專利名稱：地基工程設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地基工程設(shè)備和一種控制這種地基工程設(shè)備的方法。 本發(fā)明在鉆孔和打樁設(shè)備的領(lǐng)域中具有特別的應(yīng)用。例如在道路修筑過程中經(jīng)常需要在比較軟的土地比如粘土、沙地和砂 礫地上修建，在所述地基上將不能為路面以及路面上的車輛通過正常地提 供穩(wěn)定和足夠的支撐。為了提供必要的支撐，習(xí)慣于以柵格似的構(gòu)造插入 多個樁到地基中，這樣為路面或者在上面的其它結(jié)構(gòu)提供剛性的拉樁(anchor)。
技術(shù)背景在適度軟的土地上，樁可以是通過推進(jìn)彈性部件(比如長的鋼筋)到 地基中形成，例如通過重復(fù)地下落重的重物(如大家所知道的重錘)到樁 的頂部從而推進(jìn)它進(jìn)入土地，或者通過穩(wěn)定地施加壓力至樁的頂部，所述 壓力通過抓緊臨近的樁并在他們和要被推進(jìn)的樁之間施加力獲得。在很軟 的土地上，樁可以是通過用鉆機(jī)鉆入地基并在鉆機(jī)移幵時用彈性材料回填 形成。這樣的技術(shù)也用于其它的情形，例如用于建造大型建筑的地基。通常，當(dāng)要形成一系列樁時，先進(jìn)行全部位置的測量，并且在需要形 成孔(比如大體上圓柱形或其它比較細(xì)長形狀的井，或者大體上螺旋形的 鉆頭形狀的空腔)以便形成或插入樁的位置，將一系列木栓放置在地基中。 用木栓標(biāo)記出位置的過程一般是利用常規(guī)勘探技術(shù)完成，通常需要至少兩 位測量員來定位和標(biāo)記出位置。這個過程可以是浪費(fèi)時間并且效率低的，然而，當(dāng)?shù)鼗苘洉r，標(biāo)記 出位置對于測量員可以是困難的。而且，打樁和鉆孔設(shè)備一般具有高的鉆 孔或者打樁支柱，該打樁和鉆孔設(shè)備有時可能需要以某一角度(例如如果 地基是不平的)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且對于打樁或者鉆孔設(shè)備的操作員而言，難以確 定他是否己經(jīng)處于正確的位置以便在正確的位置和方位上建造孔
發(fā)明內(nèi)容
考慮到與傳統(tǒng)的地基工程方法相關(guān)的這些和其它問題，本發(fā)明的第一 個方面是提供一種控制地基工程設(shè)備的方法，所述設(shè)備包括用于在預(yù)定位 置和方位建造孔的細(xì)長部件，所述方法包括以下步驟接收多個與設(shè)備有 關(guān)的位置信息信號；處理位置信息信號以便產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，所述位置數(shù)據(jù) 包括細(xì)長部件相對于孔的預(yù)定位置和方向的位置和方位的表示；和輸出用 于將細(xì)長部件與孔的預(yù)定位置和方位對準(zhǔn)的控制信號。在這里使用的術(shù)語"地基(ground)"優(yōu)選地指任何需要在其中建造 孔的表面和實(shí)體，并且例如可以在任何水平的傾度(比如大體上垂直的傾 斜度)上包括人造或者天然材料。術(shù)語"位置數(shù)據(jù)"可以包括例如表示許 多相對或者絕對的笛卡爾(Cartesian)或者其它坐標(biāo)和/或旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。 術(shù)語"細(xì)長部件"優(yōu)選地指鉆孔或者打樁支柱或類似的結(jié)構(gòu)，并且可以包 括用來建造孔的元件(比如鉆頭或者鉆軸)以及結(jié)構(gòu)元件(比如支柱)。 位置信息信號例如可以是全球定位系統(tǒng)(GPS)信號、射頻信號、可見光 信號或在定位系統(tǒng)總站中使用的激光束等等。位置信息信號還可以由接收 這樣的信號的設(shè)備輸出位置信息信號例如可以由GPS接收器和電子羅盤 (electronic compasses)等等輸出的信號。通過根據(jù)與設(shè)備相關(guān)的位置信息信號確定細(xì)長部件的相對位置和方 位以及孔的預(yù)定位置和方位，和輸出用于將細(xì)長部件與孔位置和方位對準(zhǔn) 的控制信號，不用標(biāo)記出地點(diǎn)。這樣物理需求(比如木栓)可以減少，并 且可以節(jié)省時間。而且，通過提供用于對準(zhǔn)細(xì)長部件(比如鉆孔或者打樁 支柱)的輸出信號，且所述輸出信號可以被設(shè)備操作員直接獲得，設(shè)備的 準(zhǔn)確度可以得以提高(例如與先前的操作員不得不目測估計設(shè)備的目標(biāo)點(diǎn) 的情況相比)。