DE69416006T2

DE69416006T2 - Methode und vorrichtung zum arbeitsfeldbezogenen betrieb eines verdichtungsgerätes

Info

Publication number: DE69416006T2
Application number: DE69416006T
Authority: DE
Inventors: Adam Gudat; Daniel Henderson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: AU4734899A; ZA948825B; JPH09508991A; DE69416006D1; US5493494A; CA2175339A1; WO1995016227A1; AU711136B2; AU1050295A; US5471391A; EP0733231B1; EP0733231A1; JP3585237B2

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf die Arbeitsweise einer Maschine zum Kompaktieren der Oberfläche eines Bauplatzes und spezieller auf die Realzeit-Erzeugung bzw. Echtzeiterzeugung und Nutzung von digitalen Daten, welche zusammen das Ausmaß der Kompaktierung des Bauplatzes repräsentieren, wenn er durch die Maschine zu einem Sollzustand hin verändert wird.
Die Verwendung des Wortes "Kompaktiermaschine" in dieser Patentspezifikation bzw. Patentbeschreibung und verschiedene Annäherungen daran bzw. Modifikationen davon beziehen sich auf selbst angetriebene mobile Maschinen, wie z. B. Landfüll-, Erd-, und Asphaltkompaktierer des Radtyps, welche folgendes aufweisen (1) eine Mobilität über einem Bauplatz als Ergebnis des Vorsehens einer Antriebsmaschine (z. B. ein Motor) auf einem Gestell mit Antriebsrädern, die das Gestell unterstützen bzw. tragen und (2) die Kapazität, den Bauplatz zu kompaktieren als eine Konsequenz des Vorsehens auf dem Rahmen mit einem oder mehreren Rädern oder Walzen, welche sowohl als Wagenunterstützen bzw. Gestellunterstützung und als Kompaktierwerkzeug dienen.

Hintergrund der Erfindung

Trotz der Entwicklung komplizierter und mächtiger bzw. leistungsstarker Kompaktiermaschinen bleibt es eine zeitraubende und arbeitsintensive Aufgabe, Material wie zum Beispiel Müll, Erde oder Asphalt auf Bauplätzen wie zum Beispiel Geländeaufschüttungen, Baustellen, Straßen und ähnlichem adäquat zu kompaktieren bzw. zu verdichten. Das zu kompaktierende bzw. zu verdichtende Material, wie zum Beispiel Müll oder Abfall in einer Geländeaufschüttung ist typischerweise über dem Platz ausgebreitet bzw. verstreut, und zwar in einem unverdichtetem bzw. unkompaktem Zustand, und muß wiederholt von einem Kompaktierer bzw. Verdichter überquert werden, bis es auf ein vorbestimmtes Sollausmaß der Kompaktierung bzw. Verdichtung komprimiert ist. Ein häufiger Typ von Kompaktiermaschinerie weist einen oder mehrere schwere Kompaktierräder bzw. Verdichtungsräder oder Kompaktierwalzen bzw. Verdichtungswalzen auf, die das Material in ihrem Weg kompaktieren. Der Erfolg im Erreichen des Sollausmaßes der Kompaktierung des Materials auf dem Platz wird z. B. durch die Anzahl der Durchläufe gemessen, die ein Kompaktierrad über ein gegebenes Gebiet macht oder durch die Höhenveränderung vom unkompaktierten Pegel.
Bis jetzt wurden Kompaktieroperationen zum großen Teil von den Maschinennutzern bzw. -Betreibern und -Überwachern auf einer intuitiven Basis überwacht und gesteuert, und unter Nutzung von statischen Platzbegutachtungen und physikalischen Markierungen, um die Kompaktieroperation und die Gesamttopographie des Platzes zu messen und zu überwachen. Z. B. fährt der Nutzer, nachdem empirisch die Anzahl der Durchläufe bestimmt wurde, die zum Kompaktieren des Platzmaterials auf ein Sollausmaß der Kompaktierung gebracht wird, die Kompaktiermaschine über den Platz hin und her, und zwar zur Messung bzw. Eichung durch Gedächtnis, Gefühl, visuelle Beobachtung und vielleicht Vergleich mit farbigen Pfählen oder ähnlichen physikalischen Hinweisen, wann das Sollausmaß bzw. der Sollgrad der Kompaktierung bzw. der Verdichtung erreicht wurde. Dieser Prozeß ist kompliziert, und zwar durch das häufige Hinzufügen von neuem, unverdichtetem Material zum Platz. Jedesmal, wenn neues Material auf dem Platz plaziert wird, wird die frühere Verdichtungsarbeit auf diesem Gebiet bzw. auf dieser Fläche effektiv zunichte gemacht, und der Nutzer muß mit dem Kompaktieren dieser Fläche erneut beginnen. Dort, wo der Platz vor dem Hinzufügen von neuem Material nicht einheitlich verdichtet wurde, oder wo das Material nur zu einem Teil des Platzes hinzugefügt wurde, während der Nutzer sich inmitten einer Verdichtungsoperation befindet, ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Verdichtungsoperation einheitlich und effizient überwacht und vervollständigt werden kann, wesentlich vermindert.
Zur Besseren Kenntnis bzw. Bestimmung des Grades, auf den das unverdichtete Material und der Platz im allgemeinen in Übereinstimmung mit dem Sollgrad der Verdichtung und der Sollplatztopographie gebracht wurde, verifiziert eine Aufsichtsperson bzw. eine Überwachungsperson oder eine Begutachtungsgruppe von Zeit zu Zeit das Verdichtungsausmaß bzw. die Verdichtungsmenge und den Platzaufbau und aktualisiert manuell die Pfähle oder Markierungen des Platzes und des Platzmodells. Zwischen diesen gelegentlichen Verifizierungen gibt es für die Nutzer und Überwachungspersonen der Verdichtungsmaschine keinen wirklich genauen Weg, ihren wirklichen Zeitfortschritt zu überwachen und zu messen.
Demgemäß können selbst die fähigsten und erfahrensten Nutzer bzw. Maschinenführer nur eine begrenzte Effizienz im Verdichten eines großen Geländes erreichen, wobei diese Schwierigkeit teilweise bedingt ist durch die Abwesenheit von umfangreichen als auch detaillierten Informatio nen, bezüglich des Realzeitfortschrittes bzw. Echtzeitfortschrittes, der in der Verdichtung des Platzes gemacht wird.
Bezug wird auf EP-A-0 139 292 genommen, welches eine Navigiationsvorrichtung zum Leiten bzw. Führen eines mobilen Systems entlang eines vorbestimmten Weges offenbart, wobei ein durch die Messung einer tatsächlichen Umgebung erhaltenes Bild mit einem im voraus gespeicherten vorausgesagten Bild verglichen wird, und ein Leitungs- bzw. Führungssignal zum mobilen System auf der Basis des Bildervergleiches geliefert wird.
Weiterhin offenbart DE 41 33 392 C1 ein Verfahren zum überwachen des Kippprozesses eines Ladefahrzeuges mit einer bewegbaren Struktur, die mit einem Ablade- oder Kipparm ausgestattet ist, und zwar zum Ablagern von Materiallasten auf der Kippe. Die Signale, die von mindestens vier Satelliten ausgesendet werden, die die Erde in Umlaufbahnen umlaufen, werden von mindestens zwei Empfängern empfangen, von denen der erste nahe des Endes des Kipparmes und der zweite auf der bewegbaren Struktur angebracht ist. Diese Signale werden zu einem Berechnungssystem weitergeleitet, das die Orientierung des Kipparmes und auch die geodetische Position seines Endes bestimmt.
Zumindest ein Punkt wird unter dem Armende und nach außen gescannt bzw. abgetastet unter Verwendung eines Laserscanners, und die Entfernung zwischen dem Punkt und dem Ende wird gemessen, was durch Vergleich mit einem im Speicher der Ausstattung gespeicherten Modells die tatsächliche Höhe des Abfalls auf der Kippe ergibt.
EP-A-0 297 811 betrifft ein System zum Steuern der Bewegung eines in sich abgeschlossenen, unbemannten Fahrzeuges (Roboterauto), das in der Lage ist unabhängig auf der Basis von vorher spezifizierten Daten zu fahren, um Teile, fertige Produkte usw. in einer Fabrik oder in einem ähnlichen Ort zu transportieren. Die Erfindung weist folgendes auf:
mindestens eine Speichereinrichtung (10) zum Speichern der Koordinatendaten der Knotenbezugspunkte (NI) auf dem Fahrweg des Fahrzeuges und zum Speichern morphologischer Daten, die Natur, Länge und Position der physikalischen Merkmale, seitlich benachbart zum Fahrweg, anzeigen, ferner
eine Einrichtung (8) zum bestimmen des Weges der vom unbemannten Fahrzeug bei seiner Annäherung zum designierten Zielort zu durchlaufenden Knoten, ferner einen Fahrsteuerabschnitt (12) zum Steuern der Fahrbewegung des unbemannten Fahrzeuges auf der Basis morphologischer Daten,
und eine Einrichtung zum Eingeben geographischer Daten, die die morphologischen Daten und/oder Knotenbezugspunkte aufweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 31 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Erfindung sieht eine Lösung für die schon lange ausstehenden Probleme des Betriebes einer Verdichtungsmaschine bzw. Verdichtungsmaschinerie, um Material auf ei nem Bauplatz auf einen Sollgrad der Verdichtung hin genau und effizient zu verdichten. Die vorliegende Erfindung erreicht solche Verdichtungsoperationen, ohne physikalische Markierer auf dem Platz zum Hinweis für den Maschinenführer zu brauchen, mit nur solchen Operationsunterbrechungen wie nötig, zum Beispiel um die Maschinerie bzw. Maschine wieder aufzutanken, und mit einer minimalen Besatzung.
Im allgemeinen wird dies durch das Vorsehen einer digitalen Datenspeicherungs-, Entnahme- und Verarbeitungsmöglichkeit, welche an sich auf der Verdichtungsmaschine getragen bzw. vorhanden sein kann oder entfernt von der Maschine lokalisiert aber zum Beispiel durch eine Funkverbindung mit der Verdichtungsmaschine zur Speicherung, tatsächlicher Erzeugung und Modifizierung eines digitalen Modells des Platzes, wie er zu jeder beliebigen Zeit existiert, als auch eines digitalen Modells des Sollverdichtungsgrades des Platzes verbunden sein kann.
Die Erfindung weist weiterhin einen Mechanismus auf, durch welchen die genaue Position im dreidimensionalen Raum der Verdichtungsmaschine oder seiner operativen Verdichtungsräder oder -Walzen genau in Echtzeit bestimmt werden können; d. h., wenn sie sich über den Platz bewegt und ihn dadurch verdichtet, um das digitale Modell Punkt für Punkt und in Echtzeit zu aktualisieren, wenn die Maschine ihn überquert. Wie im Nachhinein beschrieben involviert die bevorzugte Realisierung der Erfindung die Nutzung eines Phasendifferential-GPS-Empfängersystems (GPS = Global Position System), welches zur genauen Lokalisierung eines Objekts im dreidimensionalen Raum auf Zentimetergenauigkeit fähig ist.
Die Erfindung weist weiterhin Mittel zum Vergleich des Sollplatzmodells mit einem kontinuierlich aktualisierten Platzmodell und zum Erzeugen von Signalen auf, die den Verdichtungsgrad repräsentieren, der bei jeder einer großen Anzahl von Koordinaten über dem Platz gebraucht wird, um das tatsächliche Modell in Übereinstimmung mit dem Sollmodell zu bringen. Diese Signale können in einem Fall Echtzeitanzeigen auf oder nicht auf der Verdichtungsmaschine vorsehen, um den Maschinenführer auf den tatsächlichen Fortschritt der Maschine in Echtzeit und innerhalb eines Bezugsrahmens bzw. Bezugssystems hinzuweisen, welches Informationen bezüglich zumindest eines wesentlichen Teils des Gesamtplatzes enthält. In einer anderen im Nachhinein beschriebenen Ausführungsform werden die Signale, die die Differenz zwischen dem Sollplatzmodell und dem aktuellen Platzmodell repräsentieren, an die echtzeit-automatischen Steuerungen der Maschine selbst oder an einem Teil von ihr oder an beiden angelegt.
In einer bevorzugten Form bzw. Gestalt wird zumindest ein Teil des Positionsbestimmungsmechanismus oder -Systems auf der Verdichtermaschine selbst getragen, wenn es den Platz überquert.
Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Richten bzw. Leiten der Operationen einer mobilen Verdichtermaschine vorgesehen, welches die Schritte des Erzeugens und Speicherns eines ersten Platzmodells, das den Sollverdichtungsgrad des Platz repräsentiert, und eines zweiten Platzmodells, das den tatsächlichen Verdichtungsgrad des Platzes repräsentiert, in digitalen Datenspeicherungs- und Entnahmemitteln aufweist, wobei da nach digitale Signale erzeugt werden, die in Echtzeit die momentane Position der Verdichtungsmaschine im dreidimensionalen Raum repräsentiert, wenn sie den Platz überquert und verdichtet, wobei die digitalen Signale zum Aktualisieren des zweiten Modells genutzt werden, und wobei die Differenz zwischen dem ersten Modell und dem aktualisierten zweiten Modell bestimmt wird und die Operationen der Maschine gemäß der Differenz so geleitet wird, um das aktualisierte zweite Modell in Übereinstimmung mit dem ersten Modell zu bringen.
In einer Ausführungsform wird der Schritt des Leitens der Operation der Verdichtungsmaschine durch Vorsehen einer Anzeige für einen Maschinenführer ausgeführt, welche den Maschinenführer über folgendes informiert: in Echtzeit über die momentane Position der Verdichtermaschine relativ zum Bauplatz bzw. Arbeitsplatz, über die Veränderungen, die nötig sind, um den tatsächlichen Platzverdichtungsgrad in Übereinstimmung mit dem ersten Modell zu bringen, und über den tatsächlichen Fortschritt, der zur Realisierung des ersten Modells hin gemacht wird.
In einer anderen Ausführungsform wird der Schritt des Leitens der Operationen der Verdichtermaschine auf automatische oder halbautomatische Weise ausgeführt, und zwar durch Nutzen elektrohydraulischer Auslöser bzw. Betätiger, um die Position und Bewegungsrichtung der Maschine zu steuern.
In einer bevorzugten Form bzw. Gestalt wird zumindest ein Teil der Positionsbestimmungsmittel auf der Verdichtermaschine selbst getragen, wenn sie den Platz überquert.
Wie im nachhinein deutlicher ausgeführt werden wird, können sowohl der Vorrichtungs- als auch der Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise erreicht werden; zum Beispiel können die digitale Datenspeicherungs- und Entnahmemöglichkeit als auch die Aktualisierungsdifferenzierungs- bzw. Differenzenmittel von und auf der Verdichtermaschine als Teil eines integralen und umfassen Maschinensystems an Bord getragen werden. Alternativ dazu können diese Mittel an einer Möglichkeit bzw. Einrichtung an einem anderen Platz oder nicht weit entfernt zum Übertragen visueller Anzeigesignale oder automatischer Steuersignale an die Verdichtermaschine und zum Empfangen aktualisierter Positions- und Platzinformationen von der Maschine während ihrer Operation lokalisiert sein.
Wie im Nachhinein detailliert beschrieben wird, kann die Verdichtermaschine ein Verdichter mit Rädern bzw. des Rädertyps oder des Walzentyps sein, wie er zum Beispiel zur Verdichtung von Geländeaufschüttungen, Erde oder Asphalt verwendet wird.
In der bevorzugten Form bzw. Gestalt werden die Verfahrens- und Vorrichtungsaspekte der Erfindung durch die Nutzung von dreidimensionalen Positionsinformationen verwirklicht, die von globalen Positionssatelliten abgeleitet werden, die ein Phasendifferential GPS-Empfängersystem nutzen. Solche GPS-Empfänger nutzen Signale von globalen Positionssatelliten als auch ein Differentialsignal von einem lokalen Bezugsempfänger mit bekannten Positionskoordinaten, um Positionskoordinatendaten auf Zentimetergenauigkeit zu erzeugen. Demgemäß weist die Vorrichtung, die zum Ausführen der Erfindung in der be vorzugten Form genutzt wird, folgendes auf: einen GPS- Empfänger mit sowohl GPS- und lokalen Signalempfangsfähigkeiten und, wo ein lokales Bezugssignal bei einem geodetisch begutachteten Platz nicht verfügbar ist, einen temporär begutachteten Differential-Empfänger-Sender, um die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Korrektursignal zu versehen. Alternativ dazu können Rohpositionsdaten vom Referenzempfänger bzw. Bezugsempfänger zum lokalen Datenprozessor für den Vergleich und die Korrektur mit den Informationen vom maschinenangebrachten Empfänger übertragen werden.
Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung werden Mittel zum genauen Erzeugen und Steuern von Anzeigen vorgesehen, welche geeignet sind zur Verwendung im Ausführen von Verdichtungsoperationen auf Plätzen bzw. Orten wie zum Beispiel Geländeaufschüttungen, Baustellen und Straßen, um den Fortschritt genau anzuzeigen, der von der Verdichtermaschine auf einer inkrementalen Basis gemacht wird, wobei die Einheitsflächen der Anzeige mit der Abtastrate bzw. Probenrate des GPS-Empfängers und digitalen Prozessorsystems bzw. Verarbeitungssystems korrespondieren oder auch nicht korrespondieren können. Wie hierin im Nachhinein beschrieben, wird der Platz oder ein praktisch anzeigbarer Teil davon in eine kontinuierliche Matrix von Einheitsflächen solcher Größe unterteilt, daß die Verdichtermaschine diese Einheitsfläche mit einer Rate überqueren kann, die größer ist als die Abtastrate bzw. Proberate des GPS-Empfängers und der Datenverarbeitungsmöglichkeit. Algorithmen sind vorgesehen, welche die physikalischen Parameter und Dimensionen der Verdichterräder oder -Walzen und deren Beziehung zur Maschine und ihrem Fahrweg berücksichtigen. Die Einheitsflächen der Anzeige werden ausgefüllt, gefärbt, revidiert bzw. überarbeitet oder auf andere Weise gemäß der Fortschrittsinformationen verändert, die vom GPS-Empfänger oder anderen Positionssystem und der digitalen Verarbeitungsmöglichkeit abgeleitet werden, und zwar gemäß der im Nachhinein beschriebenen Gesetze des Algorithmus, welcher in der digitalen Verarbeitungsmöglichkeit vorhanden ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Echtzeitweg der Verdichtermaschine relativ zum Platz zwischen Positionsablesungen mit einem Differenzenalgorithmus bzw. Differenzieralgorithmus bestimmt, welcher eine effektive Breite eines verdichteten Rades kleiner als oder gleich seiner tatsächlichen Breite bestimmt, und jeden Teil des Platzmodelles aktualisiert, den die effektive Breite überquert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die momentane Position der Maschine, wenn die den Platz überquert, als eine Reihe von Koordinatenpunkten auf dem Platzmodell verfolgt. Wenn die Rate, bei welcher die Koordinatenpunkte verfolgt werden, nicht synchron mit der Rate des Fahrens der Verdichtermaschine über die Einheitsflächen oder Gitterelemente des Platzes ist, so bestimmt der Differenzenalgorithmus die Einheitsflächen, die durch das verdichtende Rad der Maschine zwischen Koordinatenpunkten überquert werden. Die effektiven Parameter des verdichtenden Rades sind vorzugsweise auf weniger bzw. kleiner als seine tatsächlichen Parameter gesetzt, um sicherzustellen, daß nur jene Teile des Platzes, die tatsächlich zu einem bestimmten Grad vom Rad überquert werden, ausgefüllt, gefärbt, revidiert bzw. überarbeitet oder auf andere Weise verändert oder markiert werden, um einen Verdichtungsdurchlauf bzw. Verdichtungsweg und die aktuelle Differenz im Verdichtungsgrad zwischen dem tat sächlichen und dem Sollplatzmodell zu reflektieren bzw. widerzuspiegeln.
In einer Ausführungsform oder Nutzung der Erfindung ist das erste Platzmodell ein vorbestimmter Verdichtungsstandard für die Platztopographie, das die nötigen Verdichtungsoperationen repräsentiert, um die unverdichtete Topographie bzw. Geländebeschreibung oder das Oberflächenmaterial auf einen Sollverdichtungsgrad zu bringen. Ein bevorzugtes Verfahren ist die Nutzung eines Durchlaufzählstandards, d. h. die Anzahl der Verdichtungsdurchläufe, die vorbestimmt ist, um das unverdichtete Material auf ein Sollverdichtungsgrad zu bringen. Alternativ dazu kann der Verdichtungsstandard eine Veränderung in der Höhe der Platzoberfläche aufweisen, die vorbestimmt ist, um einen Sollverdichtungsgrad von einem unverdichteten Pegel aus anzuzeigen. Das System und Verfahren der Erfindung kann auch die Gesamttopographie bzw. Gesamtgeländebeschreibung des Platzes überwachen und aktualisieren, wenn er aufgebaut oder durch wiederholtes Hinzufügen von neuem Material und den Verdichtungsoperationen aufgefüllt wird.
In einer Ausführungsform oder Nutzung der Erfindung kann das zweite oder tatsächliche Platzmodell anfänglich kreiert werden durch Nutzung von Standardplatzbegutachtungsverfahren, die auf dem neuesten Stand der Technik sind, um die tatsächliche Höhe oder Topographie der Platzoberfläche aufzuzeichnen, und um danach die Daten von einer solchen Begutachtung aufzuzeichnen, die gemäß der physikalischen und Datenverarbeitungsanforderungen des speziell verwendeten Digitalisierungs- und Datenverarbeitungssystems digitalisiert werden. Alternativ dazu kann das tatsächliche Platzmodell durch Überqueren des Platzes mit der Verdichtungsmaschine selbst oder durch die Verwendung einer speziellen Maschinerie und/oder speziellen Fahrzeugen erzeugten werden, welche für die Bedingungen geeignet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Verdichtungsmaschineriepositions- und Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die in Verbindung mit dem Empfang und der Verarbeitung von GPS-Signalen genutzt werden kann, um die vorliegenden Erfindung auszuführen;
Fig. 3 ist eine detaillierte schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems der Fig. 2, die GPS-Positionierung nutzt;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Arbeitsplatzes bzw. Bauplatzes, einer Verdichtungsmaschine, und eines Positions- und Steuersystems gemäß einer illustrativen Verdichtungsausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A-5B sind graphische Reproduktionen eines beispielhaften topographischen Geländeaufschüttungsplatzmodells bzw. Landfüllplatzmodells, wie es mit der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
Fig. 6A-6B sind repräsentative Echtzeit bzw. Realzeitmaschinenführeranzeigen, die gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Geländeaufschüttungsverdichtungsoperation bzw. Landfüllverdichtungsoperation erzeugt werden;
Fig. 7A-7I sind Ablaufdiagrammdarstellungen einer dynamischen Platzdatenbasis gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung einschließlich eines Regelkreis- automatischen Maschinensteuersystems bzw. automatischen Maschinensteuersystems mit geschlossener Schleife.

Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsform

Mit Bezug auf Fig. 1 ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einer Verdichtungsoperation schematisch gezeigt. Unter Verwendung eines bekannten dreidimensionalen Positioniersystems mit einem externen Bezug, z. B. (aber nicht beschränkt auf) 3-D Laser, GPS, GPS/Laserkombinationen oder Radar, werden Verdichtermaschinenkoordinaten in Block 100 bestimmt, wenn die Maschine sich über den Platz bzw. Ort bewegt. Diese Koordinaten werden sofort als eine Reihe von diskreten Punkten an einen Differenzierungsalgorithmus bei 102 geliefert. Der Differenzierungsalgorithmus bzw. Differenzenalgorithmus berechnet die Maschinenposition und den Maschinenweg in Echtzeit. Digitalisierte Modelle des tatsächlichen und des gewünschten Verdichtungsgrades der Platztopographie werden geladen oder gespeichert bei Block 104, was eine zugängliche digitale Speicher- und Entnahmemöglichkeit bzw. -Einrichtung ist, wie zum Beispiel ein lokaler digitaler Computer. Der Differenzenalgorithmus 102 entnimmt, manipuliert und aktualisiert die Platzmodelle aus 104 und erzeugt bei 106 eine dynamische Platzdatenbasis der Differenz zwischen dem Istplatz- und dem Sollplatzmodell, wobei das Istplatzmodell in Echtzeit aktualisiert wird, wenn neue Positionsinformationen aus Block 100 empfangen werden. Dieses dynamisch aktualisierte Platzmodell wird dann dem Maschinenführer in Anzeigeschritt 108 zur Verfügung gestellt, welcher Echtzeitpositions-, Richtungs- und Platztopographie-Verdichtungs-Aktualisierungen in für den Menschen lesbarer Form liefert. Unter Verwendung der Informationen von der Anzeige kann der Maschinenführer die manuelle Steuerung der Verdichtermaschine bei 109 effizient überwachen und leiten.
Zusätzlich oder alternativ dazu, können die dynamischen Aktualisierungsinformationen an ein automatisches Maschinensteuersystem bei 110 geliefert werden, zum Beispiel ein elektrohydraulisches Steuersystem des Typs, wie er von Caterpillar Inc. entwickelt wurde, und der zum Betrieb verschiedener Pumpen, Ventile, hydraulischen Zylindern, Motor/Lenkmechanismen und anderen Steuerungen, die in Verdichtermaschinen genutzt werden, verwendet wird. Die elektrohydraulischen Steuerungen können eine Maschinenführerunterstützung vorsehen, um die Maschinenarbeit zu minimieren und die manuellen Steuerungen zu beschränken, wenn die vom Maschinenführer vorgeschlagene Handlung z. B. die Maschine überlasten würde. Alternativ dazu können Platzaktualisierungsinformationen aus der dynamischen Datenbasis verwendet werden, um eine vollautomatische Steuerung eines oder mehrere Maschinenoperationssysteme vorzusehen.
Aus dem vorhergehenden ist klar, daß mit dem vorliegenden Verfahren ein Modell der anfänglichen Istplatztopographie von der Verdichtermaschine selbst auf vorher nicht begutachtetem Terrain erzeugt werden kann. Durch einfaches Be wegen der Maschine über einen vorgeschlagenen Platz in einem regulären Muster kann die aktuelle Topographie bestimmt werden. Nachdem die anfängliche Platztopographie als ein anfänglicher dreidimensionaler Bezug etabliert bzw. aufgenommen wurde, können die Ist- und Sollplatzmodelle bei 104 geladen werden. Das Sollplatzmodell ist ein vorbestimmter Sollverdichtungsgrad bzw. ein vorbestimmtes Sollverdichtungsausmaß des Materials auf der Platzoberfläche. Das Istplatzmodell ist der Istverdichtungsgrad bzw. das Istverdichtungsausmaß des Platzmaterials, der im Bereich zwischen einem unverdichtetem Zustand und dem Sollverdichtungsgrad liegt. Wenn die Maschine den Platz in einer Verdichtungsoperation überquert, so wird das Istplatzmodell bei 106 überwacht und in Echtzeit aktualisiert, während die Maschine den Istplatz bzw. den tatsächlichen Platz in Übereinstimmung mit dem Sollplatzmodell bringt.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist eine Vorrichtung, welche in Verbindung mit dem Empfang und der Verarbeitung von GPS- Signalen verwendet werden kann, um die vorliegende Verdichtungserfindung auszuführen, in Blockdiagrammform gezeigt, die folgendes aufweist: eine GPS- Empfängervorrichtung 120 mit einer lokalen Bezugsantenne und einer Satellitenantenne, ein digitaler Prozessor 124, der einen Differenzenalgorithmus nutzt, und der zum Empfangen von Positionssignalen aus 120 angeschlossen ist; eine digitale Speicherungs- und Entnahmemöglichkeit 126, auf die durch Prozessor 124 zugegriffen wird und die von ihm aktualisiert wird, und eine Maschinenführeranzeige und/oder automatische Maschinensteuerung bei 128, die Signale vom Prozessor 124 empfangen.
Das GPS-Empfängersystem 120 weist eine Satellitenantenne, die Signale von globalen Positionssatelliten empfängt, und eine lokale Bezugsantenne bzw. lokale Referenzantenne auf. Das GPS-Empfängersystem 120 nutzt Positionssignale von der Satellitenantenne und Differentialkorrektursignale von der lokalen Bezugsantenne, um Positionskoordinatendaten in drei Dimensionen auf Zentimetergenauigkeit für bewegende Objekte zu erzeugen. Alternativ dazu können Rohdaten von der Bezugsantenne an den Prozessor 124 übertragen werden, wo die Differenzialkorrektur lokal bestimmt werden kann.
Diese Positionsinformationen werden zum digitalen Prozessor 124 auf einer Realzeitbasis bzw. Echtzeitbasis geliefert, wie die Koordinatenabtastrate bzw. Koordinatenprobenraten bzw. Koordinatensamplingrate des GPS-Empfängers 120 erlaubt. Die digitale Speicherungsmöglichkeit bzw. digitale Speicherungseinrichtung 126 speichert ein erstes Platzmodell des Sollverdichtungsgrades des Platzes, z. B. gemäß eines vorbestimmten Verdichtungsstandards, und ein zweites Platzmodell des Istverdichtungsgrades des Platzes, z. B. unverdichtet, wie anfänglich begutachtet. bzw. bestimmt. Auf das Istplatzmodell kann vom Digitalprozessor 124 zugegriffen werden und es kann durch ihn in Echtzeit aktualisiert werden, wenn er neue Positionsinformationen vom GPS-Empfänger 120 empfängt.
Der digitale Prozessor 124 erzeugt weiterhin Signale, die die Differenz zwischen dem kontinuierlich aktualisierten Istplatzmodell und dem Sollplatzmodell repräsentiert. Diese Signale werden an die Maschinenführeranzeige und/oder die automatischen Maschinensteuerungen bei 128 geliefert, um die Maschinenoperation über den Platz zu leiten bzw. zu richten, um das aktualisierte Istplatzmodell in Übereinstimmung mit dem Sollplatzmodell zu bringen. Die Maschinenführeranzeige bei 128 liefert z. B. eine oder mehrere visuelle Darstellungen der Differenz zwischen dem Istplatzmodell und dem Sollplatzmodell, um den Maschinenführer im Betreiben der Maschine für die notwendigen Verdichtungsoperationen zu führen bzw. zu leiten.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein detaillierteres Schema eines Systems gemäß der Fig. 2 gezeigt, das kinematische GPS für Positonsbezugsignale nutzt. Ein Basisbezugsmodul 40 und ein Positionsmodul 50 bestimmen zusammen die dreidimensionalen Koordinate der Verdichtermaschine relativ zum Platz, während ein Aktualisierungs/Steuermodul 60 diese Positionsinformationen in Echtzeitdarstellungen des Platzes umwandelt, was zum genauen Überwachen und Steuern der Maschine verwendet werden kann.
Das Basisbezugsmodul 40 weist folgendes auf: einen GPS- Empfänger 16; einen Computer 42, der Eingaben bzw. Eingangsgrößen vom Empfänger 16 empfängt; eine Bezugsempfänger-GPS-Software 44, die vorübergehend oder ständig im Computer 42 gespeichert ist; einen Standardcomputermonitorbildschirm 46; und ein digitales Transceiver-Typ Radio (Sende/Empfänger-Radio) 48, das mit dem Computer verbunden ist, und in der Lage ist, einen digitalen Datenstrom auszusenden. In der illustrativen Ausführungsform ist der Basisbezugsempfänger 16 ein Hochgenauigkeits-kinematischer-GPS-Empfänger; der Computer 42 ist z. B. ein 486DX Computer mit einer Festplatte, 8 Megabyte RAM, zwei seriellen Kommunikationsanschlüssen, einem Druckeranschluß, einem externen Monitoranschluß und einem externen Tastaturanschluß; der Monitorbildschirm 46 ist eine passive Matrix-Farb-LCD; und das Radio 48 ist ein kommerziell verfügbarer digitaler Datentransceiver.
Das Positionsmodul 50 weist folgendes auf: einen zusammenpassende kinematischen GPS-Empfänger 18, einen passenden Computer 52, der Eingaben bzw. Eingangsgrößen vom Empfänger 18 empfängt, kinematische GPS-Software 54, die vorübergehend oder ständig im Computer 52 gespeichert ist; einen Standardcomputermonitorbildschirm 56; und ein passender Transceiver-Typ Radio 58, welches Signale vom Radio 48 im Basisbezugsmodul 40 empfängt. In der illustrativen Ausführungsform ist das Positionsmodul 50 auf der Verdichtermaschine lokalisiert, um es mit ihr über den Arbeitsplatz bzw. Bauplatz zu bewegen.
Das Aktualisierungs/Steuermodul 60, das ebenfalls an Bord der Verdichtermaschine in der illustrierten Ausführungsform getragen wird, weist folgendes auf: einen zusätzlichen Computer 62, der Eingaben bzw. Eingangsgrößen vom Positionsmodul 50 empfängt; ein oder mehrere Platzmodelle 64, die digital in den Computerspeicher gespeichert oder geladen sind; ein dynamisches Datenbasisaktualisierungsmodul 66, das ebenfalls im Speicher des Computers 62 gespeichert oder geladen ist; und ein mit dem Computer verbundener Farb-Maschinenführer-Anzeigebildschirm 22. Anstatt, oder zusätzlich zur Maschinenführeranzeige 22 können die automatischen Maschinensteuerungen 70 mit dem Computer verbunden sein, um Signale zu empfangen, welche die Maschine auf eine automatische oder halbautomatische Weise in bekannter Art betreibt.
Obwohl das Aktualisierungs/Steuermodul 60 hier als auf der Verdichtermaschine angebracht gezeigt ist, können ei nige oder alle Teile entfernt stationiert sein. Zum Beispiel könnten der Computer 62, das Platzmodell oder die Platzmodelle 64 und die dynamische Datenbasis 66 über eine Funkdatenverbindung mit dem Positionsmodul 50 und der Maschinenführeranzeige 22 oder der Maschinensteuerungsschnittstelle 70 verbunden sein. Positions- und Platzaktualisierungsinformationen können dann zur und von der Maschine zur Anzeige oder Verwendung durch die Maschinenführer oder Überwachungspersonen sowohl auf der Maschine als auch entfernt von der Maschine ausgesendet werden.
Die Basisbezugsstation 40 ist fest an einem Punkt der bekannten dreidimensionalen Koordinaten relativ zum Arbeitsplatz bzw. Bauplatz. Durch den Empfänger 16 empfängt die Basisbezugsstation 40 Positionsinformationen von einer GPS-Satellitenanordnung, die Referenz-GPS-Software 44 nutzt, um eine momentane Fehlergröße oder einen Korrekturfaktor auf bekannte Weise abzuleiten. Dieser Korrekturfaktor wird von der Basisstation 40 zur Positionsstation 50 auf der Kompaktiermaschine bzw. Verdichtermaschine über die Funkverbindung 48, 58 ausgesendet. Alternativ dazu können Rohpositionsdaten von der Basisstation 40 zur Positionsstation 50 über die Funkverbindung 48, 58 ausgesendet werden und durch den Computer 52 verarbeitet werden.
Der maschinenangebrachte Empfänger 18 empfängt Positionsinformationen von der Satellitenanordnung, während die kinematische GPS-Software 54 das Signal vom Empfänger 18 und den Korrekturfaktor von der Basisreferenz bzw. dem Basisbezug 40 kombiniert, um die Position des Empfängers 18 und der Verdichtermaschine relativ zum Basisbezug 40 und dem Arbeitsplatz innerhalb einiger weniger Zentimeter zu bestimmen. Diese Positionsinformation ist dreidimensional (z. B. Breite, Länge und Höhe) und ist auf einer Punkt-zu-Punkt Basis gemäß der Abtastrate bzw. Probenrate des GPS-Systems verfügbar.
