DE19750315A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Oberflächenveränderungsmaschinen relativ zu einem Arbeitsgelände - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Ma­ schinen zur Veränderung der Oberflächenform eines Ar­ beitsgeländes und insbesondere auf die Echtzeit-Erzeugung und Anwendung von Digitaldaten, die kollektiv die Ober­ flächenform des Arbeitsgeländes darstellen, wenn sie von den Maschinen in einen gewünschten Zustand geändert wird.

Wie er in dieser Patentbeschreibung verwendet wird, be­ zieht sich der Ausdruck "Oberflächenveränderungsmaschine" und die verschiedenen Anpassungen davon auf selbst ange­ triebene mobile Maschinen, wie beispielsweise Raupentrak­ toren, hydraulische Grabvorrichtungen, Minen­ schaufellader, Straßengrader bzw. Straßenhobel, Pflaster­ maschinen und Asphaltlegmaschinen, die sowohl (1) eine Beweglichkeit über oder durch ein Arbeitsgelände zeigen, und zwar als eine folge davon, daß sie mit einem Primär­ antrieb (beispielsweise einem Motor) auf einem Rahmen versehen sind, der Räder oder Raupen antreibt, die den Rahmen tragen, und (2) die Fähigkeit, die Geographie bzw. Oberflächenform eines Arbeitsgeländes zu verändern, und zwar als Folge des Vorsehens eines Werkzeuges oder eines Werkzeugsatzes auf dem Rahmen, wie beispielsweise einer Schaufel, einem Schild, einer Reißvorrichtung oder ähnli­ chem. Maschinen, wie beispielsweise Raupentraktoren, Gra­ der bzw. Hobel, Pflastermaschinen und Asphaltiermaschinen (Straßenfertiger) werden typischerweise als "Erdbewe­ gungsmaschinen oder -ausrüstung" bezeichnet, und es sei bemerkt, daß diese Maschinen eine Unterkategorie der Oberflächenveränderungsmaschinen bilden, mit denen sich diese Erfindung beschäftigt.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Trotz der Entwicklung von komplizierten und leistungsfä­ higen Erdbewegungsmaschinen bleibt es eine zeitaufwendige und arbeitsintensive Aufgabe, die Topographie eines gro­ ßen Landstückes erneut zu konturieren oder anderenfalls die Geographie bzw. Oberflächenform eines Arbeitsgeländes zu verändern, wie beispielsweise einer Baufläche, einer Mine, einer Straße oder von ähnlichem. Solche Vorgänge benötigen manchmal einen Überblick, der laufend ausge­ führt wird, und zwar unter Verwendung von optischen Sichtlinieninstrumenten oder anderen statischen Punkt-zu- Punkt-Meßtechniken, um die Koordinaten einer großen An­ zahl von Punkten über dem Arbeitsgelände zu erhalten, und um danach ein dreidimensionales Modell des Geländes auf­ zubauen. Aus dem Überblick wird ein Architekturplan oder eine Zielgeographie bzw. Zieloberflächenform entwickelt. Danach wird das Gelände sorgfältig mit Stäben verschie­ dener Farbe markiert, um physische Hinweise für den Be­ diener einer Oberflächenveränderungsmaschine vorzusehen, wie beispielsweise einem Raupentraktor, wie die Maschine bedient werden sollte, um das Arbeitsgelände vom ur­ sprünglichen in den gewünschten Zustand umzuformen. Nur die am besten ausgebildeten und erfahrendsten Bediener können Effizienz beim Rekonturieren eines großen Geländes erreichen, wobei die Schwierigkeit dabei teilweise im Fehlen eines großen Maßstabes genauso wie von detaill­ ierten Informationen liegt, und zwar bezüglich des Fort­ schrittes, der bei der erneuten Bearbeitung bzw. Durch­ sicht des Geländes vorgenommen wird.

Als eine Folge sind die meisten Projekte, die das Verän­ dern der Oberflächenform von großen Arbeitsgeländen auf­ weisen, zeitaufwendig und arbeitsintensiv bezüglich der Anforderungen für ausgebildetes Personal und große Mann­ schaften, um den Betrieb der Erdbewegungsmaschinen und ähnliches anzuleiten.

Zusätzlich wird der Betrieb oft unterbrochen, da eine Überwachungsmannschaft das Ausmaß des gegenwärtigen Fort­ schrittes überprüft und manuell die Startpositionierung und Markierung des Geländes genauso wie das Geländemodell aktualisiert, und zwar um zu wissen, in welchem Grad die ursprüngliche Geländeoberflächenform in Übereinstimmung mit der gewünschten Oberflächenform gebracht worden ist. Zwischen diesen gelegentlichen Überprüfungen haben die Maschinenbediener und die Überwacher keinen wirklich ge­ nauen Weg zur Messung ihres Fortschrittes in Echtzeit.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen für einen Be­ diener einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine vor­ gesehen. Die Vorrichtung weist ein dreidimensionales Po­ sitionierungs- bzw. Positionsbestimmungssystem auf, wel­ ches auf einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine gelegen ist, um die dreidimensionale Position der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine zu bestimmen. Ein Digi­ talprozessor, der auf der Maschine gelegen ist, empfängt das Positionssignal vom dreidimensionalen Positions- bzw. Positionsbestimmungssystem, bestimmt einen Streifen- bzw. Bearbeitungspfad für einen Schneidvorgang der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine und hält ein digitali­ siertes Geländemodell der tatsächlichen Geländegeographie bzw. -oberflächenform bereit. Ein Anzeigeschirm, der mit dem Digitalprozessor gekoppelt ist, bildet graphisch Ge­ ländeinformationen ab, die in dem digitalisierten Ge­ ländemodell enthalten sind, und zwar einschließlich des Streifenpfades bzw. Pfades für den Bediener.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen für ei­ nen Bediener einer mobilen Oberflächenveränderungsma­ schine vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf, die dreidimensionale Position der mobilen Oberflächenver­ änderungsmaschine zu bestimmen, einen Streifenpfad zu be­ stimmen, der mit einem Schneidvorgang der mobilen Ober­ flächenveränderungsmaschine in Beziehung steht, ein digi­ talisiertes Geländemodell der tatsächlichen Geländeober­ flächenform zu halten bzw. bereitzuhalten, und graphisch eine Geländeinformation abzubilden, die in dem digitali­ sierten Geländemodell enthalten ist, und zwar einschließ­ lich des Streifen- bzw. Bearbeitungspfades für den Bedie­ ner.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung Maschinenpo­ sitions- und Steuerverfahren gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung, die in Verbindung mit dem Empfang und der Verarbeitung von GPS-Signalen verwendet werden kann, um die vorliegende Erfindung auszuführen;

