用于运土机械的导向系统 |
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| 申请号 | CN201580049725.2 | 申请日 | 2015-08-03 | 公开(公告)号 | CN106715800B | 公开(公告)日 | 2019-07-05 |
| 申请人 | 天宝公司; | 发明人 | 凯文·雷·诺; | ||||
| 摘要 | 公开了一种导向系统，该导向系统帮助运土机器操作者准确地控制挖掘的高度。该系统包括 电子 感测设备(10，30，50，70，100)和显示监控器(140)。在一个实施方式中，电子感测设备包括距离测量 传感器 (16，激光测距仪)、高度检测传感器(12)、方向传感器(14)、和用于LDM的转向机构(18)。感测设备被安装到运土机器(200)，且将 信号 发送到显示器，该显示器向机器操作者示出将挖掘工具移动到何处，用以挖掘到预期高度。在工厂校准感测设备中的各种传感器，因此感测设备可以安装到运土机器且然后立即被该机器使用，而无需涉及机器本身的任何校准，这对于设备操作者是非常有利的。借助非 接触 式传感器进行测量，从而保护工地表面。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种与运土机器一起使用的集成式感测设备(10)，所述运土机器包括作业工具边缘，所述集成式感测设备包括： |
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| 说明书全文 | 用于运土机械的导向系统[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域[0003] 本文中所公开的技术总体涉及运土设备，尤其针对于以下这类的导向和感测系统，该系统帮助机器操作者精确地控制在哪挖掘或筑平以及挖掘或筑平到什么高度。具体公开的实施方式为电子装置(或“感测设备”)，该电子装置包括至少一个方向传感器和电子距离测量传感器，以及在一些实施方式中，该装置还包括位置传感器和用于距离传感器的转向机构。该感测设备被安装到运土机器且将信号提供给可被机器操作者观看的显示器，用以向该操作者显示挖掘进展以及挖掘或筑平的正确高度。 [0004] 在本文中所公开的大多数实施方式中，相比于传统的导向系统，可以较省力地将该技术的“基本系统”安装到运土机器，然后该“基本系统”立刻被该机器使用，而无需任何校准到机器本身。相反，在工厂将感测设备校准，从而该感测设备的传感器本质上“照原样”准备好；该感测设备对于用于这些实施方式的运土机器的维度不进行任何区别。这对于设备操作者来说是巨大优势，因为操作者可以很容易地安装系统并开始作业，而不等待待执行的任何机器校准测量和过程。 [0005] 该技术的“基本系统”使用两个主要部件：(1)感测设备(装置)，该感测设备通常安装在用于挖掘的良好“查看”的机器构件之一上，以及(2)显示监控器，该显示监控器能够被驾驶室中的机器操作者观看。相比于传统系统的通常五个或更多个部件，这两个部件需要较少的安装工作。感测设备通常包括具有转向机构的激光测距仪(Laser Distance Meter，LDM)，该转向机构使LDM的激光感测输出光束移动且测量其方向；还具有电子方向传感器(Electronic Orientation Sensor，EOS)和位置感测单元(Position Sensing unit，PS)，该EOS测量感测设备(通常为对重力灵敏的角度传感器)的方向，该PS测量感测设备相对于工地(施工现场)上的已知位置的位置。利用这些传感器输入，感测设备可以将施工现场表面相对于用于进行挖掘的预期高度或轮廓的当前位置传送到显示监控器，且在一些环境下，能够基本上实时显示它们的相对位置。 [0006] “基本系统”可以为工厂校准的，如上所述；换言之，在感测设备离开工厂之前，安装且精确地校准设置有感测设备的所有各种传感器。然后这类“集成式感测设备”可以被安装到运土机器的构件而无需任何“现场”校准到该机器，以及出于前一段中所描述的目的而立刻被使用。 [0007] 在替选实施方式中，可转向的LDM潜在地可以扫描作业工具且识别其挖掘边缘，诸如挖掘机的铲斗的齿。从该信息，感测系统可以确定挖掘边缘的相对位置以及用于进行挖掘的预期高度，以及在操作者的监控器上显示那些位置。 [0009] 无 背景技术[0010] 运土机器为熟知类型的施工设备，且通常根据施工现场计划而被用于挖掘，筑平，或以其它方式放置泥土、岩石或在建设工程的建筑物中涉及的其它材料。常规类型的运土机器为挖掘机、推土机、平土机、前端装载机、铲斗机、挖沟机、压土机、整平板、铺路机等。 [0011] 当挖掘沟渠或壕沟时，这类运土机器需要相对于使用其作业工具来导向以为壕沟或沟渠创建预期的挖掘高度或预期的轮廓。现今的电子设备通常被用于辅助这类运土机器的操作者。在传统的系统中，通常在“安装”步骤期间将各种不同类型的感测部件分别地安装在机器本身的不同位置处。然后在“机器校准”步骤期间必须将那些感测部件中的每一者校准到其已安装到的特定机器构件，以及必须测量仪表化构件的几何尺寸并将其输入到系统存储器中。最后，在操作者可执行任何有用任务之前，在“基准定位”步骤期间，操作者必须将一个或多个机载的位置传感器与施工现场坐标对齐。 [0012] 在多于一个阶段中建造建设工程。在可以满意地执行任何挖掘之前，必须调查和标记(或“打桩”)施工现场。为调查的施工现场划线以创建物理基准可以被视为该工程的“阶段一”时期。在阶段一完成之后，挖掘可以开始；这可以被视为该工程的“阶段二”。对于建筑物和公用事业管线已存在的“旧”施工现场，阶段一包括在阶段二挖掘开始之前“找到”特定重要物体，尤其如果该重要物体在地平面之下。 [0013] 在美国专利No.8,363,210(由Montgomery提出)中，利用安装在铲斗柄上的激光测距仪、利用安装在驾驶室下方的重力传感器、以及利用安装在吊杆和铲斗柄的接合处以及铲斗柄和铲斗的接合处的角度编码器，使挖掘机仪表化。在将这些传感器安装在机器上之后，在可确定合适的与机器有关的偏移以及可使用系统之前，必须将所有传感器校准到该机器本身。Montgomery专利公开了一种辅助执行用于上述阶段一的一些任务的电子系统。该电子系统被告知“特征”应当位于的施工现场地面坐标，然后挖掘机在物理上接近该特征且将激光测距仪瞄准该特征的精确期望位置。一些特征在地下，因此激光测距仪还用于确定该特征应该在地平面下方多远。所有这一切的目的是，挖掘机操作者可以很容易找到且然后正确识别该特征。一旦已经找到且识别该具体特征，则电子系统可以确定该“所找到特征”的三维坐标，且可以以电子方式标记这组坐标，因此该数据可以被工程师加载到“竣工图”中。实质上，Montgomery公开了一种用于完成的或几乎完成的施工现场的新型调查系统。Montgomery系统中的所有传感器必须被校准到机器本身。 发明内容 [0014] 因此，一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的相对高度：在涉及工地处的已知坐标(“基准点”)的特征的基准定位过程之后，使用电子距离测量传感器扫描工地表面的区域以及使用方向传感器确定扫描数据相对于重力且可选地本地磁场(磁北)的方向，以在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上，因此，机器操作者可以准确地看出设计轮廓的哪部分仍需要勾画轮廓。本文中所使用的术语“高度”暗含确定竖直位置以及按需确定对应的水平位置。 [0015] 另一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用电子距离测量传感器扫描工地表面的区域、使用位置传感器确定如相比于该工地上的已知高度参考的当前高度、以及使用方向传感器确定扫描数据相对于重力且可选地磁北的方向，以及在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上，因此，机器操作者可以准确地看出设计轮廓的哪部分仍需要勾画轮廓。 [0016] 又一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用电子距离测量传感器扫描工地表面的区域、使用位置传感器确定如相比于该工地上的已知高度参考的当前高度、以及使用方向传感器确定扫描数据相对于重力且可选地磁北的方向，以及在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上；以及该种类型的集成式导向和感测系统包括在被安装到运土机器的构件之后立即使用的能力，而无需将感测系统与机器“配对”的校准过程。 [0017] 再一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用可转向的电子距离测量传感器扫描工地表面的区域以及使用方向传感器确定扫描数据相对于重力且可选地磁北的方向，以及在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上；以及这种类型的集成式导向和感测系统包括在被安装到运土机器的构件之后立即使用的能力，而无需将感测系统与机器“配对”的校准过程。 [0018] 另一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用电子距离测量传感器扫描工地表面的区域，使用位置传感器确定如相比于该工地上的已知高度参考、吊杆枢轴参考的当前高度，以及使用方向传感器确定扫描数据和运土机器的特定构件相对于重力且可选地磁北的方向，以及在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上；以及这种类型的集成式导向和感测系统包括有时在位置传感器的输出信号无效时被使用的能力。 [0019] 再一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用电子距离测量传感器扫描作业工具从而识别作业工具边缘且扫描工地表面的区域，使用位置传感器确定如相比于该工地上的已知高度参考的当前高度，以及使用方向传感器确定扫描数据的方向，以及利用那些传感器输入，能够识别先前扫描的作业工具轮廓的一部分且确定作业工具边缘位置和方向，然后在显示监控器上示出“设计轮廓”、“最新轮廓”、和作业工具图像，以及示出作业工具边缘的位置和方向，所有这些均在相同Y-Z轴上。 [0020] 又一个优势是提供这种类型的集成式导向和感测系统，其通过如下方式向运土机器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用电子距离测量传感器扫描工地表面的区域、使用位置传感器确定如相比于该工地上的已知高度参考的当前高度、使用安装到运土机器的铲斗柄和铲斗的一对测斜计(其可用于检测铲斗齿位置和方向)，以及使用方向传感器确定扫描数据方向和运土机器的特定构件相对于重力且可选地磁北的角度，以及在显示监控器上示出“设计轮廓”以及“最新轮廓”以及作业工具的图像，该“设计轮廓”将预期的最终挖掘轮廓显示给操作者，该“最新轮廓”显示工地表面的当前实际位置，该作业工具的图像示出在其当前位置和方向上的作业边缘，所有这些均在监控器屏幕上的相同Y-Z轴上。 [0021] 附加优势和其它新颖特征将在如下描述中部分地被提出，且基于对下文的查看而部分地对于本领域的技术人员将变得显而易见，或可以从本文中所公开的技术的实践得知。 [0022] 为了实现上述优势和其它优势，根据一个方面，提供了一种与运土机器一起使用的集成式感测设备，所述运土机器包括作业工具边缘装置，所述集成式感测设备包括：(a)电子距离传感器，所述电子距离传感器具有被导向在工地表面处的感测输出，所述电子距离传感器确定所述感测输出的基点与所述工地表面之间的距离而不与所述工地表面进行物理接触；(b)电子方向传感器，所述电子方向传感器用于检测所述感测输出的角方向；以及(c)处理电路和存储电路；(d)其中，所述处理电路被配置成：(i)从所述电子距离传感器和所述电子方向传感器接收输出信号；以及(ii)将信号发送到可视监控器屏幕，从而显示表示所述工地表面的实际形状的“最新轮廓”。 [0023] 根据另一个方面，提供了一种用于与运土机器一起使用集成式感测设备的方法，所述运土机器包括作业工具边缘，所述方法包括如下步骤：(a)提供集成式感测设备，所述集成式感测设备具有：(i)电子距离传感器；(ii)电子方向传感器；(iii)处理电路；和(iv)存储电路；(b)将所述电子距离传感器的感测输出导向到工地表面，并确定所述感测输出的基点和所述工地表面之间的距离，而不与所述工地表面进行物理接触；(c)使用所述电子方向传感器检测所述感测输出的角方向；(d)从所述电子距离传感器和所述电子方向传感器接收输出信号，并确定表示所述工地表面的实际形状的“最新轮廓”；以及(e)将信号发送到可视监控器屏幕，并显示所述最新轮廓。 [0024] 根据又一个方面，提供了一种用于与运土机器一起使用集成式感测设备的方法，所述运土机器包括作业工具边缘，所述方法包括如下步骤：(a)提供集成式感测设备，所述集成式感测设备具有：(i)电子距离传感器；(ii)电子方向传感器；(iii)处理电路；(iv)存储电路；和(v)外壳；(b)将所述电子距离传感器和所述电子方向传感器校准到所述基点和重力方向，而无需知道运土机器的几何结构；(c)随后将所述集成式感测设备安装到运土机器；(d)此后，在无需任何校准到所述运土机器的情况下，确定表示所述工地表面的实际形状的“最新轮廓”；以及(e)将信号发送到可视监控器屏幕，并显示所述最新轮廓。 [0025] 对于本领域的技术人员，其它优势从如下描述和附图将变得明显，其中以设想用于执行本技术的最佳模式之一描述且示出优选实施方式。将如所实现，本文中所公开的技术能够具有其它不同的实施方式，且该技术的多个细节能够在所有各个明显方面中修改，而不脱离该技术的原理。因此，附图和说明书将在本质上被视为说明性的而非限制性的。 附图说明[0027] 图1为根据本文中所公开的技术的原理所构造的第一实施方式的集成式感测设备的示意图，该集成式感测设备具有用在运土机器上的位置传感器(PS)、方向传感器(EOS)、电子距离测量传感器(LDM)、以及导向LDM的转向机构(S)。 [0028] 图2为根据本文中所公开的技术的原理所构造的第二实施方式的集成式感测设备的图解视图，该集成式感测设备具有用在运土机器上的方向传感器(EOS)、电子距离测量传感器(LDM)、以及导向LDM的转向机构(S)。 [0029] 图3为根据本文中所公开的技术的原理所构造的第三实施方式的集成式感测设备的图解视图，该集成式感测设备具有用在运土机器上的位置传感器(PS)、方向传感器(EOS)、以及电子距离测量传感器(LDM)。 [0030] 图4为根据本文中所公开的技术的原理所构造的第四实施方式的集成式感测设备的图解视图，该集成式感测设备具有用在运土机器上的可枢转的位置传感器(PS)、方向传感器(EOS)、电子距离测量传感器(LDM)、导向LDM的转向机构(S)、以及用于PS的枢转底座。 [0031] 图5为图1的集成式感测设备的电子电路部分的透视图，示出了一些重要的内部电子部件。 [0032] 图6为图1的集成式感测设备的分解图，还示出了用在运土机器的驾驶室中的显示监控器。 [0033] 图7为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，该挖掘机运土机器具有安装到其吊杆的图1的集成式感测设备，本图示出了被LDM扫描的“挖掘现场”。 [0034] 图8为在显示监控器上呈现的示例性显示的图解的“抓屏”视图，该显示监控器被用作图7的集成式感测设备的一部分，本图示出了以BM为中心的视图。 [0035] 图9为在显示监控器上呈现的示例性显示的图解的“抓屏”视图，该显示监控器被用作图7的集成式感测设备的一部分，本图示出了以L为中心的视图。 [0036] 图10为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的示意图，该挖掘机运土机器具有安装到其吊杆的图1的集成式感测设备，本图示出了在基准定位过程期间被LDM扫描的“挖掘现场”。 [0037] 图11为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，该挖掘机运土机器具有安装到其吊杆的图2的集成式感测设备，本图示出了被LDM扫描的、或在基准定位过程期间的“挖掘现场”。 [0038] 图12为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，该挖掘机运土机器具有安装到其铲斗柄的图3的集成式感测设备，本图示出了被LDM瞄准的“挖掘现场”、或示出了在基准定位过程期间照射的基准点。 [0039] 图13为推土机运土机器的被描绘成正面高度视图的图解视图，该推土机运土机器具有安装到柱体的图1或图2的集成式感测设备，该柱体附接到该推土机的铲。 [0040] 图14为图13的推土机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图。 [0041] 图15为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，该挖掘机运土机器具有安装到其吊杆的本技术的第五实施方式的集成式感测设备，本图示出了在校准过程期间的多个基准定位位置以供吊杆枢轴参考。 [0042] 图16为挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，该挖掘机运土机器具有安装到其吊杆的本技术的第六实施方式的集成式感测设备，其中附加的测斜计传感器安装到铲斗柄和铲斗。 [0043] 图17为图16的挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，示出了在铲斗齿校准过程期间的多个铲斗位置的示例。 [0044] 图18为图17的挖掘机运土机器的被描绘成俯视图的图解视图，示出了铲斗齿校准过程的更多细节。 [0045] 图19为图17的挖掘机运土机器的被描绘成侧面高度视图的图解视图，示出了在铲斗齿校准过程期间的多个铲斗位置的示例。 [0046] 图20为在显示监控器上呈现的示例性显示的图解的“抓屏”视图，该显示监控器被用作图16的集成式感测设备的一部分，本图示出了铲斗的最新轮廓和当前位置，二者均在相同的Y-Z轴上。 [0048] 图22为由用户和用在本技术中的系统控制器执行的一些重要步骤的流程图，其中集成式感测设备具有作为其位置传感器的激光接收器。 [0049] 图23为由用户和用在本技术中的系统控制器执行的一些重要步骤的流程图，其中集成式感测设备具有作为其位置传感器的GNSS接收器或TTS目标。 [0050] 图24为图1至图6的集成式感测设备的主要部件以及安装到图1、图7、图10至图19的运土机器的导向系统的其它部件的框图。 具体实施方式[0051] 现在将详细地参考本发明的优选实施方式，附图中示出了该优选实施方式的示例，其中，贯穿视图，相同标记指示相同元件。 [0052] 应当理解，本文中所公开的技术在其应用上不限于在如下描述中提出的或在附图中示出的结构的细节以及部件的布置。本文中所公开的技术能够具有其它实施方式以及能够以各种方式来实践或执行。而且，应当理解，本文中所使用的措辞和术语出于描述目的且不应当被视为限制。本文中的“包括”、“包含”、或“具有”及其变型的使用意指包含后文所列的项目及其等效物以及附加项目。除非另有限制，否则本文中的术语“连接”、“联接”和“安装”及其变型被广泛使用且包含直接的连接、联接和安装以及间接的连接、联接和安装。另外，术语“连接”和“联接”及其变型不限于物理的或机械的连接或联接。 [0053] 元件名之前的术语“第一”和“第二”(例如第一入口、第二入口等)用于标识目的以在类似的或相关的元件、结果或概念之间进行区分，且不意图必须暗含次序，术语“第一”和“第二”均不意图排除包括另外的类似的或相关的元件、结果或概念，除非另有指示。 [0055] 然而，基于对该详细描述的阅读，本领域的普通技术人员将会认识到，在至少一个实施方式中，本文中所公开的技术的基于电子的方面可以用软件来实现。因此，应当注意，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同结构的部件来实现本文中所公开的技术。此外，如果利用软件，则执行这类软件的处理电路可以为通用计算机，同时实践所有的功能，这些功能另外可以被可被设计用于专门实现本技术的专用计算机来执行。 [0056] 将理解，如本文中所使用的术语“电路”可以表示实际的电子电路，诸如集成式电路芯片(或其一部分)，或该术语“电路”可以表示由处理设备执行的功能，该处理设备诸如微处理器或ASIC，该ASIC包括逻辑状态机或另一形式的处理元件(包括顺序处理设备)。特定类型的电路可以为某种类型的模拟电路或数字电路，尽管这类电路可能可以通过逻辑状态机或顺序处理器而用软件来实现。换言之，如果使用处理电路来执行在本文中所公开的技术中使用的预期功能(诸如解调功能)，则可以不存在可被称为“解调电路”的具体“电路”；然而，将存在由软件执行的解调“功能”。所有的这些可能性被发明人设想且在讨论“电路”时处于本技术的原理内。 [0057] 在本文中所公开的技术中，提供了电控制的装置或感测设备(通常由图5和图6上的附图标记100来指代)，其通常包括：激光测距仪(“LDM”)16，该LDM 16测量从感测设备到兴趣点；转向机构(“S”)18，该S 18使LDM感测输出光束移动且测量其方向；电子方向传感器(“EOS”)14，该EOS 14测量感测设备100的方向；以及位置感测传感器(“PS”)12，该PS 12测量感测设备相对于工地基点(也被称为“基准点”(“BM”))的位置。在运土机器的作业工具(诸如挖掘机或推土机)周围安装感测设备100。应当注意，作为选项，上述装备中的一些不被用在所有实施方式中；例如，转向机构(S)不被用在每个实施方式中，位置传感器(PS)也是如此。 [0058] 感测设备100测量兴趣点相对于工地基点的位置并借助显示监控器将该位置传送到用户。可以使该感测设备的LDM围绕被作业的区域转向以提供许多兴趣点的位置。可以在显示监控器上用数字表示或绘制这些点，形成被引用到机器的作业工具周围的初始的、最新的、或预期的地形的工地基点的轮廓。 [0059] 在推土机的情况下，“作业工具”通常为其铲的切割(底部)边缘；在挖掘机的情况下，作业工具通常为铲斗的底部边缘，齿位于该底部边缘。其它类型的机器可以具有其它类型的作业工具，诸如滚筒。 [0060] 本文中所公开的技术的“基本系统”需要将两个部件安装在机器上，这比在现有技术中已知的传统系统中必须安装的典型五个部件有利。第一部件为主感测设备自身(即感测设备100)，且第二部件为显示监控器，该显示监控器被安装在机器的驾驶室处，在此，机器的操作者可以很容易查看该显示监控器。该基本系统将充当被运土机械的操作者使用的可视导向系统。 [0061] “基本系统”不要求其传感器被校准到机器构件，而在传统(现有技术的)系统中通常是，传感器必须被校准到机器构件。“基本系统”也不要求测量机器构件的几何结构并将其输入系统中，而再次在传统(现有技术的)系统中通常是，对该机器构件几何结构做出解释。换言之，当使用具有运土机器的“基本系统”时不需要“机器校准”。 [0062] 当与挖掘机一起使用时，“基本系统”还不将任何部件放在铲斗上或铲斗附近，这是非常破坏性的环境且这通常在传统(现有技术)系统中。相比于传统(现有技术)系统，所有的上述内容使该“基本系统”更快速且更容易：(a)安装，(b)开始使用，以及(c)移动到不同机器。“基本系统”此外还可以进行非接触式测量，从而避免对兴趣点的干扰或损坏，该兴趣点诸如铺设的管道、测量员的桩子、或其它存在材料。(注意，如本文中所使用，术语“基本系统”包括下文所讨论的前四个实施方式。) [0063] 现在参照附图，图1至图4示出了感测设备100的一些可能配置的硬件框图。在这前四个视图中，感测设备由四个不同的附图标记10、30、50和70标出以指示四个不同的传感器配置。在所有的四种情况下，具有某种类型的电子测距设备16(通常被称为“LDM”)，且具有某种类型的电子方向传感器14(通常被称为“EOS”)。多于一种类型的电子设备可以用作这些传感器，但是如本文中所讨论，电子测距设备16将通常被称为“激光测距仪”且电子方向传感器14将通常被视为重力感测设备。但是将理解，这些术语仅仅是典型的，尤其对于EOS 14，例如，该EOS 14可能能够测量其它线性加速度或角加速度、或可能能够测量磁场。 [0064] 在图1至图4中，感测装置或感测设备100可以包含如下项：(1)至少一个激光测距仪16(LDM)，其生成表示从装置100上的已知点“L”到地形表面或到被LDM感测输出激光束照射的其它兴趣点的距离的输出信号；(2)可选的转向机构18(S)，其允许LDM感测输出光束20在表面22上移动或移动到兴趣点；(3)电子方向传感器14(EOS)，其输出感测设备10关于X轴、Y轴和Z轴的方向；(4)位置感测系统的可选的位置传感器12(PS)，其输出传感器的基点“P”相对于位置系统的基点的位置；以及(5)通信和处理电路，其将LDM、EOS、S、PS传感器的输出组合且控制转向机构S的输入以扫描、计算和显示一个或多个兴趣点相对于工地基点的位置。 [0065] 如在图1至图4中可很容易看出，在感测设备的第三实施方式50中不包括转向机构18(参看图3)，但是在其它三个实施方式10、30和70中包括转向机构18。在感测设备的第二实施方式30中不包括位置传感器12(参看图2)，但是在其它三个实施方式10、50和70中包括位置传感器12。第四实施方式70包括GNSS(卫星)天线对准构件72，在其它三个实施方式10、 30和50中未发现该GNSS(卫星)天线对准构件72，参看下文的讨论。从性能和成本效益立场看，第一实施方式10可能为所有这些系统中最有用的，且将在下文更详细地讨论其使用。 [0066] 在介绍各个实施方式之前，将略详细地讨论传感器。关于LDM 16，LDM测量通常直接地或间接地基于激光能量飞行时间，而非基于图像识别。如果期望达到某些特殊功能，则可利用图像识别，但是通常不要求这类特殊功能，从而有效地利用该导向系统。将理解，电子距离传感器将通常为不与工地表面进行物理接触的设备。如上所述，用于该技术的电子距离传感器通常将被选择为激光测距仪，而且当然，激光光束(光子本身)将与工地表面进行接触；然而，该类型的光子“接触”不在如本文中所使用的“物理接触”的定义内。 [0067] 关于转向机构18(“S”)，可以使用机动化镜系统，该机动化镜系统使LDM感测输出光束围绕一个或多个轴转向。例如，可使用单轴或双轴检流计。在图5中示出了用于围绕一个轴(例如X轴)扫描的机构S。转向运动可以为来回运动或连续旋转运动。代替使用镜子(作为反射设备)，机构S可以替选地使用棱镜或透镜(折射设备)来使LDM感测输出光束转向。在一个实施方式中，相对于设备零参考(null reference)(“n”)，通过编码器测量沿着每个轴的LDM感测输出光束运动。在“S”的替选实施方式中，如果不使用PS传感器或从LDM到PS基点的距离(图1上的距离“D2”)很小且该很小距离的无补偿倾斜导致不显著误差，则可以消除编码器。在这些替选实施方式中，EOS也用于提供LDM感测输出光束的方向。在一个这类替选实施方式中，EOS(及其镜子)被安装到电机轴。在另一个这类替选实施方式中，LDM和EOS被安装到电机轴(且不存在镜子)。 [0068] 将理解，术语“基点”指的是工地上具有三维(3-D)空间坐标的空间点，该工地本身可以被定义在三维空间中。当术语“基点”连同传感器一起使用时，诸如在措辞“传感器输出基点”中，则其指的是关于这类传感器的重要属性的特定空间点。例如，GPS(或GNSS)接收器将具有天线，且该天线的基点(图1、图3、图4中的点“P”)为天线上的空间点，在该空间点(在全局坐标系中)相对于GNSS信号确定天线的当前位置。而且例如，激光测距仪(LDM)将生成激光输出信号，且将接收回该激光输出信号的一部分；用于该LDM的基点(图1至图4中的点“L”)为LDM包本身上的点，在该点，通过该LDM设备进行实际的距离测量，以及在系统已被对齐之后，该基点也将具有相对于工地的3-D坐标系的3-D空间坐标。 [0069] 关于电子方向传感器14(“EOS”)，它为输出表示感测设备的方向的信号的传感器。在图5中，图示的实施方式包括提供关于X轴、Y轴和Z轴的方向信息的电子电路。EOS在一个或多个轴上包含加速计，且可以可选地在一个或多个轴上包含陀螺仪。此外，EOS可以可选地在一个或多个轴上包括矢量磁强计(电子罗盘)。注意，在如今的技术中，微型机器集成电路芯片通常被用作微型加速计、陀螺仪和微型磁强计。许多可用产品包括单一封装的加速计、陀螺仪和磁强计。例如，X轴、Y轴和Z轴的加速计和陀螺仪(根据图5)可以配置成相对于针对各轴的重力确定感测设备从其零参考(n)的倾斜。一个或多个陀螺仪可以用于改善加速计寻找重力参考的动态性能且还帮助将感测到的加速度分解为角分量和线性分量。例如，磁强计和陀螺仪可以配置成相对于磁北确定围绕Z轴的感测设备旋转(前进方向)。一个或多个陀螺仪还可以用于改善磁强计的动态性能。 [0070] 关于位置传感器12“PS”，存在可执行该功能的多种可能类型的传感器。位置传感器及其相关系统的示例为：(a)激光平面系统的激光接收器(“LR”)，该LR输出激光撞击在光电池阵列上的相对于该接收器上的基点“P”的位置；(b)可选地具有差分校正和实时运动能力的全球导航卫星系统(“GNSS”)的天线(和接收器)，该天线输出位于基点“P”的天线质心的位置，在本文中称为GNSS接收器；(c)机器人或跟踪全站仪系统(“TTS”，其为本技术领域中的技术人员所熟知的建筑工业感测设备)的目标阵列，该目标阵列与全站仪通信且输出位于基点“P”的目标阵列质心的位置，在本文中称为TTS目标；以及(d)GNSS接收器和系统，其用LR接收器和系统来扩大。(GNSS接收器在X轴和Y轴上(在平行于地平线的平面上)提供二维位置，而LR在Z轴(竖直的)上提供第三维位置。 [0071] 图5部分地示出了用于感测设备100和电子电路板110的封装的一个优选实施方式，该感测设备100包括PS 12(未示出)、EOS 14、LDM 16、和转向机构18(S)，该电子电路板110充当感测设备的系统控制器。感测设备100具有将电子器件保持在适当位置的中间壳体 102、以及转向机构18。转向机构(S)包括旋转镜104、和在壳体侧面的窗口106、使轴(该轴使镜子旋转)自旋的电动机112、以及跟踪镜子/电动机子系统的位置的编码器114。 [0072] 图6为用于设备100的更完整封装的图，且整个封装总体由附图标记120来指代。位置传感器为被整个外壳覆盖的激光接收器122，该外壳具有处于130的对激光能量透射的窗口，同时顶部处于124、底部处于126、以及两个中间壳体处于102和128。在该实施方式中，位置传感器可以包括一些本地显示状态指示器。这组成上文所描述的第一部件，而第二部件为远程显示监控器140。优选的远程显示监控器包括平板显示器，其具有处于142的可视显示区域。 [0073] 通信和处理电路110(参看图5)将LDM 16、EOS 14、S 18和PS 12的输出组合，并向转向机构18提供输入以扫描、计算和显示一个或多个兴趣点相对于工地基点的位置。第一部件120和第二部件140之间的通信电路可以为有线的或无线的。处理电路可以在单个部件微控制器或微处理器中，或该处理电路可以由分布式处理系统(若需要)组成。还将存在至少一个存储电路118，用于存储和处理感测设备设置参数、工作输入数据(在其被传感器所收集时)，以及存储预期的显示参数。 [0074] 可以在精确的且受控的工厂环境中由训练有素的技术人员组装和校准感测设备100，克服传统系统的许多现场安装和机器校准问题。在图1至图4中所示的“基本系统”中，例如：(a)LDM感测输出光束会被指向成与感测设备零位轴(null axis)“n”对齐，且在LDM基点(“L”)处会使LDM的距离读数为零。在该情形下，术语“L基点”具体指的是空间点，如在图上所指示(例如参看图1)；(b)EOS的测斜计会被对齐以输出感测设备零位轴“n”与重力“g”之间的角度；(c)如果使LDM转向远离设备零位轴“n”，则转向机构的每个转向轴上的编码器会被对齐以输出LDM感测输出光束与感测设备零位轴“n”之间的角度；以及(d)P基点与L基点之间的距离(这按图示创建线“D2”)会被测量并在工厂中被存储在感测设备存储器中。在该情形下，术语“P基点”具体指的是空间点，如在图上所指示(例如参看图4)。应当注意，感测设备的校准参数不取决于运土机器的几何结构。 [0075] 还应当注意，转向机构的编码器输出信号被对齐到设备零位轴(n)，且不参考感测设备将被安装到的运土机器的任何部件。EOS包括重力传感器，该重力传感器可测量(且因此有效地找出)相对于地球重力的真垂线。利用该感测能力，使设备零位轴(n)参考真垂线。