Mit Bezug auf das Aktualisierungs/Steuerungsmodul 60 erzeugt die dynamische Datenbasis 66 Signale, die repräsentativ für die Differenz zwischen dem Istverdichtungsgrad und dem Sollverdichtungsgrad des Platzes sind, und zwar nachdem die digitalisierten Pläne oder Modelle des Platzes in den Computer 62 geladen wurden, um diese Differenz graphisch auf dem Maschinenführeranzeigebildschirm 33 relativ zur Platztopographie anzuzeigen.
Unter Verwendung der vom Positionsmodul 50 empfangenen Positionsinformationen erzeugt die Datenbasis 66 auch ein graphisches Zeichen oder Icon der Verdichtermaschine, daß der Platztopographie auf der Anzeige 22 entsprechend der Istposition und Istrichtung der Maschine auf dem Platz überlagert ist.
Da die Abtastrate bzw. Probenrate des Positionsmoduls 50 in eine Zeit-Entfernungsverzögerung zwischen Positionskoordinatenpunkten resultiert, während die Verdichtermaschine sich über den Platz bewegt, nutzt die dynamische Datenbasis 66 der vorliegenden Erfindung einen Differenzenalgorithmus, um den Weg der Maschine zu bestimmen und in Echtzeit zu aktualisieren.
Mit der Kenntnis der exakten Position der Verdichtermaschine zum Platz, dem Verdichtungsgrad des Platzes und dem Fortschritt der Maschine relativ dazu kann der Maschinenführer die Verdichtermaschine über den Platz ma növrieren, um ihn zu verdichten, ohne sich auf intuitives Gefühl, Gedächtnis oder physikalische Platzmarkierer zu verlassen. Und, wenn der Maschinenführer die Maschine über den Platz bewegt, die Datenbasis 66 fährt mit dem Lesen und Manipulieren hereinkommender Positionsinformationen vom Modul 50 fort, um sowohl die Maschinenposition relativ zum Platz, den Maschinenweg über den Platz und eine beliebige Veränderung im Verdichtungsgrad, der durch den Maschinendurchlauf bzw. den Maschinenweg bewirkt wird, zu aktualisieren. Diese aktualisierten Informationen werden verwendet, um Repräsentationen bzw. Darstellungen des Platzes zu erzeugen, und sie können verwendet werden, um die Operation der Verdichtermaschine in Echtzeit zu leiten, um das aktualisierte Istplatzmodell in Übereinstimmung mit dem Sollplatzmodell zu bringen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Mit Bezug auf Fig. 4 ist eine Verdichtermaschine 10 am Ort einer Baustelle 12 gezeigt. In der illustrativen Ausführungsform der Fig. 4 ist die Maschine 10 ein Landfüllkompaktierer bzw. Landfüllverdichter bzw. Geländeaufschüttungsverdichter mit Rädern. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung auf praktische jede Verdichtermaschine mit der Fähigkeit, sich über den Platz zu bewegen und Material auf dem Platz zu verdichten, angewendet werden können.
Der Verdichter 10 ist auf bekannte Weise mit hydraulischen und elektrohydraulischen Steuerungen (nicht gezeigt) ausgestattet. In der Ausführungsform der Fig. 4 betreiben diese Steuerungen z. B. Lenk- und Motorsteuerungen. Der Verdichter 10 weist zwei beabstandete Vorderrä der 26 auf, welche zur Steuerung der Richtung des Verdichters gedreht werden können, und zwei Hinterräder 28, welche fest relativ zum Körper oder Rahmen des Verdichters 10 sind. Die Verdichterräder 26, 28 haben weite, beschlagene Oberflächen, die in der Lage sind, Müll und Abfall in einer Geländeaufschüttung, auf bekannte Weise zu verdichten. Der Verdichter 10 ist schwer und kann beschwert werden, um die Verdichtungskraft zu erhöhen, die von den Rädern auf das Material, welches sie überqueren, ausgeübt wird.
Die Maschine 10 ist mit einem Positionierungssystem ausgestattet, das zur Bestimmung der Position der Maschine und/oder seiner verdichtenden Räder einem hohen Genauigkeitsgrad in der Lage ist, und in der Ausführungsform der Fig. 4 mit einem Phasendifferential-GPS-Empfänger 18, der auf der Maschinen bei festen, bekannten Koordinaten relativ zu den platzkontaktierenden Teilen oder Spuren bzw. "Fußabdrücken" der Räder lokalisiert ist. Der maschinenangebrachte Empfänger 18 empfängt Positionssignale von einer GPS-Anordnung 14 und ein Fehlerkorrektursignal vom Basisbezug 16 über die Funkverbindung 48, 58, wie in Fig. 3 beschrieben. Der maschinenangebrachte Empfänger 18 nutzt sowohl die Satellitensignale als auch das Fehler/Korrektursignal von der Basisreferenz bzw. dem Basisbezug 16, um seine Position im dreidimensionalen Raum genau zu bestimmen. Alternativ dazu können Rohpositionsdaten vom Basisbezug 16 übertragen bzw. ausgesendet und auf bekannte Weise durch ein maschinenangebrachtes Empfängersystem verarbeitet werden, um das selbe Ergebnis zu erreichen. Informationen über das kinematische GPS und ein für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignetes System können z. B. in US-Patent Nr. 4,812,991 vom 14. März 1989 und US-Patent Nr. 4,963,889 vom 16. Oktober 1990 gefunden werden, die beide an Hatch erteilt wurden. Unter Verwendung von kinematischen GPS oder anderen geeigneten dreidimensionalen Positionssignalen von einem externen Bezug kann der Ort des Empfängers 18 und des Verdichters 10 genau auf eine Punkt-für-Punkt Basis innerhalb weniger Zentimeter bestimmt werden, wenn der Verdichter 10 sich über den Platz 12 bewegt. Die vorhandene Abtastrate bzw. Probenrate für Koordinatenpunkte, die das illustrative Positionierungssystem nutzen, ist ungefähr ein Punkt pro Sekunde.
Die Koordinaten des Basisempfängers 16 können auf beliebige bekannte Weise bestimmt werden, wie zum Beispiel GPS-Positionierung oder herkömmliche Begutachtung.
Schritte können auch in diesem oder in anderen Ländern unternommen werden, um GPS-Referenzen an feste, national begutachtete bzw. vermessene Orte, wie zum Beispiel Flughäfen plaziert sein. Wenn der Platz 12 innerhalb des Bereiches (gegenwärtig ungefähr 20 Meilen = 32 Kilometer) eines solchen national vermessenen Ortes und des lokalen GPS-Empfängers ist, so kann der lokale Empfänger als ein Basisbezug verwendet werden. Optional kann ein tragbarer Empfänger wie zum Beispiel 16 mit einem drei Fußangebrachten bzw. stativ angebrachten GPS-Empfänger und ein Rückaussendesender verwendet werden. Der tragbare Empfänger 16 wird an Ort und Stelle bei oder nahe dem Ort 12 vermessen bzw. begutachtet, wie früher diskutiert.
Ebenfalls ist in schematischer Form auf dem Verdichter 10 der Fig. 4 ein an-Bord befindlicher digitaler Computer 20 einschließlich einer dynamischen Datenbasis und einer Farbgraphik-Maschinenführeranzeige 22 gezeigt. Der Compu ter 20 ist mit dem Empfänger 18 verbunden, um kontinuierlich Verdichterpositionsinformationen zu empfangen. Obwohl es nicht notwendig ist, den Computer 20, die dynamische Datenbasis und die Maschinenführeranzeige auf dem Verdichter 10 zu plazieren, ist es gegenwärtig eine bevorzugte Ausführungsform, und sie erleichtert die Illustration.
In der illustrierten Ausführungsform der Fig. 4 ist der maschinenangebrachte Positionsempfänger 18 auf dem Führerhaus des Verdichters 10 bei einer festen, bekannten Entfernung von den in den Boden eingreifenden Teilen oder Spuren bzw. "Fußabdrücken" der Verdichterräder positioniert. Da die Räder tatsächlich in Kontakt mit der Platztopographie sind, wird der Empfänger 18 kalibriert, um diese Höhendifferenz zu berücksichtigen; das bewirkt, daß der an Führerhaus angebrachte Empfänger 18 vom System auf der selben Ebene mit der Platztopographie wahrgenommen wird, über welcher der Verdichter operiert.
Während die Verwendung eines einzelnen Positionsempfängers 18 bei einer festen Entfernung von den platzkontaktierenden Rädern des Verdichters eine effektive und kräftige bzw. feste Anbringungsanordnung ist, kann es in gewissen Anwendungen bevorzugt sein, andere Anbringungsanordnungen bzw. Befestigungsanordnungen für den Positionierungsempfänger zu nutzen. Z. B. kann die gegenwärtige Richtung des Verdichters relativ zum Platzplan bzw. Lageplan, wie auf der Anzeige 22 durch Icon 82 und Richtungsindikator bzw. Richtungsanzeiger 84 in Fig. 6A gezeigt, um einen leichten Zeitverzögerungsvektor verschoben sein, abhängig von der Abtastrate bzw. Probenrate des Empfängers 18 und der Richtungsveränderungsrate der Maschine.
Mit nur einem auf dem Traktor bzw. der Zugmaschine 10 angebrachten Empfänger 18 kann die Maschinenrichtung bei einem einzelnen Punkt nicht bestimmt werden, da die Maschine effektiv um einen einzelnen Empfänger herumschwenkt. Dieses Problem wird durch das Plazieren eines zweiten Positionsempfängers auf der Maschine gelöst, welcher vom ersten beabstandet ist, und zwar für einen Richtungsbezugspunkt.
Zusätzlich erzeugt die längenmäßige Entfernung zwischen den Rädern 26, 28 und dem am Führerhaus angebrachten GPS- Empfänger 18 in Fig. 4 eine leichte Echtzeitverschiebung in der Auflösung der Räderpositionen, wenn sie den Platz verdichten. In den meisten Fällen ist diese Verzögerung vernachlässigbar, da die GPS-Position den Rädern dicht voraus geht oder ihnen folgt, und sie im wesentlichen mit der Verdichtungsoperation übereinstimmt bzw. an sie angepaßt ist. Auf größeren Maschinen kann es jedoch bevorzugt sein, einen oder mehrere Positionsempfänger 18A direkt in Linie mit einem oder mehrerer der Räder anzubringen, wie in Fig. 4 durch gestrichelte Linien gezeigt.
Mit Bezug auf die Fig. 5A, 5B wurde ein illustrativer Landfüllplatz bzw. Geländeaufschüttungsplatz schon begutachtet bzw. vermessen, um einen detaillierten topographischen Entwurf (nicht gezeigt) vorzusehen, der die anfängliche Geländeaufschüttungstopographie in Draufsicht zeigt. Die Erzeugung von topographischen Entwürfen von Plätzen wie z. B. Geländeaufschüttungen oder Baustellen mit optischer Begutachtung bzw. Vermessung oder anderen Verfahren ist in der Technik bekannt; Bezugspunkte werden auf einem Gitter über dem Platz gezeichnet, und dann verbunden oder ausgefüllt, um die Platzkonturen auf dem Ent wurf zu erzeugen. Je größer die Anzahl der verwendeten Bezugspunkte, desto detaillierter ist die Karte.
Systeme und Software sind gegenwärtig erhältlich, um digitalisierte, zwei- oder dreidimensionale Karten eines topographischen Platzes zu erzeugen. Z. B. kann der topographische Entwurf in ein dreidimensionales, digitalisiertes Modell einer anfänglich begutachteten bzw. vermessenden Geländeaufschüttungstopographie, wie bei 36 in Fig. 5A gezeigt, und einer nachfolgenden Platztopographie umgewandelt werden, z. B. nachdem die Geländeaufschüttung im wesentlichen aufgefüllt wurde, wie bei 38 in Fig. 5B gezeigt. Die Platzkonturen können mit einem Bezugsgitter einheitlicher Gitterelemente 37 auf bekannte Weise überlagert werden. Die digitalisierten Entwurfspläne bzw. Platzpläne können überlagert werden, in zwei oder drei Dimensionen aus verschiedenen Winkeln (z. B. Draufsicht oder Profilansicht) angesehen werden, und farbkodiert werden um Gebiete zu kennzeichnen, in welchen der Platz aufgefüllt oder verdichtet werden muß.
Der Platz wird jedoch vermessen bzw. begutachtet, und ob die Maschinenführer und ihre Überwacher von einem Papierentwurf oder einem digitalisierten Platzplan bzw. Entwurfsplan arbeiten, so ist es die bisherige Praxis, einfach Material zur Geländeaufschüttung hinzufügen, und die Verdichtungsoperation durch Gefühl, Gedächtnis, und/oder physikalische Markierungen zu überwachen. Periodisch kann während dieses Prozesses der Fortschritt des Maschinenführers manuell überprüft werden, um die Verdichtungsoperationen auf statische, Schritt-für-Schritt Weise zu koordinieren, bis eine einheitliche befriedigende Verdichtung erreicht wird. Dieses manuelle periodische Aktuali sieren und Überprüfen ist arbeitsintensiv, zeitraubend und liefert inhärent weniger als ideale Ergebnisse.
