-
Diese
Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Maschinen zur Veränderung
der Oberflächenform
eines Arbeitsgeländes
und insbesondere auf die Echtzeit-Erzeugung und Anwendung von Digitaldaten,
die kollektiv die Oberflächenform
des Arbeitsgeländes
darstellen, wenn sie von den Maschinen in einen gewünschten
Zustand geändert
wird.
-
Wie
er in dieser Patentbeschreibung verwendet wird, bezieht sich der
Ausdruck "Oberflächenveränderungsmaschine" und die verschiedenen
Anpassungen davon auf selbst angetriebene mobile Maschinen, wie
beispielsweise Raupentraktoren, hydraulische Grabvorrichtungen,
Minenschaufellader, Straßengrader
bzw. Straßenhobel,
Pflastermaschinen und Asphaltlegmaschinen, die sowohl (1) eine Beweglichkeit über oder
durch ein Arbeitsgelände zeigen,
und zwar als eine Folge davon, daß sie mit einem Primärantrieb
(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 ähnlichem.
Maschinen, wie beispielsweise Raupentraktoren, Grader bzw. Hobel,
Pflastermaschinen und Asphaltiermaschinen (Straßenfertiger) werden typischerweise
als "Erdbewegungsmaschinen
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 leistungsfähigen Erdbewegungsmaschinen
bleibt es eine zeitaufwendige und arbeitsintensive Aufgabe, die
Topographie eines großen
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 ausgeführt
wird, und zwar unter Verwendung von optischen Sichtlinieninstrumenten
oder anderen statischen Punkt-zu-Punkt-Meßtechniken,
um die Koordinaten einer großen
Anzahl von Punkten über
dem Arbeitsgelände
zu erhalten, und um danach ein dreidimensionales Modell des Geländes aufzubauen.
Aus dem Überblick
wird ein Architekturplan oder eine Zielgeographie bzw. Zieloberflächenform
entwickelt. Danach wird das Gelände
sorgfältig
mit Stäben
verschiedener Farbe markiert, um physische Hinweise für den Bediener
einer Oberflächenveränderungsmaschine
vorzusehen, wie beispielsweise einem Raupentraktor, wie die Maschine
bedient werden sollte, um das Arbeitsgelände vom ursprünglichen
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 detaillierten
Informationen liegt, und zwar bezüglich des Fortschrittes, der
bei der erneuten Bearbeitung bzw. Durchsicht des Geländes vorgenommen
wird.
-
Als
eine Folge sind die meisten Projekte, die das Verändern der
Oberflächenform
von großen
Arbeitsgeländen
aufweisen, zeitaufwendig und arbeitsintensiv bezüglich der Anforderungen für ausgebildetes
Personal und große
Mannschaften, um den Betrieb der Erdbewegungsmaschinen und ähnliches anzuleiten.
-
Zusätzlich wird
der Betrieb oft unterbrochen, da eine Überwachungsmannschaft das Ausmaß des gegenwärtigen Fortschrittes überprüft and manuell die
Startpositionierung and 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 and die Überwacher
keinen wirklich genauen Weg zur Messung ihres Fortschrittes in Echtzeit.
-
Die
Druckschrift mit der Bezeichnung
US
5 493 494 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betrieb einer Verdichtungsmaschine für zum Beispiel Aufschüttungs-,
Erd- oder Asphaltverdichtungen bezüglich eines Geländes, zum
Verdichten des Geländematerials
hinsichtlich eines gewünschten
Grades an Verdichtung. Die Maschine ist ausgestattet mit Positionsbestimmungsempfängern zur dreidimensionalen
Bestimmung der Position, der von der Maschine zu verdichtenden Anteile
relativ zum Baugrund. Eine dynamische Datenbank empfängt die
Positionsinformation der Maschine, bestimmt die Differenz zwischen
dem Grad an Verdichtung eines ersten und eines zweiten Geländemodells
und erzeugt repräsentative
Signale dieser Differenz zur Steuerung der Maschine, um die tatsächliche
Verdichtung des Geländes
mit dem gewünschten
Grad an Verdichtung in Übereinstimmung
zu bringen. Die Druckschrift
US
5 493 494 offenbart keine graphische Darstellung eines
Streifen- bzw. Bearbeitungspfades. Eine solche Darstellung erleichtert
das Bearbeiten eine Geländes
wesentlich, da für
den Bediener klar zu erkennen ist, welcher Teil des Geländes wie
zu bearbeiten ist.