Fig. 3 ist eine detaillierte schematische Darstellung ei­ nes Ausführungsbeispiels des Systems der Fig. 2 unter Verwendung einer GPS-Positionierung bzw. GPS-Positionsbestimmung;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Arbeitsge­ ländes, einer Oberflächenveränderungsmaschine und eines Positions- und Steuersystems gemäß eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels zur Bo­ denkonturierung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5A-5B sind graphische Wiedergaben von beispielhaften digitalisierten Geländemodellen, wie beispiels­ weise bei der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 6 ist eine repräsentative Echtzeit-Bedieneranzeige, die gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Erd- bzw. Bodenkonturierungsvorgang wie in Fig. 4 erzeugt wird;

Fig. 7 ist eine Flußdiagrammdarstellung einer dynamischen Geländedatenbasis gemäß der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung, welches ein automatisches Maschinenregelsystem (closed-loop) aufweist; und

Fig. 9 ist eine graphische Veranschaulichung der Seiten­ ansicht des Schnittes durch den Minenschaufel­ bagger.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Unter Verwendung eines be­ kannten dreidimensionalen Positionsierungs- bzw. Po­ sitionsbestimmungssystems mit einer externen Referenz, beispielsweise (jedoch nicht darauf eingeschränkt) einem 3-D-Laser, einem GPS, Kombinationen aus GPS und Laser oder einem Radar, werden Maschinen- oder Werkzeugposi­ tionskoordinaten im Block 100 bestimmt, wenn sich die Ma­ schine über das Gelände bewegt. Diese Koordinaten werden sofort als eine Reihe von diskreten bzw. getrennten Punk­ ten an einen Differenzierungsalgorithmus bei 102 gelie­ fert. Der Differenzierungsalgorithmus berechnet die Ma­ schinenposition und den Pfad in Echtzeit. Digitalisierte Modelle der tatsächlichen und gewünschten Geländeober­ flächenformen bzw. -geographien werden im Block 104 gela­ den oder gespeichert, einer zugänglichen bzw. aufrufbaren Digitalspeicher- und aufrufvorrichtung, beispielsweise einem lokalen Digitalcomputer. Der Differenzierungs­ algorithmus 102 ruft die Geländemodelle von 104 auf, ma­ nipuliert sie und aktualisiert sie und erzeugt bei 106 eine dynamische Geländedatenbasis der Differenz zwischen dem tatsächlichen Gelände und dem gewünschten Geländemo­ dell, wobei er das tatsächliche Geländemodell in Echtzeit aktualisiert, wenn neue Positionsinformationen vom Block 100 empfangen werden. Dieses dynamisch aktualisierte Ge­ ländemodell wird dann dem Bediener in einem Anzeige­ schritt 108 verfügbar gemacht, wobei in Echtzeit Positi­ ons-, Richtungs- und Geländeoberflächenform/Topographien- Aktualisierungen in für Menschen lesbarer Form geliefert werden. Unter Verwendung der Informationen von der Anzei­ ge kann der Bediener wirkungsvoll die manuelle Steuerung der Maschine bei 109 überwachen und anweisen.

Zusätzlich oder alternativ kann die dynamische Aktuali­ sierungsinformation an ein automatisches Maschinensteu­ ersystem bei 110 geliefert werden, beispielsweise ein elektro-hydraulisches Steuersystem der Bauart, wie es von Caterpillar Inc. entwickelt wird und verwendet wird, um verschiedene Pumpen, Ventile, Hydraulikzylinder, Mo­ tor/Lenk-Mechanismen und andere Steuerungen zu betreiben, die in einer Oberflächenveränderungsmaschine verwendet werden. Die elektro-hydraulischen Steuerungen können eine Hilfe für den Bediener vorsehen, um die Maschinenarbeit zu minimieren, und um die manuellen Steuerungen einzu­ schränken, wenn die vom Bediener vorgeschlagene Aktion beispielsweise die Maschine überlasten würde. Alternativ kann die Geländeaktualisierungsinformation von der dyna­ mischen Datenbasis verwendet werden, um eine vollständig automatische Maschinen/Werkzeug-Steuerung vorzusehen.

Es wird aus dem Vorangegangenen klar, daß bei dem vor­ liegenden Verfahren das anfängliche tatsächliche Gelände- Oberflächenform/Topographie-Modell von der Maschine selbst auf zuvor unüberwachtem Terrain erzeugt werden kann. Durch einfaches Bewegen der Maschine über ein vor­ geschlagenes Gelände in einem regelmäßigen Muster kann die Geographie des Geländes relativ zu dem gewünschten Architektengeländemodell bestimmt werden, welches bei 104 geladen wird. Nachdem die Maschine über das gesamte Ge­ lände gefahren ist, um genau seine tatsächliche Geogra­ phie zu bestimmen, kann das tatsächliche Geländemodell dann überwacht und in Echtzeit bei 106 aktualisiert wer­ den, wenn die Maschine die tatsächliche Geographie- bzw. Oberflächenform in Übereinstimmung mit dem gewünschten Geländemodell bringt.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist eine Vorrichtung in Blockdia­ grammform gezeigt, die in Verbindung mit dem Empfang und der Verarbeitung von GPS-Signalen zur Ausführung der vor­ liegenden Erfindung verwendet werden kann, die eine GPS-Empfängervorrichtung 202 mit einer lokalen Referenz- bzw. Bezugsantenne und einer Satellitenantenne aufweist; einen Digitalprozessor 204, der einen Differenzierungsalgorith­ mus einsetzt und angeschlossen bzw. verbunden ist, um Po­ sitionssignale von 202 zu empfangen; eine digitale Spei­ cher- und Aufrufvorrichtung 206, auf die vom Prozessor 204 zugegriffen wird und die von ihm aktualisiert wird, und eine Bedieneranzeige und/oder automatische Ma­ schinensteuerungen bei 208, die Signale vom Prozessor 204 empfangen.

Das GPS-Empfängersystem 202 weist eine Satellitenantenne auf, die Signale von Globalpositionsbestimmungssatelliten bzw. GPS-Satelliten empfängt, und eine lokale Referenz- bzw. Bezugsantenne. Das GPS-Empfängersystem 202 verwendet Positions- bzw. Positionsbestimmungssignale von der Sa­ tellitenantenne und Differentialkorrektursignale von der lokalen Referenzantenne, um Positionskoordinatendaten in drei Dimensionen zu erzeugen, und zwar mit Zentimer-Ge­ nauigkeit für sich bewegende Objekte. Alternativ können Rohdaten von der Referenzantenne vom System verarbeitet werden, um die Differenzialkorrektur zu bestimmen.