Weiterhin, wenn es gewünscht ist, den Entwurf oder das digitalisierte Platzmodell als ein Indikator für den bisherigen Fortschritt und die noch zu leistende Arbeit zu überarbeiten, muß der Platz wieder statisch begutachtet bzw. vermessen werden und der Entwurf oder das digitalisierte Platzmodell muß manuell entfernt vom Platz (offsite) in einer nicht-Echtzeitweise korrigiert werden.
Um die Nachteile der Überwachungsverfahren und statischen Begutachtungs bzw. -Vermessungs und Aktualisierungsverfahren des Standes der Technik zu eliminieren, integriert die vorliegenden Erfindung genaues dreidimensionales Positionieren und digitalisiertes Platzabbilden mit einer dynamisch aktualisierten Datenbasis und einer Maschinenführeranzeige für Echtzeitüberwachung und -Steuerung des Platzes 12 und des Verdichters 10. Die dynamische Platzdatenbasis bestimmt die Differenz bzw. den Unterschied zwischen dem Istplatzmodell und dem Sollplatzmodell bezüglich des Verdichtungsgrades der Platztopographie, empfängt kinetamische GPS-Positionsinformationen für den Verdichter 10 relativ zum Platz 12 vom Positionsempfänger 18, zeigt sowohl das Platzmodell und die gegenwärtige Maschinenposition dem Maschinenführer auf Anzeige 22 an und aktualisiert das Istplatzmodell, die Maschinenposition und Anzeige in Echtzeit mit einem Genauigkeitsgrad, der in Zentimetern gemessen wird. Der Maschinenführer gewinnt demgemäß eine beispiellose Kenntnis der Verdichtungsoperationen in Echtzeit am Platz, und eine beispiellose Steuerung über die Verdichtungsoperationen in Echtzeit und am Platz, und kann demgemäß die Aufgabe mit praktisch keiner Unterbrechung oder dem Bedarf, den Platz zu überprüfen oder erneut zu begutachten bzw. zu vermessen beenden.
Mit Bezug auf die Fig. 6A-6B und 7A-7I ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung für eine Landfüll- Verdichtungsoperation bzw. Geländeaufschüttungsverdichtungsoperation gezeigt.
In der Maschinenverdichtung, zum Beispiel für Geländeaufschüttungen, Erde oder frisch gelegten Asphalt, ist die Vervollständigung bzw. Beendigung der Verdichtungsoperation typischerweise eine Funktion der Anzahl der Durchläufe des Verdichters über die zu verdichtende Oberfläche. Der Sollverdichtungsgrad kann zum Beispiel durch das Fahren eines Verdichters über ein Testgebiet aus unverdichteten Material und durch empirisches Bestimmen eines geeigneten Durchlaufzählstandards bestimmt werden. Mittels eines illustrativen Beispiels ist in einer Geländeaufschüttungsverdichtungsoperation wünschenswert, daß eine Maschine wie zum Beispiel ein großer, schwerer Verdichter mit kräftigen Walzen oder Rädern einen Teil der Geländeaufschüttung überfährt, um neuen Abfall auf einen vorbestimmten Pfad zu komprimieren, und zwar gemäß mit lokalen Verdichtungsregulierungen oder Schallverdichtungspraktiken. Es ist deshalb wichtig, daß der Maschinenführer des Verdichters weiß, ob er über eine gegebene Einheitsfläche oder ein gegebenes Gitterelement des Geländeaufschüttungsplatzes gefahren ist; wieviele Male der Verdichter über ein gegebenes Gitterelement des Platzes gefahren ist; das Ausmaß, bis zu welchem das Material erfolgreich innerhalb eines Gitterelementes auf dem Platz verdichtet wurde; und ob unverdichtetes Material zu einem speziellen Gitterelement seit dem letzten Verdichtungsdurchlaß hinzugefügt wurde.
Am Beginn der Verdichtungsoperation kann das Istplatzmodell anfänglich eine dreidimensionale Vermessung bzw. Begutachtung oder Karte der Platztopographie in einem unverdichteten Zustand aufweisen, z. B. das digitalisierte dreidimensionale Platzmodell der Fig. 5A für eine Landfüllanwendung bzw. Geländeaufschüttungsanwendung. Wenn die Verdichtungsoperationen fortschreiten, so weist das Istplatzmodell spezifischer den Istverdichtungsgrad des Materials auf der Platzoberfläche auf, wie z. B. gemessen durch die Verdichtungsdurchlaufsanzahl und/oder Höhenveränderung. Das Istplatzmodell ist dynamisch, indem es sich jedesmal verändert, wenn neues Material hinzugefügt wird oder neues Material weiter von seinem vorhergehenden Zustand verdichtet wird.
Das Sollplatzmodell weist einen vorbestimmten Sollverdichtungsgrad für das Material auf der Platzoberfläche auf. Wenn z. B. der Sollverdichtungsgrad so vorbestimmt ist, daß insgesamt fünf Durchläufe des Verdichters über ein vorher unverdichtetes Gebiet bzw. eine vorher unverdichtete Fläche erfolgen, so ist das Sollplatzmodell eine Durchlaufsanzahl von fünf Durchläufen über ein vorher unverdichtetes Gebiet. Wenn diese Durchlaufsanzahl erreicht wird, so wird das Sollplatzmodell erreicht. Der Unterschied zwischen dem Istplatzmodell und dem Sollplatzmodell an jedem Punkt des Platzes weist den Unterschied zwischen einem Istverdichtungsgrad und dem Sollverdichtungsgrad an diesem Punkt auf.
Das Istplatzmodell fluktuiert demgemäß zwischen einem unverdichteten Zustand des Platzmodells und einem Sollverdichtungszustand. Wann auch immer neues, unverdichtetes Material in einem vorher verdichteten Gebiet des Platzes detektiert wird, kehrt das Istplatzmodell zurück oder dekrementiert zu einem unverdichteten Zustand für diese Gebiet.
Unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können alle diese Informationen in Echtzeit bestimmt und aktualisiert werden, und zwar mit einem hohen Genauigkeitsgrad und mit einer nutzerfreundlichen Anzeige für den Maschinenführer.
Fig. 6A zeigt eine beispielhafte Maschinenführeranzeige 22 für eine Verdichtungsoperation gemäß der vorliegenden Erfindung. Unter Verwendung eines digitalisierten Modells für einen Geländeaufschüttungsplatz mit einem überlagerten Satz von Gitterelementen und einem mit dem Positionsmodul 50 und Aktualisierungs/Steuerungsmodul 60 in Fig. 3 ausgestatteten Verdichter initialisiert der Maschinenführer zuerst die Maschinenführeranzeige 22, typischerweise nach dem Eintreten in den Geländeaufschüttungsplatz. Bei der Landfüllverdichtung bzw. Geländeaufschüttungsverdichtung ist das wahrscheinliche Aktivitätsfeld für einen Tag typischerweise klein, und zwar in der Größenordnung einiger 100 oder 1000 m². Zu Illustrationszwecken wird in Fig. 6A die Platzdatenbasis willkürlich auf ungefähr 30 Meter Mal 40 Meter gesetzt. Dies kann abhängig von der Natur der speziellen Verdichtungsoperation verändert werden. Dies ist kleiner als das Gesamtgebiet einer typischen Geländeaufschüttung, aber für einen einzelnen Tag braucht der Verdichtermaschinenführer eine Da tenbasis nur für den Teil der Geländeaufschüttung, in welchem er operieren wird.
In einer großen Geländeaufschüttungsanwendung können individuelle Platzdatenbasen zu jedem Maschinenführer am Beginn eines Tages aufgeteilt werden, wobei die aktualisierten Datenbasen für jeden Teil der Geländeaufschüttung am Ende des Tages zusammengestellt bzw. gesammelt werden und relativ zur Gesamtgeländeaufschüttung für die Arbeit des nächsten Tages erneut korreliert bzw. in Beziehung zueinander gesetzt werden.
In der illustrierten Ausführungsform nimmt das System willkürlich nach dem Start und der Initialisierung an, daß sich der Verdichter im Zentrum bzw. in der Mitte des Platzes befindet, der in ein Gitter von Quadraten fester Größe bzw. Fläche aufgeteilt ist, zum Beispiel ein Quadratmeter. Der Maschienenführer kann den Verdichter bezüglich des designierten Platzes zentrieren, entweder durch Fahren zu einem designierten zentralen Markierer bzw. zu einer designierten zentralen Marke, oder unter Nutzung von GPS oder ähnlichen Positionierungsverfahren.
In der Mitte des Platzes angekommen initialisiert der Maschinenführer die Anzeige und er wird auf Bildschirm 22 mit einer Platzdatenbasis im Planfenster 70, wie zum Beispiel das in Fig. 6A gezeigte, präsentiert, das in einem Gittermuster von Elementen 71 markiert ist, die anfänglich alle eine Farbe haben; z. B. schwarz, um anzuzeigen, daß keine Durchläufe bis jetzt über diesen Platz vorgenommen wurden. Ein Positionskoordinatenfenster 72 zeigt die aktuelle Position des Verdichters in Breite, Länge, Höhe und Zeit an. Ein Menüfenster 73 zeigt Vergrößerungs- Optionen in der Anzeigesoftware, welche es dem Maschinenführer erlauben, die Größe des in am Planfenster 70 angezeigten Platzes zu erweitern oder zu kontrahieren. Die Verdichterposition wird durch ein Icon 82 mit dem Richtungsanzeiger 84 gekennzeichnet.
Vor dem Beginn der Arbeit auf dem Platz wird ein Verdichtungsstandard (hier eine Durchlaufszählung bzw. eine Durchlaufsanzahl) gesetzt, um den Sollverdichtungsgrad des Platzes zu kennzeichnen. Z. B. kann bestimmt werden, daß fünf Durchläufe des Verdichters über unverdichtetes Material auf einem beliebigen Gitterelement notwendig sind, damit diese Gitterelement adäquat verdichtet wird. Wenn der Maschinenführer den Platz überquert, so wird jeder Durchgang der Verdichterräder über ein Gitterelement zu einer Datenbasisaktualisierung in Echtzeit führen. Die Gitterelemente der Platzanzeige können visuell auf vielfältige Weise aktualisiert werden, um den Unterschied zwischen dem Istverdichtungsgrad und dem Sollverdichtungsgrad zu zeigen (z. B. Schattierung, Schraffierung, Färbung oder "Malen wo eine Farbanzeige verwendet wird") oder auf eine beliebige andere bekannte Art und Weise, um für den Maschinenführer einen Indikator des Verdichtungsstatus der Gitterelemente zu liefern. In der illustrierten Ausführungsform der Fig. 6A ändert das Gitter die Farbe, um den Istverdichtungsgrad zu kennzeichen, und zwar bezüglich der Tatsache, wie viele Durchläufe vorgenommen wurden; zum Beispiel repräsentieren die dunkelste zur hellsten Schattierung der Gitterelemente 71 schwarz für keine Durchläufe, gelb für einen Durchlauf, grün für zwei Durchläufe, rot für drei Durchläufe, blau für vier Durchläufe und weiß zeigt die zufriedenstellende Verdichtung bei fünf Durchläufen an. Das Ziel ist es, den gesam ten Bildschirm weiß zu machen, während die Maschinenführeranzeige in Echtzeit aktualisiert wird, um die Anzahl der Durchläufe über jedes Gitterelement anzuzeigen.
Als eine zusätzliche Hilfe für den Maschinenführer kann der ungefähre Weg des Verdichters, wie er durch Koordinatenproben gemessen wird, auf dem Display 22 angezeigt werden, und zwar in Fig. 6A gekennzeichnet durch eine Reihe von Punkten 83, wo jede Positionsablesung vorgenommen wurde.
Fig. 6B ist eine mögliche alternative Anzeige, in welcher die zweidimensionale Draufsicht des Platzes und der Verdichterposition der Fig. 6A in drei Dimensionen im Fenster 70 gezeigt ist.
Es ist notwendig, ein gewisses Protokoll zur Bestimmung vorzusehen, wann ein ausreichender Teil eines Gitterelementes durch ein Verdichterrad überquert wurde, um eine Statusaktualisierung für dieses Gitterelement zu garantieren bzw. zu gewährleisten und einen Dichtungsdurchlauf auf der Maschinenführeranzeige zu registrieren. Für den illustrierten Verdichter mit zwei oder mehreren beabstandeten verdichteten Räder kann das folgende illustrative Verfahren genutzt werden. Die Größe jedes Gitterelements auf dem digitalisierten Platzplan bzw. Lageplan wird vorzugsweise mit der Breite eines verdichtenden Rades in Übereinstimmung gebracht; z. B. für einen Meter Breite Räder sollte das Gitterelement auf einen Quadratmeter gesetzt werden. Demgemäß, wenn das Zentrum des Rades ein Gitterelement an einem beliebigen Punkt kreuzt, wird angenommen, daß mindestens eine Hälfte des Gitterelementes verdichtet worden ist und daß es auf der Anzeige aktuali siert werden kann. Diese Dimensionen und Ränder können jedoch wie gewünscht verändert werden.
