专利名称：定位工作现场处的电子工作现场计划特征的装置和方法
技术领域：
本发明一般地涉及在工作现场定位各种特征，具体来说，涉及定位工作现场的电子的工作现场计划特征的方法和装置。
背景技术：
为了定位工作现场(例如挖掘现场)的特征，设计者通常从勘查工作现场中形成工作现场的计划。在工作现场处，承包商或挖掘公司的操作者利用工作现场计划或挖掘计划来确定挖掘的实际的地面位置。因此，在工作现场对地面的挖掘计划的实施会遭受人为的错误。操作者和/或承包商不仅会误解挖掘的地面位置，而且会不清楚工作现场的特征和特点，例如，地下埋入的公共设施。
随着精确的全球定位系统和区域定位系统的出现，例如，三维激光参照系统，工作现场现可以用电子方法进行勘查和计划。根据工作现场的电子勘查，设计人员可使用专用的软件对工作现场形成一电子的挖掘计划。挖掘计划可下载到挖掘公司内的一电子的控制模块上，以备操作者使用，同时，在工作现场，可在操作者的显示器上观看电子的挖掘计划。在挖掘过程中，尽管挖掘计划对挖掘公司的操作者可提供某些帮助，但据此进行挖掘的挖掘计划不能充分地细化。因为挖掘计划的显示受操作者显示器的尺寸局限，所以，计划的某些必要的细节难于观看和解释。此外，即使操作者的显示器尺寸足够，以使操作者可按挖掘计划进行挖掘，但计划转化到地面仍遭受到人为的错误。
本发明旨在克服一个或多个上述的问题。
发明内容
在本发明的一个方面，一装置包括至少一个定位传感器，操作传感器可用来探测一装置的位置。一计算机处理器与定位传感器和一计算机可读数据存储介质电气地连通，包括至少一个工作现场位置的一预定的工作现场计划存储在该数据存储介质上。操作一工作现场定位算法来指示何时装置位置和至少一个工作现场位置相一致。
在本发明的另一个方面，一物品包括一计算机可读数据存储介质。工作现场定位算法存储在存储介质上，并可操作来指示何时探测的位置和工作现场计划内存储的工作现场位置相一致。
在本发明的还有一个方面，为了定位工作现场处的工作现场特征，一包括至少一个工作现场位置的工作现场计划存储在装置的一计算机可读数据存储介质上。确定装置位置并与至少一个工作现场位置进行比较。这指示何时装置位置和至少一个工作现场位置相一致。
附图的简要说明
图1是根据本发明的一工作现场特征定位装置的示意图；以及图2是根据本发明的一工作现场定位算法的流程图。
具体实施例方式
参照图1，图中示出一根据本发明的工作现场特征定位装置10的示意图。定位装置10包括一装置本体11，一地面接合部件(图示为一组轮子)附连在装置本体11上。然而，本发明可构思定位装置没有轮子且有足够的大小被操作者承载。可操作来探测一装置位置12a(参见图2)的至少一个定位传感器12附连到装置本体11上。较佳地，至少有两个传感器12，这样，定位装置10可指示出两个装置位置12a和一个装置在工作现场的定向。尽管工作现场位置传感器12可包括任何类型的传感器，它们一起操作来探测装置10的位置和定向，例如，结合一点罗盘一起使用的定位系统，较佳地，工作现场位置传感器12包括全球定位系统(GPS)接收机和/或区域定位系统接收机。也可使用本技术领域内已知的诸如三维激光参照系统的任何传统的区域定位系统。在所示的实例中，位置传感器12是彼此间隔开的全球定位系统(GPS)接收机，以使装置10可确定其位置和定向。全球定位系统接收机与计算机处理器13电气地连通，而计算机处理器13与一包括计算机可读数据存储介质15的物品20连通。在所示的实例中，计算机处理器13和计算机可读数据存储介质15被包括在一附连在定位装置10的本体11上的电子控制模块14内。
一包括至少一个工作现场位置30(参见图2)的预定的工作现场计划26存储在计算机可读数据存储介质15上。例如，预定的工作现场计划26可包括一挖掘计划。尽管预定的工作现场计划26可包括任何数量的工作现场位置30，包括仅一个，但所示的实例包括三个工作现场位置30a、b、c。本技术领域内的技术人员将会认识到，设计人员根据工作现场的一电子勘查形成电子挖掘计划26。各个工作现场位置30a、b、c代表一工作现场特征，诸如一角、一沟渠约束或地下埋入公共设施，该特征对于挖掘公司操作者的工作是重要的。在所示的实例中，定位装置10包括一选择特征，其允许操作者选择操作者希望用定位装置10定位的工作现场位置30a、b、c。尽管为了讨论的目的，工作现场位置30a将是选定的工作现场位置，但本技术领域内的技术人员将会认识到，定位装置10可以类似的方式定位其它的现场位置30b和c。此外，操作者不需选择一个工作现场位置，但相反可使装置10寻找和定位所有的工作现场位置30a、b、c。各个工作现场位置30a、b、c较佳地包括一工作现场特征31a、b、c(参见图2)。工作现场特征可包括挖掘公司操作者应该知道的工作现场位置的任何的方面。例如，工作现场特征31可包括地下埋入的公共设施管线或电缆，或洞的几何形，或待挖掘斜坡的坡度。工作现场位置30的工作现场特征31可包括在部位30处的一个以上方面的工作现场特征。
