ES2331948T3

ES2331948T3 - Sistema y procedimiento de adquisicion de datos y control de excavadora.

Info

Publication number: ES2331948T3
Application number: ES02021968T
Authority: ES
Inventors: Greg Stump
Original assignee: Vermeer Manufacturing Co
Current assignee: Vermeer Manufacturing Co
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: US6701647B2; CN1067455C; ATE228620T1; ATE440297T1; EP1281816B1; RU2158952C2; DE69638005D1; DE69625058D1; EP1281816A2; US5659985A; AU6387796A; US6119376A; US5553407A; EP0830522B1; EP1281816A3; US5704142A; US20030074812A1; US6195922B1; JP2000500195A; EP2128655A3

Abstract

Un sistema para cartografiar un útil subterráneo, que comprende: una unidad (256) de adquisición de datos geofísicos que genera datos de detección representativos de un útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra; una unidad (254) de posicionamiento geográfico que genera datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica de la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos a medida que la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos se mueve a lo largo de una ruta predeterminada; caracterizado por una memoria (272, 274, 278, 280) para almacenar los datos de posicionamiento geográfico y los datos de detección adquiridos por la unidad (254) de posicionamiento geográfico y la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos, respectivamente; y un procesador (264, 252), acoplado a la memoria (278/280), que asocia los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos de cartografía representativos de una cartografía del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

Description

Sistema y procedimiento de adquisición de datos y control de excavadora.

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al campo de la excavación y, más en particular, a un sistema y un procedimiento para adquirir datos geológicos y posicionales, y para controlar una excavadora en respuesta a los datos adquiridos.

Antecedentes de la invención

Se han desarrollado varios tipos de excavadoras para excavar una ruta o un sitio predeterminado según una forma particular de excavación. Un tipo particular de excavadora, al que a menudo se hace referencia como zanjadora de orugas, se utiliza normalmente cuando se excavan zanjas continuas largas para instalar y posteriormente enterrar diversos tipos de tuberías y conductos de servicio público. Un contratista o promotor inmobiliario puede desear excavar varios kilómetros o incluso cientos de kilómetros de terreno que tenga tipos variables de geología de subsuperficie desconocida.

Generalmente, un contratista de este tipo realizará un estudio limitado de un sitio predeterminado de excavación para evaluar la naturaleza del terreno y el tamaño o la longitud del terreno que va a excavarse. Pueden analizarse una o más muestras de perforación a lo largo de una ruta predeterminada de excavación para evaluar mejor el tipo de suelo que va a excavarse. Basándose en diversos tipos de información cualitativa y cuantitativa, un contratista preparará generalmente un presupuesto del coste que prevea los recursos financieros necesarios para completar el proyecto de excavación. A menudo un contratista de este tipo presenta una oferta del coste fija cuando se oferta un contrato de excavación.

Puede apreciarse que una información de estudio insuficiente, poco precisa o engañosa puede tener un impacto importante en la precisión de un presupuesto u oferta asociada con un proyecto de excavación particular. Por ejemplo, un estudio inicial puede sugerir que la geología de la subsuperficie para toda o la mayor parte de una ruta predeterminada de excavación esté constituida en su mayor parte por arena o grava suelta. Por consiguiente, el presupuesto y la oferta del contratista reflejarán los costes asociados con la excavación de un suelo de subsuperficie relativamente blando. Sin embargo, durante la excavación puede determinarse en su lugar que una parte significativa de la ruta predeterminada de excavación está constituida por suelo relativamente duro, tal como granito, por ejemplo. Los costes adicionales asociados con excavar el suelo duro no detectado los asume normalmente el contratista. En la industria de la excavación se aprecia generalmente que tales costes no previstos pueden comprometer la viabilidad financiera del negocio de un contratista.

Se han desarrollado diversos procedimientos para analizar la geología de subsuperficie con el fin de establecer el tipo, la naturaleza y los atributos estructurales del terreno subyacente, véase por ejemplo el documento US-4 727 329. El radar de penetración terrestre y la termografía infrarroja son ejemplos de dos procedimientos generalizados para detectar variaciones en la geología de subsuperficie. Sin embargo, estas y otras herramientas de análisis de formación de imágenes no destructivas padecen una serie de deficiencias que actualmente limitan su utilidad cuando se excavan zanjas largas, continuas o cuando se excavan sitios relativamente grandes. Además, las herramientas de análisis de subsuperficie convencionales normalmente sólo proporcionan una imagen de la geología de una subsuperficie particular, y no proporcionan información respecto a los atributos estructurales o mecánicos del terreno subyacente que es crítico cuando se intenta determinar las características del suelo que va a excavarse.

Existe una necesidad entre los promotores y contratistas que utilizan maquinaria de excavación de minimizar la dificultad de determinar las características de la geología de subsuperficie en un sitio predeterminado de excavación. Existe una necesidad adicional de aumentar la eficacia de producción de una excavadora caracterizando de manera precisa tal geología de subsuperficie. La presente invención satisface estas y otras necesidades.

Sumario de la invención

La presente invención es un sistema y procedimiento de adquisición de datos y control de excavadora para caracterizar la geología de subsuperficie de un sitio de excavación, y para utilizar los datos adquiridos para optimizar el rendimiento de producción de una excavadora. Se emplean un sistema de formación de imágenes geológicas y un sistema de posicionamiento geográfico para estudiar inicialmente una ruta o un sitio predeterminado de excavación. También puede emplearse una unidad de caracterización geológica para mejorar los datos de formación de imágenes geológicas. Los datos adquiridos se procesan para proporcionar datos geológicos y de posición detallados para el sitio de excavación y se utilizan por una unidad de control principal para optimizar el rendimiento de producción de la excavadora. En una realización, la unidad de control principal accede a una base de datos de filtros geológicos que incluye datos de perfiles geológicos para numerosos tipos de geología, cuando se analiza una geología de subsuperficie desconocida. La eliminación del contenido de datos de filtros geológicos correspondiente a la geología conocida de los datos de formación de imágenes geológicas adquiridos proporciona un reconocimiento inmediato de objetos de subsuperficie sospechosos y desconocidos. El sistema de formación de imágenes geológicas incluye preferiblemente un sistema de radar de penetración terrestre que tiene una pluralidad de antenas orientadas en una relación ortogonal para proporcionar una formación de imágenes tridimensionales de la geología de subsuperficie. Se emplea un software de correlación para correlacionar los datos de imágenes geológicas adquiridos con los datos de rendimiento de producción de la excavadora históricos para caracterizar la mecánica estructural de la geología de subsuperficie. El sistema de posicionamiento geográfico proporciona una cartografía geográfica precisa de un sitio de excavación e incluye preferiblemente un transpondedor móvil montado en una excavadora y una pluralidad de transpondedores terrestres. En una realización, se utilizan señales transmitidas por uno o más satélites de sistema de posicionamiento global (GPS) junto con señales de referencia producidas por una pluralidad de transpondedores terrestres.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista lateral de una realización de una excavadora, denominada zanjadora de orugas, que incluye un accesorio para zanjas de cadena de abrezanjas;

la figura 2 es un diagrama de bloques de sistema generalizado de una realización de zanjadora de orugas de una excavadora;

la figura 3 es una ilustración de una interfaz de usuario principal para controlar una excavadora zanjadora de orugas, para visualizar datos geológicos y de posición adquiridos, y para interconectar con diversos componentes electrónicos y electromecánicos de la excavadora;

la figura 4 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de control principal (MCU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;

la figura 5 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de adquisición de datos geológicos (GDAU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;

la figura 6 es un gráfico de señales electromagnéticas de fuente relejadas recibidas por un sistema de radar de penetración terrestre que usa un sistema de antenas de eje único convencional;

la figura 7 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de posicionamiento geográfico (GPU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;

la figura 8 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de control de excavadora (ECU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;

la figura 9 es un diagrama de bloques de diversas bases de datos y software a los que accede y procesados por la unidad de control principal (MCU);

la figura 10 es una ilustración de un sitio predeterminado de excavación que tiene una geología de subsuperficie heterogénea;

la figura 11 es una ilustración de un perfil de estudio en forma de diagrama obtenido para una ruta predeterminada de excavación usando una unidad de adquisición de datos geológicos (GDAU) y una unidad de posicionamiento geológico (GPU) novedosas;

la figura 12 es una ilustración de un perfil de producción de excavación estimado en forma de diagrama correspondiente al diagrama de perfil de estudio de la figura 11;

la figura 13 es una ilustración de un sitio predeterminado de excavación que tiene una geología de subsuperficie heterogénea y un objeto enterrado desconocido;

la figura 14 es una ilustración de un sistema de antenas de eje único convencional usado normalmente con un sistema de radar de penetración terrestre para proporcionar una formación de imágenes geológicas de subsuperficie bidimensionales;

la figura 15 es una ilustración de un sistema de antenas novedoso que incluye una pluralidad de antenas orientadas en una relación ortogonal para su uso con un sistema de radar de penetración terrestre para proporcionar una formación de imágenes geológicas de subsuperficie tridimensionales;

la figura 16 es una ilustración de una red parcial de las calles de una ciudad y de una excavadora equipada con un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora empleado para cartografiar de manera precisa un sitio predeterminado de excavación; y

las figuras 17 a 20 ilustran en forma de diagrama de flujo etapas de procedimiento generalizadas para llevar a cabo un procedimiento novedoso de adquisición de datos y control de excavadora.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El sistema y procedimiento novedosos de adquisición de datos y control de excavadora proporcionan una mejora sustancial en la eficacia de excavación y estimación del coste del proyecto mediante la adquisición y el procesamiento de información geológica, geofísica y de posición geográfica para un sitio de excavación particular. La operación de una excavadora se optimiza preferiblemente modificando parámetros de operación de excavadora basándose en datos de estudio adquiridos y órdenes de entrada recibidas desde un operario de la excavadora. La precisión de estimar los recursos y costes asociados con excavar un sitio de excavación particular se aumenta significativamente proporcionando un análisis computacional de los datos de estudio adquiridos antes de iniciar la excavación del sitio, reduciendo así sustancialmente el riesgo de un contratista de equivocarse en los costes asociados con un proyecto de excavación particular debido a una falta de información precisa y detallada respecto a la geología del sitio de excavación en cuestión.

