oder der zweidimensionalen Darstellungsform des Geländereliefmodells mit Höhenlinien oder auf einer mathematisch-vektoriellen Modellierung, deren vektorielle Darstellung sich aus den einzelnen räumlichen Koordinaten (x, y, z) ableitet. The analyzes of the digitized terrain relief model may be based on the three-dimensional or two-dimensional representation form of the terrain relief model with contour lines or on a mathematical vector model, the vectorial representation derived from the individual spatial coordinates (x, y, z). Für softwarege stützte Auswertungen kann das auf die bloßen Koordinaten gestützte Modell, das eine Auswertung anhand einzelner Koordinatenwerte x, y oder z erlaubt, vorteilhaft sein. For softwarege assisted analysis can based on the mere coordinates model that allows an evaluation based on individual coordinate values ​​x, y or z, may be advantageous.

Die während einer Flächenbearbeitung ermittelten Koordinatenpunkte ( 16 ) können mit früher oder später ermittelten Koordinatenpunkten so kombiniert werden, daß sich ein engmaschige res Netz zur Abbildung des Geländereliefs ( 10 ) ergibt. The determined by a surface machining coordinate points (16) can be combined with previously or subsequently coordinate points so that a close-meshed net res to image the terrain relief (10) is obtained. In Fig. 1 sind die Koordinatenpunkte ( 18 ) aus einer früheren Flächenbearbeitung dargestellt, aus deren Verbindung mit benach barten Koordinatenpunkten ( 16 ) sich ein noch höher auflösendes Geländereliefmodell ergibt. In Fig. 1, the coordinate points (18) from a previous surface treatment are shown, from their connection to Benach disclosed coordinate points (16) results in an even higher-resolution terrain relief model.

Claims (9)

1. Verfahren zur Generierung digitaler Geländereliefmodelle durch Nutzung von GPS-Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Koordinaten (x, y, z) während der Flächenbearbeitungen durch Arbeitsmaschinen, die mit einem Positionsermittlungssystem wie beispielsweise einem GPS-System ausgestattet sind, das auch Höhendaten ermittelt, gewonnen werden. 1. Method of generating digital terrain relief models through the use of GPS-systems, characterized in that the spatial coordinates (x, y, z) during the surface machining of work machines that are equipped with a position-determining system such as a GPS system, which is also height data determined to be won.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils von einem Positionsermittlungssystem wie beispielsweise einem GPS-System ermittelten, einer Position der Arbeitsmaschine entsprechenden räumlichen Koordinaten (x, y, z) in digitalisierter Form gespeichert werden. 2. The method of claim 1, characterized in that the respectively determined by a position determining system such as a GPS system, a position of the working machine corresponding spatial coordinates (x, y, z) are stored in digitized form.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten oder gespeicherten räumlichen Koordinaten (x, y, z) zu einem digitalisierten Geländereliefmodell weiterverarbeitet sind, das auf einem Bildschirm angezeigt, über Kabel oder Funk auf einen anderen Rechner übertragen oder über einen Drucker oder Speichermedien ausgegeben ist. 3. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the determined or stored spatial coordinates (x, y, z) are further processed into a digital terrain relief model, displayed on a screen, transmitted via cable or radio to another computer or is output to a printer or storage media.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Geländereliefmodell in dreidimensionaler Darstellung angezeigt oder ausge druckt ist. 4. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the terrain relief model shown in three-dimensional representation or printed out.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Geländereliefmodell zweidimensional mit zusätzlichen Höhenlinien angezeigt oder ausgedruckt ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the terrain relief model is two-dimensionally displayed with additional contours or printed.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige Rasterweite der räumlichen Koordinaten (x, y, z) in Längsrichtung durch eine zur Vorfahrtgeschwindigkeit passende Lograte und in Querrichtung durch die Arbeitsbreite der Arbeitsmaschine gegeben ist. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the flat grid size of the spatial coordinates (x, y, z) is given in the longitudinal direction by a matching forward speed Log rate and in the transverse direction through the working width of the working machine.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ermittelten räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder das digitalisierte Geländereliefmodell mit räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder einem Geländereliefmodell, die mittels eines oder mehreren früheren erfindungs gemäßen Bearbeitungsgängen einer oder mehrerer Arbeitsmaschinen ermittelt wurden, zu neuen räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder einem neuen digitalen Geländerelief modell kombiniert sind. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the ascertained by means of the proposed method spatial coordinates (x, y, z) or the digitized terrain relief model with spatial coordinates (x, y, z) or a ground relief model, which means one or more previous fiction, modern machining operations are combined model to new spatial coordinates (x, y, z) or a new digital terrain relief of one or more working machines have been determined.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten räumlichen Koordinaten (x, y, z) oder das digitalisierte Geländere liefmodell ausgewertet und die Auswertung für die Vorgabe von maschinentechni schen Soll- oder Grenzbetriebsdaten brauchbar ist. 8. A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the determined spatial coordinates (x, y, z) or the digitized Geländere evaluated running model, and the evaluation for specifying maschinentechni's target or limit operational data is useful.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß neben oder anstelle eines GPS-Systems sonstige, aus dem Stand der Technik bekannte mit hinreichender Genauigkeit arbeitende Positionsermittlungssysteme, insbesondere zur Ermittlung der relativen oder absoluten Höhe, auf der Arbeits maschine installiert und ggfs. mit dem GPS-System zu einer Funktionseinheit verbunden sind. 9. A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that other addition to or instead of a GPS system, known from the prior art with sufficient accuracy working position detection systems, in particular for determining the relative or absolute height at the working machine installed and, if necessary. are connected to the GPS system into a functional unit.
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