-
Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Anzeigen
von Informationen für
einen Bediener einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine vorgesehen.
Die Vorrichtung weist ein dreidimensionales Positionierungs- bzw.
Positionsbestimmungssystem auf, welches auf einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine gelegen
ist, um die dreidimensionale Position der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine
zu bestimmen. Ein Digitalprozessor, 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 digitalisiertes Geländemodell
der tatsächlichen
Geländegeographie
bzw. -oberflächenform
bereit. Ein Anzeigeschirm, der mit dem Digitalprozessor gekoppelt
ist, bildet graphisch Geländeinformationen
ab, die in dem digitalisierten Geländemodell 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
einen Bediener einer mobilen Oberflächenveränderungsmaschine vorgesehen. Das
Verfahren weist die Schritte auf, die dreidimensionale Position
der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine
zu bestimmen, einen Streifenpfad zu bestimmen, der mit einem Schneidvorgang
der mobilen Oberflächenveränderungsmaschine
in Beziehung steht, ein digitalisiertes Geländemodell der tatsächlichen
Geländeoberflächenform
zu halten bzw. bereitzuhalten, und graphisch eine Geländeinformation
abzubilden, die in dem digitalisierten Geländemodell enthalten ist, und
zwar einschließlich
des Streifen- bzw. Bearbeitungspfades für den Bediener.
-
1 ist
eine schematische Darstellung Maschinenpositions- und Steuerverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die in Verbindung
mit dem Empfang und der Verarbeitung von GPS-Signalen verwendet werden
kann, um die vorliegende Erfindung auszuführen;
-
3 ist
eine detaillierte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
des Systems der 2 unter Verwendung einer GPS-Positionierung
bzw. GPS-Positionsbestimmung;
-
4 ist
eine schematische Darstellung eines Arbeitsgeländes, einer Oberflächenveränderungsmaschine
und eines Positions- und Steuersystems gemäß eines veranschaulichenden
Ausführungsbeispiels
zur Bodenkonturierung der vorliegenden Erfindung;
-
5A–5B sind
graphische Wiedergaben von beispielhaften digitalisierten Geländemodellen,
wie beispielsweise bei der vorliegenden Erfindung verwendet;
-
6 ist
eine repräsentative
Echtzeit-Bedieneranzeige, die gemäß der vorliegenden Erfindung für einen
Erd- bzw. Bodenkonturierungsvorgang wie in 4 erzeugt
wird;
-
7 ist
eine Flußdiagrammdarstellung
einer dynamischen Geländedatenbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
8 ist
eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung,
welches ein automatisches Maschinenregelsystem (closed-loop) aufweist;
und
-
9 ist
eine graphische Veranschaulichung der Seitenansicht des Schnittes
durch den Minenschaufelbagger.
-
Mit
Bezug auf 1 ist das Verfahren der vorliegenden
Erfindung schematisch gezeigt. Unter Verwendung eines bekannten
dreidimensionalen Positionsierungs- bzw. Positionsbestimmungssystems 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 Werkzeugpositionskoordinaten im Block 100 bestimmt,
wenn sich die Maschine über
das Gelände
bewegt. Diese Koordinaten werden sofort als eine Reihe von diskreten bzw.
getrennten Punkten an einen Differenzierungsalgorithmus bei 102 geliefert.
Der Diffierenzierungsalgorithmus berechnet die Maschinenposition
und den Pfad in Echtzeit. Digitalisierte Modelle der tatsächlichen
und gewünschten
Geländeoberflächenformen bzw.