Las ventajas y características de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora se tratarán en general con referencia a un tipo particular de excavadora, denominado zanjadora de orugas. Sin embargo debe entenderse que una zanjadora de orugas representa sólo una de muchas realizaciones de una excavadora que puede equiparse con un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora tal como se describe a continuación en el presente documento. Como tales, las ventajas y características del sistema y procedimiento novedosos dados a conocer no están limitadas a su aplicación en conexión con una zanjadora de orugas.

Con referencia ahora a las figuras, y más en particular a la figura 1, se muestra una ilustración de una realización de una excavadora adecuada para incorporar un sistema novedoso de adquisición de datos y control. Una excavadora zanjadora de orugas, mostrada en las figuras 1 y 2, incluye normalmente un motor 36 acoplado a un accionamiento 32 de oruga derecha y un accionamiento 34 de oruga izquierda que juntos comprenden la parte 45 de tractor de la zanjadora 30 de orugas. Un accesorio 46 de excavación, acoplado habitualmente a la parte anterior de la parte 45 de tractor, realiza normalmente un tipo específico de operación de excavación.

A menudo se emplea una cadena 50 de abrezanjas, u otro accesorio de excavación, para cavar zanjas de ancho y profundidad variables a una velocidad considerable. La cadena 50 de abrezanjas permanece generalmente por encima de la tierra en una configuración 56 de transporte cuando se hacen maniobras con la zanjadora 30 alrededor de un sitio de excavación. Durante la excavación, se desciende la cadena 50 de abrezanjas, penetra en la tierra y excava una zanja a la velocidad y profundidad deseadas mientras está en una configuración 58 para zanjas. Otro accesorio para zanjas generalizado, denominado en la técnica rueda para rocas, puede controlarse de una manera similar a la de la cadena 50 de abrezanjas. Una zanjadora 30 de orugas es adecuada para excavar de manera eficaz una zanja a lo largo de una ruta predeterminada de excavación para instalar diversos tipos de tuberías y conductos de servicio
público.

En la figura 3 se ilustra una interfaz 101 de usuario principal de una zanjadora 30 de orugas. La propulsión y dirección de una zanjadora 30 de orugas cuando se opera en un modo de transporte se controla generalmente manipulando las palancas 64 y 66 de oruga izquierda y derecha que respectivamente controlan la acción de los accionamiento 34 y 32 de oruga izquierda y derecha. El movimiento de la palanca 66 de oruga derecha hacia delante provoca por ejemplo generalmente que el accionamiento 32 de oruga derecha opere en una dirección hacia delante y, en función de la velocidad relativa del accionamiento 34 de oruga izquierda, dirige la zanjadora 30 de orugas para que se mueva en una dirección o bien a la izquierda o bien a la derecha. La inversión del accionamiento 32 de oruga derecha se consigue generalmente tirando de la palanca 66 de oruga derecha hacia atrás, provocando así que el accionamiento 32 de oruga derecha opere en una dirección inversa. La propulsión del accionamiento 34 de oruga izquierda se consigue sustancialmente de la misma manera que la descrita previamente respecto al accionamiento 32 de oruga derecha. Por tanto, tanto la propulsión como la dirección se controlan generalmente mediante las palancas 64 y 66 de oruga de una zanjadora 30 de orugas. Como alternativa, la interfaz 101 de usuario principal puede estar configurada para proporcionar una dirección y propulsión independientes de los accionamientos 34 y 32 de oruga izquierda y derecha, respectivamente.

A menudo es deseable mantener el motor 36 a un nivel de potencia constante, óptimo durante la excavación lo que, a su vez, permite que el accesorio 46 opere a un nivel de potencia de excavación óptimo. Un panel de control de la técnica anterior incluye normalmente una pluralidad de controles y conmutadores, que incluyen un conmutador de gama de velocidades, botón de RPM, botón de regulación de dirección y botón de regulación de impulso, cada uno de los cuales deben ajustarse normalmente durante la operación de zanjado normal para mantener el motor al nivel deseado de potencia del motor cuando se encuentre con la carga del accesorio 46 variable, y para dirigir la zanjadora 30 de orugas en una dirección deseada. Adicionalmente, un par de potenciómetros de bomba derecho e izquierdo requieren normalmente un ajuste y reajuste para equilibrar las características operacionales de las bombas 38 y 40 izquierda y derecha.

Una desventaja significativa de un panel de control de zanjadora de orugas convencional se refiere al requisito de que el operario debe reaccionar generalmente de forma rápida a cambios en la carga del motor 36, normalmente determinando en primer lugar el conmutador apropiado que debe ajustar entonces el grado de ajuste del conmutador. Normalmente se realizan modificaciones de propulsión secundarias ajustando el botón de regulación de impulso. Generalmente se efectúan cambios moderados del nivel de propulsión de la zanjadora 30 de orugas ajustando el botón de RPM. Normalmente se consigue una modificación principal del nivel de propulsión de la zanjadora 30 de orugas conmutando el conmutador de gama de velocidades desde un ajuste elevado hasta un ajuste o bien medio o bien bajo, y de nuevo ajustando el botón de regulación de impulso y el botón de RPM para evitar que se pare el motor 36.

El sistema y procedimiento novedosos de adquisición de datos y control obvian el requisito de ajuste y reajuste manual continuo de una pluralidad de conmutadores, botones y palancas de control. En su lugar, se emplea una unidad de control de excavación (ECU) inteligente para monitorizar de manera continua una red de sensores que transducen diversas funciones de la excavadora en señales eléctricas, y procesa estas y otras señales eléctricas para optimizar la dirección y el rendimiento de excavación de la excavadora, con sólo una intervención mínima de un operario de la excavadora. Una interfaz de usuario mejorada comunica información pertinente de rendimiento de la excavadora así como datos geológicos y de posición geográfica, a un operario preferiblemente a través de una pantalla, tal como una pantalla de cristal líquido o una pantalla de tubo de rayos catódicos, por ejemplo. Se proporcionan un teclado y otras palancas y conmutadores en la interfaz de usuario para comunicar con el sistema de adquisición de datos y control y controlar la operación de la excavadora.

Sistema de adquisición de datos y control

Pasando ahora a la figura 4, se ilustra un sistema novedoso de adquisición de datos y control mostrado en forma de diagrama de bloques de sistema. En términos amplios y generales, el sistema mostrado en la figura 4 mejora de manera significativa la operación de una excavadora mediante la adquisición de información geológica, geofísica y de posición respecto a un sitio de excavación particular, y empleando esta información para mejorar la eficacia de excavación. La adquisición de datos de sitio de excavación pertinentes de este tipo reduce sustancialmente el riesgo implicado en la estimación del coste y la planificación de un proyecto particular de excavación. La adquisición en tiempo real de datos de posición geográfica proporciona una cartografía de precisión de una zona excavada para identificar de manera precisa la ubicación y profundidad, por ejemplo, de tuberías enterradas y conductos de servicio público instalados en el sitio de excavación. Estas y otras ventajas y características significativas se proporcionan por el sistema y procedimiento novedosos de adquisición de datos y control de excavadora tal como se trata con más detalle a continuación en el presente documento.

Con referencia a la figura 4 con más detalle, el componente de procesamiento primario del sistema novedoso de adquisición de datos y control es una unidad 250 de control principal (MCU), que preferiblemente incluye una unidad 264 de procesamiento central (CPU), una memoria 266 de acceso aleatorio (RAM) y una memoria 286 no volátil, tal como una memoria de sólo lectura programable, eléctricamente borrable (EEPROM). La MCU 250 incluye preferiblemente puertos de entrada y de salida apropiados para comunicar con una serie de otros subsistemas que adquieren diversos tipos de datos, procesan tales datos e interconectan con el sistema de control de una excavadora para moderar y optimizar el procedimiento de excavación. Una interfaz 101 de usuario principal (MUI) está situada preferiblemente en la proximidad de un asiento de operario montado en la excavadora, y proporciona un medio para comunicar con la unidad 250 de control principal. Una unidad 255 de control de excavadora (ECU) comunica con la unidad 250 de control principal y es sensible a entradas por parte del operario recibidas desde la interfaz 101 de usuario principal para controlar de manera conjunta la operación de la excavadora. Un controlador 182 informático o programable está incorporado preferiblemente como un componente de la unidad 255 de control de excavadora para controlar y moderar la función de la excavadora.

