Система и способ сбора данных и управления экскаватором

Система и способ сбора данных и управления экскаватором

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и землеройной технике и предназначено для сбора геологических данных и данных о местоположении, а также для управления землеройной машиной. Техническим результатом является повышение эффективности земляных работ и повышение точности оценки стоимости земляных работ за счет сбора и обработки геологической и геофизической информации. Для этого система сбора содержит блок сбора геофизических данных, блок управления машиной и главный блок управления машиной. Способ заключается в том, что определяют характеристики подповерхностной геологии заранее заданной трассы с помощью системы сбора геологической информации и изменяют режим работы машины в ответ на полученную информацию при прохождении землеройного органа по заданной трассе. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к области земляных работ и касается, в частности, системы и способа сбора геологических данных и данных о местоположении, а также управления экскаватором в соответствии с собранными данными.

Обзор известных технических решений Различные типы экскаваторов были разработаны для производства земляных работ на заданном участке или трассе в соответствии со специфическим способом их выполнения. Один тип экскаватора, часто называемый гусеничным траншеекопателем, обычно используется при выкапывании длинных непрерывных траншей с целью прокладки и последующего закапывания трубопроводов различных типов. Производителю земляных работ или подрядчику иногда необходимо выкопать несколько миль или даже сотен миль траншеи на местности, имеющей различные типы неизвестной подповерхностной геологии.

Как правило, такой подрядчик выполняет ограниченное обследование заданного места земляных работ, чтобы оценить природу местности, а также размер или длину участка, на котором необходимо произвести выемку грунта. Может быть проанализирован один или несколько образцов кернов вдоль определенной трассы земляных работ, чтобы лучше оценить тип грунта, который необходимо выкопать. На основании качественной и количественной информации различного вида подрядчик обычно составляет финансовую смету, которая заранее определяет финансовые ресурсы, необходимые, чтобы выполнить земляные работы. При предложении цены на контракт земляных работ такой подрядчик часто представляет фиксированное финансовое предложение.

Понятно, что недостаточная, неточная или вводящая в заблуждение информация об обследовании может значительно повлиять на точность сметы или предлагаемую цену, связанную с отдельным проектом земляных работ. Например, первоначальное обследование может показать, что подповерхностная геология для всей или большей части заданной трассы земляных работ состоит из песка или рыхлого гравия. Соответственно, смета подрядчика и предлагаемая стоимость отразят затраты, связанные с выемкой относительно мягкого подповерхностного грунта. Однако вместо этого во время земляных работ может быть определено, что существенная часть заданной трассы земляных работ состоит из относительно твердого грунта, например гранита. Дополнительные затраты, связанные с выкапыванием необнаруженного твердого грунта, обычно относятся на счет подрядчика. Известно, что в отрасли промышленности, связанной с выполнением земляных работ, непредвиденные затраты могут поставить под угрозу финансовую жизнеспособность подрядчика.

Были разработаны различные методы для анализа подповерхностной геологии с целью установления типа, природы и структурных признаков подстилающего грунта. Радиолокационное зондирование грунта и инфракрасная термография являются примерами двух популярных методов обнаружения отклонений в подповерхностной геологии. Однако эти и другие неразрушающие методы анализа страдают от множества недостатков, которые в настоящее время ограничивают их полезность при выкапывании длинных непрерывных траншей или при выемке грунта на относительно больших участках. Кроме того, традиционные инструменты подповерхностного анализа обычно обеспечивают только отображение геологии определенной подповерхностной области и не предоставляют информацию относительно структурных или механических свойств подстилающей поверхности, являющихся критичными при попытках определить характеристики грунта, который предстоит выкопать.

В книге Вуль В.Я. и др. "Наладка электроприводов экскаваторов", под ред. Ключева В. И. - М.: Недра, 1969, описана система сбора данных и управления для машины, имеющей землеройный орган и содержащей средства приведения в движения для движения машины вдоль заданной трассы. Однако известная система не обеспечивает достаточной производительности работы экскаватора, поскольку не позволяет получить точные характеристики подповерхностной геологии на участке земляных работ.

У производителей работ и подрядчиков, использующих машины для земляных работ, имеется потребность минимизировать трудности определения характеристик подповерхностной геологии на заданных участках земляных работ. Существует также дополнительная потребность увеличить производительность работы экскаватора с помощью получения точных характеристик такой подповерхностной геологии. Настоящее изобретение направлено на удовлетворение этих и других потребностей.