Diese Positionsinformationen werden an den Digitalpro­ zessor 204 auf Echtzeit-Basis geliefert, wenn die koor­ dinatenaufnahme- bzw. koordinatensamplingrate des GPS-Empfängers 202 es gestattet. Die digitale Speichervor­ richtung 206 speichert ein erstes Geländemodell der ge­ wünschten Geländeoberflächenform bzw. -geographie, bei­ spielsweise gemäß eines Architektenplans, und ein zweites digitalisiertes Geländemodell der tatsächlichen Gelände­ geographie, wie beispielsweise anfänglich überwacht bzw. übersehen. Das Geländemodell, welches der tatsächlichen Geländegeographie bzw. -oberflächenform entspricht, kann in Echtzeit vom Digitalprozessor 204 aufgerufen und ak­ tualisiert werden, wenn er neue Positionsinformationen vom GPS-Empfänger 202 empfängt.

Der Digitalprozessor 204 erzeugt weiter Signale, die die Differenz zwischen dem kontinuierlich aktualisierten tat­ sächlichen Geländemodell und dem Architektenplan darstel­ len. Diese Signale werden an die Bedieneranzeige und/oder die automatischen Maschinensteuerungen bei 208 geliefert, um den Betrieb der Maschine auf dem Gelände anzuweisen, um das aktualisierte tatsächliche Geländemodell in Über­ einstimmung mit dem Architektenplan zu bringen. Die Be­ dieneranzeige 208 sieht beispielsweise eine oder mehrere sichtbare Darstellungen der Differenz zwischen dem tat­ sächlichen kontinuierlich aktualisierten Geländemodell und dem gewünschten Geländemodell vor, um den Bediener beim Betrieb der Maschine für die notwendigen Oberflä­ chenveränderungsvorgänge zu führen.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist eine detailliertere Schemadar­ stellung eines Systems gemäß Fig. 2 gezeigt, und zwar un­ ter Verwendung eines kinematischen GPS (GPS = global po­ sitioning system = globales Positionsbestimmungssystem) für Positionsreferenzsignale. Ein Basisreferenzsmodul 302 und ein Positionsmodul bzw. Positionsbestimmungsmodul 304 bestimmen zusammen die dreidimensionalen Koordinaten der Oberflächenveränderungsmaschine relativ zum Gelände, wäh­ rend ein Aktualisierungs/Steuer-Modul 306 diese Posi­ tionsinformation in Echtzeitdarstellungen des Geländes umwandelt, die verwendet werden können, um genau die Ma­ schine zu überwachen und zu steuern.

Das Basisreferenzmodul 302 weist einen stationären GPS-Empfänger 308 und ein Digitalsende/Empfangs-Radio bzw. Funkgerät 310 auf, welches mit dem GPS-Empfänger 308 ver­ bunden ist und fähig ist, einen digitalen Datenstrom zu übertragen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Basisreferenzempfänger 308 ein hochgenauer kine­ matischer GPS-Empfänger. Ein geeigneter GPS-Empfänger ist verfügbar von Trimble Navigation Limited of Sunnyvale, CA, als Modell Trimble 740 GPS-Empfänger. Das Radio- bzw. Funkgerät 310 ist ein im Handel erhältlicher Digitalda­ tensender/Empfänger.

Das Positions- bzw. Positionsbestimmungsmodul 304 weist einen passenden kinematischen GPS-Empfänger 312 und ein passendes Sender/Empfängerdigitalfunkgerät 304 auf, wel­ ches die Signale vom Funkgerät 310 im Basisreferenzmodul 302 empfängt. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Positionsmodul 304 auf der Oberflächenverände­ rungsmaschine gelegen, um sich mit ihm über das Arbeits­ gelände zu bewegen.

Das Aktualisierungs/Steuer-Modul 306 welches auch an Bord der Maschine im veranschaulichten Beispiel geführt wird, weist einen Computer 316 auf, der eine Eingangsgröße vom Positionsmodul 304 empfängt; eines oder mehrere digitali­ sierte Geländemodelle 318, die digital im Computerspei­ cher gespeichert sind oder in ihn geladen werden; ein dy­ namisches Datenbasisaktualisierungsmodell 320, welches auch im Speicher des Computers 316 geladen oder gespei­ chert ist, und einen Bedienerfarbanzeigeschirm 322, der mit dem Computer verbunden ist. Statt der Bedieneranzeige 322 oder zusätzlich dazu können die automatischen Maschi­ nensteuerungen 324 mit dem Computer verbunden werden, um Signale zu empfangen, die die Maschine in autonomer bzw. eigenständiger oder halbeigenständiger Weise in bekannter Weise betreiben. Obwohl das Aktualisierungs/Steuer-Modul 306 hier als in der mobilen Maschine montiert gezeigt ist, können einige oder alle Teile entfernt gelegen sein. Beispielsweise könnten der Computer 316, das (die) Gelän­ demodell(e) 318 und die dynamische Datenbasis 320 durch eine Radiodatenverbindung mit dem Positionsmodul 304 und der Bedieneranzeige 322 oder der Maschinensteuerschnitt­ stelle 324 verbunden werden. Die Positions- und Gelände­ aktualisierungsinformation kann dann zu und von der Ma­ schine gesandt werden, und zwar zur Anzeige oder Anwen­ dung von Bedienern oder Überwachern sowohl auf als auch abseits der Maschine.

Die Basisreferenzstation 302 ist an einem Punkt mit be­ kannten dreidimensionalen Koordinaten relativ zum Ar­ beitsgelände befestigt. Durch den Empfänger 308 empfängt die Basisreferenzstation 302 Positionsinformationen von einer GPS-Satellitenkonstellation unter Verwendung der Referenz-GPS-Software 308, um einen Satz von Messungen abzuleiten. Diese Messungen weisen Pseudobereiche auf, d. h. eine Abschätzung der Abstände zwischen dem Emp­ fänger und jedem der Satelliten. Die Messungen werden von der Basistation 302 an die Positionsstation 304 auf der mobilen Maschine über eine Funkverbindung 310, 314 ge­ sandt. Alternativ können Rohpositionsdaten von der Basis­ station 302 zur Positionsstation 304 über die Funkverbin­ dung 310, 314 übertragen werden und vom GPS-Empfänger 312 verarbeitet werden.