El movimiento y la dirección de una excavadora se monitorizan preferiblemente y, si se desea, se moderan mediante una unidad 254 de posicionamiento geográfico (GPU). La unidad 254 de posicionamiento geográfico incluye preferiblemente un transpondedor móvil montado en la excavadora y uno o más transpondedores de referencia. Las señales de referencia de posición producidas por los transpondedores de referencia se procesan mediante una CPU 270 de la unidad 254 de posicionamiento geográfico para obtener datos de posición geográfica tales como datos de latitud, longitud y elevación, y datos de desplazamiento a partir de una o más ubicaciones de referencia, por ejemplo.

Un componente importante del sistema novedoso de adquisición de datos y control se refiere a una unidad 256 de adquisición de datos geofísicos (GDAU) que adquiere diversos tipos de datos geológicos y geofísicos para un sitio particular de excavación. En una realización, que no es parte de la invención, la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos puede estar desacoplada de la unidad 250 de control principal para proporcionar un estudio inicial de un sitio predeterminado de excavación. Después de realizar el estudio inicial, los datos adquiridos mediante la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos se descargan preferiblemente en la RAM 266 o EEPROM 268 de la unidad 250 de control principal. Como alternativa, la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos está acoplada preferiblemente a la excavadora y directamente a la unidad 250 de control principal para proporcionar la adquisición en tiempo real de datos geológicos, geofísicos y de posición durante la excavación. En otra realización más, el estudio inicial de un sitio de excavación provee la adquisición de datos geológicos, geofísicos y de posición pertinentes que se descargan en la unidad 250 de control principal tras finalizar el estudio inicial. Una unidad 256 de adquisición de datos geofísicos a bordo, que preferiblemente incluye los componentes usados en el estudio inicial, proporciona la adquisición de datos en tiempo real que puede usarse en conjunción con los datos adquiridos a partir del estudio inicial para optimizar el rendimiento de producción de la excavadora. La unidad 256 de adquisición de datos geofísicos incluye preferiblemente una CPU 276, una RAM 27 y una EEPROM 280.

Entre los diversos tipos de datos adquiridos por la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos, los datos referentes a la geología específica en el sitio de excavación, además de las características físicas de tal geología, son de particular importancia cuando se optimiza el rendimiento de producción de una excavadora, y cuando se estima el coste y la asignación de recursos de un proyecto particular de excavación. Una unidad 258 de formación de imágenes geológicas (GIU) está acoplada preferiblemente a la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos para proporcionar información referente a la geología particular asociada con un sitio de excavación. Preferiblemente se determinan diversas características geofísicas asociadas con una geología particular en el sitio de excavación mediante una unidad 260 de caracterización geofísica (GCU). Una interfaz 262 de usuario auxiliar (AUI) está acoplada preferiblemente a la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos para proporcionar una visualización local de imágenes y datos adquiridos, y para proporcionar un medio para que un operario comunique con la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos. La interfaz 262 de usuario auxiliar es particularmente útil en relación con una realización en la que la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos está desacoplada de la unidad 250 de control principal para realizar un estudio inicial de un sitio de excavación. Se observa que líneas de comunicación RS-232 proporcionan un ancho de banda suficiente para efectuar la comunicación entre las unidades y los instrumentos electrónicos del sistema novedoso de adquisición de datos y control.

Unidad de adquisición de datos geofísicos (GDAU)

Como se muestra en la figura 5, la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos incluye preferiblemente una unidad 258 de formación de imágenes geológicas y una unidad 260 de caracterización geofísica. La unidad 260 de caracterización geofísica incluye preferiblemente una serie de instrumentos geofísicos que proporcionan una caracterización física de la geología para un sitio particular de excavación. Un módulo 286 de cartografía sísmica incluye un dispositivo electrónico que está constituido por múltiples sensores de presión geofísicos. Una red de estos sensores está dispuesta en una orientación específica respecto a la excavadora, y están situados para establecer un contacto directo con la tierra. La red de sensores mide ondas de presión terrestre producidas por debajo de la excavadora y en las paredes de la zanja producida por la excavadora. El análisis de las ondas de presión terrestre recibidas por la red de sensores proporciona una base para determinar las características físicas de la subsuperficie en el sitio de excavación. Estos datos se procesan preferiblemente mediante la CPU 276 de la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos o, como alternativa, mediante la CPU 264 de la unidad 250 de control principal.

Puede emplearse un aparato 288 de prueba de carga puntual para determinar las características geofísicas de la subsuperficie en el sitio de excavación. El aparato 288 de prueba de carga puntual emplea preferiblemente una pluralidad de barrenas cónicas para los puntos de carga que, a su vez, se ponen en contacto con la tierra para someter a prueba el grado hasta el cual una subsuperficie particular puede resistir un nivel calibrado de carga. Los datos adquiridos mediante el aparato 288 de prueba de carga puntual proporcionan información correspondiente a la mecánica geofísica del suelo sometido a prueba. Estos datos también pueden transmitirse a la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos para su almacenamiento en la RAM 278 o EEPROM 280.

La unidad 260 de caracterización geofísica incluye preferiblemente un martillo 290 de Schmidt, que es un instrumento geofísico que mide las características de dureza de rebote de una geología de subsuperficie de la que se toma una muestra. También pueden emplearse otros instrumentos geofísicos para medir las características de absorción de energía relativa de una masa de roca, abrasividad, volumen de roca, calidad de roca, y otras características físicas que en conjunto proporcionan información respecto a la dificultad relativa asociada con la excavación de una geología dada. Los datos adquiridos por el martillo 290 de Schmidt también se almacenan preferiblemente en la RAM 278 o EEPROM 280 de la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos.

La unidad 258 de formación de imágenes geológicas incluye preferiblemente un sistema 282 de radar de penetración terrestre (GPRadar) y un sistema 284 de antenas. El sistema 282 de GPRadar actúa conjuntamente con el sistema 284 de antenas para transmitir señales electromagnéticas de fuente a la subsuperficie de un sitio de excavación. Las señales electromagnéticas de fuente penetran en la subsuperficie y reflejan de vuelta al sistema 284 de antenas. Las señales electromagnéticas de fuente reflejadas recibidas por el sistema 284 de antenas se amplifican y acondicionan por el sistema 282 de GPRadar. En una realización, preferiblemente se digitalizan y cuantifican las señales electromagnéticas de fuente reflejadas analógicas procesadas por el sistema 282 de GPRadar mediante un cuantificador 281. En otra realización, un sistema 282 de GPRadar digitalizador realiza una conversión analógico-digital de las señales electromagnéticas de fuente reflejadas. Los datos de radar digitalizados adquiridos por la unidad 258 de formación de imágenes geológicas se almacenan preferiblemente en la memoria RAM 278 o EEPROM 280 no volátil en la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos.

Con referencia ahora a la figura 6, se ilustra una ilustración visual de datos típicos de formación de imágenes geológicas adquiridos a partir de un sistema 282 de GPRadar empleando un sistema 284 de antenas de eje único convencional. En la figura 6, se representan gráficamente los datos de sistema 282 de GPRadar adquiridos en un sitio de prueba que tiene cinco obstáculos diferentes provocados por el hombre enterrados a una profundidad de aproximadamente 1,3 metros en suelo arenoso con una capa freática ubicada a una profundidad de aproximadamente cuatro a cinco metros. Se observa que los datos ilustrados en la figura 6 son representativos de datos que pueden obtenerse normalmente mediante el uso de un sistema Pulse EKKO 1000 fabricado por Sensors and Software, Inc. que usa antenas de frecuencia central de 450 MHz de eje único convencionales. Otros sistemas 282 de GPRadar que pueden ser adecuados para esta aplicación incluyen el sistema 2 y sistema 10A SIR fabricados por Geophysical Survey Systems, Inc. y el modelo 1000B STEPPED-FM Ground Penetrating Radar fabricado por GeoRadar, Inc.

Cada uno de los obstáculos enterrados ilustrados en la figura 6 tiene asociada con el mismo una curva de tiempo-posición hiperbólica característica. El vértice de la curva hiperbólica característica proporciona una indicación tanto de la posición como de la profundidad de un obstáculo enterrado. A partir del gráfico de la figura 6 puede observarse que cada uno de los obstáculos enterrados está ubicado aproximadamente 1,3 metros por debajo de la superficie terrestre, estando separados cada uno de los obstáculos de obstáculos adyacentes por una distancia horizontal de aproximadamente cinco metros. Los datos del sistema 282 de GPRadar ilustrados en la figura 6 representan datos de formación de imágenes geológicas adquiridos usando un sistema de antenas de eje único convencional y, como tal, sólo proporcionan una representación bidimensional de la subsuperficie que está estudiándose. Como se tratará con más detalle a continuación en el presente documento, un sistema 284 de antenas novedoso que comprende múltiples antenas dispuestas en una orientación ortogonal provee una vista tridimensional mejorada de la geología de subsuperficie asociada con un sitio particular de excavación.

Unidad de posicionamiento geográfico (GPU)

Pasando ahora a la figura 7, se ilustra con más detalle una unidad 254 de posicionamiento geográfico que proporciona información de posición geográfica respecto a la posición, movimiento y dirección de una excavadora por un sitio de excavación. En una realización, la unidad 254 de posicionamiento geográfico se comunica con una o más fuentes de señales de referencia externas para determinar información respecto a la posición de una excavadora respecto a una o más ubicaciones de referencia conocidas. El movimiento relativo de una excavadora por una ruta específica de excavación se determina preferiblemente mediante la CPU 270 de la unidad 254 de posicionamiento geográfico, y se almacena como datos de posición en la RAM 272 o EEPROM 274.