Die Koordinaten der Boden kontaktierenden Oberflächen (Spuren bzw. "Fußabdrücke") der festen Hinterräder des Verdichters sind relativ zum Positionsempfänger auf dem Verdichter bekannt. Jedes Proben der Koordinaten bzw. Koordinatenabtasten durch das Positionssystem bzw. Positioniersystem kann demgemäß verwendet werden, um die genaue Lage des Zentrum jedes Rades an diesem Punkt zu bestimmen.
In der illustrierten Ausführungsform werden die Positionen der Spuren bzw. Fußabdrücke der Hinterräder des Verdichters verfolgt, da in einem typischen Verdichter die hinteren verdichtenden Räder relativ zum Führerhaus und zum Positionsempfänger 18 fest sind. Weiterhin operieren Verdichter oft in einer im wesentlichen linearen, hin- und herweise über dem Platz, und zwar ohne scharfe Drehungen bzw. Wendungen, welche dazu tendieren würden, daß vorher verdichtete Material zu stören. Die Wege der gleich beabstandeten Vorder- und Hinterräder überlappen sich im wesentlichen, so daß der Verdichtungsweg der Vorderräder genau durch die Wege der festen Hinterräder geschätzt werden kann.
Die Zeitverzögerung zwischen Koordinatenabtastungen bzw. Koordinatenproben, wenn die Verdichterräder über mehrere Gitterelemente fahren, muß ebenfalls berücksichtigt werden, um den gesamten Echtzeitweg des Verdichters genau zu bestimmen. Bei einem Verdichter mit verdichtenden Rädern, deren Breite ungefähr die Breite der Platzmodellgitterelemente ist, nutzt ein in der illustrierten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugtes Verfahren den gut bekannten Bresenham Algorithmus, um eine kontinuierliche Linie zu erzeugen, die den Weg jedes Verdichterrades über die Gitterelemente zwischen den Koordinatenproben bzw. Koordinatenabtastungen annähert. Dann, wenn die Abtastrate bzw. Probenrate nur einen Koordinaten-"Punkt" aller drei oder vier Gitterelemente liefert, wird eine Linienapproximation der Verdichterradwege über diese drei oder vier Gitterelemente gemacht (entsprechend dem Zentrum bzw. der Mitte der Räder), und jedem Gitterelement entlang dieser Linie wird eine Statusaktualisierung und eine visuelle Veränderung auf der Maschinenführeranzeige gegeben.
Mit Bezug auf Fig. 7A ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung, angewendet auf eine Landfüllverdichtungsanwendung bzw. Geländeaufschüttungsverdichtungsanwendung, schematisch gezeigt. Bei Schritt 500 startet der Maschinenführer mit dem Computerbetriebssystem. Bei Schritt 502 wird Datenbasisspeicher zugewiesen und initialisiert. Bei Schritt 504 werden die verschiedenen Anzeigen initialisiert. In Schritt 506 wird der serielle Kommunikationsport bzw. Verbindungsanschluß zwischen dem Positionierungsmodul bzw. Positionsmodul und dem Aktualisierungs/Steuermodul initialisiert. Bei Schritt 508 bestimmt das System, ob ein eine Maschinenführeraufforderung vorhanden ist, um das Programm zu beenden, zum Beispiel von einer Nutzerschnittstelleneinrichtung, wie zum Beispiel einer Computertastatur. Diese Option ist dem Maschinenführer jederzeit verfügbar, und wenn das System bestimmt, daß solch eine Aufforderung zur Beendigung empfangen wurde, so fährt es zu Schritt 592 fort und speichert die aktuelle Platzdatenbasis in eine Datei in einer geeigneten Speichereinrichtung, z. B. einer Diskette. Bei den Schritten 594, 596 kehrt der Maschinenführer zum Computerbetriebssystem zurück.
Wenn jedoch das System bei Schritt 508 bestimmt, daß es keine Aufforderung zur Beendigung des Programms gab, so fährt es zu Schritt 510, wo eine Positionskoordinate von der seriellen Auslaßverbindung zwischen dem Positionsmodul 50 und dem Aktualisierungs/Steuermodul 60 der Fig. 3 gelesen wird, die in der illustrierten Ausführungsform ein dreidimensionaler GPS-bestimmter Koordinatenpunkt ist. Bei Schritt 512 wird die Position des Verdichters im Fenster 72 auf dem Maschinenführeranzeigebildschirm 22 angezeigt (Fig. 6A), und zwar als dreidimensionale Koordinaten relativ zum Basisbezug 16.
Für eine erste Systemschleife bei Schritt 514 wird die Position des Verdichters anfänglich auf dem Maschinenführerbildschirm 22 als Icon 82 in der Mitte der Plananzeige 70 angezeigt. In der illustrierten Ausführungsform der Fig. 6A ist die bei 70 angezeigte Platzdatenbasis ungefähr 30 · 40 Meter, der Verdichter hat zwei separate verdichtende Hinterräder, wobei jedes Rad einen Meter breit ist, und die Gitterelementgröße ist fest bei einem Quadratmeter.
Im Schritt 514 zeichnet eine Subroutine bzw. ein Unterprogramm, das in den Fig. 7B-7C gezeigt ist, die Anzeigen und das Icon, bestimmt die Orientierung des Verdichters und die Position des Zentrums der Spuren bzw. "Fußabdrücke" oder bodenkontaktierenden Teile der Hinterräder des Verdichters, verfolgt den Weg der Hinterräder des Verdichters über die Platzdatenbasis und aktualisiert den Verdichtungsstatus der Gitterelemente im Weg des Verdichters.
Mit Bezug auf Fig. 7B bestimmt das System bei Schritt 516, ob die erste Programmschleife ausgeführt worden ist. Wenn nicht so, werden die Platzdatenbasis und die Anzeigenfensterkoordinatensysteme initialisiert und auf dem Maschinenführerbildschirm 22 bei Schritt 518 angezeigt. Nachdem die erste Programmschleife ausgeführt worden ist und die Platzdatenbasis initialisiert und auf dem Maschinenführerbildschirm angezeigt worden ist, prüft das System bei Schritt 520, ob das Icon 82 schon gezeichnet worden ist. Wenn ja, so wird das vorangegangene Icon 82 von der Anzeige bei Schritt 522 gelöscht. Wenn das Icon noch nicht gezeichnet worden ist, so bestimmt das System bei Schritt 524, ob die erste Schleife ausgeführt worden ist; wenn nicht, so wird die Orientierung des Verdichters bei Schritt 526 initialisiert und das System vervollständigt bzw. beendet die Gesamtprogrammschleife der Fig. 7A. Wenn bei Schritt 524 das System bestimmt, daß die erste Schleife schon ausgeführt worden ist, so fährt das System in Fig. 7B zu Schritt 528 fort, um zu bestimmen, ob der Verdichter sich seit der letzten Programmschleife bewegt hat. Wenn die Maschine sich nicht bewegt hat, so tritt das System aus der Subroutine bzw. dem Unterprogramm der Fig. 7B aus und kehrt zurück, um die Gesamtprogrammschleife der Fig. 7A von Schritt 514 zu vervollständigen bzw. zu beenden.
Wenn die Maschine sich relativ zur Platzdatenbasis seit der letzten Schleife bewegt hat, so fährt das System zu Schritt 530 in Fig. 7B fort, um die Positionen der Zentren bzw. Mitten der Spuren bzw. Fußabdrücke der Hinter räder des Verdichters und aus diesen die Orientierung des Verdichters zu berechnen. Bei Schritt 532 in Fig. 7C bestimmt das System, ob die Position des rechten Hinterrades des Verdichters sich aus dem Gitterelement heraus bewegt hat, das es während der letzten Positionsmessung belegt hat. Ist dies der Fall, so wird bei Schritt 534 der Weg des rechten Rades zwischen den vorangegangenen und den gegenwärtigen Koordinatenabtastungen bzw. Koordinatenproben bestimmt, unter Verwendung des gut bekannten Bresenham Algorithmus, um einen kontinuierlichen Linienweg des rechten Rades über die Gitterelemente auf der Anzeige 22 anzunähern. Die Gitterelemente der Platzdatenbasis, über welche das rechte Rad sich bewegt hat, werden dann aktualisiert, um einen Verdichtungsdurchlauf anzuzeigen, und die Gitterelemente werden auf dem visuellen Anzeigefenster 70 mit einer Farbveränderung oder einem anderen visuellen Indikator aktualisiert.
Wenn bei Schritt 532 das rechte Rad sich nicht seit der letzten Positionsmessung bewegt hat, oder nachdem die Bewegung des rechten Rades verfolgt worden ist, und die Platzdatenbasis bei Schritt 534 aktualisiert worden ist, wird der Prozeß für das linke Rad des Verdichters bei den Schritten 536, 538 wiederholt. Bei Schritt 591 wird das aktualisierte Verdichtericon dann erneut auf der Anzeige gezeichnet, um seine gegenwärtige Position und Richtung zu zeigen. Die Subroutine bzw. das Unterprogramm des Schrittes 514 in Fig. 9 ist dann beendet und das System kehrt zurück, um die Programmschleife der Fig. 7A zu wiederholen, entweder durch Fortschreiten zum Schritt 510 für eine andere GPS-Koordinatenabtastung bzw. -Probe oder durch Beenden in Reaktion auf eine Maschinenführeraufforderung.
In Fig. 7D ist eine Subroutine bzw. ein Unterprogramm für die Radverfolgungs- und Platzaktualisierungsoperationen der Schritte 534 und 538 gezeigt. Bei Schritt 540 werden die Start- und Endgitterzellen für das Rad, dessen Weg gerade bestimmt wird, durch die aktuelle Radpositionsmessung und die vorangegangene Radpositionsmessung definiert, die durch das GPS oder ein anderes Positioniersystem vorgenommen werden. Der Bresenham Algorithmus wird angewendet, um die entlang des Weges zwischen den Start- und Endgitterzellen befindlichen Gitterzellen zu bestimmen, und das System fährt zu den Schritten 544, 546, 548 fort, um den Status jedes Gitterelements dazwischen einzuschätzen/zu aktualisieren, beginnend mit dem ersten Gitterelement nach dem Startgitterelement. Bei Schritt 542 bestimmt das System, ob das Endgitterelement eingeschätzt bzw. begutachtet worden ist, wenn nicht so fährt es zu Schritt 544 fort, wo das gerade eingeschätzte bzw. begutachtete Gitterelement gemäß eines Unterprogramms in Fig. 7E aktualisiert wird. Wenn der Verdichtungsstatus des aktuellen Gitterelementes bei Schritt 544 aktualisiert worden ist, so wird das aktualisierte Gitterelement auf dem Maschinenführerbildschirm 22 bei Schritt 546 angezeigt, und bei Schritt 548 wird das System inkrementiert, um das nächste Gitterelement im Weg zwischen dem Start- und Endgitterelementen einzuschätzen bzw. zu begutachten. Diese Schleife wiederholt sich selbst, bis das Endgitterelement eingeschätzt bzw. begutachtet und aktualisiert worden ist, wobei an diesem Punkt aus dem Unterprogramm der Fig. 7D ausgetreten wird und das Programm zu Schritt 591 in Fig. 7C zurückkehrt, um das aktualisierte verdichtete Icon auf der Anzeige zu zeichnen.
In Fig. 7E ist das Unterprogramm für den Platzdatenbasisaktualisierungsschritt 544 der Fig. 7D gezeigt. Mit bezug auf Fig. 7E bestimmt das System bei Schritt 550, ob die Höhe des gegenwärtigen Gitterelements initialisiert worden ist. Wenn nicht so wird die Höhe oder Z- Achsenkoordinate dieses Gitterelements als gleich zur aktuell gemessenen Verdichterradhöhe in diesem Punkt initialisiert. Wenn die Gitterelementhöhe schon initialisiert worden ist, so fährt das System mit Schritt 554 fort, um die aktuelle gemessene Radhöhe mit der zuvor gemessenen Höhe für dieses Gitterelement zu vergleichen. Wenn die aktuell gemessene Radhöhe dieses Gitterelements nicht größer als die zuvor gemessene Höhe ist, so bestimmt das System, das kein neues Material hinzugefügt worden ist, und daß das Gitterelement bei Schritt 558 inkrementiert werden kann, um einen Verdichtungsdurchlauf zu registrieren und die Durchlaufanzahl bzw. Durchlaufszählung für dieses Gitterelement zu inkrementieren. Wenn bei Schritt 554 die aktuell gemessene Radhöhe größer als die zuvor gemessene Höhe (abzüglich z. B. geringer elastischer Ausdehnung des im letzten Durchlauf komprimierten Materials innerhalb der durch den Nutzer bestimmten Grenzen), so bestimmt das System bei Schritt 556, daß eine neue Erhöhung von Asphalt, Erde oder Abfallmaterial für dieses Gitterelement detektiert worden ist, und der Durchlaufzählungsstatus bzw. Durchlaufsanzahlstatus für dieses Gitterelement wird erneut auf Null gesetzt, um den Bedarf für eine komplett neue Serie von Verdichtungsdurchläufen anzuzeigen. Bei Schritt 560 wird die Höhe des aktuellen Gitterelementes dann gleich zur aktuell gemessenen Höhe des Verdichterrades zum Vergleich bei Schritt 554 auf dem nächsten Durchlauf des Verdichters über dieses Gitterelement gesetzt. Aus dem Unterprogramm der Fig. 7E wird dann zur Vervollständigung bzw. Beendigung der Unterprogrammschleife der Fig. 7D ausgetreten.