Der auf der Maschine montierte Empfänger 312 empfängt die Positionsinformationen von der Satellitenkonstellation und bestimmt die Position des Empfängers 312 als eine Funktion der Messungen vom GPS-Empfänger 308 und der Po­ sitionsinformation, die von der Satellitenkonstellation empfangen wird. Diese Positionsinformation ist dreidi­ mensional (beispielweise Breite, Länge und Höhe) und ist auf einer Punkt-zu-Punkt-Basis gemäß der Sampling- bzw. Aufnahmerate des GPS-Systems verfügbar.

Mit Bezug auf das Aktualisierungs/Steuer-Modul 306 er­ zeugt die dynamische Datenbasis 320 Signale, die die Dif­ ferenz zwischen der tatsächlichen und gewünschten Gelän­ degeographie bzw. Geländeoberflächenform darstellen, um diese Differenz graphisch auf dem Bedieneranzeigeschirm 322 anzuzeigen, sobald die digitalisierten Pläne oder Mo­ delle des Geländes in den Computer 316 geladen worden sind. Beispielsweise werden Profil- und/oder Draufsichten der tatsächlichen und gewünschten Geländemodelle auf dem Schirm 322 kombiniert und die Höhendifferenz zwischen ih­ ren Oberflächen wird angezeigt. Unter Verwendung der Po­ sitionsinformation, die von dem Positionsmodul 304 emp­ fangen wird, erzeugt die Datenbasis 320 auch ein Graphik­ bild der Maschine, welches auf dem tatsächlichen Gelände­ modell auf der Anzeige 322 überlagert wird, und zwar ent­ sprechend der tatsächlichen Position und Richtung der Ma­ schine im Gelände.

Da die Sampling- bzw. Aufnahmerate des Positionsmoduls 304 eine Zeit/Distanz-Verzögerung zwischen den Positions­ koordinatenpunkten zur Folge hat, wenn die Maschine sich über das Gelände bewegt, verwendet die dynamische Daten­ basis 320 der vorliegenden Erfindung einen Differenzie­ rungsalgorithmus, um in Echtzeit den Pfad der Maschine zu bestimmen und zu aktualisieren.

Wenn die exakte Position der Maschine relativ zum Gelän­ de, eine digitalisierte Ansicht des Geländes und der Fortschritt bzw. die Bewegung der Maschine relativ dazu bekannt ist, kann der Bediener die Maschine über das Ge­ lände manövrieren, um verschiedene Oberflächenverände­ rungsvorgänge auszuführen, ohne sich auf physikalische Markierungen zu verlassen, die auf der Oberfläche des Ge­ ländes angeordnet sind. Und wenn der Bediener die Maschi­ ne über das Gelände bewegt, liest die dynamische Datenba­ sis 320 weiter hereinkommende Positionsinformationen vom Modul 304 und manipuliert sie, um dynamisch sowohl die Maschinenposition relativ zum Gelände zu aktualisieren, als auch den Pfad der Maschine über das Gelände und ir­ gendeine Veränderung der tatsächlichen Gelände­ oberflächenform, die von dem Durchgang bzw. Vorbeifahren der Maschine bewirkt wird. Diese aktualisierte Informati­ on wird verwendet, um Darstellungen des Geländes zu er­ zeugen, und kann verwendet werden, um den Betrieb der Ma­ schine in Echtzeit anzuweisen, um die tatsächliche aktua­ lisierte Geländeoberflächenform in Übereinstimmung mit dem gewünschten Geländemodell zu bringen.

Mit Bezug auf Fig. 4 ist eine Oberflächenänderungsma­ schine 402 auf einer Stelle in einem Konstruktionsgelände 400 gezeigt. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Maschine 402 ein Minenschaufelbagger, der Erdbewegungs- und Konturierungsvorgänge auf dem Gelände ausführt. Es wird jedoch offensichtlich werden, daß die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung sich auf nahezu irgendein bewegliches Werkzeug oder eine Maschine mit der Fähigkeit, sich über oder durch ein Ar­ beitsgelände zu bewegen, und die Geographie bzw. Ober­ flächenform des Geländes in gewisser Weise zu verändern, anwenden läßt.

Die Maschine 402 ist in bekannter Weise mit verfügbaren Hydraulik- oder Elektro-Hydraulikwerkzeugsteuerungen für ein Arbeitswerkzeug 404 ausgerüstet. Das Arbeitswerkzeug 404 weist einen Ausleger 408, ein Stabwerk 410 und eine Schaufel 412 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 einer Vorderschaufelkonturierungsvorrichtung betreiben diese Steuerungen unter anderem die Ausleger-, Stab­ werks- und Schaufelzylinder 408A, 410A, 412A, um die Schaufel 412 in drei Dimensionen für gewünschte Schneid- bzw. Grab-, Füll- und Tragvorgänge zu manövrieren.

Die Maschine 402 ist mit einem Positionierungs- bzw. Po­ sitionsbestimmungssystem ausgerüstet, welches die Po­ sition der Maschine und/oder seines Geländeveränderungs- bzw. Geländebearbeitungswerkzeuges 412 mit hohem Genau­ igkeitsgrad bestimmen kann. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist ein Phasendifferential-GPS-Empfänger 318 auf der Maschine gelegen, und zwar an festen bekannten Koor­ dinaten relativ zu dem mit dem Gelände in Kontakt stehen­ den Teilen der Raupen. Der auf der Maschine montierte Empfänger 318 empfängt Positionssignale von einer GPS-Konstellation und ein Fehler/Korrektur-Signal von der Ba­ sisreferenz 308 über eine Funkverbindung 310, 326, wie in Fig. 3 beschrieben. Der auf der Maschine befestigte Emp­ fänger 318 verwendet sowohl die Satellitensignale als auch das Fehler/Korrektursignal von der Basisreferenz 308, um genau seine Position in einem dreidimensionalen Raum zu bestimmen. Alternativ können Rohpositionsdaten von der Basisreferenz 308 übertragen werden und in be­ kannter Weise von dem auf der Maschine montierten Emp­ fängersystem verarbeitet werden, um das gleiche Ergebnis zu erreichen. Informationen über ein kinematisches GPS und ein System, welches zur Anwendung bei der vorliegen­ den Erfindung geeignet ist, können beispielsweise gefun­ den werden im US-Patent 4 812 991, datiert auf den 14. März 1989, und im US-Patent 4 963 889, datiert auf den 16. Oktober 1990, beide von Hatch. Unter Anwendung von kinematischen GPS- oder anderen geeigneten dreidimensio­ nalen Positions- bzw. Positionsbestimmungssignalen von einer externen Referenz kann die Lage des Empfängers 318 und der Maschine 402 genau auf einer Basis von Punkt-zu- Punkt innerhalb weniger Zentimeter bestimmt werden, wenn sich die Maschine 402 über das Gelände 400 bewegt. Die gegenwärtige Sampling- bzw. Aufnahmerate für Koordina­ tenpunkte unter Verwendung des gezeigten Positionierungs- bzw. Positionsbestimmungssystems ist ungefähr ein Punkt pro Sekunde.