定位装置10可包括一标记机构19，其操作对探测的装置位置12a与工作现场位置30a、b、c相一致的地方的地面位置25(参见图2)进行标记。有各种类型的标记机构19可被使用，以便将挖掘公司操作者的注意力吸引到标记的地面位置25，例如，在地面上设置立桩的标记机构。在所示的实例中，标记机构19包括一分配器，其用漆来标记地面位置25。较佳地，操作标记机构19来标记多个可见的不同的地面位置25a、b、c。各个可见的不同的地面位置25a、b、c将对应于与工作现场位置30a、b、c相关的工作现场特征31a、b、c。因此，各个不同的地面位置25a、b、c的可见方面将用符号象征并提醒挖掘公司操作者注意工作现场特征31a、b、c。在所示的实例中，操作标记机构19来用不同颜色漆标记不同的地面位置25a、b、c，以便提醒操作者注意不同类型的地下埋入设施。本发明还构思一种标记机构，其能用漆描绘出需要完成的挖掘的几何形状。
定位装置10显示为包括一操作者接口16，其包括一手柄17以及较佳地一工作现场显示器18，它的操作可指示装置相对于工作现场位置30a的位置12a。工作现场显示器18通过一连接线27与电子控制模块14连通。尽管有各种显示相对位置12a和30a的方法，但在所示的实例中，显示器18包括挖掘计划26的概貌，其高亮出选定的工作现场位置30a并指示计划26上的装置位置12a。尽管定位装置10显示为手工驱动和导向，但应该认识到，本发明可构思定位装置与一诸如挖掘机那样的工作机器一体形成，或是一自推动的和/或自导向的装置。
参照图2，图中示出根据本发明的工作现场定位算法21的流程图。工作现场定位算法21存储在存储介质15上，并进行操作而指示何时探测的位置12a和挖掘计划26内选定的工作现场位置30a相一致。本技术领域内的技术人员将会认识到，工作现场定位算法21可包括一转换算法，操作该算法来比较取自挖掘计划26的工作现场位置数据和由定位传感器12接受的装置位置数据，判断工作现场位置数据和装置位置数据是否从两个不同类型的定位传感器得出。例如，如果挖掘计划26使用一区域定位系统进行设计，而装置10使用全球定位系统接收机12来探测其位置，则工作现场定位算法21将使用本技术领域内已知的方法来比较两种类型的数据。工作现场定位算法较佳地还包括一工作现场特征指示算法24，当探测的装置位置12a和工作现场位置30a相一致时，操作该算法来指示工作现场特征31。工作现场特征指示算法24将对应于工作现场位置30a的工作现场特征31a连通到标记机构19。标记机构19将在对应于工作现场特征31a的地面位置25a作标记。提供给操作者也可以是视觉的或听觉的提示或警示，标记装置可以是自动的或需要手动触发的。
工作现场定位算法21还包括一导向算法22，操作该算法可指示相对于存储的工作现场位置30a的探测的装置位置12a。如果工作现场定位算法21确定探测的装置位置12a和工作现场位置30a不一致，则导向算法22较佳地将通过把位置12a和30a连通到工作现场显示器18而指示出相对于存储的工作现场位置30a的探测的装置位置12a。尽管有各种方法使显示器18可指示出位置12a和30a之间的关系，例如，提供从探测的装置位置12a到工作现场位置30a的书写方向，一致动的显示器18a显示为包括一工作现场计划26的图形，使选定的工作现场位置30a和探测的装置位置12a发出高亮。工作现场定位算法21还包括一警示算法23，操作该算法来指示何时探测的装置位置12a和存储的工作现场位置30a彼此在一预定的距离29内。该预定的距离29可以变化，但它是一足够的距离来警示操作者装置10处于工作现场位置30a的附近。警示算法23将指示何时装置位置12a和存储的工作现场位置30a通过致动的听觉的和/或视觉的提示28a而位于预定的距离29内。