細(xì)長部件可以由在使用中最接近地基的部分(例如包括用于建造孔的 部件的"操作"部分，比如鉆頭或者打樁機(jī)的沖擊點(diǎn))和遠(yuǎn)端(例如包括 鉆孔或者打樁支柱的頂部，適當(dāng)遠(yuǎn)離設(shè)備工作的點(diǎn))組成，并且處理步驟 包括確定細(xì)長部件最接近的部分的位置。這可以增加對準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，因?yàn)?通常需要細(xì)長部件的近端部分與要建造的孔最精確的對準(zhǔn)。 位置信息信號中的至少一個可以涉及除了細(xì)長部件近端部分之外的 場所的位置，比如在細(xì)長部件遠(yuǎn)端上的場所。這可以避免由于緊密接近細(xì) 長部件的"操作"部分導(dǎo)致的對接收器的損害或者準(zhǔn)確度的損失(例如由 于振動或者從孔中噴出的物質(zhì)導(dǎo)致的損害或?qū)?zhǔn)確度的損失)。例如通過 將接收器定位在細(xì)長部件遠(yuǎn)端， 一般是設(shè)備的最高點(diǎn)，可以改進(jìn)信號(尤其是全球定位信號GPS)的接收。處理步驟可以進(jìn)一步包括應(yīng)用位置數(shù)據(jù)到設(shè)備模型以計算細(xì)長部件 的近端部分的位置。這樣通過提供適當(dāng)?shù)匦薷倪^的模型，系統(tǒng)可以用于不 同的設(shè)備。例如可以使用動態(tài)改變模型，以進(jìn)一步增加系統(tǒng)的適應(yīng)性 (flexibility)o細(xì)長部件可以相對于設(shè)備的另一部分獨(dú)立活動，并且所述方法可以進(jìn) 一步包括接收與細(xì)長部件相對于設(shè)備的其余部分的位置有關(guān)的測量數(shù)據(jù)， 和根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)處理位置信息信號。所述測量數(shù)據(jù)可以包括對角度測 量(例如對應(yīng)于角度或者弧度的測量)或者距離測量(例如對應(yīng)于部件的 一部分相對于另一部分的相對延長(extension),所述延長可以是相對長 度的正的或者負(fù)的測量)中的至少一個的表示。細(xì)長部件也可以在多于一 個方面獨(dú)立移動，且適當(dāng)時做出進(jìn)一步的對應(yīng)數(shù)量的測量。這樣系統(tǒng)例如 可以將孔的位置與鉆孔或者打樁支柱對準(zhǔn)而無需鉆孔或者打樁支柱處于 任何特別的方位或位置。位置信息信號可以涉及在設(shè)備上的預(yù)定場所的位置的測量和設(shè)備圍 繞預(yù)定軸線的方位的測量，或者它可以涉及在設(shè)備上的兩個預(yù)定場所的位 置的測量，然后所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)各個預(yù)定場所的兩個位置確定設(shè) 備圍繞預(yù)定軸線的方位。例如設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的方位可以是設(shè)備的羅盤 方位等等。這樣，無論有沒有羅盤似的裝置，利用一套本質(zhì)上瞬時的讀數(shù)， 可以確定設(shè)備的位置和方位。所述方法可以進(jìn)一步包括從要建造的孔的多個預(yù)定位置的列表中選 定要建造的孔的預(yù)定位置。位置列表可以設(shè)置成文本文件或者其它輸入， 并且可以臨時或者永久地存儲在設(shè)備或者輔助數(shù)據(jù)處理裝置中?？梢赃x擇 在選擇的時候由被確定為最接近設(shè)備的孔，從而使這組孔以有效的方式建 造。例如，孔的列表可以在建造新孔的處理過程中更新，例如考慮到在孔
的場所上的偏差，允許比標(biāo)記系統(tǒng)大的靈活性。例如，操作員也可以開始 或者繞過孔選擇步驟?？刂菩盘柨梢园ㄔO(shè)備應(yīng)該移動的方向、設(shè)備應(yīng)該移動通過的距離、 細(xì)長部件應(yīng)該移動的方向和/或細(xì)長部件應(yīng)該移動通過的距離中的至少一 個。這樣控制信號可以提供全部必要的控制信息以獲得所有孔場所。所述方法可以進(jìn)一步包括在細(xì)長部件大體上與孔的預(yù)定位置對準(zhǔn)時 輸出預(yù)定信號。例如，這可以是一條消息，用來指示操作員或者另一個控 制系統(tǒng)來開始孔的建造(和形成或者插入樁)。例如公差可能在全局或者 每一個孔基準(zhǔn)上被規(guī)定，指示出在細(xì)長部件被認(rèn)為對準(zhǔn)(或者"鎖定") 到孔場所之前對準(zhǔn)細(xì)長部件需要多么接近。所述方法可以進(jìn)一步包括輸出控制信號至顯示器上，以及可以包括輸 出設(shè)備的表示(例如以二維或者三維的形式繪出設(shè)備模型，和/或說明設(shè) 備的相對可移動部分比如鉆孔或者打樁支柱的相對位置)，要建造的孔的 至少一個預(yù)定位置的表示(例如顯示孔的位置、方位、高度、狀態(tài)以及其 它特征)，和/或設(shè)備所處的環(huán)境的表示(比如地形的二維或者三維表示， 例如包括等高線以及其它用于航海或者其它目的的特征)。