Die Koordinaten des Basisempfängers 308 können in irgend­ einer bekannten Weise bestimmt werden, wie beispielsweise eine GPS-Positionierung oder herkömmliche Überwachung. Schritte werden auch in diesem oder in anderen Ländern ausgeführt, um GPS-Referenzen bei festen national über­ wachten Einrichtungen bzw. Geländen vorzusehen, wie bei­ spielsweise Flughäfen. Wenn das Gelände 400 innerhalb ei­ nes Bereiches (gegenwärtig ungefähr 20 Kilometer) von ei­ ner solchen national überwachten Einrichtung und einem lokalen GPS-Empfänger ist, kann der lokale Empfänger als eine Basisreferenz verwendet werden. Optional kann ein tragbarer Empfänger, wie beispielsweise 308 mit einem auf einem dreibeinmontierten GPS-Empfänger und ein Sender zum Rücksenden verwendet werden. Der tragbare Empfänger 308 wird am Platz auf oder nahe dem Gelände 400, wie zuvor besprochen, überwacht.

Auch in schematischer Form auf dem Minenschaufelbagger der Fig. 4 gezeigt, ist ein an Bord liegender Digitalcom­ puter 322, der eine dynamische Datenbasis und eine Farb­ graphikanzeige 322 für den Bediener aufweist. Der Compu­ ter 322 ist mit dem Empfänger 318 verbunden, um konti­ nuierlich Maschinenpositionsinformationen aufzunehmen. Obwohl es nicht nötig ist, den Computer 322, die dyna­ mische Datenbasis und die Bedieneranzeige auf dem Traktor 402 anzuordnen, ist dies gegenwärtig ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel und vereinfacht die Darstellung.

Mit Bezug auf die Fig. 5A-5B ist das Gelände 400 zuvor überwacht bzw. vermessen worden, um eine detaillierte to­ pographische Darstellung (nicht gezeigt) vorzusehen, die den letztendlichen Geländeplan des Architekten über­ einander gelegt auf der ursprünglichen Geländetopographie in Draufsicht gezeigt. Die Erzeugung von geographischen bzw. Oberflächenform- oder topographischen Darstellungen der Gelände, wie beispielsweise Landschaften, Minen und Baugeländen mit optischen Überwachungs- und anderen Tech­ niken ist eine wohl bekannte Technik; Bezugspunkte werden auf einem Gitter über dem Gelände aufgezeichnet und dann verbunden oder gefüllt, um die Geländekonturen auf der Darstellung zu erzeugen. Je größer die Anzahl der aufge­ nommenen Referenzpunkte ist, desto größer ist die Genau­ igkeit der Karte.

Systeme und Software sind gegenwärtig verfügbar, um di­ gitalisierte zwei- oder dreidimensionale Karten eines geographischen Geländes zu erzeugen. Beispielsweise kann die Darstellung des Architekten in dreidimensionale di­ gitalisierte Modelle der ursprünglichen Geländegeographie bzw. Oberflächenform oder -topographie umgewandelt wer­ den, wie bei 502 in Fig. 5A gezeigt, oder vom gewünschten Geländemodell, wie bei 504 in Fig. 5B gezeigt. Die Gelän­ dekonturen können mit einem Referenzgitter oder gleich­ förmigen Gitterelementen 506 in bekannter Weise überein­ ander gelegt werden. Die digitalisierten Geländepläne können übereinander gelegt werden, in zwei oder drei Di­ mensionen von verschiedenen Winkeln angesehen werden (beispielsweise im Profil und als Draufsicht) und farbco­ diert werden, um Gebiete zu bezeichnen, in denen das Ge­ lände bearbeitet werden muß, beispielsweise durch Entfer­ nung von Erde, durch Zugeben von Erde oder einfach in Ru­ he gelassen werden muß. Verfügbare Software kann auch die Menge der Erde abschätzen, die zu bearbeiten oder zu be­ wegen ist, kann Kosteneinschätzungen vornehmen und ver­ schiedene Geländemerkmale und Hindernisse über oder unter der Erde identifizieren. Zusätzlich kann der digitali­ sierte Geländeplan definierte Gebiete von verschiedenen Erzarten oder -klassen oder von Erz definieren.

Wie auch immer das Gelände 400 überwacht wird, und ob die Maschinenbediener und ihre Überwacher von einer Papier­ darstellung oder einem digitalisierten Geländeplan ar­ beiten, ist es die frühere Praxis, physisch die verschie­ denen Konturen oder Referenzpunkte des Geländes mit mar­ kierten Anweisungen für die Maschinenbediener aus­ zustecken. Bei Anwendung der Aussteckungen bzw. Pfähle und Markierungen zur Bezugnahme müssen die Bediener durch Sicht und Gefühl abschätzen, wo und wie viel die ur­ sprüngliche Geographie bzw. Oberflächenform oder Topogra­ phie zu schneiden bzw. zu graben aufzufüllen, zu trans­ portieren bzw. zu tragen oder anderenfalls zu konturieren oder zu verändern ist, um den letztendlichen Geländeplan zu erreichen. Während dieses Verfahrens wird periodisch der Fortschritt des Bedieners manuell überprüft, um die Konturierungsvorgänge in statischer Weise Schritt auf Schritt zu korrigieren, bis die letztendliche Kontur er­ reicht wird. Dieses manuelle periodische Aktualisieren und Überprüfen ist arbeitsintensiv, zeitaufwendig und liefert inhärent weniger als ideale Ergebnisse.

Wenn es darüber hinaus erwünscht ist, die Darstellung oder das digitalisierte Geländemodell als einen Indikator des derzeitigen Fortschrittes und des Arbeitsvoranschrei­ tens zu aktualisieren bzw. revisionieren, muß das Gelände wiederum statisch überwacht bzw. übersehen oder ausgemes­ sen werden und die Darstellung oder das digitalisierte Geländemodell muß manuell abseits des Geländes nicht in Echtzeit korrigiert werden.