Mit Bezug auf die Fig. 7F-7G ist ein Unterprogramm für Schritt 546 der Fig. 7D gezeigt. Wenn die Durchlaufanzahl bzw. Durchlaufzählung für das aktuelle Gitterelement bei Schritt 544 in Fig. 7D aktualisiert worden ist, und zwar unter Verwendung der Subroutine bzw. des Unterprogramms der Fig. 7E, so tritt das System in Schritt 546 in das Unterprogramm der Fig. 7F-7G ein und bestimmt bei Schritt 562 zuerst den Ort und die Größe des aktuellen Gitterelementes auf der in Planfenster 70 auf dem Maschinenführerbildschirm 22 angezeigten Platzdatenbasis. Bei Schritt 564, wenn die Durchlaufsanzahl für das Gitterelement bei 0 ist, wird das Gitterelement beispielsweise so gesetzt, daß es auf der Anzeige bei Schritt 566 schwarz gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl für das Gitterelement bei Schritt 568 als eins bestimmt sind, wird das Gitterelement beispielsweise so gesetzt, daß es auf der Anzeige bei Schritt 570 gelb gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl für dieses Gitterelement bei Schritt 572 als zwei bestimmt wird, so wird das Gitterelement so gesetzt, daß es z. B. grün bei Schritt 574 gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl bei Schritt 576 als drei bestimmt wird, so wird das Gitterelement so gesetzt, daß es zum Beispiel rot bei Schritt 578 gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl für dieses Gitterelement bei Schritt 580 als vier bestimmt wird, so wird das Gitterelement so gesetzt, daß es z. B. blau bei Schritt 582 gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl bei Schritt 584 als fünf bestimmt wird (in der illustrierten Ausführungsform ist dies die Solldurchlaufsanzahl für eine vervollständigte Verdichtungsoperation), so wird das Gitter so gesetzt, daß es zum Beispiel weiß bei Schritt 586 gefärbt ist. Wenn die Durchlaufsanzahl für dieses Gebiet größer als die Minimumdurchlaufsanzahl für eine vervollständigte Verdichtungsoperation ist, so wird das Gitterelement so gesetzt, daß es bei Schritt 588 weiß gefärbt ist.
Wenn das Gitterelement gemäß der aktuellen Durchlaufsanzahl aktualisiert worden ist, so wird das Gitterelement auf dem Maschinenführeranzeigebildschirm 22 bei Schritt 590 gezeichnet und gefärbt. Es ist zu verstehen, daß die Gitterelemente auf dem Bildschirm 22 durch andere Mittel als durch Farben visuell aktualisiert werden können; z. B. durch Schraffieren, Schattieren oder andere visuelle Anzeige.
Während das Verfolgungs- und Aktualisierungsverfahren der Fig. 7A-7G für einen Verdichter mit zwei oder mehreren beabstandeten verdichtenden Rädern illustriert ist, deren Breiten den Breiten der Platzgitterelemente angenähert sind, kann dieses Verfahren auch für einen Verdichter mit einem einzelnen Rad oder einer einzelnen Walze verwendet werden, wie dem Fachmann ersichtlich sein wird. Das Verfahren der Fig. 7A-7G kann auch dort verwendet werden, wo die Breite des Verdichterrades oder der Verdichterwalze nicht mit der Breite der Gitterelemente des Platzmodells übereinstimmt. Wenn jedoch die Breite des verdichtenden Rades oder der verdichtenden Walze wesentliche größer als die Breite eines einzelnen Gitterelements ist, z. B. wo es mehrere Gitterelemente gleichzeitig abdeckt, kann ein alternatives Verfahren zum Verfolgen des Weges eines verdichtenden Rades oder einer verdichtenden Walze genutzt werden.
Dies wird durch Ersetzen des Schrittes 530 in Fig. 7B durch Schritt 530' der Fig. 7H und des Unterprogramms der Fig. 7D durch das Unterprogramm der Fig. 71 erreicht. Mit Bezug auf Schritt 530' in Fig. 7H bestimmt das System "effektive" Rad- oder Walzenenden innerhalb bzw. auf der inneren Seite der tatsächlichen Enden. In der illustrierten Ausführungsform werden die effektiven Enden durch den Differenzalgorithmus als innerhalb des tatsächlichen Endes mit einer Entfernung, die ungefähr ein Halb der Breite eines Gitterelements ist, erkannt. Wenn die tatsächliche Radbreite z. B. 5,0 Fuß (152,4 cm) ist, entsprechend der fünf 1,0 Fuß (30,48 cm) · 1,0 Fuß (30,48 cm) Gitterelemente, so können die effektiven Orte der Radenden berechnet werden, z. B. ein halber Fuß (15,24 cm) innerhalb jedes tatsächlichen Endes. Wenn die effektiven (nicht tatsächliche) Radenden des Verdichters über einen beliebigen Teil eines Gitterelementes auf dem digitalisierten Platzmodell fahren, so wird das Gitterelement durch den Differenzenalgorithmus als verdichtet gelesen und manipuliert, da in Wirklichkeit mindestens eine Hälfte dieses Gitterelementes tatsächlich vom Rad überfahren worden ist. Natürlich kann die Größe der Radendenverschiebung abhängig von der Größe der Gitterelemente und der Sollfehlerbegrenzung in der Bestimmung ob das Rad ein Gitterelement überfahren hat, variieren.
Während der Algorithmus des Schritts 530' in Fig. 7H die fehlende vollständige Übereinstimmung zwischen der Breite des verdichtenden Rades oder der verdichtenden Walze und der Anzahl der von dem Rad oder Walze vollständig überquerten Gitterelemente ausgleicht, führen die Entfernungs- und Richtungsveränderungen, welche das Rad zwischen GPS-Positionsablesungen macht, zu einem Verlust an Echtzeitaktualisierungsinformationen über einen Teil der Reise bzw. des Weges des Verdichters. Dies ist besonders akut, wo die Fahrgeschwindigkeit des Verdichters hoch relativ zu den Gitterelementen des Platzplanes bzw. Lageplanes ist. Wenn die Gitterelemente z. B. ein Quadratmeter und die Abtastrate bzw. Probenrate des Positionssystems eine Koordinatenprobe pro Sekunde ist, so überquert eine Maschine mit 18 km/h ungefähr 5 Meter oder 5 Gitterquadrate zwischen den Positionsabtastungen bzw. Positionsproben. Demgemäß gibt es keine Echtzeitinformationen bezüglich der zumindest drei der fünf zwischengeschalteten Gitterquadrate, die durch die Maschine abgedeckt werden. Um dieses Problem zu lösen, wird ein "Polygon-Einfüll"- Algorithmus, wie in Fig. 71 gezeigt, verwendet, um den von der Maschine zwischen den Koordinatenproben überquerten Weg zu schätzen, in Fig. 71 lokalisiert der Algorithmus bei Schritt 540' ein Rechteck auf der Platzplangitteroberfläche bzw. Lageplangitteroberfläche, das durch die effektiven Enden der Verdichterräder bei den Positionen (x&sub1;, y&sub1;) und (x&sub2;, y&sub2;) und der Koordinatenposition (x&sub0;, y&sub0;) definiert ist. Bei den Schritten 542', 543' und 548' sucht ein Suchalgorithmus zwischen den Grenzen des Rechtecks nach jedem Gitterelementen innerhalb eines Polygons, das zwischen den zwei Radpositionen definiert ist; d. h., jene Gitterelemente, die durch das Rad zwischen seinen effektiven Enden überquert werden.
Bei den Schritt 544' und 546' werden die Datenbasis und die Anzeige aktualisiert, wie bei den Schritten 544 bzw. 546 in den Fig. 7D-7F beschrieben.
Während die dargestellte Ausführungsform einer Verdichtungsanwendung der vorliegenden Erfindung ein auf die Durchlaufszahl basiertes System bzw. Durchlaufsanzahl basiert es System ist, ist es ersichtlich, daß andere Aktualisierungsprotokolle genutzt werden können. Z. B. kann die Veränderung in der Verdichtungsmenge pro Durchlauf über ein Gitterelement durch Überprüfen der Höhenveränderung seit dem letzten Durchlauf bestimmt werden, und wenn die Höhenveränderung bei einem speziellen Durchlauf unterhalb eines gewissen Wertes ist, (anzeigen, daß der Abfall nahe der Sollverdichtungsdichte ist), so wird dieses Gitterelement auf dem Bildschirm als vervollständigt bzw. beendet aktualisiert. Ein weiteres Verfahren ist die Verwendung eines absoluten Verdichtungsstandards, der ein spezielles Gitterelement als beendet registriert, wenn das Material darauf von einer unverdichteten oder anfänglichen Höhe auf eine vorbestimmte geringere Höhe verdichtet worden ist.
Mit bezug auf Fig. 8 ist ein alternatives System gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch für eine Regelkreis-automatisch-Steuerung bzw. automatische Steuerung mit geschlossener Schleife eines oder mehrerer Betriebssystem auf dem Verdichter gezeigt. Während die Ausführungsform der Fig. 8 zur Nutzung mit oder ohne einer zusätzlichen bzw. ergänzenden Maschinenführeranzeige wie oben beschrieben in der Lage ist, werden zu Illustrationszwecken nur automatische Maschinensteuerungen gezeigt. Eine geeignete digitale Verarbeitungsmöglichkeit bzw. digitale Verarbeitungseinrichtung, z. B. ein Computer wie in den vorangegangenen Ausführungsformen beschrieben, die die Algorithmen der dynamischen Datenbasis der Erfindung enthält, ist bei 400 gezeigt. Die dynamische Datenbasis 400 empfängt 3-D momentane Positionsinformationen vom GPS-Empfängersystem 410. Das Sollplatzmodell 420 wird in die Datenbasis des Computers 400 auf eine beliebige geeignete Weise geladen oder gespeichert, z. B. auf einen geeigneten Diskettenspeicher. Das automatische Maschinensteuerungsmodul 470 enthält elektrohydraulische Maschinensteuerungen 472, die zum Betreiben von z. B. Lenk- und Antriebssystemen 474, 476, 478 auf der Verdichtermaschine angeschlossenen sind. Die automatischen Maschinensteuerungen 472 sind zum Empfangen von Signalen von der dynamischen Datenbasis im Computer 400 in der Lage, die den Unterschied zwischen dem Istplatzmodell 430 und dem Sollplatzmodell 420 repräsentieren, um die Lenk- und Antriebssysteme des Verdichters zu betreiben, um den Platz auf eine Weise zu überqueren, um das Istplatzmodell in Übereinstimmung mit dem Sollplatzmodell zu bringen. Wenn die automatischen Maschinensteuerung 472 die Lenk- und Antriebssysteme der Maschine betreiben, so werden die Verdichtung des Platzes und die aktuelle Position und Richtung des Verdichters durch die dynamische Datenbasis bei 400 empfangen gelesen und manipuliert, um das Istplatzmodell zu aktualisieren. Die Istplatz- Aktualisierungsinformationen werden von der Datenbasis 400 empfangen, welche entsprechend die an die Maschinensteuerungen 472 gelieferten Signale aktualisiert, und zwar zum Betrieb der Lenk- und Antriebssysteme des Verdichters, wenn er Verdichtungsdurchläufe über dem Platz vornimmt, um das Istplatzmodell in Übereinstimmung mit dem Sollplatzmodell zu bringen.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren und System angewendet werden kann, um fast jede Verdichtungsoperation zu überprüfen und zu steuern, in welcher eine Maschine über einen Arbeitsplatz bzw. Bauplatz fährt, um die Platztopographie in Echtzeit zu ver dichten. Die illustrierten Ausführungsformen sind zum besseren Verständnis der Prinzipien der Erfindung und zur detaillierten Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen.