Сущность изобретения Настоящее изобретение предлагает систему и способ сбора данных и управления для получения характеристик подповерхностной геологии на участке земляных работ, а также и для использования собранных данных при оптимизации эффективности работы экскаватора. Система формирования геологических изображений и система определения географического местоположения используются для первоначальной разведки заданного участка или трассы земляных работ. Блок получения геологических характеристик может использоваться также для улучшения данных, отображающих геологию. Собранные данные обрабатываются с целью получения для участка земляных работ подробных геологических данных и данных о местоположении. Полученные данные используются главной системой управления для оптимизации работы экскаватора. В одной из форм осуществления изобретения при анализе неизвестной подповерхностной геологии главный блок управления обращается к базе данных геологического фильтра, которая включает данные геологических профилей для многочисленных типов геологии. Удаление данных геологического фильтра, соответствующих известной геологии, из собранных данных, отображающих геологию, обеспечивает немедленное распознавание неизвестных и подозрительных подземных объектов. В предпочтительном случае система формирования геологических изображений содержит радиолокационную систему зондирования грунта, имеющую множество антенн, ориентированных ортогонально, чтобы получать трехмерные изображения подповерхностной геологии. Программное обеспечение для определения корреляции используется для того, чтобы коррелировать собранные данные, отображающие геологию, с предшествующими данными о производительности экскаватора для определения механических характеристик структуры подповерхностной геологии. Точное нанесение на географическую карту участка земляных работ обеспечивается системой определения географического местоположения, которая в предпочтительном случае содержит передвижной транспондер, установленный на экскаваторе, и множество наземных транспондеров. В одной из форм осуществления изобретения сигналы, передаваемые одним или несколькими спутниками глобальной радионавигационной системы (GPS), используются вместе с опорными сигналами, создаваемыми множеством наземных транспондеров.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан вид сбоку одной из форм конструктивного исполнения экскаватора, называемого гусеничным траншеекопателем и имеющего многоковшовое приспособление для рытья траншей.

Фиг. 2 представляет собой обобщенную блок-схему конструктивного исполнения экскаватора в виде гусеничного траншеекопателя.

Фиг. 3 поясняет главный пользовательский интерфейс для управления гусеничным траншеекопателем, просмотра собранных геологических данных и данных о местоположении, а также для сопряжения с различными электронными и электромеханическими узлами экскаватора.

На фиг. 4 показана блок-схема главного блока управления новой системы сбора данных и управления экскаватором.

На фиг. 5 показана блок-схема блока сбора геологических данных, входящего в состав новой системы сбора данных и управления для экскаватора.

На фиг. 6 показан график отраженных электромагнитных сигналов, принимаемых радиолокационной системой зондирования грунта, использующей обычную одноосевую антенную систему.

На фиг. 7 показана блок-схема блока определения географического местоположения, входящего в состав новой системы сбора данных и управления экскаватором.

На фиг. 8 показана блок-схема блока управления экскаватором, входящего в состав новой системы сбора данных и управления экскаватором.

На фиг. 9 показана блок-схема различных баз данных и программного обеспечения, к которым имеет доступ главный блок управления и которые им обрабатываются.

На фиг. 10 показан пример заданного участка земляных работ, имеющего разнородную подповерхностную геологию.

На фиг. 11 показан пример разведочного профиля в виде диаграммы, полученной для заданной трассы земляных работ с использованием нового блока сбора геологических данных и блока определения географического местоположения.

На фиг. 12 показан пример профиля производительности земляных работ в виде диаграммы, соответствующей диаграмме разведочного профиля, показанной на фиг. 11.

Фиг. 13 является иллюстрацией заданного участка земляных работ, имеющего разнородную подповерхностную геологию и неизвестный зарытый объект.

Фиг. 14 иллюстрирует традиционную одноосевую антенную систему, обычно используемую в радиолокационной системе зондирования грунта для формирования двумерного изображения подповерхностной геологии.

На фиг. 15 показан пример новой антенной системы, содержащей множество антенн, ориентированных ортогонально относительно друг друга, и предназначенной для использования в радиолокационной системе зондирования грунта, формирующей трехмерное изображение подповерхностной геологии.

На фиг. 16 показан пример частичной сети городских улиц и экскаватор, оборудованный новой системой сбора данных и управления экскаватором, используемой для составления точной карты заданного участка земляных работ.