Um die Nachteile der statischen Übersichts- und Aktuali­ sierungsverfahren des Standes der Technik zu eliminieren, integriert die vorliegende Erfindung eine genaue dreidi­ mensionale Positionierung bzw. Positionsbestimmung und digitalisierte Geländekartenerstellung mit einer dyna­ misch aktualisierten Datenbasis und einer Bedieneranzeige für eine Echtzeit-Überwachung und Steuerung des Geländes 400 und der Maschine 402. Die dynamische Geländedatenba­ sis bestimmt die Differenz zwischen den tatsächlichen und den erwünschten Geländemodellgeographien bzw. Oberflä­ chenformen, empfängt kinematische GPS-Positionsinformationen für die Maschine 402 relativ zum Gelände 400 vom Positionsempfänger 318, zeigt sowohl das Geländemodell als auch die gegenwärtige Maschinenposition dem Bediener auf der Anzeige 322 an und aktualisiert die tatsächliche Geländemodelloberflächenform, die Maschinen­ position und Anzeige in Echtzeit mit einem in Zentimetern gemessenen Genauigkeitsgrad. Der Bediener erreicht somit nie dagewesene Kenntnis von und eine Steuerung über die Erdbewegungsvorgänge in Echtzeit auf dem Gelände und kann entsprechend die Arbeit beenden, und zwar nahezu ohne Un­ terbrechung oder die Notwendigkeit, das Gelände zu über­ prüfen oder erneut zu übersehen bzw. zu vermessen.

Mit Bezug auf Fig. 6 ist eine veranschaulichende Anzeige gezeigt, die für den Maschinenbediener auf dem Schirm 602 verfügbar ist, und zwar für die topographische Konturie­ rungsanwendung der Fig. 4. Eine Bedieneranzeige auf dem Schirm 602 besitzt als Hauptkomponente ein dreidimen­ sionales digitalisiertes Geländemodell in einem Planfen­ ster 604, welches die gewünschte Endkontur oder den Plan des Geländes 400 (oder eines Teils davon) relativ zur tatsächlichen Topographie zeigt. Bei einer tatsächlichen Bildschirmanzeige 304 ist die Differenz zwischen der tat­ sächlichen Geländetopographie und dem gewünschten Gelände­ modell leichter offensichtlich, da eine Farbcodierung oder ähnliche sichtbare Markierungen verwendet werden, um Gebiete zu zeigen, in denen Erde entfernt werden muß, Ge­ biete in denen Erde zugefügt werden muß und Gebiete, die schon eine Übereinstimmung mit dem letztendlichen Ge­ ländedatenmodell erreicht haben. Die unterschiedlich schattierten bzw. gefärbten oder schraffierten Regionen auf dem Gelände, welches im Fenster 604 angezeigt wird, stellen graphisch die variierenden Erzarten oder -klassen oder Erz dar. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden diese Regionen auf dem Bildschirm durch Farben unter­ schieden.

Der Bedieneranzeigeschirm 602 weist ein horizontales Ko­ ordinatenfenster oder eine Anzeige 606 oben auf dem Bild­ schirm auf, wodurch die Position des Bedieners in drei Dimensionen relativ zur Basisreferenz 414 gezeigt ist. Seitenskalen zeigen die Höhe oder z-Achsenabweichung von der Zielkonturhöhe, was einen Indikator vorsieht, wieviel die Schaufel 412 an dieser Stelle schneiden bzw. graben oder einfüllen sollte.

Die Position des Minenschaufelbaggers auf dem Gelände 400 ist graphisch auf dem Bildschirm 604 angezeigt, und zwar als ein Maschinenzeichen 610, welches auf dem Planfenster 604 überlagert ist.

Mit der detaillierten Positions-, Richtungs- und Zielkon­ turinformation, die dem Bediener über die Anzeige 602 ge­ liefert wird, kann eine zentimetergenaue Steuerung über die Erdbewegungsvorgänge aufrechterhalten werden. Auch besitzt der Bediener eine vollständige aktualisierte Echtzeit-Anzeige des gesamten Geländes, des gegenwärtigen Fortschrittes und der Erfolge beim Erreichen der ge­ wünschten Topographie. Am Ende des Tages ist das digita­ lisierte Geländemodell in der Datenbasis vollständig ak­ tualisiert worden und kann einfach zum Wiederaufrufen am folgenden Tag gespeichert werden, um zu beginnen, wo der Bediener aufgehört hat, oder kann für eine weitere Analy­ se herausgeladen werden.

Mit Bezug auf Fig. 7 sind die Betriebsschritte der dyna­ mischen Datenbasis 320 für den Maschinenkonturierungs­ vorgang schematisch gezeigt. Das System wird bei 702 vom Betriebssystem des Computers gestartet. Die Graphiken für die Anzeigeschirme werden bei 704 initialisiert. Die an­ fängliche Geländedatenbasis (ein digitalisierter Gelände­ plan) wird aus einer Datei in dem Programmverzeichnis ge­ lesen und der Geländeplan und die tatsächliche und die Zieltopographie werden auf der Anzeige im Schritt 706 ge­ zeichnet. Der Seitengradindikator von der Anzeige 602 wird im Schritt 708 aufgebaut und die verschiedenen se­ riellen Kommunikationsroutinen zwischen den Modulen 302, 304, 306 (Fig. 3) werden im Schritt 710 initialisiert. Im Schritt 712 überprüft das System eine Anwenderanfrage, das System zu stoppen, und zwar beispielsweise am Ende des Tages oder für Mahlzeitpausen oder Schichtwechsel. Die Anwenderanfrage zum Beenden im Schritt 712 kann mit irgendeiner bekannten Anwenderschnittstellenvorrichtung eingegeben werden, beispielsweise einem Computertasten­ feld oder einer ähnlichen Computereingabevorrichtung, die mit dem Computer 316 kommuniziert.

Die dreidimensionale Position der Maschine wird als näch­ stes im Schritt 714 von der seriellen Anschlußverbindung zwischen dem Positionsmodul 304 und dem Steuer/Aktua­ lisierungs-Modul 306 in Fig. 3 gelesen. Im Schritt 716 wird die GPS-Position der Maschine in das Koordinatensy­ stem der digitalisierten Geländepläne umgewandelt, und diese Koordinaten werden auf dem Schirm 602 im Schritt 718 angezeigt. Im Schritt 720 wird der Maschinenpfad be­ stimmt, und zwar sowohl in Drauf- als auch Profilansich­ ten und in Echtzeit aktualisiert, um die Teile des Gelän­ deplangitters anzuzeigen, über denen die Maschine gear­ beitet hat. In dem Maschinenkonturierungsausführungs­ beispiel wird die Breite des Maschinenpfades gleich ihrem Oberflächenveränderungswerkzeug (Schaufel 412) gesetzt, wenn es über das Gelände läuft. Eine genaue Bestimmung der Gitterquadrate, über die die Schaufel 412 läuft, ist notwendig, um Echtzeitaktualisierungen der Be­ dienerposition und der Arbeit auf dem dynamischen Gelän­ deplan vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung ist geeignet, um einen "Strei­ fenpfad" bzw. "Bearbeitungspfad" zu bestimmen und anzu­ zeigen. In Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines Schnittes bzw. eines Grabvorgangs des Minenschaufelbaggers gra­ phisch veranschaulicht. Eine unterbrochene Linie 902 stellt den Schnitt- bzw. Grabpfad der Spitze der Schaufel 412 dar. Nachdem der Schnitt vorgenommen worden ist, fällt oder gleitet das Material oder Erz in die untere Seite. Ein Punkt 904, der auf der Oberfläche gelegen ist, auf der der Minenschaufelbagger gelegen ist, wird der "Fuß" genannt. Ein Punkt 906, der auf der Oberseite gele­ gen ist, wird der "Kamm" genannt. Die Oberfläche des Er­ zes zwischen den Punkten wird dargestellt durch die Linie 908. Der Fußpunkt 904, der Kammpunkt 906 und die Linie 908 stellen den Streifen- bzw. Bearbeitungspfad dar.