這可能本質(zhì)上 是實(shí)時的(或者至少在周期的和/或規(guī)則的基礎(chǔ)上)或者它可以是"快照(snapshot)"。系統(tǒng)的部件可位于設(shè)備中或上、或者通過適當(dāng)工具連接到 設(shè)備的其它地方。所述方法可以進(jìn)一步包括接收指示孔已經(jīng)建造完成的信號并存儲數(shù) 據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器中以表明該孔已經(jīng)建造完成。例如這個數(shù)據(jù)可以記錄與用 于隨后參考的孔的預(yù)定位置的微小偏差，和幫助生成精確位置圖(site map)。所述數(shù)據(jù)還可以保持剩余要建造的孔(和相應(yīng)的樁)的精確記錄， 這樣提高操作效率。所述方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)輸出信號驅(qū)動細(xì)長部件和設(shè)備中的至 少一個，從而在減少操作員的相互影響且相應(yīng)地提高了效率的情況下，允 許操作定位和建造孔的過程。在本發(fā)明的一個相關(guān)方面，提出了一種地基工程設(shè)備，包括用于在 預(yù)定位置和方位建造孔的細(xì)長部件；用于接收多個位置信息信號的至少一 個接收器；用于處理位置信息信號以生成位置數(shù)據(jù)的處理器，所述位置數(shù) 預(yù)定位置和方位的位置和方位的表示；和根據(jù) 所述處理，輸出控制信號的輸出端，以便將準(zhǔn)細(xì)長部件與孔的預(yù)定位置和 方位對準(zhǔn)。細(xì)長部件可以由在使用中最接近地基的部分和遠(yuǎn)端組成，并且其中， 用于處理的裝置適合于確定細(xì)長部件近端部分的位置。至少一個接收器可 以位于細(xì)長部件的近端部分的外面(在設(shè)備主體上，例如在操作員駕駛室 附近，或者放置在設(shè)備的遠(yuǎn)端)，而且可以位于細(xì)長部件的遠(yuǎn)端。例如可 以提供支架以便在適當(dāng)距離上安裝兩個或者更多接收器以允許識別接收 器所確定的位置。例如，這個支架可以是附著在打樁或鉆孔支柱頂部上的 橫梁。細(xì)長部件可以是相對于設(shè)備的另一部分獨(dú)立移動，所述設(shè)備進(jìn)一步包 括用于輸出與細(xì)長部件的相對移動有關(guān)的測量數(shù)據(jù)的至少一個傳感器，并 且所述用于處理的裝置適合于根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)處理位置信息信號。例如 測量數(shù)據(jù)可以表示角度測量、距離測量(例如來自距離傳感器)、或者來 自加速度計或者類似裝置的測量。所述或者每一個傳感器可以是慣性阻尼 的，并且例如可以是擺式傳感器。這可以使傳感器對由于比如鉆孔或者打 樁活動出現(xiàn)的振動不敏感。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于確定接收器位置的位置接收器(比如 GPS接收器或者類似裝置)和用于確定設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的方位的羅盤(比如GPS羅盤或者傳統(tǒng)的磁羅盤或者回轉(zhuǎn)儀裝置)?？蛇x地，例如回轉(zhuǎn)的技術(shù)可以用于確定裝置的方位。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于驅(qū)動設(shè)備和細(xì)長部件中的至少一個的 至少一個驅(qū)動單元。所述驅(qū)動單元可以是電動機(jī)、能夠引起所述設(shè)備或細(xì) 長部件的移動、延伸或者轉(zhuǎn)動的氣動的、液壓的或者其它驅(qū)動單元。輸出 端可操作地連接至所述或者每一個驅(qū)動單元，而且可以根據(jù)需要設(shè)置進(jìn)一 步的控制系統(tǒng)。例如可以設(shè)置多個驅(qū)動設(shè)備以便在多個方向上控制細(xì)長部 件的方位，例如在設(shè)備正對的方向上和在設(shè)備與其垂直的方向上。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于顯示控制信號的顯示器，和/或用于存 儲與要建造的至少一個孔有關(guān)的信息的數(shù)據(jù)暫存器。所述設(shè)備可以進(jìn)一步 包括工作站或者傳統(tǒng)的個人電腦，或者更專門的顯示器和處理部件。例如