-geographien werden im Block 104 geladen oder gespeichert,
einer zugänglichen
bzw. aufrufbaren Digitalspeicher- und aufrufvorrichtung, beispielsweise
einem lokalen Digitalcomputer. Der Differenzierungsalgorithmus 102 ruft
die Geländemodelle von 104 auf,
manipuliert sie und aktualisiert sie und erzeugt bei 106 eine
dynamische Geländedatenbasis der
Differenz zwischen dem tatsächlichen
Gelände und
dem gewünschten
Geländemodell,
wobei er das tatsächliche
Geländemodell
in Echtzeit aktualisiert, wenn neue Positionsinformationen vom Block 100 empfangen
werden. Dieses dynamisch aktualisierte Geländemodell wird dann dem Bediener
in einem Anzeigeschritt 108 verfügbar gemacht, wobei in Echtzeit
Positions-, Richtungs- und Geländeoberflächenform/Topographien-Aktualisierungen
in für
Menschen lesbarer Form geliefert werden. Unter Verwendung der Informationen
von der Anzeige kann der Bediener wirkungsvoll die manuelle Steuerung
der Maschine bei 109 überwachen
und anweisen.
-
Zusätzlich oder
alternativ kann die dynamische Aktualisierungsinformation an ein
automatisches Maschinensteuersystem 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, Motor/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 einzuschränken, wenn die vom Bediener
vorgeschlagene Aktion beispielsweise die Maschine überlasten
würde.
Alternativ kann die Geländeaktualisierungsinformation
von der dynamischen Datenbasis verwendet werden, um eine vollständig automatische
Maschinen/Werkzeug-Steuerung vorzusehen.
-
Es
wird aus dem Vorangegangenen klar, daß bei dem vorliegenden 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
vorgeschlagenes 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 Gelände
gefahren ist, um genau seine tatsächliche Geographie zu bestimmen, kann
das tatsächliche
Geländemodell
dann überwacht
und in Echtzeit bei 106 aktualisiert werden, wenn die Maschine
die tatsächliche
Geographie- bzw. Oberflächenform
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Geländemodell
bringt.
-
Mit
Bezug auf 2 ist eine Vorrichtung in Blockdiagrammform
gezeigt, die in Verbindung mit dem Empfang und der Verarbeitung
von GPS-Signalen zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, die eine GPS-Empfängervorrichtung 202 mit
einer lokalen Referenz- bzw. Bezugsantenne und einer Satellitenantenne
aufweist; einen Digitalprozessor 204, der einen Differenzierungsalgorithmus
einsetzt und angeschlossen bzw. verbunden ist, um Positionssignale
von 202 zu empfangen; eine digitale Speicher- und Aufrufvorrichtung 206,
auf die vom Prozessor 204 zugegriffen wird und die von
ihm aktualisiert wird, und eine Bedieneranzeige und/oder automtische
Maschinensteuerungen bei 208, die Signale vom Prozessor 204 empfangen.
-
Das
GPS-Empfängersystem 202 weist
eine Satellitenantenne auf, die Signale von Globalpositionsbestimmungsatelliten
bzw. GPS-Satelliten empfängt,
und eine lokale Referenz- bzw.
Bezugsantenne. Das GPS-Empfängersystem 202 verwendet
Positions- bzw. Positionsbestimmungssignale von der Satellitenantenne
und Differentialkorrektursignale von der lokalen Referenzantenne,
um Positionskoordinatendaten in drei Dimensionen zu erzeugen, und zwar
mit Zentimer-Genauigkeit für
sich bewegende Objekte. Alternativ können Rohdaten von der Referenzantenne
vom System verarbeitet werden, um die Differenzialkorrektur zu bestimmen.
-
Diese
Positionsinformationen werden an den Digitalprozessor 204 auf
Echtzeit-Basis geliefert, wenn die Koordinatenaufnahme- bzw. Koordinatensamplingrate
des GPS-Empfängers 202 es
gestattet. Die digitale Speichervorrichtung 206 speichert
ein erstes Geländemodell
der gewünschten Geländeoberflächenform
bzw. -geographie, beispielsweise gemäß eines Architektenplans, und
ein zweites digitalisiertes Geländemodell
der tatsächlichen
Geländegeographie,
wie beispielsweise anfänglich überwacht
bzw. übersehen.
Das Geländemodell,
welches der tatsächlichen
Geländegeographie
bzw. -oberflächenform
entspricht, kann in Echtzeit vom Digitalprozessor 204 aufgerufen
und aktualisiert werden, wenn er neue Positionsinformationen vom
GPS-Empfänger 202 empfängt.