En otra realización, se adquieren preferiblemente datos de posición geográfica para una ruta predeterminada de excavación antes de excavar la ruta. Estos datos de posición pueden descargarse en un controlador 292 de navegación que actúa conjuntamente con la unidad 250 de control principal y la unidad 255 de control de excavadora para proporcionar una maniobra y control de tipo piloto automático de la excavadora por la ruta predeterminada de excavación. En otra realización más, los datos de posición adquiridos por la unidad 254 de posicionamiento geográfico se comunican preferiblemente a una base de datos 294 de cartografía de ruta que almacena los datos de posición para un sitio de excavación dado, tal como una red de las calles de una ciudad o un campo de golf bajo el que están enterrados diversos conductos de servicio público, comunicación, fontanería y otros. Los datos almacenados en la base de datos 294 de cartografía de ruta pueden usarse posteriormente para producir un mapa de estudio que especifica de manera precisa la ubicación y profundidad de diversos conductos de servicio público enterrados en una zona específica de excavación.

En una realización, se emplea un sistema 296 de posicionamiento global (GPS) para proporcionar datos de posición para la unidad 254 de posicionamiento geográfico. Según un proyecto del Gobierno estadounidense para desplegar veinticuatro satélites de comunicación en tres conjuntos de órbitas, denominado sistema de posicionamiento global (GPS) o NAVSTAR, pueden utilizarse indirectamente diversas señales transmitidas desde uno o más satélites de GPS para determinar el desplazamiento posicional de una excavadora respecto a una o más ubicaciones de referencia conocidas. En general se entiende que el sistema de satélites de GPS del Gobierno estadounidense provee una banda reservada o protegida y una banda civil. En general, la banda protegida provee un posicionamiento de alta precisión a una precisión de aproximadamente 30,48 cm a 304,8 cm (uno a diez pies). Sin embargo, la banda protegida se reserva en general exclusivamente para vigilancia gubernamental y militar, y se modula de manera que se hace prácticamente inútil para aplicaciones civiles. La banda civil se modula para disminuir significativamente su utilidad en aplicaciones de alta precisión. En la mayor parte de aplicaciones, las precisiones posicionales de aproximadamente 3048 cm a 9144 cm (cien a trescientos pies) son normales usando la banda civil.

Sin embargo, la banda de GPS civil puede usarse indirectamente en aplicaciones de precisión relativamente alta usando una o más señales de GPS civil en combinación con una o más fuentes de señales de referencia terrestres. Empleando diversas técnicas de procesamiento de señales conocidas, a las que en general se hace referencia como técnicas de procesamiento de señales de sistema de posicionamiento global diferencial (DGPS), pueden conseguirse precisiones posicionales del orden de 30,48 cm (un pie) o menos. Como se muestra en la figura 7, el sistema 296 de posicionamiento global utiliza una señal producida por al menos un satélite 302 de GPS actuando conjuntamente con señales producidas por al menos dos transpondedores 304 base, aunque en algunas aplicaciones el uso de un transpondedor 304 base puede ser satisfactorio. Pueden emplearse diversos procedimientos conocidos para aprovechar señales de posicionamiento global diferencial usando uno o más transpondedores 304 base, junto con una señal 302 de satélite de GPS y un receptor 303 de GPS móvil montado en la excavadora, para determinar de manera precisa el movimiento de la excavadora respecto a ubicaciones de referencia de transpondedor 304 base usando una fuente de señal de satélite de GPS.

En otra realización, puede emplearse un sistema de posicionamiento terrestre usando un sistema 298 de radar de alcance. El sistema 298 de radar de alcance incluye preferiblemente una pluralidad de transpondedores 306 de frecuencia de radio (RF) base y un transpondedor 308 móvil montando en la excavadora. Los transpondedores 306 base emiten señales de RF que recibe el transpondedor 308 móvil. El transpondedor 308 móvil incluye preferiblemente un ordenador que calcula el alcance del transpondedor 308 móvil respecto a cada uno de los transpondedores 306 base mediante diversas técnicas de radar conocidas, y a continuación calcula su posición respecto a todos los transpondedores 306 base. Los datos de posición adquiridos por el sistema 298 de radar de alcance se almacenan preferiblemente en la RAM 272 o EEPROM 274 de la unidad 254 de posicionamiento geográfico.

Puede emplearse un sistema 300 de posicionamiento ultrasónico, en otra realización, junto con transpondedores 310 base y un transpondedor 312 móvil montado en la excavadora. El transpondedor 310 base emite señales que tienen una base de tiempo de reloj conocida que se reciben mediante el transpondedor 312 móvil. El transpondedor 312 móvil incluye preferiblemente un ordenador que calcula el alcance del transpondedor 312 móvil respecto a cada uno de los transpondedores 310 base referenciando la velocidad de reloj de las ondas ultrasónicas de fuente. El ordenador del transpondedor 312 móvil también calcula la posición de la excavadora respecto a todos los transpondedores 310 base. Debe entenderse que pueden emplearse diversos otros sistemas de posicionamiento terrestres y basados en satélite conocidos para determinar de manera precisa el movimiento de la excavadora a lo largo de una ruta predeterminada de excavación.

Unidad de control de excavadora (ECU)

Con referencia ahora a la figura 8 se ilustra un diagrama de bloques de sistema de una unidad 255 de control de excavadora (ECU) que comunica con la unidad 250 de control principal (MCU) para coordinar la operación de una excavadora. Según una realización de la excavadora 30 zanjadora de orugas ilustrada en las figuras 1 y 2, el accionamiento 34 de oruga izquierda comprende normalmente una bomba 38 de oruga izquierda acoplada a un motor 42 de oruga izquierda, y el accionamiento 32 de oruga derecha comprende normalmente una bomba 40 de oruga derecha acoplada a un motor 44 de oruga derecha. Los sensores 198 y 192 de motor de orugas izquierda y derecha están acoplados preferiblemente a los motores 42 y 44 de orugas izquierda y derecha, respectivamente. Las bombas 38 y 40 de orugas izquierda y derecha, que derivan potencia desde el motor 36, regulan preferiblemente el flujo de aceite a los motores 42 y 44 de orugas izquierda y derecha que a su vez proporcionan la propulsión para los accionamientos 34 y 32 de orugas izquierda y derecha. El accesorio 46 de excavación comprende preferiblemente un motor 48 de accesorio y un control 98 de accesorio, derivando el accesorio 46 preferiblemente potencia desde el motor 36. Un sensor 186 está acoplado preferiblemente al motor 46 de accesorio. El accionamiento del motor 42 de oruga izquierda, el motor 44 de oruga derecha y el motor 48 de accesorio está monitorizado por sensores 198, 192 y 186, respectivamente. Las señales de salida producidas por los sensores 198, 192 y 186 se comunican al ordenador 182.

En respuesta a las señales de control de dirección y impulso producidas respectivamente por el control 92 de dirección y el control 90 de impulso, el ordenador 182 comunica señales de control, normalmente en forma de corriente de control, a las bombas 38 y 40 de orugas izquierda y derecha que a su vez regulan la velocidad a la que operan los motores 42 y 44 de orugas izquierda y derecha. Los sensores 198 y 192 de motor de orugas izquierda y derecha comunican señales de detección de motor de oruga al ordenador 182 indicativas de la velocidad real de los motores 42 y 44 de orugas izquierda y derecha. De forma similar, un sensor 208 de motor, acoplado al motor 36, proporciona una señal de detección de motor al ordenador 182, completando así un sistema de control de bucle cerrado para la parte 45 de accionamiento de tractor de una zanjadora 30 de orugas. Los expertos en la técnica reconocerán que diversas configuraciones informáticas conocidas proporcionarán una plataforma adecuada para efectuar cambios de propulsión y dirección de una zanjadora 30 de orugas en respuesta a las señales de impulso y dirección producidas por los controles 90 y 92 de impulso y dirección.

La parte de accesorio 46 de excavación de una zanjadora 30 de orugas incluye un motor 48 de accesorio, un control 98 de accesorio y al menos un sensor 186 de accesorio. El motor 48 de accesorio responde preferiblemente a instrucciones comunicadas al control 98 de accesorio desde el ordenador 182. La salida real del motor 48 de accesorio se monitoriza por el sensor 186 de accesorio que produce una señal de detección de accesorio recibida por el ordenador 182.

En una realización, los sensores 198 y 192 de motor de orugas izquierda y derecha son de un tipo al que en general se hace referencia en la técnica como captadores de impulsos magnéticos o PPU. Los PPU 198 y 192 transducen la rotación del motor de oruga en una serie continua de señales de impulso, en las que el tren de impulsos representa preferiblemente la frecuencia de la rotación del motor de oruga medida en revoluciones por minuto. Cuando se selecciona un modo de transporte de desplazamiento, el control 90 de impulso produce preferiblemente una señal de control de impulso de transporte que es representativa de una velocidad objetivo para los motores 42 y 44 de orugas izquierda y derecha, medida normalmente en revoluciones por minuto. La conversión de la señal de impulso de transporte en una velocidad de motor de oruga objetivo puede conseguirse mediante el propio control 90 de impulso o, preferiblemente, mediante el ordenador 182. El ordenador 182 compara normalmente las señales de detección de motor de orugas izquierda y derecha producidas respectivamente por los sensores 198 y 192 de PPU izquierdo y derecho con el nivel de propulsión de motor de oruga objetivo representado por la señal de impulso de transporte. El ordenador 182 comunica las señales de control de bomba apropiadas a las bombas 38 y 40 de orugas izquierda y derecha en respuesta al resultado de la comparación para compensar cualquier desviación entre los niveles de propulsión de motor de oruga objetivo y real.