可以設(shè)置鍵盤、觸點(diǎn)或者觸摸屏輸入裝置。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種地基工程設(shè)備，包括用于在選定 位置和方位建造孔的細(xì)長部件，包括用于輸出表現(xiàn)細(xì)長部件的方位的測量 數(shù)據(jù)的慣性阻尼傳感器；用于接收與設(shè)備有關(guān)的至少一個位置信息信號； 用于處理測量數(shù)據(jù)和所述或每一個位置信息信號以生成表現(xiàn)細(xì)長部件位 置和方位的位置數(shù)據(jù)的處理器；和用于輸出位置數(shù)據(jù)的輸出端。例如，慣 性阻尼傳感器可以是擺式傳感器或者位于慣性阻尼支架內(nèi)的故態(tài)傳感器。軟件應(yīng)用程序可以設(shè)置用于承擔(dān)如前述的處理步驟，并且用于提供包 括控制信號內(nèi)容的圖形顯示。箭頭可以顯示以指示設(shè)備將要移動和/或定 向的方向，并且可以提供對細(xì)長部件的當(dāng)前的和需要的位置、方位和/或 延伸的指示。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括如前所述的地基工程設(shè)備的鉆在本發(fā)明的再一方面，提供了一種包括如前所述的地基工程設(shè)備的打 樁設(shè)備。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于控制地基工程設(shè)備的計算機(jī)設(shè) 備，所述計算機(jī)設(shè)備包括存儲處理器執(zhí)行指令的指令存儲器；根據(jù)存儲 在指令存儲器中的指令操作的處理器；用于接收與地基工程設(shè)備有關(guān)的位 置信息的輸入裝置；用于輸出用于控制地基工程設(shè)備的控制信號的輸出裝 置；存儲在指令存儲器中包括用于控制處理器來執(zhí)行如前所述的方法的指 令。也可以提供用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)暫存器，所述數(shù)據(jù)包括要建造的孔的 至少一個預(yù)定位置。在本發(fā)明的另一方面，提供了傳輸用于控制計算機(jī)的計算機(jī)可讀編碼 來執(zhí)行如前所述方法的傳輸介質(zhì)(carrier medium)。本發(fā)明的方面可以在任何便利形式下執(zhí)行，例如利用專用硬件或者專 用硬件與軟件的綜合。由于本發(fā)明的方面可以如軟件一樣執(zhí)行，本發(fā)明的 每個方面的有關(guān)部分由此包括在可編程裝置上可執(zhí)行的計算機(jī)軟件。所述 計算機(jī)軟件可以設(shè)置到利用任何傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)的可編程裝置。傳輸介質(zhì) 可以包括瞬態(tài)傳輸介質(zhì)，比如傳輸計算機(jī)編碼的電、光、微波、聲或者射 頻信號。瞬時介質(zhì)的例子是在IP網(wǎng)絡(luò)比如因特網(wǎng)上傳輸計算機(jī)編碼的
TCP/IP信號。傳輸介質(zhì)也可以包括用于存儲處理器可讀編碼的存儲介質(zhì)， 比如軟盤、硬盤、CD R0M、磁帶裝置或者故態(tài)存儲裝置。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明的地基工程設(shè)備的示意圖；圖2是顯示設(shè)備的各種尺寸的地基工程設(shè)備的側(cè)視圖；圖3是顯示設(shè)備的各種尺寸的地基工程設(shè)備的前視圖；圖4是圖示地基工程設(shè)備的不同構(gòu)造的示意圖；圖5是用于控制地基工程設(shè)備的計算機(jī)的示意圖；圖6是圖示控制地基工程設(shè)備的方法的流程圖；圖7是圖示用于對準(zhǔn)地基工程設(shè)備與孔的場所的控制系統(tǒng)的輸出的屏 幕截圖；圖8是圖示用于對準(zhǔn)地基工程設(shè)備與孔的場所的控制系統(tǒng)的輸出的第 二屏幕截圖；圖9是圖示用于對準(zhǔn)地基工程設(shè)備與孔的場所的控制系統(tǒng)的輸出的第 三屏幕截圖；和圖10是圖示用于對準(zhǔn)地基工程設(shè)備與孔的場所的控制系統(tǒng)的輸出的 第四屏幕截圖。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖描述用于打樁和鉆孔設(shè)備的控制系統(tǒng)。 在圖1中，顯示了鉆孔/打樁裝置100，包括鉆孔/打樁支柱102，所述 支柱102包括例如用于在孔位置106建造孔104以便形成或者插入樁的鉆孔 /打樁機(jī)械。為了使鉆孔和/打樁支柱102與孔位置106對準(zhǔn)，位置信息信號 108在接收器110處被接收并傳遞至在鉆孔/打樁設(shè)備工作間內(nèi)的計算機(jī) 112。