因此，EOS不参考感测设备将被安装到的运土机器的任何部件。总之，感测设备100的传感器的输出不相关于、也不取决于相对于感测设备100将被安装到的运土机器的任何特定物理位置或对准。 [0076] 第一实施方式 [0077] 现在参照图7，感测设备配置为图1上的附图标记10的配置，其中，PS(位置传感器)12为激光接收器(或“LR”)。在该基本系统实施方式中，LR 12被安装到挖掘机200的吊杆 206。挖掘机200包括“平台”204、吊杆206、铲斗柄(或仅“柄”)208、和铲斗210，该铲斗210为该系统的作业工具。铲斗210在铲斗的远端具有挖掘边缘212，且在大多数挖掘机中，该挖掘(或切割)边缘具有齿(例如参看图18)。该平台安置在一组链接式轨道202(类似于坦克履带)上，这允许整个机器200在工地四处移动。在挖掘机的驾驶室中具有显示监控器140，该显示监控器140安装在机器操作者在操作机器200时可很容易看见它的位置上。 [0078] 在图7中，存在激光发射器152，该激光发射器152发射在150处的激光平面。激光发射器152可以发射旋转的激光束或静态的扇形光束，这取决于所使用的激光接收器技术。激光发射器被安装在三脚架154上，在本示例中，该三脚架154安置在地表面220上。在图7中，表面220为基本平坦且水平的，但是这对于该基本系统的使用来说不是必要条件。挖掘机200被用于挖掘沟渠或壕沟，该沟渠或壕沟具有在230处的设计轮廓且为操作者试图完成的“目标”。在224处指示初始轮廓(且在本示例中，该初始轮廓与地表面220基本上共线)，以及在最近期的挖掘机动已由挖掘机执行之后，处于232的“最新轮廓”为当前表面形状。 [0079] 感测设备10包括转向机构18，因此可以按多种角度导向LDM 16，如由图7上的多条LDM“光束线”20所指示。这允许感测设备在挖掘操作之前、期间和之后检测挖掘现场的真实轮廓。因此，显示监控器140可以在显示表面144上向机器操作者提供真实的“最新轮廓”232，例如参看图8。假设挖掘现场具有基准点(在222处的“BM”)，且机器操作者在开始挖掘之前已“发现”该基准点(且已将该信息输入感测设备存储器中)，然后显示表面144将指示该BM位置，该BM位置与将在挖掘期间显示的轮廓有关。在图8的示例中，距离标尺(即，Y轴和Z轴)可以参考地面上的该BM位置。将理解，为了清楚起见，该示例仅为二维示例；如果需要，则该系统也可以在三维中工作。许多挖掘轮廓将需要3-D处理。 [0080] 现在提供一些重要操作步骤的总结；注意，图21至图23的流程图也公开了所涉及的一些逻辑。一个重要步骤为研究挖掘设计需求且选择最满足那些需求的感测设备配置；例如，PS将为激光接收器、或GPS接收器、或某种其它类型的位置传感器？“设计轮廓”为挖掘的预期最终轮廓。该“设计轮廓”可以被输入感测设备存储器中且在识别BM时被显示(如图8所示)。该“设计轮廓”可以通过如下方式来生成： [0082] (b)使用电子工地设计3D外形文件。在该模式下，系统从工地设计外形特征和扫描平面的交叉确定设计轮廓。扫描平面对于工地水平面(前进方向)的方向由EOS 14的电子罗盘给出；或 [0083] (c)扫描现有的地形轮廓并使设计与该信息适配。 [0084] 考虑预期的LDM扫描图案的LR激光平面接收和定位，来安装感测设备10。感测设备安装可以为磁性的，诸如由天宝导航有限公司出售的“MM2Mag.Mount”。还考虑用户查看和访问，在驾驶室中安装显示器。注意：在本说明书中，术语“用户”与机器200的“操作者”为同一个人。 [0085] 激光发射器被设置成产生激光能量的平面，该平面按预期被导向到工地。例如，在激光发射器处通过使激光光束围绕纵轴旋转而产生激光平面。 [0086] 现在下文描述将系统基准定位(benching)到工地基准点的两种方法。(注意，对于该第一实施方式以及其它实施方式，术语“基准定位”为将位置传感器系统和感测设备输出坐标与工地坐标系对齐)。 [0087] (a)选项1：利用LDM感测输出光束识别BM。 [0088] LDM感测输出光束20被转向以照射工地基准点222(BM)。当照射BM时，用户在显示界面上发起基准定位功能，其中用户控制定位设备(pointing device)。小量的高效且漫射型的反射材料可以被添加到BM以帮助用户在视觉上验证BM何时被LDM感测输出光束照射，例如玻璃珠反光带的圆盘。独特几何体和/或反射特性的目标可以被添加到BM以允许系统借助LDM扫描例程快速地且准确地(自动地)找到BM，而使操作者毫不费力。 [0089] (b)选项2：相对于显示的扫描轮廓识别BM。 [0090] 用户发起工作区域的扫描且从在显示监控器140上呈现的扫描轮廓识别BM222。如果BM为小特征，则用户或扫描例程可以使LDM光束转向在BM的总体区域的各处高频脉动，直到BM几何体在显示的最新轮廓上是明显的。用户使水平的和竖直的BM十字准线相对于在所显示轮廓上明显可辨认的特征对齐。如果BM坐标不为(0,0,0)，则用户可以将正确的BM坐标值输入到系统中。该基准定位方法的优势在于，用户不必须在视觉上验证LDM光束在照射BM。在视觉上验证LDM光束对BM的照射可随着距离、视角、BM材料和光照条件而变得困难。 [0091] 在BM已被识别且被输入到感测设备存储器中之后，系统准备就绪，从而向用户显示所扫描的兴趣点的位置。注意：为了实现该状态，无需将感测设备传感器校准到机器或测量机器几何结构。 [0092] 如上所述，操作者驾驶室包括显示监控器140(参看图6)，该显示监控器140提供许多特征，包括如下：(a)监控器可以显示扫描点(轮廓)或所选点的标绘图(例如参看图8)；(b)监控器可以显示多个点相对于BM或其它定义的参考点的坐标；(c)在监控器上，不同类型的轮廓(先前的、最新的、最深的、设计的等)用线条颜色、线条粗细、类型等来区分；(d)轮廓可以自动缩放且自动集中在显示监控器上；(e)用户可以拖拽BM十字准线以识别监控器屏幕上的BM。机器操作者会使用某种类型的电子定位设备来移动光标(诸如操纵杆)，或者如果使用触摸屏显示器，则可以通过手指直接接触在显示面板上而直接移动指针；(f)监控器还用作用户界面；(g)监控器可以平移和缩放所显示的轮廓。换言之，机器操作者在查看轮廓时可以放大图像的某一部分，或操作者可以使显示沿着Y轴或Z轴平移(若需要)；(h)系统可用的参照物(传感器等)可以确定显示模式，如下所述。 [0093] 显示模式的类型 [0094] 感测设备能够被用在替选模式下，尤其就向机器操作者正显示的信息的类型而言。通常，总是提供“最佳”显示模式。所提供的具体显示模式取决于位置传感器的存在以及它是否正产生输出。位置传感器何时停止提供可用的输出信号的示例为何时将激光接收器从激光平面移出、或GNSS接收器何时使其卫星信号被阻挡。显示模式的类型也取决于位置传感器的类型、是否已经将位置传感器基准定位到工地坐标、以及感测设备在基准定位之后的移动。下文讨论各种显示模式及其操作条件。 [0095] (A)“以BM为中心”显示。(在工地BM可用时使用；例如参看图8。) [0096] (1)相对于工地BM显示轮廓和兴趣点。 [0097] (2)BM位置利用十字准线来强调，并且刻度在BM处为零。 [0098] (3)显示与BM有关的设计特征或轮廓。 [0099] (B)“以L为中心”显示。(感测设备在扫描期间为静态的，但是BM不可用；例如参看图9。) [0100] (1)相对于LDM基点L显示轮廓和兴趣点。 [0101] (2)不显示BM、BM十字准线或BM相关的设计特征。在该操作模式下，将不存在用户可用的虚拟基准点。(在图9上，显示屏146未示出基准点。) [0102] (3)图形刻度在L处为零。 [0103] (C)“竖直以BM为中心和水平以L为中心”显示。(被用于作为PS的激光接收器和名义上水平的激光平面。) [0104] (1)LR可以仅竖直地参考任何BM。 [0105] (2)竖直的显示特征是以BM为中心。 [0106] (3)水平的显示特征是以L为中心。 [0107] 注意：在“竖直以BM为中心和水平以L为中心”显示模式下，仅知道高度。然而，如果在该位置发生机器的初始确定基准点之后该机器已移动，则该模式仍可以为有用的。一旦激光平面已再次被激光接收器LR(作为位置传感器12)“发现”，则该模式可以允许机器继续以有限能力工作，而无需重新确定基准点。 [0108] (D)“非中心”显示。(感测设备在扫描期间移动，且无PS参照可用。)[0109] (1)在监控器上，可以使用V3i和H3i绘制轮廓，但是不显示刻度。(参看这些变量V3i和H3i的下文描述。) [0110] (2)通过EOS 14确定移动。 [0111] 扫描选项 [0112] 在详细描述的这个部分中，术语“扫描”指的是使用LDM 16及其转向机构18来积累LDM与一个或多个感兴趣目标之间的距离的样本。那些距离样本将被存储在感测设备存储器118中，以供用户/操作者按照该用户所预期的显示模式和“挖掘模式”使用。可以在感兴趣的目标区域上执行单次扫描，或可以在该目标区域上执行多次扫描，然后过滤结果。 [0113] (A)如由用户选择，可以手动地或自动地发起扫描。 [0114] (1)自动扫描可以被多个条件触发，该多个条件诸如： [0115] (a)每当LR穿过激光平面时。 [0116] (b)当PS和/或EOS输出在所选范围内时。 [0117] (c)当EOS输出的功能在所选范围(例如速度、加速度)内时。 [0118] (d)当EOS的磁罗盘在所选范围内时(例如为了确保在扫描前使感测设备与沟渠对齐)。 [0119] (e)当铲斗在LDM下方通过而LDM距离中断时。然后感测设备可以在挖掘周期期间，跟踪在该中断的后面、本质上跟踪在铲斗的后面，以将最当前的挖掘地形轮廓提供给操作者。 [0120] (2)可以使用上述项的任何组合，指示作业工具在工地的预期扫描区域中和/或在挖掘周期的预期位置中。 [0121] (B)可以按需调整扫描图案参数，诸如读取点之间的范围和间隔。 [0122] (C)可以按需调整影响点读数的准确度的扫描参数，该点读数诸如读取各点所花费的时间。 [0123] (D)扫描可以受限于单个兴趣点以及上报的该点的位置。 [0124] (E)可以手动地将LDM感测输出光束转向到兴趣点。机器操作者可以将电子定位设备用于该功能，例如操纵杆或触摸板。 [0125] (F)可以保存和显示各种扫描(参看图8)，诸如作业区域的初始扫描或作业区域的最新扫描。可以构造和显示所保存的扫描的复合，诸如对于给定作业区域的多次扫描的最低高度。当在后文中使用时，术语“最新轮廓”可以为最近扫描的数据，或其可以为最新扫描的数据和用户感兴趣的任何先前扫描的数据的组合，诸如初始扫描或先前扫描的高度的最深部分。此外，将理解，按用户需求，由“最新轮廓”表示的实际数据可以为二维或三维数据。 [0126] 将理解，确定“最新轮廓”所需的处理可以发生在集成式感测设备100的处理单元110中，或该处理有可能发生在与远程监控器140(其安装在运土机器的驾驶室中)相关联的处理设备中。无论选择哪个处理器来执行这些计算，都需要向该处理器供应表示由LDM传感器16和EOS 14输出的信号的数据。 [0127] 扫描的兴趣点或轮廓还可以连同其在电子工地计划(虚拟计划)上的位置和方向一起被系统记录。这后续可以被编辑在电子工地设计上以示出挖掘进度。 [0128] 现在参照图10，示出了使用第一实施方式感测设备10的挖掘机机器的更详细的图，其中，PS 12为激光接收器(LR)，且在基准定位期间，LDM感测输出光束20的测量距离等于D3。234处的兴趣点被LDM感测输出光束20扫描且光束的测量距离等于D3i。当使系统基准定位时，该系统对齐工地的坐标系和感测设备10的位置传感器。 [0129] 为了简化本发明中的图和等式，将感测设备的LDM扫描平面被示出为竖直平面(即读物的页面的平面)，以及工地和位置感测系统的坐标被示出成与LDM扫描平面对齐。因此，激光平面系统将被示出为1D(一维)系统(能够在竖直方向上导向)，以及GNSS和TTS 3D系统将被示出为2D，其中两个水平轴的特征被投影到LDM扫描平面上。实际上，EOS的一个或多个测斜计和一个或多个磁罗盘将指示扫描平面对于3D设计特征的方向，允许那些特征投影(或交叉)到扫描平面上且创建设计轮廓。 [0130] 可以使用3-D工地设计软件程序来创建设计轮廓，且然后可以将该设计轮廓引入感测设备100的存储电路118中。可替选地，可以直接将3-D虚拟工地计划引入存储电路118中，然后借助专用计算机程序，处理电路110可用于针对被该虚拟工地计划覆盖的工地表面的特定部分生成设计轮廓。这两种方法论均被包括在“确定”用于预定挖掘操作的设计轮廓的术语中。 [0131] 示例：利用LDM感测输出光束基准定位-识别BM。 [0132] 当将LDM 16转向以照射BM 222时，PS 12正接收其信号，以及用户发起基准定位功能。现在系统确定工地BM 222与激光发射器152处的位置感测系统基点之间的距离(V1和H1)。(参看图10。)如下等式适用于图10的系统图： [0133] 等式1： [0134] V1＝V0+V3+V2+V4＝D3*cos(A3)+(D2+D4)*cos(AT) [0135] 等式2： [0136] H1＝H0-H3-H2-H4＝D3*sin(A3)+(D2+D4)*sin(AT) [0137] (注意，对于PS＝LR，未确定H1。) [0138] 其中： [0139] 等式3：A3＝AS+AT [0140] 等式4：A3i＝ASi+AT [0141] AT＝从EOS X轴测斜计输出的角度(即，设备零位轴“n”相对于重力的角度)。 [0142] AS＝X轴转向机构编码器在LDM照射BM时的角输出(即，LDM传感器输出光束和设备零位轴“n”之间的角度)。 [0143] ASi＝X轴转向机构编码器在LDM照射兴趣点时的角输出。 [0144] D3＝从L到BM的LDM输出距离。 [0145] D3i＝从L到兴趣点的LDM输出距离。 [0146] D2＝从L基点到P基点的距离。 [0147] D4＝从P基点到光检测器阵列上的激光撞击的距离。对于PS＝GNSS或TTS，D4＝0。 [0148] H0＝从位置系统基点到位置传感器基点的水平距离。 [0149] V0＝从位置系统基点到位置传感器基点的竖直距离。对于LR，V0＝0；在图10的LR示例中以及在初始方程推导之后未示出V0。 [0150] 在已将系统基准定位之后且当PS 12正接收其信号时，任何兴趣点的竖直距离和水平距离(VR3i和HR3i)可以被显示成以BM为中心，即使当感测设备正移动时，如由如下等式确定： [0151] 等式5： [0152] VR3i＝V0+V1-V4-V2-V3i＝V1-(D4+D2)*cos(AT)-D3i*cos(A3i) [0153] 等式6： [0154] HR3i＝H0-H1-H2-H4-H3i＝H0-H1-(D2+D4)*sin(AT)-D3i*sin(A3i) [0155] 对于PS＝LR。由于激光平面系统仅竖直地参考BM，因此如果在基准定位之后或在扫描期间使感测设备移动(由EOS确定)，则随后扫描的轮廓将竖直地以BM为中心，但水平地以L为中心，如由如下等式确定： [0156] 等式7：H3i＝D3i*sin(A3i) [0157] 有时，当PS不具有可用的信号输出时，系统将(暂时地)以下文针对第二实施方式所描述的方式来操作。可替选地，感测设备10可以按需被安装到平台、铲斗柄、铲斗油缸、或机器的其它合适构件。 [0158] 可替选地，感测设备还可以执行如下例程：当作业工具的切割边缘停留在平坦表面或其它预定表面上时，扫描该作业工具的轮廓。然后该例程将从一个或多个扫描轮廓构造该工具的图像(横截面)，其中切割边缘通过平坦表面来确定。在后续操作中，系统会识别工具轮廓的一部分并将该工具的图像(具有切割边缘)以该位置和方向放在显示器上。不仅可以以其当前方向显示工具图像，而且监控器还可以示出作业工具边缘与预期高度之间的距离(在工地表面上的该水平位置上的设计轮廓)。 [0159] 可替选地，PS 12可以为GNSS接收器的天线、TTS的目标、或用LR扩大的GNSS接收器。再次可替选地，如果PS 12技术为GNSS，则图4中示出的感测设备配置可以用于保持GNSS天线与卫星星座最佳对齐，且避免多路效应。72处的天线将通常向上瞄准卫星星座，且枢轴点可以与位置传感器基点P一致。这类配置的示例将为由抑制下垂布置所支持的GNSS天线。 [0160] 第二实施方式 [0161] 现在参照图11，在该第二基本系统实施方式中，挖掘机200被示出具有感测设备30，该感测设备30具有图2的配置、安装到吊杆206。当工地BM 222在扫描LDM 16、扫描LDM 18的视野中时，第二实施方式为有用的。由于不具有PS传感器，因此该实施方式节省了设置PS系统(例如，包括提供旋转激光发射器，该旋转激光发射器将在预定高度处产生激光平面)的工作量。 [0162] 基准定位：从轮廓识别BM—示例： [0163] 在保持感测设备静止，没有识别BM用于参考时，用户可以发起工地的扫描。扫描轮廓的以L为中心的竖直的点坐标和水平的点坐标(V3i和H3i)将通过如下等式来确定(图10)： [0164] 等式8：V3i＝D3i*cos(A3i) [0165] 等式7(再次)：H3i＝D3i*sin(A3i) [0166] 然后用户可以通过输入允许将BM十字准线拖曳或放置在预期位置上的模式来识别相关于所显示轮廓(诸如目前表面)的工地基准点特征。将使轮廓点的坐标与BM对齐，因此与工地坐标对齐，以及最新轮廓和任何设计轮廓将被显示成以BM为中心(图8)。 [0167] 示例：基准定位：利用LDM感测输出光束识别BM(基准定位模式)。 [0168] 用户使LDM感测输出光束20转向以照射BM 222且发起基准定位功能。然后系统将显示以BM为中心的特征(例如，如图8所示)。对于在不移动感测设备下进行的扫描，系统显示如通过如下来确定的以BM为中心的轮廓： [0169] 不具有PS；V0、V2、V4、H0、H2和H4等于0。 [0170] 代入E1和E2给出： [0171] 等式9：V1＝V3 [0172] 等式10：H1＝-H3 [0173] 并且将这些代入E5和E6给出： [0174] 等式11：VR3i＝V3-V3i＝D3*cos(AS+AT)-D3i*cos(ASi+AT) [0175] 等式12：HR3i＝H3-H3i＝D3*sin(AS+AT)-D3i*sin(ASi+AT) [0176] 如果在识别基准定位之后或在扫描期间移动感测设备，则后续轮廓将被显示成非中心的。注意，当使用第二实施方式的系统时，上文针对第一实施方式所描述的相同功能、操作模式、等式和显示仍为可用的，额外限制是不具有PS信号。上文描述了该额外限制的“处罚”。注意，作为替选，感测设备可以按需被安装在挖掘机的铲斗柄208、挖掘机的铲斗油缸214或挖掘机的平台204或其它合适构件上。 [0177] (注意，对于该第二实施方式，术语“基准定位”为将集成式感测设备系统的传感器和感测设备输出坐标对齐到工地坐标系。不包括位置传感器，仅具有可转向的LDM和EOS(角度参考)传感器。) [0178] 第三实施方式 [0179] 现在参照图12，在该第三基本系统实施方式中，具有图3的配置(其中PS＝LR)的感测设备50被安装到挖掘机200的铲斗柄208。图3的感测设备配置不具有转向机构，且依赖于机器的使其转向到兴趣点的构件。该感测设备配置50节省了转向机构18和编码器114的成本，但是当然，该系统配置需要机器构件的更多移动以执行目标区域的扫描。 [0180] 当PS 12正在作业时，该第三实施方式的系统显示以BM为中心的轮廓，以及使感测设备50移动，这些与第一实施方式感测设备10的情况相同。如果PS 12未作业，则多个点或轮廓被显示成非中心的。可替选地，对于吊杆在扫描期间不移动的扫描，设备50可以被安装到铲斗柄，使得基点L或基点P与铲斗枢轴F对齐，然后当PS信号暂时丢失时，轮廓可以被显示成以BM为中心。再次可替选地，第三实施方式感测设备50可以被安装到铲斗油缸214。再次可替选地，当在第三实施方式中使用感测设备50时，PS 12可以为GNSS接收器、TTS目标、或用LR扩大的GNSS接收器。 [0181] 第四实施方式 [0182] 图13和图14示出了具有按照图1的配置的感测设备10，该感测设备10被安装到柱体308，该柱体308被添加到土地作业机器(诸如推土机300)的铲310。注意，图1的感测设备10和图2的感测设备30均将在该系统中成功操作。 [0183] 可以将感测设备10定向成“边对边”扫描在切割边缘的长度前方或后方的材料，如图13所示。导向系统可以测量、显示、和记录实际期望的切割轮廓以及被工具留下的料堆或未完全填充的区域。如果PS 12＝GNSS接收器或TTS目标，则这些区域的位置可以被“绘制”。具有设备10或设备30的导向系统还可以用于使工具匹配围绕作业工具310的切割边缘312的一端或两端(314和316)的现存材料的高度；即，导向系统可以产生用于控制切割边缘的高度匹配推土机的铲310的一侧或两侧(314和/或316)上的现存材料的高度的信号。对于该功能不需要PS 12。这在功能上类似于由天宝公司出售的TRACER产品(型号ST400)。该系统还可以测量已完成的材料表面的铲坡度。 [0184] 可以将感测设备10或感测设备30定向成扫描在作业工具前方和/或后方的材料，如图14所示。LDM激光扫描线24示出了在作业工具前方的地形，而LDM激光扫描线26示出了在作业工具后方的地形。使用该功能，系统可以测量和显示被铲310切割和/或承载的材料的量，以帮助操作者避免失速状况。而且，对于在切割和/或压实之后出现的材料，具有设备10的系统可以测量切割边缘312或压实辊(例如)后方的实际高度。如在一些其它实施方式中，感测设备10或感测设备30可以被安装到机器平台304或机器300的某种其它构件，且被定向成测量被作业的材料的横向坡度。 [0185] 可替选地，系统还可以执行如下例程：当作业工具的切割边缘停留在平坦表面或其它预定表面上时，扫描该作业工具的轮廓。然后该例程将从一个或多个扫描轮廓构造作业工具310的图像(横截面)，其中切割边缘312通过该平坦表面来确定。