Una pantalla 73 está acoplada al ordenador 182 o, como alternativa, a la unidad 250 de control principal, y preferiblemente comunica a un operario mensajes indicativos de estado operativo, diagnóstico, calibración, avería, seguridad y otra información relacionada. La pantalla 73 proporciona a un operario información rápida, precisa y fácil de entender en virtud del poder interpretativo del ordenador 182 que adquiere y procesa datos a partir de una pluralidad de sensores de zanjadora de orugas, y diversos instrumentos geológicos y geofísicos. Los datos de formación de imágenes geológicas y la información geofísica relacionada, por ejemplo, se muestran visualmente en la pantalla 73. Además, en la pantalla 73 se muestra información respecto a la posición de la excavadora a medida que pasa a través de una ruta predeterminada de excavación, así como información de calidad de señal recibida desde la unidad 254 de posicionamiento geográfico. También se proporciona un teclado 75 en la interfaz 101 de usuario principal para permitir a un operario comunicar con la unidad 255 de control de excavadora y la unidad 250 de control principal.

Unidad de control principal (MCU)

Pasando ahora a la figura 9, se ilustra un diagrama de bloques de diversas bases de datos y software que se utilizan mediante la unidad 250 de control principal (MCU) cuando se accede a y se procesan datos geológicos, geofísicos, de posición y operacionales asociados con el estudio y la excavación de un sitio de excavación seleccionado. Los datos adquiridos por la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos, por ejemplo, se almacenan preferiblemente en una base de datos 326, que incluye una base de datos 328 de GPRadar, una base de datos 330 de filtros geológicos y una base de datos 332 de geofísica. Los datos del sistema 282 de GPRadar, como se trató anteriormente, se digitalizan y almacenan preferiblemente en la base de datos 328 de GPRadar en un formato digital adecuado apropiado para la correlación con datos almacenados en otras bases de datos de sistema. Una base de datos 330 de filtros geológicos, como se tratará con más detalle a continuación en el presente documento, incluye datos de filtrado producidos al correlacionar datos de GPRadar con datos de producción de excavadora correspondientes almacenados en la base de datos 324 de rendimiento de excavación. El software 320 de correlación y optimización realiza la correlación de datos de GPRadar con datos de producción de excavadora reales para desarrollar una serie de filtros digitales geológicos ajustables que pueden superponerse de manera eficaz con datos de imágenes geológicas adquiridos en tiempo real para excluir o "eliminar por filtrado" datos de geología verificada, dejando así las imágenes no verificadas representativas de uno o más obstáculos enterrados. A modo de ilustración adicional, un tipo particular de suelo produce una imagen de radar de retorno característica que puede correlacionarse con datos de producción de excavadora adquiridos por la unidad 255 de control de excavadora. La excavación a través de granito, por ejemplo, produce una imagen de radar de retorno característica que puede correlacionarse con diversos parámetros de operación de excavadora, tales como cambios en la velocidad del motor 48 de accesorio de excavación, la carga del motor 36 y la velocidad del motor 42 y 44 de orugas izquierda o derecha.

Un parámetro de "dificultad de excavación" o conjunto de parámetros se calculan preferiblemente basándose en los parámetros de operación de excavadora. Los parámetros de "dificultad de excavación" se asocian entonces con los datos de imagen de radar reflejada característicos correspondientes a una geología particular, tal como granito, por ejemplo. Una serie de parámetros de filtro de "dificultad de excavación" y valores de datos de imagen de radar reflejada se desarrollan preferiblemente para una gama amplia de suelo y roca, y se almacenan en la base de datos 330 de filtros geológicos.

Una base de datos 316 de estadística de excavación preferiblemente recibe archivos de datos desde el software 320 de correlación y optimización y recopila datos estadísticos para reflejar el rendimiento de producción de excavadora real respecto a variables específicas de geología, mantenimiento y equipo. En una realización, los datos de GPRadar y datos geofísicos se adquieren mediante la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos durante un estudio inicial de una ruta predeterminada de excavación. Estos datos se descargan preferiblemente en la base de datos 316 de estadística de excavación antes de excavar la ruta predeterminada. Los datos almacenados en la base de datos 316 de estadística de excavación pueden visualizarse como una estimación de producción en la geología de muestra basándose en el rendimiento de producción de excavadora anterior.

La unidad 250 de control principal también ejecuta el software 318 de control de ECU que recibe archivos de datos desde el software 320 de correlación y optimización y órdenes de entrada recibidas desde la interfaz 101 de usuario principal. El software 318 de control de ECU recopila una norma de operación actual para operar la excavadora a lo largo de la ruta predeterminada de excavación. Si los datos de entrada recibidos desde la interfaz 101 de usuario principal provocan una modificación en la norma de operación, el software 318 de control de ECU calcula instrucciones operacionales de excavadora modificadas que se transmiten a la unidad 250 de control principal y la unidad 255 de control de excavadora que a su vez modifica la operación de la excavadora en respuesta a la norma de operación modificada.

Una memoria 314 de registro de mantenimiento incluye preferiblemente memoria no volátil para almacenar diversos tipos de información de mantenimiento de excavadora. Un indicador de tiempo transcurrido está incluido preferiblemente en la memoria 314 de registro de mantenimiento que indica el tiempo de operación transcurrido total de la excavadora. A valores de tiempo de operación predefinidos, que se almacenan preferiblemente en la memoria 314 de registro de mantenimiento, se le indica al operario de la excavadora mediante la interfaz 101 de usuario principal que se requiere un servicio planificado. La verificación del servicio planificado, el tipo de servicio, la fecha de servicio y otra información relacionada se introducen preferiblemente a través de la interfaz 101 de usuario principal para un almacenamiento permanente en la memoria 314 de registro de mantenimiento. En una realización, la memoria 314 de registro de mantenimiento incluye preferiblemente una tabla de valores operacionales designados en fábrica e intervalos de valores operacionales asociados con una operación de excavadora nominal. Asociado con cada uno de los valores operacionales e intervalos de valores hay un contador de estado que se incrementa cada vez que se produce una operación de excavadora fuera de los valores o el intervalo de valores prescritos. La información del contador de estado es útil para evaluar el grado al que se ha operado una excavadora fuera de los intervalos operacionales especificados en fábrica, lo que es particularmente útil cuando se determina lo apropiado de un trabajo de reparación de garantía.

Estudio y formación de imágenes geológicos

En operación general, tal como se muestra en la figura 10, de manera preferible se estudia inicialmente una ruta predeterminada de excavación usando la unidad 254 de posicionamiento geográfico y la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos. En una realización, la unidad 254 de posicionamiento geográfico y la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos están situadas en un carro 340 de transporte del que tira un vehículo 342 a lo largo de una ruta predeterminada de excavación. En el ejemplo ilustrativo mostrado en la figura 10, la ruta de excavación es una carretera secundaria debajo de la que va a instalarse un conducto de servicio público. A medida que se tira del carro 340 de transporte a lo largo de la calzada 344, se adquieren los datos recibidos desde la unidad 258 de formación de imágenes geológicas para determinar las propiedades del suelo de la subsuperficie por debajo de la calzada 344. Al mismo tiempo, la unidad 254 de posicionamiento geográfico adquiere datos de posición geográfica a medida que el vehículo 342 y el carro 340 de transporte atraviesan la calzada 344. Como tales, los datos geológicos específicos obtenidos desde la unidad 258 de formación de imágenes geológicas se correlacionan con ubicaciones geográficas específicas a lo largo de la calzada 344.

La unidad 258 de formación de imágenes geológicas incluye preferiblemente un sistema 282 de GPRadar que se calibra normalmente para penetrar hasta una profundidad preestablecida asociada con una profundidad deseada de excavación. Dependiendo de la profundidad predeterminada de excavación pueden encontrarse diversos tipos de suelo y roca a lo largo de la ruta predeterminada de excavación. Como se muestra en la figura 10, una capa de relleno 346 de carretera, que se encuentra inmediatamente por debajo de la calzada 344, tiene asociada con la misma un perfil geológico GP_{1} característico y un perfil de filtro geológico GF_{1} correspondiente que, como se trató anteriormente, representa una correlación entre datos de rendimiento de producción de excavación con datos de imagen de radar reflejada para un tipo de suelo particular. A medida que el carro 340 de transporte atraviesa la calzada 344, se detectan diversos tipos de estructuras de subsuperficie y suelo, tales como una capa 354 de arena, gravilla 352, lecho 350 de roca y suelo 348 nativo, cada una de las cuales tiene un perfil geológico característico y un perfil de filtro geológico correspondientes.

Después de finalizar el estudio inicial, los datos adquiridos y almacenados en la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos y la unidad 254 de posicionamiento geográfico se descargan preferiblemente en un ordenador 252 personal (PC) independiente. El PC 252 incluye preferiblemente un software de estadística de excavación y una base de datos 316 asociada para correlacionar los datos de estudio adquiridos con datos de rendimiento de producción de excavadora históricos para producir una estimación del rendimiento de excavadora esperado por la ruta de estudio. Las estimaciones de rendimiento pueden usarse adicionalmente como base para calcular el tiempo y coste implicados en la excavación de una zona particular basándose en datos de rendimiento de producción históricos y datos geológicos reales.