然后位置信息信號和其它信息通過計算機(jī)112處理以產(chǎn)生用于對準(zhǔn)支 柱和孔位置106的控制信號116?？刂菩盘?16包括對鉆孔/打樁設(shè)備的操作員的方向和距離的指示，其 中設(shè)備必須順序移動以便對準(zhǔn)設(shè)備和要建造的孔。如隨后將要更詳細(xì)地描述的，控制信號116顯示在鉆孔/打樁設(shè)備的駕駛室內(nèi)的屏幕上，并且操作員因此可以操作設(shè)備。當(dāng)在可以接受的誤差范圍內(nèi)設(shè)備與預(yù)定的孔位置對 準(zhǔn)時，信息顯示給設(shè)備操作員，從而他可以因此開始鉆孔或者打樁操作。圖2是利用了上述控制系統(tǒng)的打樁設(shè)備200的側(cè)視圖。設(shè)置有打樁機(jī) (piling driver) 202、打樁支柱204和操作員駕駛室以及控制系統(tǒng)206。 支柱(202、 204)可以圍繞在地基上面高出地基距離R處的樞軸208從豎直 狀態(tài)旋轉(zhuǎn)角度9 (未顯示)，并且還可以在垂直于圖形平面的平面內(nèi)從豎 直狀態(tài)旋轉(zhuǎn)角度小(未顯示)。第一和第二GPS接收器/天線210、 212安裝 在設(shè)備的頂上，隔開距離D，并且高出地基總共H的距離。如圖所示，第一 接收器210從位于孔場所214的打樁機(jī)的作用線在橫過和垂直于圖2中示出 的平面的方向上分別偏離O和X。兩個接收器210、 212連接到接收器/解碼單元(未顯示)，所述接收器 /解碼單元將接收到的GPS信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于每一個接收器/天線場所的位 置信息(經(jīng)度、緯度和高度信息)。然后利用RS232或者相似的連接將位置 信息傳送至操作員駕駛室內(nèi)的計算機(jī)。計算機(jī)包括打樁設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)說明了比如上述的H、 R、 D、 0 和X的尺寸數(shù)值。兩個測量的場所被輸入進(jìn)模型以便允許計算打樁機(jī)的當(dāng) 前位置，并且因此允許確定需要的對位置的校正，以便對準(zhǔn)所述位置與(將 要通過驅(qū)動樁建造的孔的)預(yù)定位置。比如三角學(xué)或者矩陣以及向量乘法 的技術(shù)可以用于計算這樣的信息。然后計算機(jī)將需要的校正作為控制信號 輸出，所述控制信號顯示在操作員駕駛室內(nèi)的屏幕上，以便給設(shè)備操作員 傳遞所需要的信息。圖3是在圖2中的側(cè)視圖所示的打樁設(shè)備300的前視圖。再一次設(shè)置有 打樁機(jī)302、打樁支柱304、和操作員駕駛室以及控制系統(tǒng)306。第一GPS接 收器/天線308顯示、安裝在設(shè)備的頂部。第二GPS接收器/天線(未顯示) 位于后面并且在圖的方向上看時與第一個接收器308成一條直線。圖中顯 示了與打樁機(jī)302的垂直作用線偏移距X，和接收器/天線308高出地基的高 度H。還顯示了孔場所310，打樁機(jī)302在所述孔場所運(yùn)作。圖4圖示了帶有鉆孔/打樁支柱的鉆孔/打樁設(shè)備400，所述鉆孔/打樁支柱可以相對于設(shè)備主體旋轉(zhuǎn)，從而在不同的方位上形成孔/樁。圖中顯
示了支柱402的第一方位和支柱404的第二方位，相應(yīng)的示出了接收器的第 一位置406和第二位置408。如可以看到的，支柱的不同方位也導(dǎo)致了第一 鉆孔/打樁目標(biāo)410和第二鉆孔/打樁目標(biāo)412,即使設(shè)備的其余部分是固定 的。為了考慮對接收器的位置和支柱的不同方位402、 404的鉆孔/打樁目 標(biāo)位置的影響，設(shè)置傳感器(未顯示)用于測量鉆孔和打樁支柱的方位。 使用了提供相對于豎直方向的角度測量的擺式傳感器，且所述測量被反饋 給計算機(jī)并且然后被應(yīng)用于鉆孔/打樁設(shè)備的模型。為方便起見，使用CAN 總線協(xié)議來傳輸所述測量。一種磁阻尼"AS8"型擺式從動編碼器將在本文中使用，所述編碼器 提供大約土O. 09度的準(zhǔn)確度并且比較耐振動和極端溫度。如果存在接收器 和/或鉆孔/打樁支柱的更多自由度，可以酌情增加另外的傳感器。例如，上述原理可以應(yīng)用于比如上面參考附圖2和3描述的打樁設(shè)備， 其中打樁支柱可以圍繞兩個不同的正交軸線獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。例如，在圖2和3 的系統(tǒng)中，測量打樁支柱相對于豎直方向在兩個正交方向上(在此情況下 根據(jù)打樁車輛面向的方向和與他垂直的方向)形成的角度(e，小)，然 后角度(e ， 40被用于計算打樁支柱的場所和方位。圖5是圖示用于處理位置信息和輸出控制信號的計算機(jī)系統(tǒng)500的示 意圖。