在后续操作中，系统会识别工具轮廓的一部分并将该工具的图像(具有其切割边缘)以该位置和方向放在显示监控器140上。不仅可以以其当前方向显示工具图像，而且监控器还可以示出作业工具边缘与预期高度(在工地表面上的该水平位置上的设计轮廓)之间的距离。 [0186] 第五实施方式(添加吊杆枢轴参照物) [0187] 提供第五实施方式，其将吊杆枢轴(“BP”)参照物添加到第一实施方式或第二实施方式。很经常，当在工地上到处运土时，常规的(或“有效的”)PS(位置传感器)信号由于阻挡PS系统信号且阻止其工作的建筑物、隧道和树木而丢失。而且对于像挖掘机这样的机器，当挖掘机的臂部多次反复地挖掘隧道时，机器的平台经常为静止的。对于该情况，将会对系统有利的是确定在PS信号暂时或永久丢失时可使用的机器平台参照物。机器平台上将被用作该参照物的点为吊杆枢轴(BP)，首次在图10中示出。为了确定BP参照物，需要再两个变量(如图10可见)： [0188] D5＝从L到BP的距离；“L”为用于LDM测量的输出基点。 [0189] A5os＝设备零参考(“n”)与向量D5之间的角度。 [0190] 当对系统基准定位且不存在PS信号时，该系统将通过下式确定相对于BM的BP位置： [0191] 等式13：VBP＝V3-V5＝D3*cos(A3)-D5*cos(A5) [0192] 等式14：HBP＝H3+H5＝D3*sin(A3)+D5*sin(A5) [0193] 其中： [0194] 等式15：A5＝A5os-AT [0195] 如果PS信号存在，则系统将还确定V1和H1(按照等式1和等式2)。 [0196] 当系统接收PS信号时，该系统将按照下式更新VBP和HBP并将最新结果保留在存储器中： [0197] 等式16：VBP＝V0+V1-V2-V4-V5 [0198] 等式17：HBP＝H0-H1-H4-H2+H5(对于PS＝LR未确定) [0199] 当PS信号不存在、但自基准定位或最后的PS信号起未使BP移动时，扫描轮廓可以通过下式来确定且被显示成以BM为中心： [0200] 等式18：VR3i＝VBP+V5-V3i [0201] 等式19：HR3i＝HBP-H5-H3i(当在基准定位之后使BP移动时，对于PS＝LR未确定)[0202] 对于不具有PS信号(用于更新BP位置)的系统，如果在基准定位之后使BP移动，则显示的轮廓恢复成以L为中心。 [0203] BP参考校准过程 [0204] 第五实施方式将机器校准过程添加到“基本系统”的吊杆安装感测设备以及提供某些附加特征。现在描述确定BP参考参数D5和A5os的过程，利用在感测设备10、感测设备30或感测设备70中的扫描LDM以最小化用户工作量。无需PS传感器。当将系统基准定位时，用户将在两个或更多个显著不同的吊杆位置处重复基准定位功能。两个或更多个额外的基准定位还可以用于通过过滤多重解而提高基准定位参数VBP和HBP的准确度。(术语“过滤”宽松地指采用相同点的多个读数来创建被平均化的总和；它还包括拒绝一个或多个数据点(这些数据点相对于其它数据点为异常值)的可能性，以及可以以其它方式扭曲平均化读数。) [0205] 过程： [0206] (1)在三个或更多个显著不同的吊杆位置处将系统基准定位，如图15所示。 [0207] (a)利用LDM 16照射BM 222以及发起基准定位功能。识别放在BM上的目标的扫描例程可以用于降低用户工作量且提高准确度。这类目标可以具有独特的几何结构或反射率，诸如反射性带点或条状物。 [0208] (b)系统存储来自各个吊杆位置的数据(D3、A3、AS)。 [0209] (2)感测设备处理器将用于各个吊杆位置的以L为中心的极坐标(D3，A3)转换为以BM为中心的笛卡尔坐标。 [0210] (3)感测设备处理器使用“三点圆拟合”方法来确定由LDM基点在各个吊杆位置处所形成的圆弧226的半径和中心坐标。圆半径＝D5。相对于BM＝(HBP,VBP)，圆中心坐标＝BP坐标。 [0211] (4)感测设备处理器利用勾股定理确定从BM到BP的距离(距离D6)。 [0212] 等式20：D6＝SQRT(HBP^2+VBP^2) [0213] (5)针对各个吊杆位置，感测设备处理器利用余弦定律确定角度A6。 [0214] 等式21：A6＝arcos{[(D3)^2+D5^2-D6^2]/[2*(D3)*D5]} [0215] (6)感测设备处理器通过下式来确定用于各个吊杆位置的A5os： [0216] 等式22：A5os＝(A6)-(AS) [0217] (7)感测设备处理器过滤用于各个吊杆位置的A5os解以改善结果。 [0218] (8)针对“多于3个”吊杆位置中的每一者，重复步骤(2)至步骤(7)。过滤D5和A5os的解以改善结果。 [0219] 应当注意，作为替选方法，用于BP参考校准的目标不必须为工地BM。合适的目标可以为以下这样的任何特征：(a)在过程期间不移动、(b)可以被LDM准确定位、(c)被添加或存在于周围地形或机器上、以及(d)具有独特的几何结构和/或反射特性，这允许其通过手动转向或自动扫描例程来快速且准确地定位。此外，作为另一替选方法，在该过程期间可以存储不同的参数，且可以使用不同的算法来求解D5和A5os。再一替选方法将为，如果PS在位于三个或更多个吊杆位置时可以提供感测设备的坐标，则可以使用那些坐标代替目标坐标来求解D5和A5os。(GNSS系统接收器和TTS系统目标可以提供这点，但是LR系统无法提供。)[0220] 将理解，当感测设备100被安装在围绕着另一构件上的点旋转的构件上时，该过程可以被用在除了挖掘机以外的机器上，该另一构件会在运土操作期间进行适当稳定的参考。这类其它机器和构件的示例将为前端装载机的臂部构件。也将理解，该过程可以与纵摇测斜计和横摇测斜计一起使用，该纵摇测斜计和横摇测斜计被添加到机器平台204且被校准到机器几何结构，以允许在使机器平台围绕其底架202枢转时的更准确的操作导向。 [0221] 第六实施方式(添加铲斗齿位置和方向) [0222] 对于第五实施方式的系统的用户(该用户想要连同地形和设计轮廓一起显示的铲斗齿位置和方向)，可以将传感器添加到挖掘臂构件和新的机器校准过程以完成该结果。图16示出了具有安装到吊杆206的感测设备10、感测设备30或感测设备70的机器(类似于第五实施方式)。测斜计250和测斜计252(也称为“T7”和“T8”)被安装在任何适合于铲斗210和铲斗柄208构件的安全位置上。注意，可以用陀螺仪来扩大测斜计。在本实施方式中，通常使测斜计的感测平面与机器构件的摆动平面对齐。这很容易来完成，因为在构件上具有与摆动平面对齐的安装表面。将测斜计的零点不严密地与每个构件的向量对齐。 [0223] 可以通过下式来找到铲斗齿相对于BM的位置： [0224] 等式23：VBT＝VBP+D9*cos(A9)-D8*cos(A8)-D7*cos(A7) [0225] 等式24：HBT＝HBP-D9*sin(A9)-D8*sin(A8)+D7*sin(A7) [0226] 如图16所示，向量角A7、向量角A8和向量角A9为测斜计的原始输出、和测斜计零值与构件向量之间的角偏移的复合。这留下待找到的构件长度(D7、D8和D9)和测斜计偏移(A7os、A8os和A9os)。现在描述用于此的新的机器校准过程。 [0227] 铲斗齿校准过程 [0228] (A)首先确定铲斗参数D7和A7os(参照图17)。 [0229] D7＝铲斗向量长度＝从铲斗枢轴(R)到铲斗齿240的向量。 [0230] A7os＝铲斗测斜计(T7)零值与铲斗向量之间的角偏移。 [0231] (a)使机器保持静止且将铲斗保持在所示位置上(图17)、该位置从感测设备10向外且基本上在平滑地面上方。 [0232] (b)发起手动或自动扫描例程以确定铲斗切割边缘位置。 [0233] 该例程可以开始于竖直地对齐LDM感测输出光束且向外横扫，直到遭遇由从地面到铲斗齿的光束反射“跳跃”引起的巨大距离变化。扫描例程将在该点上来回横扫，直到以足够的准确度确定该点。如图18所示，可以将目标246添加到铲斗齿240以改善如下项： [0234] (1)来自通常不规则齿的切割边缘的清晰度。 [0235] (2)LDM感测输出光束与切割边缘的对齐(因此该LDM感测输出光束未落在齿之间)。 [0236] (3)例程可靠性、位置准确度、以及使确定切割边缘位置所需的用户工作量最小化。 [0237] (4)目标可以具有独特的几何结构或反射特性。 [0238] 保存在存储器中： [0239] (1)D3＝从LDM基点到铲斗切割边缘244的距离。 [0240] (2)A3＝从重力参考到切割边缘244的角度。 [0241] (3)A7n＝T7的角输出(从零到重力)。 [0242] (c)仅将铲斗旋转到两个或更多个基本不同的位置且在每一位置重复步骤(A)(b)。 [0243] (d)感测设备处理器将每个铲斗齿位置的以LDM为中心的极坐标(D3，A3)转换为相对于重力的笛卡尔坐标。 [0244] (e)感测设备处理器使用“三点圆拟合”方法来确定由BT(铲斗齿)位置所形成的圆弧228的半径和中心。半径＝D7；中心＝铲斗枢轴R。 [0245] (f)对于每个铲斗位置，处理器从铲斗齿和铲斗枢轴的坐标确定铲斗向量D7相对于重力的角度A7。 [0246] (g)感测设备处理器从下式确定A7os： [0247] 等式25：A7os＝(A7)-(A7n) [0248] (h)可以过滤来自各个铲斗位置的A7os以改善结果。 [0249] (B)第二，利用类似于步骤(A)的过程确定铲斗柄参数D8和A8os。(参照图19。)[0250] D8＝铲斗柄向量长度＝从铲斗枢轴(R)到铲斗柄枢轴(F)的向量。 [0251] A8os＝铲斗柄测斜计(T8)零值与铲斗柄向量之间的角偏移。 [0252] (a)使机器保持静止且将铲斗保持在所示位置上(图19)、该位置从感测设备10向外且基本上在平滑地面上方。 [0253] (b)发起手动或自动扫描例程，与步骤(A)(b)相同。 [0254] 保存在存储器中： [0255] (1)D3＝从LDM基点到铲斗切割边缘212的距离。 [0256] (2)A3＝从重力参考到切割边缘212的角度。 [0257] (3)A8n＝T8的角输出(从零值到重力)。 [0258] (4)A7＝用于数据采集位置的铲斗角度。 [0259] (c)将铲斗柄旋转到两个或更多个基本不同的(数据采集)位置且在每一位置重复步骤(B)(b)。可以在铲斗柄位置之间按需旋转铲斗，这是因为D7和A7是已知的。 [0260] (d)感测设备处理器将每个铲斗齿位置的以LDM为中心的极坐标(D3，A3)转换为相对于重力的笛卡尔坐标。 [0261] (e)感测设备处理器从铲斗齿坐标中减去铲斗向量以给出铲斗柄点R坐标。 [0262] (f)感测设备处理器使用三点圆拟合方法来确定由R位置所形成的圆弧229的半径和中心。半径＝D8；中心＝铲斗柄枢轴F。 [0263] (g)对于每个数据采集铲斗柄位置，处理器从铲斗柄点R和铲斗柄枢轴F的坐标确定铲斗柄向量D8相对于重力的角度A8。 [0264] (h)感测设备处理器从下式确定A8os： [0265] 等式26：A8os＝(A8)-(A8n) [0266] (i)可以过滤来自各个铲斗位置的A8os以改善结果。 [0267] (C)第三，感测设备处理器确定吊杆参数D9和A9os。(参看图16。) [0268] D9＝吊杆向量长度＝从铲斗柄枢轴(F)到吊杆枢轴(BP)的向量。 [0269] A9os＝感测设备EOS测斜计(AT)零值与吊杆向量之间的角偏移。 [0270] (a)使机器平台和吊杆保持静止，直到完成如下计算。 [0271] (b)铲斗柄枢轴F的坐标现在是已知的，且可以从D5和A5(如上文在BP参考校准部分中所确定)确定吊杆枢轴(BP)的坐标。 [0272] (c)可以用三角学方法从这些已知的点F和BP确定吊杆长度(D9)和吊杆角度(A9)。 [0273] (d)通过下式来确定EOS-吊杆向量偏移角： [0274] 等式27：A9os＝AT+A9 [0275] (D)铲斗齿位置校准现在完成。 [0276] 可替选地，涉及移动机器构件的三个校准过程步骤(确定BP参考参数、确定铲斗参数、以及确定铲斗柄参数)可以被组合以节省用户工作量。所有的三个机器构件可以同时被运用在各个铲斗齿位置上，以及同时求解等式。另一替选方案将为，将感测设备10安装在铲斗柄上，其中测斜计被安装到铲斗和吊杆。在该配置中可以使用运动和校准过程的类似等式。 [0277] 将理解，本文中所公开的技术的感测设备可以被应用于具有多于3个或少于3个铰接构件的挖掘机或铲斗机，以及被应用于除了上文提及的那些以外的运土机器，诸如前端装载机、盒式铲、平土机、挖沟机、压实辊、整平板、铺路机等，而不脱离该技术领域的原理。 [0278] 为了在本发明中简化的目的，仅示出了2D(二维)设计和扫描轮廓显示示例。然而，如上所述，也可以以3D(三维)显示设计和扫描轮廓。 [0279] 图20示出了显示监控器140，其中，铲斗齿位置可以由显示屏147上的点或铲斗图像连同任何提及的轮廓来表示。铲斗图像可以通过VBT和HBT来定位、通过D7来定尺寸、以及通过A7来定向。同样地，铲斗柄和吊杆的图像还可以被添加到显示器。系统还可以显示测量值，诸如铲斗齿与轮廓的竖直距离。 [0280] 现在参照图21、图22、和图23的流程图，这些流程图适用于实施方式1、实施方式2、和实施方式5，各个这些流程图页面的上半部表示操作者将相对于手边的挖掘的具体需求而结合对可用的位置感测系统的能力以及将使用感测设备的工地上的预期现场条件的了解所进行的决定。这三个流程图页面的下半部(即，虚线下方的一半)中的步骤表示由感测设备本身在其已利用特定的一件运土装备开始操作时自动作出的决定。 [0281] 如将从阅读如下描述所理解，操作者决定与挖掘需求以及位置感测系统可用性和限制性更有关，而不是运土装备的模型或构造。 [0282] 现在参照图21，流程图开始于步骤400，在该步骤400中，研究一个或多个挖掘设计以选择具有合适配置和合适类型的位置传感器的感测设备，该位置传感器最佳满足该运土过程的需求以及工地的类型，这本质上涉及选择在图1至图4上所描述的四个实施方式之一的决定。在步骤402，现在将挖掘设计标准输入到系统中。在步骤404，将感测设备安装到运土机器。在步骤406，现在将显示器安装到机器。 [0283] 逻辑流程现在已到达决定步骤410，该决定步骤410确定是否正使用位置传感器。如上文所讨论，在本文中所公开的技术中所使用的典型位置传感器为激光接收器或GNSS接收器、或TTS目标。如果未正使用位置传感器，则在机器操作期间，逻辑流程被导向到决定步骤420，该决定步骤420询问基准点是否为操作者的显示器的扫描轮廓的可识别特征？如果答案为“否”，则在步骤424，通过利用LDM(激光测距仪)感测输出光束识别基准点来执行基准定位例程。在步骤426，使用LDM感测输出光束来扫描工地表面，该步骤426可以手动或自动来发起。决定步骤440现在确定在扫描期间是否移动感测设备。如果是，则步骤442确定操作者的监控器上的显示模式将为“非中心”，且逻辑流程返回到步骤426。 [0284] 如果在扫描期间未移动感测设备，则决定步骤440处的结果将为“否”，以及现在将逻辑导向到决定步骤450，该决定步骤450确定自从基准定位过程以来，是否移动感测设备？如果答案为“是”，则步骤452将引起操作者的监控器以“以L为中心”模式显示所扫描轮廓，且逻辑流程返回到步骤426。如果在步骤450处的答案为“否”，则步骤434将引起操作者的监控器以“以BM为中心”模式显示所扫描轮廓(意味着该轮廓为基准点中心)，且逻辑流程返回到步骤426。 [0285] 如上文所讨论，当基准点不可用时，使用“以L为中心”显示模式，即使感测设备在其扫描期间为静止的。相对于LDM基准点“L”显示轮廓和感兴趣点，但是在监控器上未显示基准点或基准十字准线、或与基准点有关的设计特征。因此，在该模式下不会具有用户可用的虚拟基准点。在另一方面—如可期望的—在“以BM为中心”显示模式下，这些基准点特征是可用的且被显示在操作者的监控器上。 [0286] 返回参照决定步骤420，如果基准点为扫描轮廓的可识别特征，则逻辑流程被导向到扫描步骤422，该扫描步骤422可以手动地或自动地来发起，这时，可转向的激光测距仪扫描工地表面。决定步骤430现在确定在扫描期间是否移动感测设备。如果答案为“是”，则逻辑流程被导向到步骤422，以及用于扫描的轮廓的显示模式为“非中心”，且逻辑流程返回到步骤422。如果感测设备在扫描期间未移动，则逻辑流程被导向到决定步骤432，该决定步骤432询问操作者是否期望从扫描轮廓识别基准点。实质上，操作者确定是否应当从由激光测距仪在其可转向扫描期间所接收的实际数据确定表示物理基准点的可识别形状。如果答案为“否”，则逻辑流程被导向到步骤452，以及显示模式为“以L为中心”。逻辑流程返回到步骤 422。在另一方面，如果答案为“是”，则逻辑流程被导向到步骤434，以及显示模式为“以BM为中心”(意指以基准点为中心)，且逻辑流程返回到步骤422。 [0287] BP参考及其对显示模式的影响对于感测设备的“无PS”配置是可用的，但是出于简洁目的而从图21(其不具有PS逻辑)的流程图中省略。将在图22和图23(其包括“PS存在”部分)的流程图中讨论BP参考及其影响。在图21的流程图中所讨论的在扫描之后从显示数据识别BM的操作者选项可用于具有PS传感器的感测设备配置，但是同样地将出于简洁目的而从图22和图23的流程图中省略。 [0288] 返回参照决定步骤410，如果将要使用位置传感器，则流程图通过“A”被导向，该“A”将流程图导向到图22。这个进入的逻辑流被提供附图标记500且到达步骤502，该步骤502设置位置传感器系统。逻辑流现在被导向到决定步骤510，该决定步骤510询问将使用哪种类型的位置传感器。答案通常将为激光接收器、GNSS接收器、或可能“总跟踪站”(也被称为“TTS”)目标。如果答案为激光接收器，则逻辑流被导向到决定步骤520，在步骤520中，用户确定是否可以在扫描时阻挡位置传感器。如果答案为“否”，则逻辑流被导向到决定步骤 522，在步骤522中，利用位置传感器执行基准点过程以及利用LDM感测输出光束识别基准点。短语“利用位置传感器测试基准”指的是，激光接收器在激光平面内，该激光平面通常由在工地上产生激光平面的旋转式激光发射器来发射。这允许感测设备将其输出坐标与工地上的已知坐标对齐。 [0289] 下一步骤为，在步骤524，扫描工地表面，该步骤524可以手动地或自动地来发起。决定步骤530现在确定位置传感器在扫描期间是否工作(例如，激光接收器不在激光平面内)。如果否，则决定步骤532确定在扫描期间是否移动感测设备。如果答案为“是”，则逻辑流被导向到步骤534，用于操作者的监控器的显示模式为“非中心的”，且逻辑流程返回到步骤524。非中心的显示模式意味着，在监控器上正显示的轮廓可以被绘制，但是不显示刻度。 由于激光接收器当前不在激光平面内，因此通过EOS传感器(即电子方向传感器)确定扫描点相对于动态基点L的位置。 [0290] 如果感测设备在扫描期间不移动，则决定步骤532处的结果为“否”，以及现在决定步骤540确定感测设备自从基准定位过程起是否已移动。如果答案为“是”，则步骤542引起监控器以以L为中心的模式显示其结果，且逻辑流程返回到步骤524。如果在步骤540处的答案为“否”，则步骤546以称为“以BM为中心”(参看上文描述)的模式在操作者的监控器屏幕上显示信息。逻辑流程返回到步骤524。返回参照决定步骤530，如果位置传感器在扫描期间工作，则步骤552以称为“竖直以BM为中心和水平以L为中心”(参看上文描述)的模式在操作者的监控器屏幕上显示信息，且逻辑流返回到步骤524。 [0291] 返回参照决定步骤520，如果在扫描期间将阻挡位置传感器，则逻辑流被导向到步骤526，在步骤526中，操作者决定利用位置传感器进行基准定位，其中，利用LDM感测输出光束识别基准点；但是附加地，建立吊杆枢轴参考(在本文中被称为“BP参考”)。换言之，除了感测设备外，还将包括吊杆枢轴参考，这需要将装备一定量地校准到实际的挖掘机器。对于给定的安装和机器，该校准仅必须被执行一次，如上文描述中所讨论。 [0292] 一旦已将吊杆枢轴参考添加到系统信息中，则在步骤528处执行扫描过程，该步骤528可以手动地或自动地来发起。决定步骤550现在确定位置传感器在扫描期间是否工作。 如果答案为“是”，则逻辑流立即下降到步骤552，显示为竖直以BM为中心和水平以L为中心，且逻辑流返回到步骤528。如果位置传感器在扫描期间不工作，则逻辑流被导向到决定步骤 560，该决定步骤560确定吊杆枢轴自从基准定位过程起或自从最后有效的位置传感器信号起是否移动。如果答案为“否”，则逻辑流被导向到步骤552，以及显示模式为竖直以BM为中心和水平以L为中心，且逻辑流返回到步骤528。在另一方面，如果答案为“是”，则逻辑流被导向到决定步骤562，该决定步骤562确定感测设备在扫描期间是否移动。如果答案为“否”，则逻辑流被导向到步骤542，显示模式为以L为中心，且逻辑流返回到步骤528。如果答案为“是”，则逻辑流被导向到步骤534，显示模式为非中心，且逻辑流返回到步骤528。以BM为中心的显示模式可源自具有LR和BP参考配置的感测设备的情况是可行的，但出于简洁目的而从流程图中省略。 [0293] 返回参照决定步骤510，如果位置传感器的类型将为GNSS接收器或总跟踪站目标阵列，则逻辑流程通过字母“B”被导向且到达图23，作为箭头600处的逻辑流；决定步骤610现在将确定在扫描时是否期望阻挡位置传感器。如果答案为“否”，则步骤612将利用正常工作的位置传感器来执行基准定位过程，以及将使用LDM感测输出光束识别物理基准点。可以手动地或自动地发起的步骤614现在扫描工地表面。 [0294] 决定步骤620现在确定位置传感器在扫描期间是否工作。如果答案为“是”，则逻辑流被导向到步骤642，且操作者的监控器将以显示模式“以BM为中心”来操作。这是“最佳”类型的可用操作模式，以及将按照本文中所公开的技术的原理来显示所有信息。