Después de finalizar el estudio inicial, la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos está acoplada a la unidad 250 de control principal en la excavadora antes de iniciar la excavación a lo largo de la ruta estudiada. Durante la excavación, como se trató anteriormente, las diversas bases de datos que contienen datos geológicos, geofísicos, de posición y de rendimiento de operación de excavadora se procesan mediante la unidad 250 de control principal. La unidad 250 de control principal, actuando conjuntamente con la unidad 255 de control de excavadora ajusta la operación de la excavadora a medida que atraviesa y excava a lo largo de la ruta estudiada para optimizar la excavación.

Con referencia ahora a la figura 11, se ilustra un ejemplo de un perfil de estudio obtenido transportando la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos y la unidad 254 de posicionamiento geográfico a lo largo de una ruta predeterminada de excavación. Se observa que en este ejemplo ilustrativo, la longitud de la ruta de excavación está definida como la distancia entre la ubicación L_{0} y la ubicación L_{5}. En la figura 12 se muestra un perfil de producción de excavación estimado correspondiente para la ruta predeterminada de excavación.

Con referencia a la figura 11 con más detalle, en las ubicaciones L_{1}, L_{2}, L_{3} y L_{4} pueden observarse distintos cambios en las características geológicas de subsuperficie que están asociados con cambios correspondientes en el parámetro de "dificultad de excavación" representado a lo largo del eje Y del diagrama de perfil de estudio. Entre las ubicaciones L_{0} y L_{1} por ejemplo, el perfil 362 geológico GP_{1} de la subsuperficie tiene asociado con el mismo un parámetro de dificultad de excavación correspondiente de D_{1}. Los datos de formación de imágenes geológicas en L_{1} indican una transición en la geología de subsuperficie a suelo que tiene un perfil 364 geológico de GP_{2} y un parámetro de dificultad de excavación correspondiente de D_{2}, indicando así una transición a suelo relativamente más blando.

Los datos de perfil de producción de excavación estimados mostrados en la figura 12 indican una transición correspondiente desde un perfil 372 de producción PP_{1} inicial hasta otro perfil 374 de producción PP_{2} en la ubicación L_{1}. Se observa que la velocidad de excavación se representa a lo largo del eje Y del diagrama de perfil de producción de excavación. Basándose en los datos de perfil de estudio para las características geológicas de subsuperficie entre las ubicaciones L_{0} y L_{2} puede observarse que se estima una velocidad R_{1} de excavación inicial para la parte de la ruta predeterminada de excavación entre las ubicaciones L_{0} y L_{1}, y una velocidad de excavación incrementada de R_{2} entre las ubicaciones L_{1} y L_{2} de ruta de excavación debido al parámetro D_{2} de dificultad de excavación menor asociado con el perfil 364 geológico GP_{2}. Puede observarse que existe una relación similar entre un parámetro de dificultad de excavación particular y su parámetro de velocidad de excavación estimada correspondiente.

En general, los parámetros de dificultad de excavación de magnitud en aumento están asociados con parámetros de velocidad de excavación correspondientes de magnitud en disminución. Esta relación inversa generalizada refleja el resultado práctico de que la excavación de suelo relativamente duro, tal como granito, da como resultado una velocidad de excavación relativamente baja, mientras que la excavación de suelo relativamente blando, como arena, da como resultado velocidades de excavación relativamente altas. Se observa que asociado con cada perfil geológico (GP_{X}) y perfil de producción (PP_{X}) particulares, existe un tiempo de excavación correspondiente, tal como el tiempo T_{1} de excavación asociado con el perfil 362 geológico GP_{1} y el perfil 372 de producción PP_{1}. Como tal, puede obtenerse un tiempo de excavación estimado para una ruta predeterminada de excavación particular sumando cada uno de los parámetros de tiempo de excavación individuales T_{1} a T_{N}.

Los datos de perfil de estudio de la figura 11 asociados con el perfil 368 geológico GP_{4} entre las ubicaciones L_{3} y L_{4} de ruta de excavación indican una discontinuidad en esta ubicación. Los datos de perfil de producción de excavación de la figura 12 correspondientes a esta parte de la ruta predeterminada de excavación indican una discontinuidad correspondiente en la estimación de velocidad de excavación que se muestra divergente hacia cero. Los datos para esta parte de la ruta predeterminada de excavación indican la existencia de suelo extremadamente resistente o, con mayor probabilidad, un obstáculo provocado por el hombre, tal como una tubería de acero u hormigón, por ejemplo. Puede garantizarse la investigación y el estudio adicionales de la zona específica, lo que puede requerir la retirada del obstáculo o la modificación de la ruta predeterminada de excavación.

Un perfil geológico más realista para una longitud particular de la ruta predeterminada de excavación se ilustra como perfil 370 geológico GP_{5} mostrado entre las ubicaciones L_{4} y L_{5} de ruta de excavación. El parámetro de dificultad de excavación para este perfil geológico da como resultado un parámetro promediado de D_{5}. Por consiguiente, una velocidad de excavación promediada de R_{5} puede ser apropiada cuando se excave esta parte de la ruta predeterminada. Como alternativa, puede moderarse la velocidad de excavación asociada con el perfil 380 de producción PP_{5} mediante la unidad 255 de control de excavadora para optimizar la velocidad de excavación basándose en tales fluctuaciones en la dificultad de excavación. Se entiende que la capacidad de una excavadora para responder a tales fluctuaciones en la velocidad de excavación está limitada generalmente por diversas limitaciones mecánicas y operacionales.

Pasando ahora a la figura 13, se ilustra una composición heterogénea de tipos de suelo que difieren por una ruta predeterminada de excavación que tiene una distancia predefinida de L_{S}. El suelo en la región 1, por ejemplo, tiene un perfil geológico de GP_{1} y un perfil de filtro geológico correspondiente de GF_{1}. Cada uno de los demás tipos de suelo ilustrados en la figura 13 tiene un perfil geológico y un valor de perfil de filtro geológico correspondientes. Se supone que la base de datos 330 de filtros geológicos contiene datos de filtros geológicos para cada una de las regiones 1, 2, 3 y 4 ilustradas en la figura 13. Una ventaja significativa del procedimiento novedoso de detección de obstáculos realizado por la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos se refiere a la capacidad de detectar rápidamente la existencia de una estructura 401 enterrada desconocida. El software 320 de correlación y optimización ejecutado por la unidad 250 de control principal elimina preferiblemente mediante filtrado la geología conocida usando un perfil de filtro geológico conocido correspondiente para excluir los datos de geología conocida o verificada de los datos asociados con una imagen de exploración de estudio. La eliminación mediante filtrado o exclusión de los datos de geología conocida o verificada da como resultado la formación de imágenes sólo de estructuras 401 enterradas no verificadas. Excluyendo los datos geológicos conocidos de los datos de exploración de estudio de formación de imágenes geológicas pueden reconocerse claramente estructuras enterradas desconocidas o sospechosas.

Con referencia ahora a la figura 14, se ilustra una configuración de antenas convencional para su uso con un sistema de radar de penetración terrestre. En general, se emplea una antena de eje único, tal como la ilustrada como antena A 382 orientada a lo largo del eje Z, para realizar múltiples pasadas 384 de estudio cuando se intenta ubicar un obstáculo 386 enterrado potencial. En general, un sistema de radar de penetración terrestre tiene una capacidad de medición de tiempo que permite medir el tiempo para que una señal viaje desde el transmisor, rebote contra un objetivo y vuelva al receptor. Esta función de tiempo puede calibrarse a la velocidad de un estado de subsuperficie específico para medir la distancia respecto a un horizonte u objeto de subsuperficie. Pueden usarse cálculos para convertir este valor de tiempo en una medición de distancia que representa la profundidad del objetivo basándose en valores determinados de campo para propiedades de suelo características, tales como velocidad de onda y dieléctrica a través de un tipo particular de suelo. Una técnica simplificada que puede usarse cuando se calibran las capacidades de medición de la profundidad de un sistema de radar de penetración terrestre particular implica tomar el núcleo de un objetivo de muestra, medir su profundidad y relacionarlo con el número de nanosegundos necesarios para que se propague una onda.

Después de que la capacidad de función de tiempo del sistema de radar de penetración terrestre proporcione a un operario información de profundidad, el sistema de radar se mueve lateralmente en una dirección horizontal (X), permitiendo así la construcción de un perfil bidimensional de una subsuperficie. Realizando múltiples pasadas de estudio en una serie de líneas 384 paralelas por un sitio particular, puede ubicarse un obstáculo 386 enterrado. Sin embargo, puede apreciarse que la capacidad de formación de imágenes bidimensionales de una configuración 382 de antenas convencional puede dar como resultado la pérdida de un obstáculo 386 enterrado, particularmente cuando el obstáculo 386 es paralelo a la dirección de un pasada 384 de estudio.

Una ventaja significativa de una configuración 284 novedosa de antenas de formación de imágenes geológicas proporciona una formación de imágenes tridimensionales de una subsuperficie tal como muestra la figura 15. Un par de antenas, antena A 388 y antena B 390, se emplean preferiblemente en una configuración ortogonal para proporcionar una formación de imágenes tridimensionales de un obstáculo 386 enterrado. Se observa que la distribución de datos de tiempo-posición hiperbólica característica, tal como se muestra en forma bidimensional en la figura 6 mediante el uso de una antena de eje único convencional, puede representarse en su lugar como una forma hiperbólica tridimensional que proporciona dimensiones de anchura, longitud y amplitud de un obstáculo 386 enterrado detectado. Además se observa que un obstáculo 386 enterrado, tal como una tubería de drenaje, que discurre paralela al trayecto 392 de estudio, se detectará inmediatamente mediante el sistema 282 de GPRadar de formación de imágenes tridimensionales. Pares respectivos de antenas de transmisión y recepción orientadas ortogonalmente se emplean preferiblemente en el sistema 284 de antenas de la unidad 258 de formación de imágenes geológicas.