顯示了指令存儲器502、處理器504、用于接收位置信息和其他信息 (比如用戶對話(user interaction))的輸入裝置506、和用于輸出控制 信號(例如計算機(jī)顯示信號的形式)的輸出裝置508，和用于存儲與要建 造的孔的場所和狀態(tài)有關(guān)的信息的數(shù)據(jù)暫存器510。計算機(jī)采取的步驟在圖6中顯示。在步驟S600中，涉及至少一個接收 的位置信息信號的位置信息(GPS坐標(biāo))被接收。在步驟S602中，設(shè)備的 相對位置和孔的場所被確定。根據(jù)此確定，在步驟S604中輸出控制信號， 用于將打樁/鉆孔支柱與孔的場所對準(zhǔn)。如下面參考附圖6至9更詳細(xì)描述 的，這以各種形式輸出至操作員駕駛室內(nèi)的計算機(jī)屏幕上。圖6和7是顯示器上的屏幕截圖，所述顯示器包括與鉆孔/打樁設(shè)備相 關(guān)的數(shù)據(jù)的多種項(xiàng)目、多個要建造/鉆/打樁的孔的方位和用于控制設(shè)備的 其他信息。
在圖7中，主顯示器顯示了與多個孔相關(guān)的設(shè)備的二維示意圖。當(dāng)前的孔以環(huán)形高亮顯示，并且與設(shè)備相關(guān)的選定的孔的方向用大的箭頭表示。用于計算有關(guān)位置信息的兩個GPS接收器/天線的位置和鉆孔/打樁支 柱的方位也在這個顯示器上顯示。當(dāng)前孔是根據(jù)離設(shè)備最近的未完成的孔 來選定的，但是如果用戶要求，他可以不顧當(dāng)前選擇?？紤]到由各種部件 的方位(等等)構(gòu)成的尺寸，小窗口顯示了設(shè)備的模型的三維表示。在圖8中，操作員已經(jīng)在計算機(jī)輸出的控制下操縱設(shè)備與要建造的孔 的位置對準(zhǔn)。在適當(dāng)?shù)那闆r下，"lock"條件不僅僅由設(shè)備總體上的場所 決定，而且由鉆孔/打樁支柱的方位決定，從而保證孔在正確的角度被建 造。信息被顯示以指示可以開始鉆孔/鉆探操作。此操作在單獨(dú)的控制系 統(tǒng)的控制下執(zhí)行， 一旦操作完成，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)而由當(dāng)前系統(tǒng)控制(盡 管也可以設(shè)置統(tǒng)一的控制系統(tǒng))。然后孔信息的數(shù)據(jù)庫被更新以指示指定 的孔/樁已經(jīng)完成，并且選定要建造的新的孔/樁。圖8和9是進(jìn)一步控制輸出的屏幕截圖。如前所述，圖9顯示了設(shè)備對 準(zhǔn)之前的輸出，和圖10顯示了已經(jīng)對準(zhǔn)后的輸出。在圖8和9中，顯示了地 形的三維表示、鉆孔/打樁設(shè)備、要被建造的孔的場所、已經(jīng)建造好的孔 的場所和在各種孔內(nèi)的樁的當(dāng)前布置的表示。也設(shè)置了比如顯示在圖右下 的側(cè)視圖和在圖右上的特寫投影的其它投影，用于增加輸出的信息內(nèi)容和 操作的總效率。地形數(shù)據(jù)和/或指定孔場所的數(shù)據(jù)以及其它特點(diǎn)通過文本文件輸入， 但是可以提供其它形式的輸入。例如地形數(shù)據(jù)可以通過安裝在設(shè)備上的傳 感器檢測，而不是預(yù)先提供。例如，孔位置信息通常也是預(yù)先提供的，但 是也可以動態(tài)確定。如上所述，系統(tǒng)提供各種輸入和輸出以允許與其它控制系統(tǒng)互連，但 是可以設(shè)置成完全的單機(jī)系統(tǒng)。例如，系統(tǒng)也可以是遠(yuǎn)程控制的，和/或 設(shè)置在手柄或其它便攜部件。上面己經(jīng)參考鉆孔或者打樁設(shè)備描述了上述控制系統(tǒng)，但是顯然的是 控制系統(tǒng)和上面描述的其它相關(guān)特點(diǎn)可以適合地應(yīng)用于不同的地基工程 和其它類型的要求機(jī)器的一部分與預(yù)定的場所對準(zhǔn)的機(jī)器。例如，系統(tǒng)可 以被用于海上打樁或鉆孔(在將設(shè)備與孔場所手動對準(zhǔn)更加困難的情況
下)或者用于采掘、挖泥、或挖掘操作。在打樁的區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)也可以適于顯示、選定和/或記錄不同類型的樁(例如，根據(jù)樁要被鉆入的地形的區(qū)域(constituency)和布置來選擇 樁的類型)。選定可以是手動(例如預(yù)先準(zhǔn)備的)或者自動(通過利用適 當(dāng)?shù)闹庇^推測(heuristics))。上面描述的系統(tǒng)通常實(shí)時操作，向系統(tǒng)操作員提供與鉆孔/打樁設(shè)備 位置、鉆孔/打樁支柱位置和孔要被鉆/推進(jìn)的希望位置等等相關(guān)的連續(xù)反 饋。系統(tǒng)也可以適合于做定期更新，或者通過任何適當(dāng)?shù)臒o線或其它網(wǎng)絡(luò) 連接提供信息給遠(yuǎn)程用戶。在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的其他修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而 易見的。