-
Der
Digitalprozessor 204 erzeugt weiter Signale, die die Differenz
zwischen dem kontinuierlich aktualsierten tatsächlichen Geländemodell
und dem Architektenplan darstellen. 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 Übereinstimmung
mit dem Architektenplan zu bringen. Die Bedieneranzeige 208 sieht
beispielsweise eine oder mehrere sichtbare Darstellungen der Differenz
zwischen dem tatsächlichen
kontinuierlich aktualisierten Geländemodell und dem gewünschten
Geländemodell
vor, um den Bediener beim Betrieb der Maschine für die notwendigen Oberflächenveränderungsvorgänge zu führen.
-
Mit
Bezug auf 3 ist eine detailliertere Schemadarstellung
eines Systems gemäß 2 gezeigt,
und zwar un ter Verwendung eines kinematischen GPS (GPS = global
positioning system = globales Positionsbestimmungssystem) für Positionsreferenzsignale.
Ein Basisreferenzsmodul 302 und ein Positionsmodul bzw.
Positionsbestimmungsmodul 304 bestimmen zusammen die dreidimensionalen Koordinaten
der Oberflächenveränderungsmaschine relativ
zum Gelände,
während
ein Aktualisierungs/Steuer-Modul 306 diese Positionsinformation in
Echtzeitdarstellungen des Geländes
umwandelt, die verwendet werden können, um genau die Maschine
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 verbunden
ist und fähig
ist, einen digitalen Datenstrom zu übertragen. In dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
ist der Basisreferenzempfänger 308 ein
hochgenauer kinematischer 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
Digitaldatensender/Empfänger.
-
Das
Positions- bzw. Positionsbestimmungmodul 304 weist einen
passenden kinematischen GPS-Empfänger 312 und
ein passendes Sender/Empfängerdigitalfunkgerät 304 auf,
welches die Signale vom Funkgerät 310 im
Basisreferenzmodul 302 empfängt. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist das Positionsmodul 304 auf der Oberflächenveränderungsmaschine
gelegen, um sich mit ihm über
das Arbeitsgelände
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 digitalisierte Geländemodelle 318,
die digital im Computerspeicher gespeichert sind oder in ihn geladen
werden; ein dynamisches Datenbasisaktualisierungsmodell 320, welches
auch im Speicher des Computers 316 geladen oder gespeichert
ist, und einen Bedienerfarbanzeigeschirm 322, der mit dem
Computer verbunden ist. Statt der Bedieneranzeige 322 oder
zusätzlich dazu
können
die automatischen Maschinensteuerungen 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) Geländemodell(e) 318 und
die dynamische Datenbasis 320 durch eine Radiodatenverbindung
mit dem Positionsmodul 304 und der Bedieneranzeige 322 oder
der Maschinensteuerschnittstelle 324 verbunden werden.
Die Positions- und Geländeaktualisierungsinformation
kann dann zu und von der Maschine gesandt werden, und zwar zur Anzeige
oder Anwendung von Bedienern oder Überwachern sowohl auf als auch
abseits der Maschine.
-
Die
Basisreferenzstation 302 ist an einem Punkt mit bekannten
dreidimensionalen Koordinaten relativ zum Arbeitsgelände 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 Empfänger
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 Basisstation 302 zur Positionsstation 304 über die
Funkverbindung 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 Positionsinformation,
die von der Satellitenkonstellation empfangen wird. Diese Positionsinformation
ist dreidimensional (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 erzeugt
die dynamische Datenbasis 320 Signale, die die Differenz
zwischen der tatsächlichen
und gewünschten
Geländegeographie
bzw. Geländeoberflächenform
darstellen, um diese Differenz graphisch auf dem Bedieneranzeigeschirm 322 anzuzeigen,
sobald die digitalisierten Pläne
oder Modelle 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 ihren
Oberflächen
wird angezeigt. Unter Verwendung der Positionsinformation, die von
dem Positionsmodul 304 empfangen wird, erzeugt die Datenbasis 320 auch
ein Graphikbild der Maschine, welches auf dem tatsächlichen
Geländemodell
auf der Anzeige 322 überlagert
wird, und zwar entsprechend der tatsächlichen Position und Richtung
der Maschine 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 Datenbasis 320 der vorliegenden
Erfindung einen Differenzierungsalgorithmus, um in Echtzeit den
Pfad der Maschine zu bestimmen und zu aktualisieren.