Cartografía de sitio de excavación

Pasando ahora a la figura 16, se ilustra una excavadora 410 que realiza una operación de excavación a lo largo de la calle 420 de una ciudad de una red 422 de calles de una ciudad. Una ventaja importante de la unidad 254 novedosa de posicionamiento geográfico de la excavadora 410 se refiere a la capacidad de navegar de manera precisa a lo largo de una ruta predeterminada de excavación, tal como la calle 420 de una ciudad, y de cartografiar de manera precisa la ruta de excavación en una base de datos 294 de cartografía de ruta acoplada a la unidad 254 de posicionamiento geográfico. Puede ser deseable estudiar inicialmente una red 422 de calles de una ciudad para establecer de manera precisa una ruta de excavación para cada una de las calles 420 aplicables de una ciudad que comprenden la red 422 de calles de una ciudad, por ejemplo. Estos datos se cargan preferiblemente en el controlador 292 de navegación de la unidad 254 de posicionamiento geográfico.

A medida que la excavadora 410 avanza a lo largo de la ruta de excavación definida para cada una de las calles 420 de una ciudad, se adquieren datos de posición reales mediante la unidad 254 de posicionamiento geográfico y se almacenan en la base de datos 294 de cartografía de ruta. Cualquier desviación de la ruta predeterminada de excavación almacenada en el controlador 292 de navegación se registra de manera precisa en la base de datos 294 de cartografía de ruta. Tras finalizar un esfuerzo de excavación, los datos almacenados en la base de datos 294 de cartografía de ruta pueden descargarse en un PC 252 para construir un mapa de excavación "conforme a su construcción" de la red 422 de calles de una ciudad.

Por consiguiente, puede construirse un mapa de estudio preciso de conductos de servicio público u otros, instalados a lo largo de la ruta de excavación a partir de los datos de cartografía de ruta y posteriormente referenciarse por trabajadores que desean obtener acceso a, o evitar, los conductos enterrados. Debe entenderse que la excavación de una o más calles de una ciudad para instalar conductos de servicio público tal como muestra la figura 16 se proporciona para fines ilustrativos y no representa una limitación en la aplicación de la capacidad de cartografía de ruta y posicionamiento geográfico del sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora.

Haciendo referencia aún a la figura 16, puede conseguirse una navegación y cartografía precisas de una ruta prescrita de excavación mediante un sistema 296 de posicionamiento global, sistema 298 de radar de alcance o sistema 300 de posicionamiento ultrasónico, como se trató anteriormente con respecto a la figura 7. Un sistema de adquisición de datos y control de excavadora que utiliza una configuración de GPS 296 incluye preferiblemente transpondedores base primero 404 y segundo 408 junto con una o más señales de GPS recibidas de un número correspondiente de satélites 302 de GPS. Se proporciona un transpondedor 402 móvil, montado preferiblemente en la excavadora 410, para recibir la señal 412 de satélite de GPS y señales 414 y 418 de transpondedor base transmitidas respectivamente desde los transpondedores 404 y 408 base. Como se trató anteriormente, puede emplearse una forma modificada de técnicas de posicionamiento de GPS diferencial para mejorar la precisión de posicionamiento a 30,48 cm (un pie) o menos.

En otra realización, un sistema 298 de radar de alcance terrestre incluye tres transpondedores 404, 408 y 406 base y un transpondedor 402 móvil montados en la excavadora 410. Se observa que puede proporcionarse un tercer transpondedor 406 terrestre como transpondedor de reserva para un sistema que emplea una señal 412 de satélite de GPS en casos en los que temporalmente se termina una transmisión de una señal 412 de satélite de GPS. Preferiblemente se procesan y almacenan datos de posición mediante la unidad 254 de posicionamiento geográfico usando las tres señales 414, 416 y 418 de referencia recibidas desde los tres transpondedores 404, 406 y 408 de radar terrestres. Una realización que emplea un sistema 300 de posicionamiento ultrasónico emplearía de manera similar tres transpondedores 404, 406 y 408 base junto con un transpondedor 402 móvil montados en la excavadora 410.

Procedimiento de adquisición de datos y control de excavadora

Pasando ahora a las figuras 17 a 20, se ilustran en forma de diagrama de flujo etapas de procedimiento generalizadas asociadas con el sistema y procedimiento novedosos de adquisición de datos y control de excavadora. Inicialmente, como muestra la figura 17, una serie de transpondedores terrestres se sitúan en ubicaciones apropiadas a lo largo de una ruta predeterminada de excavación en la etapa 500. La unidad 256 de adquisición de datos geofísicos y la unidad 254 de posicionamiento geográfico se sitúan entonces en una ubicación L_{0} inicial de la ruta de excavación en la etapa 502. Entonces en la etapa 504 se inicializan o calibran la unidad 258 de formación de imágenes geológicas, la unidad 260 de caracterización geofísica y la unidad 254 de posicionamiento geográfico. Después de la inicialización, la unidad 256 de adquisición de datos geofísicos y la unidad 254 de posicionamiento geográfico se transportan a lo largo de la ruta de excavación, durante la que se adquieren datos de GPRadar, posición y geofísicos en las etapas 506, 508 y 510. Los datos adquiridos por el sistema 282 de GPRadar se digitalizan y cuantifican preferiblemente en la etapa 512. La adquisición de datos continúa en la etapa 516 hasta alcanzar el final de la ruta de excavación, como en la etapa 518. Los datos adquiridos se descargan entonces preferiblemente en un PC 252 o directamente en la unidad 250 de control principal.

En la etapa 530, mostrada en la figura 18, preferiblemente se ejecuta un software de estadística de excavación en los datos adquiridos durante el estudio de la ruta de excavación. En la etapa 532, se transfieren datos históricos de producción de excavadora desde la base de datos 316 de estadística de excavación al PC 252. Los datos adquiridos durante el estudio también se cargan en el PC en la etapa 534. El software de estadística de excavación realiza entonces una correlación entre los datos de GPRadar adquiridos y los datos históricos de producción de excavadora en la etapa 536.

En una realización, se consigue la correlación entre datos de GPRadar y datos históricos de producción mediante el uso de diversas técnicas de manipulación de matriz conocidas. Preferiblemente se produce una matriz de datos históricos de producción en la etapa 538 correlacionando datos de imagen geológica (ID_{x}) con datos de producción de excavadora (PD_{x}) correspondientes. Se produce un valor de correlación (CV_{XX}) correspondiente a cada par de parámetros de datos de imagen geológica y datos de producción. El valor de correlación CV_{22}, por ejemplo, es un valor de correlación asociado con una correlación estadística entre el parámetro de datos de imagen geológica ID_{2} y el parámetro de datos de producción de excavadora PD_{2}. Asociado con cada parámetro de datos de imagen geológica hay un parámetro de tiempo asociado y un parámetro de ubicación, tal como T_{1} y L_{1} asociados con el parámetro de datos de imagen geológica ID_{1}. Puede observarse que los valores de correlación asociados con una pluralidad de pares de parámetros de datos de imagen geológica y datos de producción pueden producirse para incrementos de tiempo y posición a lo largo de una ruta predeterminada de excavación.

En la etapa 540, se adquieren datos de imagen geológica reales por la ruta de excavación y preferiblemente se procesan como una matriz de datos de imagen geológica discretos para incrementos de distancia de ubicación y tiempo discretos correspondientes. En la etapa 542, se manipulan las matrices producidas en las etapas 538 y 540 para producir una matriz de correlación en la que un parámetro de datos de producción estimados o proyectados (PD_{XX}) está asociado con un par de datos de imagen geológica reales (ID_{X}) correspondiente y pares de parámetros de valor de correlación (CV_{X}). Por ejemplo, un parámetro de datos de producción estimados PD_{3} está asociado con un parámetro de datos de imagen geológica reales ID_{3} y un parámetro de valor de correlación CV_{3}. Se observa que cada uno de los parámetros de datos de producción estimados está asociado con un incremento de ubicación de distancia y tiempo correspondiente.

Los parámetros de rendimiento de producción estimados para una ruta particular de excavación se calculan en la etapa 550 como se muestra en la figura 19. El tiempo estimado total (ET_{T}) para excavar la ruta de excavación total puede estimarse sumando los incrementos de tiempo discretos T_{1} a T_{N}. Los costes operacionales asociados con excavar la ruta predeterminada de excavación pueden determinarse sumando los costes operacionales asociados con cada una de las partes discretas a lo largo de la ruta. Los costes de trabajo estimados (LC_{T}) pueden estimarse multiplicando el tiempo de excavación estimado total (ET_{T}) por el coste total por hora de hora de mano de obra. Una estimación de los costes totales generales (GT_{E}) puede determinarse sumando todos los costes de producción y los costes de trabajo asociados con la excavación de toda la ruta.