工业应用参照图1和2，现将使用定位装置10来讨论定位诸如工作现场内的一角、一沟渠或一地下埋入的公共设施之类的工作现场特征的方法。尽管定位装置10显示为相对紧凑和手工驱动，但本技术领域内的技术人员将会认识到，本发明可同样地在各种其它类型的装置中操作，包括(但不限于)诸如挖掘机之类的工作机器，或自推进的和/或自导向的装置。
为了在工作现场定位一工作现场特征，根据工作现场的电子勘查数据，设计人员画出工作现场计划草图，较佳地是挖掘计划26，包括各种工作现场位置30a、b、c。挖掘计划26下载和存储在定位装置10内的计算机可读数据存储介质15上。定位装置10的操作者可选择特定的工作现场位置30a、b或c以定位或可寻找所有工作现场位置30a、b和c。尽管本发明将作的讨论操作者似乎选择工作现场位置30a来定位，但应该认识到，如果操作者寻找所有的工作现场位置30a、b和c，则本发明可类似地进行操作。如果操作者不选择特定的工作现场位置，则装置10可通过定位工作现场位置最靠近装置位置12a而开始定位工作现场特征。
在工作现场，通过使用定位传感器12来探测装置位置12a，定位装置10可确定装置位置12a，所述定位传感器是全球定位系统接收机，它们附连在装置固体11上。定位装置10的定向也可通过比较两个全球定位接收机的位置进行探测。应该认识到，装置位置12可通过各种其它的位置传感器进行探测，包括(但不限于)传统的区域定位系统。此外，装置10的定向可通过其它类型的传感器进行探测，包括(但不限于)电子罗盘。
一旦定位装置确定装置位置12a，则电子控制模块14内的工作现场定位算法21将比较探测的装置位置12a和选择的工作现场位置30a。如果电子的挖掘计划26不包括全球定位系统数据，但包括诸如区域定位系统数据那样的其它类型的定位数据，则通过本技术领域内已知的方法，工作现场定位算法21将区域定位系统数据转换为全球定位系统数据，反之亦然。因此，为了被包括在带有全球定位系统接收机作为定位传感器12的定位装置10内，电子的工作现场计划26不需包括定位全球系统数据。本技术领域内的技术人员将会认识到，为了在两个不同定位系统之间转换，可要求装置10的操作者通过在定位工作现场位置30a、b、c之前形成一参考点，由此启动定位装置10。
如果工作现场定位算法21确定探测的位置12a与工作现场位置30a不一致，则导向算法22将较佳地确定相对于工作现场位置30a的探测的装置位置12a。导向算法22将装置位置12a和工作现场位置30a的相对定向连通到操作者接口16上的工作现场显示器18。通过在包括挖掘计划26的工作现场的概况或图形上高亮显示装置位置12a和工作现场位置30a，相对定向将被显示在致动的工作现场显示器18a上。根据致动的工作现场显示器18a，定位装置10的操作者可朝向选定的工作现场位置30a移动。较佳地，在确定装置位置12a对工作现场位置30a的定向之后，警示算法23将指示何时探测的装置位置12a和存储的工作现场位置30a彼此位于预定距离29之内。如果位置30a和12a位于预定距离29内，则电子控制模块14将致动距离提示28，警示操作者定位装置10在工作现场位置30a的相对的近处。因此，根据由导向算法22和警示算法23发出的指示，定位装置10的操作者将会知道沿什么方向移动，以便标记对应于工作现场位置30a的地面位置25a，并知道定位装置10是否在地面位置25a的相对的近处。不管定位装置10是否在相对的近处，作为全球定位系统接收机的传感器12将再次探测装置10的位置，并将其连通到工作现场定位算法21，该过程本身将重复，直到装置位置12a和选定的工作现场位置30a相一致。
如果工作现场定位算法21确定探测的装置位置12a与工作现场位置30a相一致，则工作现场定位算法21将指示这种情况。工作现场定位算法21将致动标记机构19，标记机构19将在装置位置12a和工作现场位置30a相一致的地方的地面位置25a进行标记。本发明构思的标记机构19包括自动的和操作者要求的标记模式中的至少一个。因此，根据操作者的偏好，操作者将引导标记地面位置25a，或者装置10将自动地标记位置25a。较佳地，工作现场特征指示算法24将确定对应于工作现场位置30a的工作现场特征31a。通过致动标记机构19用对应于特征31a的标记对地面位置25a进行标记，工作现场特征指示算法24将指示出工作现场特征31a。