-
Wenn
die exakte Position der Maschine relativ zum Gelände, eine digitalisierte Ansicht
des Geländes
und der Fortschritt bzw. die Bewegung der Maschine relativ dazu
bekannt ist, kann der Bediener die Maschine über das Gelände manövrieren, um verschiedene Oberflächenveränderungsvorgänge auszuführen, ohne
sich auf physikalische Markierungen zu verlassen, die auf der Oberfläche des
Geländes
angeordnet sind. Und wenn der Bediener die Maschine über das
Gelände
bewegt, liest die dynamische Datenbasis 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 irgendeine Veränderung
der tatsächlichen
Geländeoberflächenform,
die von dem Durchgang bzw. Vorbeifahren der Maschine bewirkt wird.
Diese aktualisierte Information wird verwendet, um Darstellungen
des Geländes zu
erzeugen, und kann verwendet werden, um den Betrieb der Maschine
in Echtzeit anzuweisen, um die tatsächliche aktualisierte Geländeoberflächenform
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Geländemodell
zu bringen.
-
Mit
Bezug auf 4 ist eine Oberflächenänderungsmaschine 402 auf
einer Stelle in einem Konstruktionsgelände 400 gezeigt. Im
veranschaulichten Ausführungsbeispiel
der 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 Arbeitsgelände
zu bewegen, und die Geographie bzw. Oberflächenform 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 4 einer Vorderschaufelkonturierungsvorrichtung
betreiben diese Steuerungen unter anderem die Aulsleger-, Stabwerks-
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. Positionsbestimmungssystem
ausgerüstet,
welches die Position der Maschine und/oder seines Geländeveränderungs- bzw. Geländebearbeitungswerkzeuges
412 mit
hohem Genauigkeitsgrad bestimmen kann. Im Ausführungsbeispiel der
4 ist
ein Phasendifferential-GPS-Empfänger
318 auf der
Maschine gelegen, und zwar an festen bekannten Koordinaten relativ
zu dem mit dem Gelände
in Kontakt stehenden Teilen der Raupen. Der auf der Maschine montierte
Empfänger
318 empfängt Positionssignale
von einer GPS-Konstellation
und ein Fehler/Korrektur-Signal von der Basisreferenz
308 über eine
Funkverbindung
310,
326, wie in
3 beschrieben.
Der auf der Maschine befestigte Empfänger
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 Empfängersystem verarbeitet werden,
um das gleiche Ergebnis zu erreichen. Informationen über ein
kinematisches GPS und ein System, welches zur Anwendung bei der
vorliegenden Erfindung geeignet ist, können beispielsweise gefunden
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 dreidimensionalen
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
Koordinatenpunkte unter Verwendung des gezeigten Positionierungs- bzw. Positionsbestimmungssystems
ist ungefähr
ein Punkt pro Sekunde.
-
Die
Koordinaten des Basisempfängers 308 können in
irgendeiner 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 überwachten Einrichtungen bzw.
Geländen
vorzusehen, wie beispielsweise Flughäfen. Wenn das Gelände 400 innerhalb
eines Bereiches (gegenwärtig
ungefähr
20 Kilometer) von einer 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 4 gezeigt,
ist ein an Bord liegender Digitalcomputer 322, der eine
dynamische Datenbasis und eine Farbgraphikanzeige 322 für den Bediener
aufweist. Der Computer 322 ist mit dem Empfänger 318 verbunden,
um kontinuierlich Maschinenpositionsinformationen aufzunehmen. Obwohl
es nicht nötig
ist, den Computer 322, die dynamische Datenbasis und die
Bedieneranzeige auf dem Traktor 402 anzuordnen, ist dies
gegenwärtig ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
und vereinfacht die Darstellung.
-
Mit
Bezug auf die 5A–5B ist
das Gelände 400 zuvor überwacht
bzw. vermessen worden, um eine detaillierte topographische Darstellung (nicht
gezeigt) vorzusehen, die den letztendlichen Geländeplan des Architekten übereinander
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 Techniken 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 aufgenommenen
Referenzpunkte ist, desto größer ist
die Genauigkeit der Karte.