En la etapa 552 se calculan los parámetros de operación de excavadora estimados. Para la parte de la ruta de excavación definida entre las ubicaciones L_{0} y L_{1} de referencia, por ejemplo, los datos de producción estimados pueden indicar una velocidad de oruga izquierda óptima (V_{L}) de 3810 cm por minuto (125 pies por minuto, FPM) y una velocidad de oruga derecha (V_{R}) de 3810 cm por minuto (125 FPM). Además, los datos de producción estimados pueden sugerir una velocidad de accesorio de excavación óptima de aproximadamente 110 RPM y una velocidad de motor objetivo de 2.250 RPM. Se observa que las velocidades de orugas izquierda V_{L} y derecha V_{R} de 3810 cm por minuto (125 FPM), respectivamente, representan un seguimiento recto por la excavadora a lo largo de una ruta de excavación.

Puede observarse que a lo largo de la ruta de excavación definida entre las ubicaciones L_{1} y L_{2}, se indica que la excavadora se dirige en una dirección hacia la derecha puesto que la velocidad de oruga izquierda V_{L} de 7010 cm por minuto (230 FPM) es mayor que la velocidad de oruga derecha V_{R} de 4572 cm por minuto (150 FPM). Además, se indica que la velocidad de accesorio de excavación aumenta hasta 130 RPM y que la velocidad de motor objetivo aumenta a 2.400 RPM, indicando así la presencia de un suelo relativamente más blando en la región definida entre las ubicaciones L_{1} y L_{2}. A lo largo de la ruta de excavación definida entre las ubicaciones L_{2} y L_{3}, se indica que la excavadora se dirige de nuevo en una dirección en línea recta y a una velocidad relativamente baja de 1829 cm por minuto (60 FPM), indicando así la presencia de un suelo de subsuperficie relativamente duro. Una velocidad de accesorio de excavación más baja correspondiente de 100 RPM y una velocidad de motor objetivo más baja de 2.100 RPM se indican debido a la velocidad de excavadora más baja.

En la etapa 560, tal como muestra la figura 20, los parámetros de operación de excavación estimados producidos en la etapa 552 se cargan en la unidad 250 de control principal. La excavación se inicia comenzando en la ubicación L_{0} de referencia en la etapa 562. En la etapa 564, la unidad 250 de control principal monitoriza los parámetros operacionales de excavadora y se registran estados fuera del alcance en la memoria 314 de registro de mantenimiento. Se adquieren parámetros de rendimiento de producción reales mediante la unidad 255 de control de excavadora, en la etapa 568, y se transfieren a la unidad 250 de control principal. Cualquier entrada recibida desde la interfaz 101 de usuario principal también se transfiere a la unidad de control principal en la etapa 570. Si los parámetros de rendimiento de producción reales recibidos desde la unidad 255 de control de excavadora difieren en una cantidad predeterminada de los parámetros de operación de excavación estimados, tal como se somete a prueba en la etapa 572, la unidad 250 de control principal optimiza los parámetros estimados en la etapa 574, y transmite los parámetros optimizados a la unidad 255 de control de excavadora para efectuar los cambios necesarios en la operación de excavadora en la etapa 576. La excavación continúa en la etapa 578 hasta alcanzar la ubicación final de la ruta predeterminada de excavación en la etapa 580, después de lo cual se termina la operación de excavación, como en la etapa 582.

Evidentemente se entenderá que pueden realizarse diversas modificaciones y adiciones de las realizaciones preferidas tratadas anteriormente en el presente documento sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, el alcance de la presente invención no está limitado por las realizaciones particulares tratadas anteriormente, sino que está definido sólo por las reivindicaciones expuestas a continuación.

Claims

1. Un sistema para cartografiar un útil subterráneo, que comprende:

\quad: una unidad (256) de adquisición de datos geofísicos que genera datos de detección representativos de un útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra;

\quad: una unidad (254) de posicionamiento geográfico que genera datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica de la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos a medida que la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos se mueve a lo largo de una ruta predeterminada; caracterizado por

\quad: una memoria (272, 274, 278, 280) para almacenar los datos de posicionamiento geográfico y los datos de detección adquiridos por la unidad (254) de posicionamiento geográfico y la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos, respectivamente; y

\quad: un procesador (264, 252), acoplado a la memoria (278/280), que asocia los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos de cartografía representativos de una cartografía del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos comprende:

\quad: una unidad (258) de formación de imágenes geológicas y/o

\quad: un sistema (282) de radar de penetración terrestre y/o

\quad: una unidad (260) de caracterización geofísica y/o

\quad: un módulo (286) de cartografía sísmica.

3. El sistema según la reivindicación 1, en el que la unidad (254) de posicionamiento geográfico comprende una pluralidad de transpondedores (303, 304, 306, 308, 310, 312) de posición que incluye al menos un transpondedor (303) de sistema de posicionamiento global, o transpondedores (300, 310, 312) de posición ultrasónicos.

4. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252), y en el que opcionalmente se presentan en la pantalla (73) uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.

5. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una interfaz para comunicar datos almacenados en la memoria (272, 274, 278, 280) a un sistema (252) informático acoplado a dicha interfaz.

6. El sistema según la reivindicación 1, en el que el sistema comprende una base de datos (294) de cartografía para almacenar al menos los datos de cartografía representativos de la cartografía del útil subterráneo.

7. El sistema según la reivindicación 1, que comprende:

\quad: un módulo (286) de cartografía sísmica que genera datos sísmicos representativos de un útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra;

\quad: la unidad (254) de posicionamiento geográfico que genera datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del módulo (286) de cartografía sísmica a medida que el módulo (286) de cartografía sísmica se mueve a lo largo de una ruta predeterminada;

\quad: la memoria (272, 274, 278, 280) para almacenar los datos de posicionamiento geográfico y los datos sísmicos adquiridos por la unidad (254) de posicionamiento geográfico y el módulo (286) de cartografía sísmica, respectivamente; y

\quad: el procesador (264, 252), acoplado a la memoria (278/280), que asocia el posicionamiento geográfico con los datos sísmicos para generar datos de cartografía representativos de una cartografía del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

8. El sistema según la reivindicación 7, en el que el módulo (286) de cartografía sísmica comprende una pluralidad de sensores sísmicos, orientados opcionalmente en una disposición específica dentro de la subsuperficie.

9. El sistema según la reivindicación 7, en el que el procesador (264, 252) genera datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

\newpage

10. El sistema según la reivindicación 7, que comprende:

\quad: una base de datos (294) de cartografía que almacena al menos los datos de cartografía representativos de la cartografía del útil subterráneo;

\quad: el procesador (264, 252) acoplado a la base de datos (294) de cartografía; y

\quad: una interfaz (101, 262) de usuario acoplada al procesador (264, 252), proporcionando la interfaz (101, 262) de usuario acceso de usuario a los datos de cartografía del útil subterráneo almacenados en la base de datos (294) de cartografía.

11. El sistema según la reivindicación 10, en el que los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

12. El sistema según la reivindicación 10, en el que los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de cartografía del útil conforme a su construcción.

13. El sistema según la reivindicación 10, en el que la base de datos (294) de cartografía almacena además datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del útil subterráneo.

14. El sistema según la reivindicación 10, en el que la base de datos (294) de cartografía almacena además datos de detección representativos del útil subterráneo dentro de la subsuperficie de la tierra.

15. El sistema según la reivindicación 10, en el que la interfaz (101, 262) de usuario comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252) y en el que opcionalmente se presentan uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.

16. El sistema según la reivindicación 1, que comprende:

\quad: una base de datos (294) de cartografía que almacena datos de cartografía que comprenden al menos datos de radar de penetración terrestre (GPR) representativos de una ubicación del útil subterráneo y datos de posición geográfica asociados con los datos de GPR y representativos de una posición geográfica del útil subterráneo;

\quad: una interfaz (101, 262) de usuario acoplada al procesador (264, 252), proporcionando la interfaz de usuario acceso de usuario a los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía.

17. El sistema según la reivindicación 16, en el que la interfaz (101, 262) de usuario proporciona acceso de usuario a los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía, comprendiendo además los datos de cartografía datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

18. El sistema según la reivindicación 16, en el que los datos de cartografía de ubicación almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de cartografía del útil conforme a su construcción.

19. El sistema según la reivindicación 16, en el que la interfaz (101, 262) de usuario comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252) y en el que opcionalmente se presentan en la pantalla (73) uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.

20. Un procedimiento para cartografiar un útil subterráneo, que comprende:

\quad: generar datos de detección representativos de un útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra;

\quad: generar datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del útil subterráneo;

\quad: almacenar los datos de posicionamiento geográfico y los datos de detección; y

\quad: asociar los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos de cartografía de ubicación representativos de una cartografía de ubicación del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

21. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que generar los datos de detección comprende transmitir una señal de fuente electromagnética dirigida a la subsuperficie y recibir una señal de retorno electromagnética y/o transmitir una señal de fuente sísmica dirigida a la subsuperficie y recibir una señal de retorno sísmica.

22. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que generar los datos de posicionamiento geográfico comprende recibir una pluralidad de señales de posición terrestre y opcionalmente al menos una señal de posición del espacio.

23. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que asociar los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección comprende asociar los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.

24. El procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además:

\quad: generar datos de ubicación representativos de una ubicación del útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra;

\quad: almacenar los datos de cartografía en una base de datos (294) de cartografía; y

\quad: proporcionar acceso de usuario a la base de datos (294) de cartografía.

25. El procedimiento según la reivindicación 24, que comprende además almacenar en la base de datos (294) de cartografía datos representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie o datos de cartografía del útil conforme a su construcción o datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del útil subterráneo, o datos de detección representativos del útil subterráneo dentro de la subsuperficie de la tierra.

26. El procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además visualizar uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.