Mit Bezug auf Fig. 6 ist der Streifenpfad 616 graphisch veranschaulicht. Die unterbrochene Linie 612 stellt eine Reihe von Fußpunkten dar und die unterbrochene Linie 614 stellt eine Reihe von Kammpunkten dar. Der Streifenpfad wird dargestellt durch das kreuzschraffierte Gebiet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Streifenpfad 616 über Farben veranschaulicht.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird während eines Schneidvorgangs der Streifenpfad bestimmt wie unten be­ schrieben. Ein Referenzpunkt, der auf der Maschine gele­ gen ist, wird definiert. Beispielsweise wird auf dem Mi­ nenschaufelbagger der Referenzpunkt als die Rotations­ mitte definiert. Jedoch könnte der Referenzpunkt mit Be­ zug auf die Raupen der Maschine definiert werden. Während des Schneidvorgangs wird der Fuß als der Referenzpunkt oder als eine Funktion des Referenzpunktes definiert. Die exakte Lage des Fußes mit Bezug auf die Maschine wird eine Funktion der Art der Maschine und ihrer spezifischen Geometrie sein. Als nächstes wird der Kamm als eine Funk­ tion des Fußpunktes und des Ansprechwinkels bzw. Schütt­ winkels des ausgegrabenen Erzes bestimmt. Der Ansprech­ winkel hängt von der Materialart ab. Der Fußpunkt und der Winkel oder das Ansprechen bzw. der Schüttwinkel werden dann verwendet, um den Kammpunkt zu definieren. Die Ge­ ländedatenbasis wird dann aktualisiert, um diese Infor­ mation aufzuweisen.

Im Schritt 722 wird der Gradindikator auf der Anzeige ak­ tualisiert, und das System vollendet seine Schleife und kehrt zurück zum Schritt 712.

Im Schritt 712 ist die Option für den Bediener verfügbar, das System, wie oben beschrieben, zu stoppen, beispiels­ weise am Ende des Tages oder zur Mittagszeit. Wenn der Bediener im Schritt 712 wählt, das System zu stoppen, schreitet das System zum Schritt 724 voran, wo die ge­ genwärtige Datenbasis in einer Datei auf einem geeigneten digitalen Speichermedium im Systemcomputer gespeichert wird, beispielsweise auf einer permanenten oder entfern­ baren Diskette bzw. Platte. Im Schritt 726 werden die Be­ triebsvorgänge des Differenzierungsmoduls beendet, und im Schritt 728 wird der Bediener zum Computerbetriebssystem zurück gebracht. Wenn der Bediener das System nicht been­ det, kehrt es zum Schritt 714 zurück, wo darauffolgende Positionsauslesungen aus dem seriellen Anschluß aufgenom­ men werden, der mit dem Positionsmodul 304 und dem Emp­ fänger 318 verbunden ist, und die Systemschleife wieder­ holt sich.

Während das System und das Verfahren des veranschau­ lichten Ausführungsbeispiels der Fig. 7 darauf gerichtet sind, eine Echtzeit-Maschinenpositions- und Geländeaktua­ lisierungsinformation über eine sichtbare Bedieneranzeige vorzusehen, wird dem Fachmann klar sein, daß erzeugte Si­ gnale, die die Maschinenposition und die Geländeaktua­ lisierungsinformation darstellen, in nicht sichtbarer Weise verwendet werden können, um bekannte automatische Maschinensteuerungen zu betreiben, beispielsweise ein elektro-hydraulisches Maschinen- und/oder Werkzeugsteuer­ system.

Mit Bezug auf Fig. 8 ist ein System gemäß der vorliegen­ den Erfindung schematisch für eine automatische Regel­ steuerung (closed loop) von einer oder mehreren Maschi­ nen- oder Werkzeugbetriebssystemen gezeigt. Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 mit oder ohne einer zu­ sätzlichen Bedieneranzeige, wie oben erwähnt, verwendet werden kann, sind für die Zwecke dieser Veranschaulichung nur automatische Maschinensteuerungen gezeigt. Eine ge­ eignete Digitalverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise ein Computer, wie er in den vorangegangenen Ausführungs­ beispielen beschrieben ist, der die Algorithmen der dyna­ mischen Datenbasis der Erfindung enthält, ist bei 802 ge­ zeigt. Die dynamische Datenbasis 804 empfängt eine sofor­ tige bzw. augenblickliche 3-D-Positionsinformation vom GPS-Empfängersystem 803. Das gewünschte digitalisierte Geländemodell 808 wird in der Datenbasis des Computers 802 in irgendeiner geeigneten Weise geladen oder gespei­ chert, beispielsweise auf einem geeigneten Disketten- bzw. Plattenspeicher. Ein automatisches Maschinensteuer­ modul 810 enthält elektro-hydraulische Maschinensteuerun­ gen 812, die verbunden oder angeschlossen sind, um bei­ spielsweise Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme 814, 816, 818 an der Oberflächenveränderungsmaschine anzu­ treiben. Automatische Maschinensteuerungen 812 können Si­ gnale von der dynamischen Datenbasis im Computer 802 auf­ nehmen, die die Differenz zwischen dem tatsächlichen Ge­ ländemodell 820 und dem gewünschten Geländemodell 808 darstellen, um die Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme der Maschine zu betreiben, um das tatsächliche Gelände­ modell in Übereinstimmung mit dem gewünschten Geländemo­ dell zu bringen. Wenn die automatischen Maschinensteue­ rungen 812 die verschiedenen Lenk-, Werkzeug- und An­ triebssysteme der Maschine betreiben, werden die an dem Gelände vorgenommenen Veränderungen und die gegenwärtige Position und Richtung der Maschine empfangen, gelesen und von der dynamischen Datenbasis bei 804 manipuliert, um das tatsächliche Geländemodell zu aktualisieren. Die tat­ sächliche Geländeaktualisierungsinformation wird von der Datenbasis 804 empfangen, die entsprechend die Signale aktualisiert, die an die Maschinensteuerungen 812 gelie­ fert werden, und zwar zum Betrieb der Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme der Maschine, wenn sie über das Ge­ lände fährt, um das tatsächliche bzw. augenblickliche Ge­ ländemodell in Übereinstimmung mit dem gewünschten Gelän­ demodell zu bringen.

Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, daß das erfin­ dungsgemäße Verfahren und System leicht auf nahezu jeden geographischen Veränderungs-, Bearbeitungs- oder Überwa­ chungs- bzw. Meßvorgang angewandt werden kann, indem eine Maschine über oder durch ein Arbeitsgelände läuft, um ei­ ne Veränderung der Geländegeographie bzw. -oberflächen­ form in Echtzeit zu überwachen oder zu bewirken. Die ver­ anschaulichten Ausführungsbeispiele sorgen für ein Ver­ ständnis der breitgefaßten Prinzipien der Erfindung und offenbaren im Detail eine bevorzugte Anwendung und sollen nicht einschränkend sein. Verschiedene andere Modifika­ tionen oder Anwendungen der Erfindung können vorgenommen werden und liegen immer noch innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von Ober­ flächenveränderungsmaschinen, wie beispielsweise einem Raupentraktor, einem Straßengrader bzw. Straßenhobel, ei­ ner Pflastermaschine oder von ähnlichem relativ zu einem Arbeitsgelände, um die Geographie des Geländes in einen gewünschten Zustand zu verändern, ist vorgesehen. Ein er­ stes digitales dreidimensionales Modell der gewünschten Geländeoberflächenform und ein zweites digitales dreidi­ mensionales Modell der tatsächlichen Geländeoberflächen­ form sind in einer digitalen Datenspeichervorrichtung ge­ speichert. Die Maschine ist mit einem Positionsempfänger ausgerüstet, um im dreidimensionalen Raum die Lage der Maschine relativ zum Gelände zu bestimmen. Eine dynami­ sche Datenbasis empfängt die Maschinenpo­ sitionsinformation, bestimmt die Differenz zwischen den ersten und zweiten Geländemodellen und erzeugt Signale, die die Differenz darstellen, um den Betrieb der Maschine anzuweisen, um die tatsächliche Geländeoberflächenform in Übereinstimmung mit der gewünschten Geländeoberflächen­ form zu bringen. In einem Ausführungsbeispiel werden die Signale, die die Maschinenposition und die Differenz zwi­ schen den ersten und zweiten Geländemodellen darstellen, verwendet, um eine Bedieneranzeige zu erzeugen, die in Echtzeit aktualisiert wird. Alternativ bzw. abwechselnd können die Signale, die die Differenz zwischen den ersten und zweiten Geländemodellen darstellen, an automatische Maschinensteuerungen zum eigenständigen oder halb­ eigenständigen Betrieb der Maschine geliefert werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Anweisen der Betriebsvorgänge einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine, die folgen­ des aufweist:

• (a) Digitaldatenspeicher- und -aufrufmittel zum Speichern eines ersten dreidimensionalen geogra­ phischen Geländemodells, welches die gewünschte Geo­ graphie eines Geländes darstellt, und eines zweiten dreidimensionalen geographischen Geländemodells, welches die tatsächliche Geographie des Geländes darstellt;
• b) Mittel zur Erzeugung von Digitalsignalen, die in Echtzeit die gegenwärtige Position im dreidimensio­ nalen Raum von zumindest einem Teil der Maschine darstellen, wenn sie über das Gelände fährt;
• (c) Mittel zum Empfang der Signale und zur Aktua­ lisierung des zweiten Modells in Übereinstimmung da­ mit;
• (d) Mittel zum Bestimmen der Differenz zwischen den ersten und zweiten Modellen in Echtzeit und zur Be­ stimmung eines Streifenpfades; und
• (e) Mittel zum Leiten bzw. Anweisen des Betriebs der Maschine gemäß der Differenz, um das aktualisierte zweite Modell in Übereinstimmung mit dem ersten Mo­ dell zu bringen, und um den Streifenpfad graphisch anzuzeigen.

2. Vorrichtung zur Anzeige von Information für einen Bediener einer mobilen Oberflächenveränderungsma­ schine, die folgendes aufweist:
ein dreidimensionales Positionierungs- bzw. Posi­ tionsbestimmungssystem, welches auf der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine gelegen ist, um die dreidimensionale Position der mobilen Oberflächen­ veränderungsmaschine zu bestimmen;
einen Digitalprozessor, der in der Maschine gelegen ist, und zwar zum Empfang eines Positionssignals von dem dreidimensionalen Positionssystem, zum Bestimmen eines Streifen- bzw. Bearbeitungspfades, der mit ei­ nem Schnitt- bzw. Grabvorgang der mobilen Oberflä­ chenveränderungsmaschine in Beziehung steht und um ein digitalisiertes Geländemodell der tatsächlichen Geländegeographie bzw. Oberflächenform zu halten;
einen Anzeigeschirm, der mit dem Digitalprozessor gekoppelt ist, um graphisch dem Bediener die Gelän­ deinformation anzuzeigen, die in dem digitalisierten Geländemodell enthalten ist, welches den Streifen- bzw. Bearbeitungspfad enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strei­ fen- bzw. Bearbeitungspfad durch eine Reihe von Fuß- und Kammpunkten definiert wird.

4. Verfahren zur Anzeige von Information für einen Be­ diener einer mobilen Oberflächenveränderungsma­ schine, welches folgende Schritte aufweist:
Bestimmen der dreidimensionalen Position der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine unter Verwendung eines dreidimensionalen Positionierungs- bzw. Posi­ tionsbestimmungssystems;
Empfang des Positionssignals von dem dreidimen­ sionalen Positionssystem, Bestimmen eines Streifen- bzw. Bearbeitungspfades, der mit einem Schnittvor­ gang der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine in Beziehung steht, und Aufrechterhalten eines digita­ lisierten Geländemodells der tatsächlichen Gelände­ geographie bzw. -oberflächenform;
graphisches Anzeigen der Geländeinformation für den Bediener, die in dem digitalisierten Geländemodell enthalten ist, welches den Streifenpfad aufweist.