-
Systeme
und Software sind gegenwärtig
verfügbar,
um digitalisierte zwei- oder dreidimensionale Karten eines geographischen
Geländes
zu erzeugen. Beispielsweise kann die Darstellung des Architekten
in dreidimensionale digitalisierte Modelle der ursprünglichen
Geländegeographie
bzw. Oberflächenform
oder -topographie umgewandelt werden, wie bei 502 in 5A gezeigt,
oder vom gewünschten Geländemodell,
wie bei 504 in 5B gezeigt. Die
Geländekonturen
können
mit einem Referenzgitter oder gleichförmigen Gitterelementen 506 in
bekannter Weise übereinander
gelegt werden. Die digitalisierten Geländepläne können übereinander gelegt werden,
in zwei oder drei Dimensionen von verschiedenen Winkeln angesehen
werden (beispielsweise im Profil und als Draufsicht) und farbcodiert
werden, um Gebiete zu bezeichnen, in denen das Gelände bearbeitet
werden muß,
beispielsweise durch Entfernung von Erde, durch Zugeben von Erde
oder einfach in Ruhe gelassen werden muß. Verfügbare Software kann auch die
Menge der Erde abschätzen,
die zu bearbeiten oder zu bewegen ist, kann Kosteneinschätzungen
vornehmen und verschiedene Geländemerkmale
und Hindernisse über
oder unter der Erde identifizieren. Zusätzlich kann der digitalisierte
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 Papierdarstellung
oder einem digitalisierten Geländeplan
arbeiten, ist es die frühere Praxis,
physisch die verschiedenen Konturen oder Referenzpunkte des Geländes mit
markierten Anweisungen für
die Maschinenbediener auszustecken. Bei Anwendung der Aussteckungen
bzw. Pfähle
und Markierungen zur Bezugnahme müssen die Bediener durch Sicht
und Gefühl
abschätzen,
wo und wie viel die ursprüngliche
Geographie bzw. Oberflächenform
oder Topographie zu schneiden bzw. zu graben aufzufüllen, zu
transportieren 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 Arbeitsvoranschreitens zu
aktualisieren bzw. revisionieren, muß das Gelände wiederum statisch überwacht
bzw. übersehen
oder ausgemessen 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
Aktualisierungsverfahren des Standes der Technik zu eliminieren,
integriert die vorliegende Erfindung eine genaue dreidimensionale
Positionierung bzw. Positionsbestimmung und digitalisierte Geländekartenerstellung
mit einer dynamisch aktualisierten Datenbasis und einer Bedieneranzeige
für eine Echtzeit-Überwachung
und Steuerung des Geländes 400 und
der Maschine 402. Die dynamische Geländedatenbasis bestimmt die
Differenz zwischen den tatsächlichen
und den erwünschten
Geländemodellgeographien
bzw. Oberflächenformen,
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 Maschinenposition 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 überprüfen oder
erneut zu übersehen
bzw. zu vermessen.
-
Mit
Bezug auf 6 ist eine veranschaulichende
Anzeige gezeigt, die für
den Maschinenbediener auf dem Schirm 602 verfügbar ist,
und zwar für die
topographische Konturierungsanwendung der 4. Eine
Bedieneranzeige auf dem Schirm 602 besitzt als Hauptkomponente
ein dreidimensionales digitalisiertes Geländemodell in einem Planfenster 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 tatsächlichen
Gländetopographie
und dem gewünschten
Geländemodell
leichter offensichtlich, da eine Farbcodierung oder ähnliche
sichtbare Markierungen verwendet werden, um Gebiete zu zeigen, in
denen Erde entfernt werden muß,
Gebiete in denen Erde zugefügt
werden muß und
Gebiete, die schon eine Übereinstimmung
mit dem letztendlichen Geländedatenmodell
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 unterschieden.
-
Der
Bedieneranzeigeschirm 602 weist ein horizontales Koordinatenfenster
oder eine Anzeige 606 oben auf dem Bildschirm 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 Zielkonturinformation,
die dem Bediener über
die Anzeige 602 geliefert 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 gewünschten Topographie.
Am Ende des Tages ist das digitalisierte Geländemodell in der Datenbasis
vollständig
aktualisiert worden und kann einfach zum Wiederaufrufen am folgenden
Tag gespeichert werden, um zu beginnen, wo der Bediener aufgehört hat,
oder kann für eine
weitere Analyse herausgeladen werden.