Claims

1. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) zum Leiten der Arbeitsweise einer an einem mobilen Platz angeordneten Kompaktiermaschine (10), wobei folgendes vorgesehen ist:

(a) digitale Datenspeicher- und Entnahmemittel (126) die ein digitalisiertes Soll-Platzmodell (420) welches das Sollausmaß der Kompaktierung eines Platzes (12) repräsentiert und ein digitalisiertes Ist-Platzmodell (430) welches das Istausmaß der Kompaktierung des Platzes (12) repräsentiert speichern;

(b) Positioniermittel (120) zur Erzeugung von Digitalsignalen welche in Realzeit die augenblickliche Position im dreidimensionalen Raum von mindestens einem Teil der Kompaktiermaschine (10) beim Überqueren des Platzes (12) repräsentieren;

(c) auf-den-neuesten-Stand-Bringmittel (124) zum Empfang der Positionssignale und zum auf-den-neuesten- Stand-Bringen des zweiten oder Ist-Modells (430) entsprechend der erwähnten Positionssignale;

(d) Differenzmittel (124) zur Bestimmung und zum auf-den-neuesten-Stand-Bringen der Kompaktierungsdifferenz zwischen den Soll- und Ist-Modellen (420, 430) in Realzeit; und

(e) Leitmittel (128) um den Betrieb oder die Arbeitsweise der Kompaktiermaschine (10) entsprechend den Kompaktierdifferenz zu leiten, um das auf-den-neuesten- Stand gebrachte Istmodell (430) in Übereinstimmung mit dem Sollmodell (420) zu bringen.

2. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1, wobei die Positioniermittel (120) zur Erzeugen der dreidimensionalen Positioniersignale einen GPS-Empfänger (120) aufweisen.

3. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel (120) zur Erzeugung der dreidimensionalen Positionssignale an der Maschine (10) ausgeführt sind.

4. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leitmittel (128) zur Leitung des Betriebs der Maschine (10) eine Benutzeranzeige (22) umfassen.

5. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 4, wobei die Benutzeranzeige (22) eine Draufsicht der Platzmodelle (420, 430) aufweist und die Differenz dazwischen.

6. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 4, wobei die Benutzeranzeige (108) eine Realzeitanzeige der Position der Kompaktiermaschine (10) bezüglich der Platzmodelle (420, 430) aufweist.

7. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 4, wobei die Benutzeranzeige (22) auf der mobilen Maschine (10) ausgeführt ist.

8. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 4, wobei die Benutzeranzeige (22) von der mobilen Maschine (10) weg vorgesehen ist.

9. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1, wobei die auf-den-neuesten-Stand-Bringmittel (124) zum Empfang der Positionssignale und zum auf-den-neuesten- Stand-Bringen des Modells (430) und die Differenzmittel (50, 60) zur Bestimmung der Differenz zwischen den Soll- und Istmodellen (420, 430) auf der Maschine (10) angeordnet sind.

10. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1, wobei die auf-den-neuesten-Stand-Bringmittel (124) zum Empfang der Positionssignale und zum auf-den-neuesten- Stand-Bringen des Istmodells (430) und die Differenzmittel zur Bestimmung der Differenz (124) zwischen den Soll- und Istmodellen (420, 430) nicht auf der Maschine (10) angeordnet sind.

11. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Leitmittel (128) zum Leiten des Betriebs der Maschine (10) automatische Regelmittel (automatische Steuermittel mit geschlossener Schleife) (470) aufweisen, und zwar verbunden nur zur Betätigung eines oder mehrerer Betriebssysteme auf der Maschine (10).

12. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1, wobei die Differenzmittel (124) in Realzeit eine Bahn der Maschine (10) bezüglich des Platzes (12) zwischen Positionsablesungen bestimmen.

13. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 12, wobei die Differenzmittel (124) Mittel aufweisen zur Bestimmung einer effektiven Breite (530') eines Kompaktierteils (26, 28) der Maschine (10) die eine Größenordnung kleiner als oder gleich der Ist-Breite des Kompaktierteils ist.

14. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 13, wobei die Differenzmittel (124) Mittel (540') aufweisen zur Bestimmung der Fläche des durch den Kompaktierteil der Maschine (10) zwischen Positionsablesungen überquerten Platzes, und wobei die auf-den-neuesten-Stand- Bringmittel (538) das Ist-Platzmodell (430) auf-den- neuesten-Stand bringen, und zwar entsprechend der durch die effektive Breite des Kompaktierteils (26, 28) überquerten Fläche.

15. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 1, wobei das Soll-Platzmodell (420) ein vorbestimmtes Soll-Kompaktierausmaß des Platzes (12) relativ zu einem nicht kompaktierten Zustand aufweist, und wobei die Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) die Differenz aufweist zwischen dem Ist- Kompaktierausmaß des Platzes (12) und dem Soll- Kompaktierausmaß des Platzes (12).

16. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 15, wobei die Differenz zwischen den Soll- und Ist- Platzmodellen (420, 430) zwischen einem nicht kompaktierten Zustand des Platzes (12) und dem Soll- Kompaktierausmaß inkrementiert wird, und wobei ferner die Differenzmittel (124) zur Bestimmung der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) Mittel (554, 556, 578) aufweisen zum Detektieren der Hinzufügung von nicht kompaktiertem Material zu dem Platz (12) und zum Dekrementieren (560) der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) auf den nicht kompaktierten Zustand wo nicht kompaktiertes Material detektiert ist.

17. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 15, wobei das Sollausmaß der Kompaktierung eine Funktion von einem oder mehreren Kompaktierdurchgängen durch die Maschine (10) über den Platz (12) ist, und wobei die Differenzmittel (124) zur Bestimmung der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) Mittel aufweisen, um die Anzahl der Kompaktierdurchgänge (562-590) durch die Maschine (10) über den Platz (12) zu bestimmen.

18. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach Anspruch 15, wobei das Sollausmaß der Kompaktierung eine Funktion einer Änderung der Höhe des Platzes (12) ist, und wobei die Differenzmittel (124) zur Bestimmung der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) Mittel (550-560) aufweisen zur Bestimmung der Höhenänderung des Platzes (12).

19. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Maschine (10) eine Landfüll-Kompaktiervorrichtung aufweisen bzw. sind.

20. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Maschine (10) eine Asphalt- Aufbringungsmaschine ist bzw. aufweist.

21. Vorrichtung (120, 124, 126, 128) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Maschine (10) eine Erd- Kompaktiermaschine ist bzw. aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei dynamische Datenbasismittel (124), die auf-den-neuesten-Stand- Bringmittel und die Differenzmittel aufweisen, und wobei die dynamischen Datenbasismittel (124) die Position der Maschine (10) relativ zum Platz (12) in Realzeit überwachen und das zweite bzw. Ist-Platzmodell (430) in Realzeit auf den neuesten Stand bringen, und zwar ansprechend auf die überwachte Position der Maschine (10) wenn sie den Platz (12) überquert, und wobei die dynamischen Datenbasismittel (120) ferner Signale erzeugen, welche die auf den neuesten Stand gebrachte Realzeitdifferenz repräsentieren, und zwar im Ausmaß der Kompaktierung zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) um die Arbeitsweise bzw. den Betrieb der Maschine (10) zu leiten, um das zweite bzw. Ist-Platzmodell (430) in Übereinstimmung mit dem Soll-Platzmodell (420) zu bringen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Positioniermittel (120) auf der Maschine (10) in einer bekannten Position bezüglich eines Teils der Maschine (10) in Kontakt mit der Platzoberfläche (12) angebracht sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Positioniermittel (18, 18a) an ersten und zweiten beabstandeten Stellen an der Maschine (10) angebracht sind, und wobei die Positioniermittel (18a) an der zweiten Stelle ein Richtungsbezug bezüglich der Positioniermittel an der ersten Stelle (18) vorsehen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei die Differenzmittel (102) in der Realzeit eine Bahn oder einen Pfad der Maschine (10) bezüglich des Platzes (12) zwischen Positionsablesungen bestimmen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Maschine (10) zwei beabstandete Kompaktierräder (26, 28) mit Platz kontaktierenden "Fußabdrücken" aufweist, und zwar mit einer bekannten festen Position relativ zu den Positioniermitteln (18, 18a), und wobei die Differenzmittel (124) in Realzeit die Bahn der Fußabdrücke bezüglich des Platzes (12) zwischen Positionsablesungen bestimmen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Maschine (10) ein Kompaktierteil (26, 28) mit kontinuierlicher Breite aufweist, und wobei die dynamischen Datenbasismittel (400) Mittel (530') aufweisen zur Bestimmung einer effektiven Breite für den Kompaktierteil (26, 28) der eine Größenordnung kleiner ist als oder gleich ist zur Ist- Breite des Kompaktierteils.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Differenzmittel (102) einen Bresenham-Algorithmus aufweisen zur Bestimmung einer Linienbahn der Mitte des Kompaktierteils (26, 28) zwischen Positionsablesungen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Differenzmittel (102) einen Polygon-Einfüll-Algorithmus (540') aufweisen zur Bestimmung der durch die effektive Breite des Kompaktierteils (26, 28) der Maschine (10) zwischen Positionsablesungen überquerten Bahn.

30. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die auf die neuesten-Stand-Bringmittel zum auf-den-neuesten-Stand Bringen des Ist-Platzmodells (430) entsprechend der Fläche (538) des durch ein Kompaktierteil (26, 28) der Maschine (10) überquerten Platzes vorgesehen sind.

31. Verfahren zum Leiten der Arbeitsweise einer mobilen Kompaktiermaschine (10) auf einen Platz, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

(a) Erzeugen und Speichern in Digitaldatenspeicher- und Entnahmemitteln (126) sowohl ein Soll-Platzmodell (420) welches das Sollausmaß der Kompaktierung des Platzes (12) und eines Ist-Platzmodells (430) welches das Ist-Ausmaß der Kompaktierung des Platzes (12) repräsentiert;

(b) Erzeugen von Signalen (120), die in Realzeit die augenblickliche Position im dreidimensionalen Raum von mindestens einem Teil der Kompaktiermaschine (10) repräsentieren, wenn diese den Platz (12) überquert;

(c) auf-den-neuesten-Stand-Bringen des Istmodells (430) entsprechend den erwähnten dreidimensionalen Positionssignalen

(d) Bestimmung und auf-den-neuesten-Stand-Bringen der Kompaktierdifferenz (124) zwischen den Soll- und Ist- Platzmodellen; und

(e) Leiten des Betriebs oder der Arbeitsweise (128) der Kompaktiermaschine (10) entsprechend der Kompaktierdifferenz um das auf-den-neuesten-Stand gebrachte Ist- Platzmodell (430) in Übereinstimmung mit dem Soll- Platzmodell (420) zu bringen.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die dreidimensionalen Positionssignale durch einen GPS-Empfänger (120) geliefert werden.

33. Verfahren nach Ansprüch 31, wobei die dreidimensionalen Positionssignale durch Mittel (50) getragen auf der Maschine (10) erzeugt werden.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt des Leitens des Betriebs der Maschine (10) entsprechend der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) das Vorsehen einer Benutzeranzeige (22) vorsehen, und zwar von der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430).

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei ferner der Schritt des Anzeigens der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) in einer Draufsicht (70) vorgesehen ist.

36. Verfahren nach Anspruch 34, wobei ferner der Schritt der Anzeige einer Realzeitposition der Maschine (10) relativ zu den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) vorgesehen ist.

37. Verfahren nach Anspruch 34, wobei ferner der Schritt des Vorsehens der Benutzeranzeige (108) auf der Maschine (10) vorgesehen ist.

38. Verfahren nach Anspruch 34, wobei ferner der Schritt des Vorsehens der Benutzeranzeige (22) an einer von der Maschine (10) unterschiedlichen Stelle vorgesehen ist.

39. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Schritte des auf-den-neuesten-Stand-Bringens des Istmodells (430) und des Bestimmens der Differenz zwischen den Soll- und Istmodellen (420, 430) durch Mittel (124) auf der Maschine (10) ausgeführt werden.

40. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Schritte des auf-den-neuesten-Stand-Bringens des Istmodells (430) und des Bestimmens der Differenz zwischen den Soll- und Istmodellen (420, 430) durch Mittel (124) ausgeführt werden, die nicht auf der Maschine (sondern an einer anderen Stelle) vorgesehen sind.

41. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des Leitens des Betriebs der Maschine (10) entsprechend der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) den Schritt des Lieferns eines Signals an automatische Steuermittel auf der Maschine aufweist, und zwar zur Steuerung des Betriebs eines Maschinensystems (470) um das Ist-Platzmodell (430) in Konformität oder Übereinstimmung mit dem Soll-Platzmodell (420) zu bringen.

42. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Soll- Platzmodell (420) ein vorbestimmtes Soll- Kompaktierungsausmaß des Platzes relativ zu einem nicht kompaktierten Zustand aufweist, und wobei die Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) als die Differenz bestimmt wird zwischen dem Ist- Kompaktierausmaß des Platzes und dem Soll- Kompaktierausmaß des Platzes (12).

43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) zwischen einem nicht kompaktierten Zustand des Platzes und dem gewünschten Kompaktierausmaß inkrementiert wird, und wobei der Schritt des Bestimmens der Differenz zwischen den Soll- und Ist-Platzmodellen (420, 430) den Schritt (554, 556) des Bestimmens der Zugabe von nicht kompaktiertem Material zu dem Platz umfaßt und das Dekrementieren der Differenz zwischen den Soll- und Ist- Platzmodellen (420, 430) zu dem nicht kompaktierten Zustand wo das nicht kompaktierte Material detektiert wird.

44. Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Soll- Kompaktierausmaß bestimmt wird als eine Funktion der Anzahl von Kompaktierdurchgängen (552-590) durch die Maschine (10) über den Platz (12).

45. Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Soll- Kompaktierausmaß bestimmt wird als eine Funktion der Änderung der Höhe (550-560) des Platzes (12).

46. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des auf-den-neuesten-Stand-Bringens des Istmodells (430) entsprechend der Position der Maschine (10) den Schritt des Bestimmens in Realzeit einer Bahn der Maschine (10) umfaßt, und zwar relativ zum Platz (12) zwischen Positionsablesungen.

47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei die Kompaktiermaschine (10) zwei beabstandete Kompaktierräder (26, 28) aufweist mit platzkontaktierenden Fußabdrücken, und wobei der Schritt des Bestimmens der Bahn der Maschine (10) in Realzeit den Schritt des Bestimmens der Bahn der beabstandeten Fußabdrücke zwischen Positionsablesungen in Realzeit umfaßt.

48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei der Schritt (40) der Bestimmung der Bahn der Fußabdrücke zwischen Positionsablesungen in Realzeit den Schritt des Verfolgens (514-591) einer Linienbahn der Mitten (540') der Fußabdrücke zwischen Positionsablesungen umfaßt.

49. Verfahren nach Anspruch 46, wobei ferner der Schritt des Bestimmens einer effektiven Breite (530) für ein Kompaktierteil der Maschine (10) vorgesehen ist, der eine Größenordnung kleiner ist als oder gleich ist der Ist-Breite des Kompaktierteils.

50. Verfahren nach Anspruch 49, wobei ferner der Schritt (540'-548') des Bestimmens der Fläche des durch den Kompaktierteil der Maschine (10) zwischen Positionsablesungen überquerten Fläche des Platzes vorgesehen ist und das auf-den-neuesten-Stand-Bringen des Ist- Platzmodells (430) entsprechend der Fläche des Platzes die durch die effektive Breite des Kompaktierteils (28) überquert ist.

51. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt (60) des Leitens des Betriebs der Maschine (10) für eine Landfüll-Kompaktierung vorgesehen ist.

52. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt des Leitens (128) des Betriebs der Maschine (10) für einen Erd-Kompaktiervorgang vorgesehen ist.

53. Verfahren nach Anspruch 31, zu Bestimmung einer Bahn einer mobilen Kompaktiermaschine (10) über einen Arbeitsplatz (12) in Realzeit, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Vorsehen des Modells (104) des Platzes (12) unterteilt in eine kontinuierliche Matrix von Einheitsflächen (71);

Ausstatten der mobilen Maschine (10) mit Mitteln zur Bestimmung einer Position (100) in dem dreidimensionalen Raum von mindestens einem Teil der Maschine (10) wenn diese den Platz (12) überquert;

Verfolgen der Position (100) der Maschine während sie den Platz (12) überquert, und zwar als eine Reihe von Koordinatenpunkten auf dem Platzmodell (104);

Bestimmen der Breite eines Kompaktierteils (26, 28) der Maschine (10) als eine Funktion der Einheitsflächen (71) des Platzmodells (104); und

Bestimmung einer Bahn der Maschine relativ zum Platz in Realzeit unter Berücksichtigung der Einheitsflächen (71) des Platzmodells überquert durch den Kompaktierteil der Maschine (10) zwischen Koordinatenpunkten.

54. Verfahren nach Anspruch 53, wobei die Kompaktiermaschine (10) zwei beabstandete Kompaktierräder (26, 28) aufweist mit platzkontaktierenden Fußabdrücken, und wobei der Schritt des Bestimmens der Bahn der Maschine (10) in der Realzeit den Schritt des Bestimmens der Bahn der beabstandeten Fußabdrücke zwischen Positionsablesungen umfaßt.

55. Verfahren nach Anspruch 53, wobei der Schritt der Bestimmung der Realzeit-Bahn des Kompaktierteils zwischen Positionsablesungen den Schritt des Verfolgens (514, 591) einer Linienbahn der Mitte (540) des Kompaktierteils zwischen Positionsablesungen umfaßt.

56. Verfahren nach Anspruch 53, wobei die Breite (530) des Kompaktierteils der Maschine (10) als eine effektive Breite bestimmt ist, die kleiner ist als oder gleich der Ist-Breite des Kompaktierteils, und wobei die Bahn der Maschine (10) über den Platz (12) repräsentiert auf dem Platzmodell bestimmt wird durch die Bahn der effektiven Breite des Kompaktierteils.

57. Verfahren nach Anspruch 56, wobei die effektive Breite bestimmt wird durch die Anordnung jedes effektiven Endes des Kompaktierteils der Maschine (10) von jedem Ist-Ende eines Abstands entsprechend einem Bruchteil der Breite einer Einheitsfläche auf dem Platzmodell (12).

58. Verfahren nach Anspruch 56, wobei der Kompaktierteil (26, 28) der Maschine (10) eine Vielzahl von Kompaktierteilen aufweist.

59. Verfahren nach Anspruch 53, wobei ferner der Schritt des auf-den-neuesten-Stand-Bringens des Kompaktierausmaßes vorgesehen ist, und zwar von jeder Einheitsfläche des Platzmodells (106) über den das Überqueren durch den Kompaktierteil (26, 28) bestimmt ist.