例如，如果工作现场特征指示算法24确定有地下埋入的燃气管线，则标记机构19将用黄色漆标记地面位置25a。同样地，本发明构思标记机构19对待挖掘的沟渠或涵洞的几何形进行涂漆。因此，定位装置10用与工作现场特征31a相关的标记对地面位置进行标记之后，挖掘公司的操作者不仅知道那里需挖掘，而且知道那里不需挖掘以及某些特定的挖掘特征。定位装置10的操作者可根据由定位装置10给出的方向围绕工作现场继续移动，直到标记了所有的工作现场位置30a、b、c及其相关的特征31a、b、c。还应认识到，装置10不包括一地面标记机构，但可通过听觉的提示或三维的全息显示技术或在操作者视线上重叠标记的地面位置的特定的计算机显示玻璃，由此可指示出地面的位置。
本发明具有诸多优点，因为本发明提供了定位诸如需被挖掘的沟渠之类的工作现场特征的精确方法。工作现场定位算法21精确地将根据工作现场的电子勘查确定的挖掘计划26转变为工作现场的标记的地面位置25a、b、c。因此，挖掘公司的操作者可利用标记的地面位置25a、b、c进行挖掘，不涉及误解挖掘计划的问题。本发明减小基于误解挖掘计划26造成的不准确挖掘的风险，这又减小与挖掘工作现场相关的潜在的成本和时间的风险。
本发明还具有进一步的优点，因为本发明提供了警示挖掘公司的操作者注意与众不同的工作现场特征31的精确方法。例如，装置10可警示操作者注意待挖掘的尺寸和需避免的地面位置。再者，本发明还减小由于自动解释计划26造成的操作者误解挖掘计划26的风险。此外，定位传感器12可在工作现场找到另外的用途，包括(但不限于)标记先前不在计划上的工作现场特征，诸如临时的电气管线的位置，以及记录新的位置以便作出现有工作现场的电子图。
应该理解到以上的描述旨在说明的目的而已，决无意图限制本发明的范围。因此，本技术领域内的技术人员将会认识到，从对附图、描述和附后的权利要求书的研究中可以获得本发明的其它的方面、目的和优点。
权利要求
1.一装置，包括至少一个定位传感器，操作传感器可用来探测一装置的位置，定位传感器与一计算机处理器电气地连通，计算机处理器与一计算机可读数据存储介质连通；一预定的工作现场计划，其包括至少一个工作现场位置，并存储在计算机可读数据存储介质上；以及一工作现场定位算法，其可操作来指示何时装置位置和至少一个工作现场位置相一致。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，预定的工作现场计划包括一挖掘计划。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括一工作现场显示器，其可操作来指示相对于工作现场位置的装置位置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括一标记机构，其可操作来对装置位置和工作现场位置相一致的地方的地面位置进行标记。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，标记机构可操作来标记多个可见的不同的地面位置；以及各个地面位置对应于一不同的工作现场特征。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，包括一工作现场显示器，其可操作来指示相对于工作现场位置的装置位置；预定的工作现场计划包括一挖掘计划；至少一个位置传感器包括全球定位系统和区域定位系统的至少一个；以及工作现场定位算法包括一警示算法，其可操作来指示何时装置位置和工作现场位置位于彼此间隔的一预定距离内。
全文摘要
为了使诸如挖掘之类的工作在一工作现场内进行，带有各种工作现场特征的一工作现场计划必须精确地转移到工作现场处的地面位置。本发明通过将包括至少一个工作现场位置的工作现场计划存储到一装置的计算机可读数据存储介质上，由此定位工作现场处的工作现场特征。一装置位置通过至少一个位置传感器予以确定，并与至少一个工作现场位置比较。一也存储在计算机可读数据存储介质上的工作现场定位算法可操作地指示何时至少一个工作现场位置和装置位置相一致。
文档编号G01S1/08GK1724973SQ20051008751
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月20日 优先权日2004年7月20日
发明者J·S·艾利格, R·D·科奇 申请人:卡特彼勒公司