權(quán)利要求
1、 一種控制地基工程設(shè)備的方法，所述設(shè)備包括用于在預(yù)定位置和 方位建造孔的細(xì)長部件，所述方法包括以下步驟-接收與設(shè)備相關(guān)的多個位置信息信號；處理所述位置信息信號以產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，所述位置數(shù)據(jù)包括細(xì)長部件 相對于孔的預(yù)定位置和方位的位置和方向的表示；和輸出用于將細(xì)長部件與孔的預(yù)定位置和方位對準(zhǔn)的控制信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述細(xì)長部件由最接近地基的 部分和遠(yuǎn)端部分組成，并且所述處理步驟包括確定細(xì)長部件的近端部分的 位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述位置信息信號中的至少一 個涉及除了細(xì)長部件的近端部分之外的場所的位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的方法，其中所述位置信息信號中的至少一個涉及在細(xì)長部件的遠(yuǎn)端部分上的場所的位置。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理步驟進(jìn) 一步包括將位置數(shù)據(jù)施加給設(shè)備的模型以計算細(xì)長部件近端部分的位置。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述細(xì)長部件相對 于設(shè)備的另一部分可獨(dú)立移動，并且所述方法進(jìn)一步包括以下步驟接收 與細(xì)長部件相對于設(shè)備的其它部分的相對位置有關(guān)的測量數(shù)據(jù)，和根據(jù)所 述測量數(shù)據(jù)處理位置信息信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述測量數(shù)據(jù)包括角度測量或 距離測量中的至少一個的表示。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述位置信息信號 涉及設(shè)備上的預(yù)定場所的位置的測量和設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的方位的測量。
9、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述位置信息信號 涉及在設(shè)備上的兩個預(yù)定場所的位置的測量，并且所述方法進(jìn)一步包括根 據(jù)各自預(yù)定的場所的兩個位置確定設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的方位。
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中位置信息信號中的 至少一個從位置接收器接收。
11、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中位置信息信號中的 至少一個從羅盤儀接收。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括從要建造的 孔的多個預(yù)定位置的列表中選定要建造的孔的預(yù)定位置。
13、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述控制信號包括 設(shè)備應(yīng)該移動的方向、設(shè)備應(yīng)該移動通過的距離和細(xì)長部件應(yīng)該移動的方 向、細(xì)長部件應(yīng)該移動通過的距離中的至少一個。
14、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)細(xì)長部件 與孔的預(yù)定位置大體上對準(zhǔn)時輸出預(yù)定信號。
15、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括輸出控制信 號至顯示器。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括輸出設(shè)備的 表示。