Фиг. 17-20 поясняют в виде блок-схемы алгоритма обобщенные операции нового способа сбора данных и управления экскаватором.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Новая система и способ сбора данных и управления экскаватором обеспечивает существенное улучшение эффективности земляных работ (т.е. выемки грунта) и предварительной оценки их стоимости с помощью сбора и обработки геологической и геофизической информации, а также информации о географическом местоположении для отдельного участка земляных работ. Работа экскаватора предпочтительно оптимизируется путем изменения его рабочих параметров на основе собранных данных разведки и входных команд, получаемых от оператора экскаватора. Точность оценки ресурсов и затрат, связанных с работами по выемке земли на отдельном участке земляных работ, значительно увеличивается за счет выполнения вычислительного анализа собранных данных разведки до начала земляных работ на участке. Тем самым для подрядчика существенно уменьшается связанный с конкретным проектом земляных работ риск неправильного определения его стоимости из-за недостатка точной и подробной информации относительно геологии рассматриваемого участка земляных работ.

Преимущества и отличительные признаки новой системы и способа сбора данных и управления экскаватором в основном будут рассмотрены на примере одного конкретного типа экскаватора, называемого гусеничным траншеекопателем. Однако должно быть понятно, что гусеничный траншеекопатель представляет собой лишь одну из многих форм осуществления экскаватора, который может быть оборудован описываемой ниже новой системой сбора данных и управления. Таким образом, преимущества и особенности описываемых новых системы и способа не ограничиваются применениями, связанными с гусеничным траншеекопателем.

Обратимся теперь к чертежам и, в частности, к фиг. 1, на которой показан пример одного из конструктивных исполнений экскаватора, хорошо подходящего для встраивания новой системы сбора данных и управления. Типичный гусеничный траншеекопатель, показанный на фиг. 1 и 2, содержит двигатель 36, связанный с приводом 32 правой гусеницы и приводом 34 левой гусеницы, которые вместе образуют тяговую часть 45 гусеничного траншеекопателя 30. Землеройное приспособление 46, как правило присоединяемое к передней стороне тяговой части 45, обычно выполняет заданный вид операций по выемке грунта.

Ковшовая цепь 50 или другое землеройное приспособление 46 часто используется для того, чтобы рыть траншеи разной ширины и глубины с подходящей скоростью. Ковшовая цепь 50 в транспортной конфигурации 56, когда траншейный экскаватор 30 маневрирует по участку земляных работ, обычно остается над землей. Во время земляных работ цепь 50 опускается, проходит через грунт и выкапывает траншею с необходимой глубиной и скоростью, находясь в конфигурации 58 копания траншеи. Другое популярное приспособление для копания траншей, называемое в данной области техники скальным ротором, может управляться способом, аналогичным способу управления ковшовой цепью 50. Гусеничный траншеекопатель 30 хорошо подходит для эффективного рытья траншеи по заданной трассе земляных работ с целью укладки различных типов труб и коммунальных трубопроводов.

На фиг. 3 показан главный пользовательский интерфейс 101 гусеничного траншеекопателя 30. Управление поступательным движением гусеничного траншеекопателя 30 и его направлением во время работы в транспортном режиме обычно осуществляют, манипулируя рычагами 64 и 66 левой и правой гусениц, которые соответственно управляют приводами левой и правой гусениц 34 и 32. Например, перемещение рычага 66 правой гусеницы вперед обычно заставляет привод правой гусеницы 32 работать в прямом направлении и в зависимости от относительной скорости привода левой гусеницы 34 управляет гусеничным траншеекопателем 30 так, чтобы он двигался влево или вправо. Реверсирование привода правой гусеницы 32 обычно выполняют, отодвигая рычаг 66 правой гусеницы назад и заставляя тем самым привод правой гусеницы 32 работать в обратном направлении. Сообщение движения приводу левой гусеницы 34, по существу, осуществляется таким же образом, как описано в отношении привода правой гусеницы 32. Таким образом, как поступательным движением, так и его направлением управляют в основном с помощью рычагов 64 и 66 гусениц гусеничного траншеекопателя 30. Альтернативно, главный пользовательский интерфейс 101 может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать независимое управление направлением движения и движением соответственно приводов правой гусеницы 32 и левой гусеницы 34.