-
Mit
Bezug auf 7 sind die Betriebsschritte der
dynamischen Datenbasis 320 für den Maschinenkonturierungsvorgang
schematisch gezeigt. Das System wird bei 702 vom Betriebssystem
des Computers gestartet. Die Graphiken für die Anzeigeschirme werden
bei 704 initialisiert. Die anfängliche Geländedatenbasis (ein digitalisierter
Geländeplan)
wird aus einer Datei in dem Programmverzeichnis gelesen und der
Geländeplan
und die tatsächliche
und die Zieltopographie werden auf der Anzeige im Schritt 706 gezeichnet.
Der Seitengradindikator von der Anzeige 602 wird im Schritt 708 aufgebaut
und die verschiedenen seriellen Kommunikationsroutinen zwischen
den Modulen 302, 304, 306 (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 Computertastenfeld oder
einer ähnlichen
Computereingabevorichtung, die mit dem Computer 316 kommuniziert.
-
Die
dreidimensionale Position der Maschine wird als nächstes im
Schritt 714 von der seriellen Anschlußverbindung zwischen dem Positionsmodul 304 und
dem Steuer/Aktualisierungs-Modul 306 in 3 gelesen.
Im Schritt 716 wird die GPS-Position der Maschine in das
Koordinatensystem der digitalisierten Geländepläne umgewandelt, und diese Koordinaten
werden auf dem Schirm 602 im Schritt 718 angezeigt.
Im Schritt 720 wird der Maschinenpfad bestimmt, und zwar
sowohl in Drauf- als auch Profilansichten und in Echtzeit aktualisiert,
um die Teile des Geländeplangitters
anzuzeigen, über
denen die Maschine gearbeitet hat. In dem Maschinenkonturierungsausführungsbeispiel
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 Bedienerposition
und der Arbeit auf dem dynamischen Geländeplan vorzusehen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist geeignet, um einen "Streifenpfad" bzw. "Bearbeitungspfad" zu bestimmen und anzuzeigen. In 9 ist
eine Seitenansicht eines Schnittes bzw. eines Grabvorgangs des Minenschaufelbaggers
graphisch 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 gelegen ist, wird der "Kamm" genannt.
Die Oberfläche
des Erzes 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 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 beschrieben.
Ein Referenzpunkt, der auf der Maschine gelegen ist, wird definiert.
Beispielsweise wird auf dem Minenschaufelbagger der Referenzpunkt
als die Rotationsmitte definiert. Jedoch könnte der Referenzpunkt mit
Bezug 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 Funktion des Fußpunktes und des Ansprechwinkels
bzw. Schüttwinkels
des ausgegrabenen Erzes bestimmt. Der Ansprechwinkel 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 Geländedatenbasis wird dann aktualisiert,
um diese Information aufzuweisen.
-
Im
Schritt 722 wird der Gradindikator auf der Anzeige aktualisiert,
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, beispielsweise 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 gegenwärtige
Datenbasis in einer Datei auf einem geeigneten digitalen Speichermedium
im Systemcomputer gespeichert wird, beispielsweise auf einer permanenten
oder entfernbaren Diskette bzw. Platte. Im Schritt 726 werden
die Betriebsvorgänge
des Differenzierungsmoduls beendet, und im Schritt 728 wird
der Bediener zum Computerbetriebssystem zurück gebracht. Wenn der Bediener
das System nicht beendet, kehrt es zum Schritt 714 zurück, wo darauffolgende
Positionsauslesungen aus dem seriellen Anschluß aufgenommen werden, der mit
dem Positionsmodul 304 und dem Empfänger 318 verbunden
ist, und die Systemschleife wiederholt sich.
-
Während das
System und das Verfahren des veranschaulichten Ausführungsbeispiels
der 7 darauf gerichtet sind, eine Echtzeit-Maschinenpositions-
und Geländeaktualisierungsinformation über eine
sichtbare Bedieneranzeige vorzusehen, wird dem Fachmann klar sein,
daß erzeugte
Signale, die die Maschinenposition und die Geländeaktualisierungsinformation
darstellen, in nicht sichtbarer Weise verwendet werden können, um
bekannte automatische Maschinensteuerungen zu betreiben, beispielsweise
ein elektro-hydraulisches Maschinen- und/oder Werkzeugsteuersystem.