然后逻辑流返回到步骤614。 [0295] 然而，如果在决定步骤620处的答案为“否”，则逻辑流被导向到决定步骤622，该决定步骤622确定感测设备在扫描期间是否移动。如果答案为“是”，则逻辑流被导向到步骤624，在步骤624中，显示模式为“非中心”，且然后逻辑流程返回到步骤614。但是如果在步骤 622处，感测设备未移动，则逻辑流被导向到决定步骤630，该决定步骤630确定感测设备自从基准定位过程起是否已移动。如果答案为“否”，则逻辑流程被导向到步骤642，且显示模式为以BM为中心，以及逻辑流返回到步骤614。在另一方面，如果感测设备自从基准定位过程起已移动，则逻辑流程被导向到步骤632，且显示模式为“以L为中心”，以及逻辑流返回到步骤614。 [0296] 返回参照决定步骤610，如果将在扫描时阻挡位置传感器，则逻辑流程被导向到步骤616，以及利用主动工作的位置传感器执行基准定位过程，且利用LDM感测输出光束识别基准点。建立吊杆枢轴参考，如上文详细描述。 [0297] 一旦已经完成基准定位过程，则现在在步骤618，在手动或自动发起时，利用LDM感测输出光束扫描工地表面。决定步骤640现在确定位置传感器在扫描期间是否工作。如果答案为“是”，则逻辑流程立即下降到步骤642，显示模式为以BM为中心，且逻辑流程返回到步骤618。另一方面，如果答案为“否”，则决定步骤650现在确定吊杆枢轴自从基准定位过程起或自从接收到最后可靠的位置传感器信息起是否已移动。如果答案为“否”，则逻辑流被导向到步骤642，显示模式再次为以BM为中心，且逻辑流返回到步骤618。 [0298] 如果吊杆枢轴自从基准定位过程起或自从最后的可靠的位置传感器信息起已移动，则在决定步骤650和在决定步骤652处的结果将为“是”，该决定步骤652确定感测设备在扫描期间是否移动。如果步骤652处的答案为“否”，则逻辑流被导向到步骤632，显示模式为以L为中心，且逻辑流返回到步骤618。另一方面，如果感测设备在该扫描期间移动，则步骤652处的答案为“是”，以及逻辑流被导向到步骤624，显示模式为非中心，且逻辑流程返回到步骤618。 [0299] 如从阅读这些流程图的描述可理解，由装备进行的决定在一定程度上必须在系统设置期间被预料。换言之，操作者将知道是否将使用如相比于GNSS接收器的激光接收器，从而例如将把初始逻辑流带入图22或图23。关于是否正使用位置传感器(在步骤410)的信息将也被操作者提前熟知。 [0300] 然而，一些其它主要决定为必须提前预料的类型，这是因为不一定将知道那些条件是否将存在于工地上。然而，关于系统是否将具有识别基准点特征的一些麻烦、或是否将在扫描时阻挡位置传感器，可以很好地被最有经验的操作者算出。这些为偶然考虑，该偶然考虑或许将看起来像提前的次要考虑，但是实际上必须被解释。本文中所公开的技术的感测设备的操作软件将能够仅通过示出各种类型的显示模式中合适的一种显示模式而处理这类情形，可使这些显示模式对于机器操作者是可用的。 [0301] 将理解，关于图21至图23的流程图所描述的逻辑操作可以使用循序逻辑(诸如通过使用微处理器技术)或使用逻辑状态机或可能通过离散逻辑来实现；上述逻辑操作甚至可以使用并行处理器来实现。一个优选实施方式可以使用微处理器或微控制器(例如微处理器110)来执行软件指令，该软件指令被存储在ASIC内的存储单元中。实际上，在本文中所公开的技术的一种模式下，整个微处理器110连同RAM和可执行ROM可以被包含在单个ASIC内。当然，可以使用其它类型的电路来实现在附图中所示出的这些逻辑操作，而不脱离本文中所公开的技术的原理。在任何情况下，通过使用离散逻辑元件或可能通过一种还未发明的计算设备来完成这些任务，将提供某种类型的处理电路，无论其基于微处理器、逻辑状态机；此外，通过使用离散逻辑元件或可能通过一种还未发明的存储设备来存储数据和其它操作信息，将提供某种类型的存储电路，无论其基于典型RAM芯片、EEROM芯片(包括闪存)。 [0302] 还将理解，在图21至图23的流程图中示出的且上文讨论的精确逻辑操作可以略微被修改以执行类似的但不确切的功能，而不脱离本文中所公开的技术的原理。在这些流程图中的一些决定步骤和其它命令的确切性质被导向到感测和控制系统设备的特定未来型号，该感测和控制系统设备与运土装备(这些例如包含由天宝导航有限公司出售的激光接收器)一起使用，以及当然在许多情况下会采用类似的但略微不同的步骤，用以与其它型号或品牌的感测或控制系统一起使用，其中总体发明结果是相同的。 [0303] 图24为示出用于集成式感测设备100的许多主要电子部件的硬件框图。在感测设备100中，可选的激光接收器122包括光探测器阵列或杆状传感器，其用于检测激光平面150与感测设备100交叉的位置。在图24上，光传感器通常用附图标记13来示出。通常，这类光探测器阵列或杆状传感器将具有两个输出，且每个输出通过单独的放大器15或个体放大器17来导向。这些信号被导向到110处的某种类型的微处理器或微控制器，该微处理器或微控制器将通常包含至少一个模拟-数字转换器(也称为“ADC”)，该ADC将来自放大器15和放大器17的输出端的信号转换为数字值。处理电路110将具有通常在附图标记118处示出的一些相关联的存储元件，作为存储电路。如果处理器110为微控制器，则存储元件118将通常在该处理器芯片的板上；然而，这不是必需的。 [0304] 图24上的其它感测设备之一为电子方向传感器14，该电子方向传感器14为可以将输出信号提供给处理器110的角度感测设备，该输出信号与该集成式感测设备相对于竖直面(其被感测为重力的方向)的角度有关且可选地与该设备相对于磁北(其被感测为本地磁场的方向)的角度有关。另一感测设备为激光距离测量设备16，该激光距离测量设备16充当上文所讨论的激光测距仪(LDM)。在图24上，激光测距仪16示意性地被示出成具有处于21的发射光束，该发射光束被导向到目标(通常为处于22的工地地面)，以及该发射光束21的一部分将被反射回而作为反射光束23。在图24上，输出的发射光束21和反射的入射光束23的组合通常用附图标记20来指代。 [0305] 处理器110将输出信号发送到的多个设备，包括可选的本地显示器138，该本地显示器138可以给出操作者读出信息，诸如与光探测器传感器交叉的激光平面的位置。还具有可选的小型蜂鸣器(未示出)，用于按需得到操作者的注意。而且最后，感测设备具有处于148的可选小键盘，该小键盘允许操作者按需设置感测设备且使其进入特定操作模式。除了上文的“板上”输出设备外，还具有通信电路40，该通信电路40将信号发送到远程显示器 140，该远程显示器140为放置成邻近运土机器的操作者的设备。通信电路40可以为无线设备或“有线”设备。 [0306] 另一可能的传感器为可选的铲斗柄角度传感器250，该传感器250通常会被安装在挖掘机200的铲斗柄208上，且通常还会为重力感测设备(即测斜计)。而且再者，另一可能的传感器为可选的铲斗角度传感器252，该铲斗角度传感器252通常会被安装在挖掘机200的铲斗210上，且通常会为重力感测设备(即测斜计)。 [0307] 如上所述，一种可能的位置传感器12为GNSS接收器，其在图24上的32处示出。GNSS接收器32可以向处理电路110提供一维、二维、或三维信息。GNSS接收器32可以为首要特征(代替激光接收器)、或可以为可选特征。作为可选特征，对于激光接收器提供竖直信息(以比GNSS接收器高的准确度)且GNSS接收器提供水平信息的情况，GNSS接收器32可以为有用的。或者感测设备100的激光接收器部分12突然发现其自身在激光平面150之外。在该情况下，高度尺寸可以暂时通过GNSS接收器32来确定。 [0308] 如上所述，另一可能的位置传感器12为跟踪全站仪(TTS)目标，其在图24上的42处示出。TTS目标42和支承系统可以向处理电路110提供一维、二维、或三维信息。可选的LDM转向机构18从处理器110接收移动LDM感测输出光束的命令。该LDM转向机构18还将关于LDM感测输出光束的方向的反馈信息提供给处理电路110。 [0309] 如可在本文中所使用，术语“邻近”可以具有如下含义：将一个物理对象与第二物理对象紧密定位在一起，使得这两个对象可能彼此相邻，尽管不一定要求不存在定位在此二者之间的第三对象。在本文中所公开的技术中，可以存在如下情况：“凸形定位结构”被放置成“邻近”“凹形定位结构”。通常，这可以意味着，这两个凸形结构和凹形结构在物理上邻接彼此，或者这可以意味着，它们通过特定尺寸和形状的方式而彼此“成对”，该特定尺寸和形状本质上使一个结构保持定向在预定方向上且相对于处于处于Y-Z(例如水平的和竖直的)位置上，无论这两个凸形结构和凹形结构实际上是否沿着连续表面彼此接触。或者，任何尺寸和形状(无论凸形、凹形、或其它形状)的两个结构可以被定位成略微靠近彼此，无论它们在物理上是否邻接彼此；这类关系可以仍被称为“邻近”。或者，可以关于物理对象的精确属性指定用于特定点的两个或更多个可能位置，诸如“靠近”或“处于”铲斗柄的端部；所有的那些可能的靠近/处于位置可以被视为“邻近”该铲斗柄的端部。此外，术语“邻近”还可以具有严格关于单个对象的含义，其中，单个对象可以具有两端，以及“远端”为放置成略微更远离主题参考点(或区域)的端部，且“近端”为将放置成略微更靠近该同一主题参考点(或区域)的另一端部。 [0310] 将理解，本文中所描述和/或图示的各种部件可以以各种方式来制造，包括在多个部分中或作为用于各个这些部件的单一部分，而不脱离本文中所公开的技术的原理。例如，作为下文中的权利要求的所列元件而包括的部件可以被制作成单一部分；或者该部件可以被制作成组装在一起的多个个体部分的组合结构。但是出于权利要求解释的侵权目的，该“多部分部件”将仍落在所要求保护的所列元件的范围内，即使出现将所要求保护的所列元件在本文中仅描述和图示为单一结构。 [0311] 在背景中和在细节描述中所引用的所有文件在相关部分中通过引用并入在本文中；任何文件的引用不被解释为认可该文件为关于本文中所公开的技术的现有技术。 [0312] 出于说明和描述的目的，已经呈现了对优选实施方式的以上描述。不意图详尽的或将本文中所公开的技术限制为所公开的精确形式，以及可以在本发明的精神和范围内对本文中所公开的技术进行进一步修改。本文中所描述或图示的任何示例意图作为非限制性示例，以及根据上文教导，这些示例或优选实施方式的许多修改或变型是可行的，而不脱离本文中所公开的技术的精神和范围。选择并描述一个或多个实施方式以便说明本文中所公开的技术的原理及其实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够在各种实施方式中利用本文中所公开的技术以及利用如适合于设想的特定用途的各种修改。因此本申请意图使用其普遍原理覆盖本文中所公开的技术的任何变型、使用或改编。另外，本申请意图覆盖从本发明的这类变更，如在本文中所公开的该技术所属于的领域中的已知或习惯实践的范围内且落在所附权利要求的限制内。 |
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