Во время земляных работ часто бывает желательно поддерживать двигатель 36 на постоянном оптимальном уровне мощности, что, в свою очередь, позволяет приспособлению 46 работать с оптимальным уровнем производительности при выемке грунта. Согласно известному уровню техники пульт управления обычно содержит множество регуляторов и переключателей, включая переключатель диапазона скоростей, ручку регулирования числа оборотов в минуту, ручку точной регулировки управления направлением движения и ручку точной регулировки движения. Как правило, все они должны регулироваться во время обычной операции выкапывания траншеи, чтобы удерживать двигатель на желательном уровне мощности при изменении нагрузки на приспособление 46 и управлять направлением движения гусеничного траншеекопателя 30 в желательную сторону. Кроме того, пара потенциометров правого и левого насосов обычно требует регулирования и подрегулирования, чтобы выровнять рабочие характеристики левого и правого насосов 38 и 40.

Существенный недостаток обычного пульта управления гусеничного траншеекопателя связан с необходимостью быстрого реагирования оператора на изменения нагрузки двигателя 36 обычно сначала путем определения подходящего переключателя для регулирования и затем степени его регулирования. Обычно небольшие изменения поступательного движения выполняются ручкой точной регулировки движения. Средние изменения в уровне движения вперед гусеничного траншеекопателя 30 обычно производятся подстройкой ручки регулирования числа оборотов в минуту. Значительное изменение в уровне поступательного движения гусеничного траншеекопателя 30 обычно выполняется переключением переключателя скоростей из положения высокой скорости в положение средней или низкой скорости и подстройкой еще раз ручки точной регулировки движения и ручки регулирования числа оборотов в минуту, чтобы избежать остановки двигателя 36.

Новая система сбора данных и управления устраняет необходимость непрерывного ручного регулирования и подрегулирования множества переключателей, ручек и рычагов управления. Вместо этого интеллектуальный блок управления земляными работами используется для непрерывного контроля сети датчиков, которые преобразуют различные функции экскаватора в электрические сигналы, и обрабатывает эти и другие электрические сигналы так, чтобы лишь с минимальным вмешательством оператора экскаватора оптимизировать характеристики управления направлением движения и выемкой земли экскаватором. Усовершенствованный пользовательский интерфейс сообщает оператору необходимую информацию о работе экскаватора, а также геологические данные и данные о географическом местоположении предпочтительно с помощью дисплея, например жидкокристаллического дисплея или дисплея на электронно-лучевой трубке. На пользовательском интерфейсе предусматриваются клавиатура и другие рычаги и переключатели, чтобы осуществлять связь с системой сбора данных и управления и управлять работой экскаватора.

Система сбора данных и управления Обратимся теперь к фиг. 4, на которой новая система сбора данных и управления показана в виде блок-схемы. В широком и общем смысле показанная на фиг. 4 система значительно улучшает работу экскаватора путем сбора геологической и геофизической информации, а также информации о местоположении, относящейся к определенному участку земляных работ, и путем использования этой информации для увеличения эффективности земляных работ. Сбор таких данных для участка земляных работ существенно уменьшает риск, связанный с оценкой стоимости и планированием конкретного проекта земляных работ. Сбор данных о географическом местоположении в реальном масштабе времени обеспечивает точное нанесение на карту области выемки грунта с целью точной идентификации местоположения и глубины, например, закопанных в землю труб и коммунальных трубопроводов, проложенных на участке земляных работ. Эти и другие существенные преимущества и отличительные признаки обеспечиваются новой системой и способом сбора данных и управления экскаватором, рассматриваемой ниже более подробно.

Как подробно показано на фиг. 4, главным компонентом обработки в новой системе сбора данных и управления является главный блок 250 управления, который в предпочтительном случае содержит центральный процессор 264, оперативное запоминающее устройство 266 и энергонезависимое запоминающее устройство 286, например электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM). Главный блок 250 управления предпочтительно содержит подходящие порты ввода-вывода, чтобы взаимодействовать с множеством других подсистем, которые собирают и обрабатывают данные различного вида, а также сопрягаются с системой управления экскаватором, чтобы замедлять и оптимизировать процесс земляных работ. Главный блок управления обеспечивает прием геологической информации от блока сбора геологической информации и информации о работе от блока управления машиной, имеющей землеройный орган (т.е. блока 255 управления экскаватором). Главный пользовательский интерфейс 101 в предпочтительном случае располагается вблизи сиденья оператора, установленного на экскаваторе, и обеспечивает средства взаимодействия с главным блоком 250 управления. Блок 255 управления экскаватором предназначен для управления режимом работы средств приведения в движение. Блок 255 взаимодействует с главным блоком 250 управления и реагирует на входные сигналы оператора, принимаемые от главного пользовательского интерфейса 101, чтобы совместно управлять работой экскаватора. При этом главный блок 250 управления оценивает параметры работы машины в ответ на геологическую информацию и информацию о работе, а блок 255 управления экскаватором изменяет режим работы средств приведения в движение в ответ на оценочные параметры работы машины. В предпочтительном случае в состав блока 255 управления экскаватором включается компьютер или программируемый контроллер 182, используемый для управления работой экскаватора и ее замедления.