-
Mit
Bezug auf 8 ist ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung schematisch für
eine automatische Regelsteuerung (closed loop) von einer oder mehreren
Maschinen- oder Werkzeugbetriebssystemen gezeigt. Während das
Ausführungsbeispiel
der 8 mit oder ohne einer zusätzlichen Bedieneranzeige, wie
oben erwähnt,
verwendet werden kann, sind für
die Zwecke dieser Veranschaulichung nur automatische Maschinensteuerungen
gezeigt. Eine geeignete Digitalverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise
ein Computer, wie er in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben
ist, der die Algorithmen der dynamischen Datenbasis der Erfindung
enthält,
ist bei 802 gezeigt. Die dynamische Datenbasis 804 empfängt eine
sofortige 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 gespeichert, beispielsweise auf einem geeigneten
Disketten- bzw.
Plattenspeicher. Ein automatisches Maschinensteuermodul 810 enthält elektro-hydraulische
Maschinensteuerungen 812, die verbunden oder angeschlossen
sind, um beispielsweise Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme 814, 816, 818 an
der Oberflächenveränderungsmaschine
anzutreiben. Automatische Maschinensteuerungen 812 können Signale
von der dynamischen Datenbasis im Computer 802 aufnehmen,
die die Differenz zwischen dem tatsächlichen Geländemodell 820 und dem
gewünschten
Geländemodell 808 darstellen, um
die Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme der Maschine zu betreiben,
um das tatsächliche
Geländemodell
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten Geländemodell
zu bringen. Wenn die automatischen Maschinensteuerungen 812 die
verschiedenen Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme 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 tatsächliche
Geländeaktualisierungsinformation
wird von der Datenbasis 804 empfangen, die entsprechend
die Signale aktualisiert, die an die Maschinensteuerungen 812 geliefert
werden, und zwar zum Betrieb der Lenk-, Werkzeug- und Antriebssysteme der Maschine, wenn
sie über
das Gelände
fährt,
um das tatsächliche
bzw. augenblickliche Geländemodell
in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Geländemodell
zu bringen.
-
Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, daß das erfindungsgemäße Verfahren
und System leicht auf nahezu jeden geographischen Veränderungs-,
Barbeitungs- oder Überwachungs-
bzw. Meßvorgang
angewandt werden kann, indem eine Maschine über oder durch ein Arbeitsgelände läuft, um eine
Veränderung
der Geländegeographie
bzw. -oberflächenform
in Echtzeit zu überwachen
oder zu bewirken. Die veranschaulichten Ausführungsbeipiele sorgen für ein Verständnis der
breitgefaßten
Prinzipien der Erfindung und offenbaren im Detail eine bevorzugte
Anwendung und sollen nicht einschränkend sein. Verschiedene andere
Modifikationen 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 Oberflächenveränderungsmaschinen,
wie beispielsweise einem Raupentraktor, einem Straßengrader bzw.
Straßenhobel,
einer Pflastermaschine oder von ähnlichem
relativ zu einem Arbeitsgelände,
um die Geographie des Geländes
in einen gewünschten
Zustand zu verändern,
ist vorgesehen. Ein erstes digitales dreidimensionales Modell der
gewünschten
Geländeoberflächenform
und ein zweites digitales dreidi mensionales Modell der tatsächlichen
Geländeoberflächenform
sind in einer digitalen Datenspeichervorrichtung gespeichert. Die
Maschine ist mit einem Positionsempfänger ausgerüstet, um im dreidimensionalen
Raum die Lage der Maschine relativ zum Gelände zu bestimmen. Eine dynamische
Datenbasis empfängt
die Maschinenpositionsinformation, bestimmt die Differenz zwischen
den ersten und zweiten Geländemodellen
und erzeugt Signale, die die Differenz darstellen, um den Betrieb
der Maschine anzuweisen, um die tatäschliche Geländeoberflächenform
in Übereinstimmung
mit der gewünschten Geländeoberflächenform
zu bringen. In einem Ausführungsbeispiel
werden die Signale, die die Maschinenposition und die Differenz
zwischen 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 zwische den ersten und zweiten Geländemodellen
darstellen, an automatische Maschinensteuerungen zum eigenständigen oder
halbeigenständigen
Betrieb der Maschine geliefert werden.