Перемещение экскаватора и его направление перемещения в предпочтительном случае контролируется и, если необходимо, перемещение замедляется блоком 254 определения географического местоположения. Блок 254 определения географического местоположения, подключенный к главному блоку 250 управления для определения географического местоположения машины на заданной трассе, в предпочтительном случае содержит передвижной транспондер (повторитель сигналов), установленный на экскаваторе, и один или большее количество опорных транспондеров. Опорные сигналы местоположения, создаваемые опорными транспондерами, обрабатываются центральным процессором 270 блока 254 определения географического местоположения и преобразуются в данные географического местоположения, такие как данные широты, долготы, высоты и данные смещения от одного или нескольких опорных пунктов. Главный блок 250 управления связывает собираемую геологическую информацию с информацией о географическом местоположении, принятой от блока 254 определения географического местоположения, для получения оценочных параметров работы машины.

Главный блок 250 управления может быть подключен к запоминающему устройству, содержащему фильтрующую геологическую информацию, соответствующую известной геологии, при этом главный блок 250 управления фильтрует собранную геологическую информацию, используя фильтрующую геологическую информацию для удаления той собранной геологической информации, которая соответствует известной геологии. Далее, главный блок 250 управления может быть подключен к запоминающему устройству, содержащему данные о предшествующей работе машины, при этом блок 255 управления экскаватором изменяет режим работы средств приведения в движение в ответ на оценочные параметры работы машины и данные о предшествующей работе машины. Описываемая система сбора данных и управления для машины, имеющей землеройный орган, может также дополнительно содержать навигационные средства для вождения машины с использованием карты заданной трассы.

Важной составной частью новой системы сбора данных и управления является блок 256 сбора геофизических данных, который собирает различные виды геологических и геофизических данных для конкретного участка земляных работ. В одной из форм осуществления изобретения блок 256 сбора геофизических данных может быть отсоединен от главного блока 250 управления, чтобы обеспечить первоначальную разведку заданного участка земляных работ. После выполнения первоначальной разведки данные, собранные блоком 256 сбора геофизических данных, загружаются предпочтительно в оперативное запоминающее устройство 266 или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 286 главного блока управления 250. Альтернативно, блок 256 сбора геофизических данных предпочтительно постоянно соединен с экскаватором, непосредственно с главным блоком управления 250, для обеспечения в реальном масштабе времени сбора геофизических и геологических данных, а также данных о местоположении во время земляных работ. В еще одной форме осуществления изобретения предусматривается первоначальная разведка участка земляных работ для сбора соответствующих геофизических и геологических данных, а также данных о местоположении, которые загружаются в главный блок управления 250 после завершения первоначальной разведки. Бортовой блок 256 сбора геофизических данных, который предпочтительно содержит блоки, используемые при первоначальной разведке, обеспечивает в реальном масштабе времени сбор данных, которые в сочетании с собранными при первоначальной разведке данными могут использоваться для оптимизации производительности экскаватора. В предпочтительном случае блок 256 сбора геофизических данных содержит центральный процессор 276, оперативное запоминающее устройство 278 и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 280.

Среди различных видов данных, собираемых блоком 256 сбора геофизических данных, при оптимизации производительности экскаватора и при оценке затрат и ресурсов на конкретный проект земляных работ особую важность имеют данные, соответствующие специфической геологии места земляных работ и дополняющие физические характеристики такой геологии. Блок 258 отображения геологической информации в предпочтительном случае подключен к блоку 256 сбора геофизических данных, чтобы предоставлять информацию, относящуюся к определенной геологии, связанной с участком земляных работ. Различные геофизические характеристики, связанные с определенной геологией участка земляных работ, в предпочтительном случае определяются блоком 260 получения геофизических характеристик. Вспомогательный пользовательский интерфейс 262 предпочтительно подключен к блоку 256 сбора геофизических данных для просмотра на месте собранных данных и изображений и для предоставления оператору средств взаимодействия с блоком 256 сбора геофизических данных. Вспомогательный пользовательский интерфейс 262 особенно полезен в том варианте осуществления изобретения, в котором блок 256 сбора геофизических данных отсоединяется от главного блока управления для выполнения первоначальной разведки участка земляных работ. Следует отметить, что линии последовательной передачи данных RS-232 обеспечивают достаточную ширину полосы для эффективной связи между электронными блоками и приборами новой системы сбора данных и управления.

Блок сбора геофизических данных Как показано на фиг. 5, блок 256 сбора геофизических данных в предпочтительном случае содержит блок 258 отображения геологической информации и блок 260 определения геофизических характеристик. Блок 260 получения геофизических характеристик в предпочтительном случае содержит несколько геофизических приборов, которые обеспечивают получение физических характеристик геологии для конкретного участка земляных работ. Модуль 286 составления сейсмической карты содержит электронные приборы, в состав которых входят многочисленные геофизические датчики давления. Сеть этих датчиков устанавливается с определенной ориентацией относительно экскаватора так, чтобы создать непосредственный контакт с грунтом. Сеть датчиков измеряет волны давления, создаваемые в грунте под экскаватором и в стенках траншеи, образуемой экскаватором. Анализ волн давления в грунте, принимаемых сетью датчиков, обеспечивает основу для определения физических характеристик подповерхностной области на участке земляных работ. В предпочтительном случае эти данные обрабатываются центральным процессором 276 блока 256 сбора геофизических данных или, альтернативно, центральным процессором 264 главного блока управления 250.

Тестер 288 точечной нагрузки может использоваться для получения геофизических характеристик подповерхностной области на участке земляных работ. В предпочтительном случае тестер 288 точечной нагрузки использует множество конических головок для точек нагрузки, которые в свою очередь вводятся в соприкосновение с грунтом, чтобы определить степень сопротивления конкретной подповерхностной области калиброванному уровню нагрузки. Данные, собираемые тестером 288 точечной нагрузки, обеспечивают информацию, соответствующую геофизической механике тестируемого грунта. Эти данные могут также передаваться в блок 256 сбора геофизических данных для записи в оперативное запоминающее устройство 278 или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 280.

Блок 260 определения геофизических характеристик в предпочтительном случае содержит молот 290 Шмидта, являющийся геофизическим прибором, который измеряет характеристику релаксационной твердости для образца подповерхностной геологии. Другие геофизические приборы также могут использоваться для измерения характеристик относительного поглощения энергии скальными массами, абразивных характеристик, объема камней, качества породы и других физических характеристик, которые совместно обеспечивают информацию, касающуюся относительных трудностей, связанных с земляными работами при данной геологии. Данные, собранные с помощью молота 290 Шмидта, в предпочтительном случае также записываются в оперативное запоминающее устройство 278 или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 280 блока 256 сбора геофизических данных.

Блок 258 отображения геологической информации в предпочтительном случае содержит радиолокационную систему 282 зондирования грунта и антенную систему 284. Радиолокационная система 282 зондирования грунта работает совместно с антенной системой 284 для излучения электромагнитных сигналов в подповерхностную область участка земляных работ. Исходные электромагнитные сигналы проникают в подповерхность и отражаются обратно к антенной системе 284. Отраженные электромагнитные сигналы, принимаемые антенной системой 284, усиливаются и приводятся к требуемому виду радиолокационной системой 282 зондирования грунта. В одной форме осуществления изобретения отраженные аналоговые электромагнитные сигналы, обрабатываемые радиолокационной системой 282 зондирования грунта, предпочтительно преобразуются в цифровую форму и квантуются квантующим устройством 281. В другой форме осуществления изобретения цифровая радиолокационная система 282 зондирования грунта выполняет аналого-цифровое преобразование отраженных аналоговых электромагнитных сигналов. Преобразованные в цифровую форму данные, собираемые блоком 258 отображения геологической информации, в предпочтительном случае записываются в оперативное запоминающее устройство 278 или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 280 в блоке 256 сбора геофизических данных.

Обратимся теперь к фиг. 6, на которой показана наглядная иллюстрация типичных данных, отображающих геологическую информацию, получаемую от радиолокационной системы 282 зондирования грунта, использующей обычную одноосевую антенную систему 284. На фиг. 6 отображены данные радиолокационной системы 282 зондирования грунта, собранные на испытательной площадке, имеющей пять различных искусственных препятствий, зарытых на глубине около 1,3 м в песчаную почву с уровнем грунтовых вод, расположенным на глубине приблизительно от четырех до пяти метров. Следует заметить, что данные, приведенные на фиг. 6, являются типичными для данных, обычно получаемых при использовании системы PulseEKKO, выпускаемой фирмой Sensors and Software, Inc., с применением одноосевой антенны с центральной частотой 450 МГц. К другим радиолокационным системам 282 зондирования грунта, которые могут быть пригодны для данного применения, принадлежат SIR System-2 и System-10A фирмы Geophysical Survey Systems, Inc. и модель 1000B STEPPED-FM радара для зондирования грунта, производимого фирмой GeoRadar, Inc.

Каждое из зарытых препятствий, показанных на фиг. 6, связано со своей характеристической гиперболической кривой времени - местоположения. Вершина характеристической гиперболической кривой указывает как местоположение, так и глубину зарытого препятствия. Из графика на фиг. 6 можно видеть, что каждое из зарытых препятствий расположено примерно на 1,3 м ниже поверхности земли, причем каждое из препятствий отделено от соседних препятствий расстоянием по горизонтали около пяти метров. Данные радиолокационной системы 282 зондирования грунта, показанные на фиг. 6, представляют собой данные, отображающие геологию и собранные с использованием обычной одноосевой антенной системы 284, и как таковые обеспечивают только двумерное представление обследуемой подповерхностной области. Как будет подробно описано ниже, новая антенная система 284, содержащая несколько антенн, расположенных ортогонально, обеспечивает улучшенное трехмерное изображение подповерхностной геологии, соответствующей определенному участку земляных работ.

Блок определения географического местоположения Обратимся теперь к фиг. 7, на которой подробно показан блок 254 определения географического местоположения, обеспечивающий получение информации о географическом местоположении, касающейся позиции, движения и направления движения экскаватора на участке земляных работ. В одной из форм осуществления изобретения блок 254 определения географического местоположения обменивается данными с одним или несколькими внешними источниками опорных сигналов, чтобы определить информацию, касающуюся местоположения экскаватора относительно одного или нескольких известных опорных пунктов. Относительное перемещение экскаватора по определенной трассе земляных работ в предпочтительном случае определяется центральным процессором 270 блока 254 определения географического местоположения и записывается в виде данных о местоположении в оперативное запоминающее устройство 272 или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 274.

В другой форме осуществления изобретения данные о географическом местоположении для заданной трассы земляных работ предпочтительно собираются до выполнения земляных работ на трассе. Данные о местоположении могут вводиться в навигационный контроллер 292, который работает вместе с главным блоком 250 управления и блоком 255 управления экскаватором, для осуществления аналогичного автопилоту управления и маневрирования экскаватора по заданной трассе земляных работ. В еще одной форме осуществления изобретения данные о географическом местоположении, собираемые блоком 254 определения географического местоположения, предпочтительно передаются в базу 294 данных для отображения трассы на карте, которая хранит для данного участка земляных работ данные о расположении таких объектов, как сеть городских улиц или площадка для игры в гольф, под которыми проложены различные коммунальные, водопроводные, связные и другие трубопроводы. Данные, хранящиеся в базе 294 данных для отображения трассы на карте, могут быть впоследствии использованы для составления карты землемерной съемки, которая точно определяет местоположение и глубину различных коммунальных трубопроводов, зарытых в определенном районе земляных работ.

В одной форме осуществления изобретения для снабжения блока 254 определения географического местоположения данными о местоположении используется спутниковая глобальная радионавигационная система 296 (GPS). В соответствии с проектом правительства США развернуть 24 спутника связи в трех орбитальных группах, называемым глобальной радионавигационной системой GPS или NAVSTAR, различные сигналы, передаваемые одним или несколькими спутниками этой системы, могут быть непрямым образом использованы для определения смещения экскаватора относительно одного или нескольких опорных пунктов. Известно, что спутниковая глобальная радионавигационная система GPS правительства США имеет скрытный или защищенный диапазон и гражданский диапазон. Как правило, защищенный диапа