17、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括輸出要建造 的孔的至少一個預(yù)定位置的表示。
18、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括輸出設(shè)備所 處環(huán)境的表示。
19、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括接收指示孔 已經(jīng)建造完成的信號，和存儲數(shù)據(jù)到存儲器中以表明孔已經(jīng)建造完成。
20、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)輸出信 號驅(qū)動細(xì)長部件和設(shè)備中的至少一個。
21、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過鉆孔或 者驅(qū)動樁形成所述孔。
22、 一種地基工程設(shè)備，包括細(xì)長部件，所述細(xì)長部件用于在預(yù)定位置和方位建造孔； 接收多個位置信息信號的至少一個接收器；處理位置信息信號以產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)的處理器，所述位置數(shù)據(jù)包括細(xì)長 部件相對于孔的預(yù)定位置和方位的位置和方位的表示；和根據(jù)所述處理輸出控制信號的輸出端，用于將細(xì)長部件與孔的預(yù)定位 置和方位對準(zhǔn)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的地基工程設(shè)備，其中所述細(xì)長部件由在 使用中最接近地基的部分和遠(yuǎn)端部分組成，并且其中用于處理的裝置適于 確定細(xì)長部件的近端部分的位置。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的地基工程設(shè)備，其中至少一個所述接收 器位于細(xì)長部件近端部分的外面。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23或者24所述的地基工程設(shè)備，其中至少一個所述接收器位于細(xì)長部件的遠(yuǎn)端部分上。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，其中用于處理的裝置適于將位置數(shù)據(jù)應(yīng)用到設(shè)備模型上以計算細(xì)長部件的近端部 分的位置。
27、 根據(jù)權(quán)利要求22至26中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，其中所述 細(xì)長部件相對于設(shè)備的另一部分可獨(dú)立移動，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于輸 出與細(xì)長部件相對于設(shè)備的其余部分相對移動相關(guān)的測量數(shù)據(jù)的至少一 個傳感器，并且用于處理的裝置適于根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)處理位置信息信 號。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的地基工程設(shè)備，其中所述測量數(shù)據(jù)包括角度測量或距離測量中的至少一個的表示。
29、 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的地基工程設(shè)備，其中至少一個所述傳感器是擺式傳感器。
30、 根據(jù)權(quán)利要求22至29中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，進(jìn)一步包 括用于確定接收器的位置的位置接收器，和用于確定設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的 方位的羅盤。
31、 根據(jù)權(quán)利要求22至29中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，包括用于 確定每一個各自接收器的位置的多個位置接收器，并且其中用于處理的裝 置適于根據(jù)接收器確定的位置確定設(shè)備圍繞預(yù)定軸線的方位。
32、 根據(jù)權(quán)利要求22至31中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，進(jìn)一步包括至少一個用于驅(qū)動設(shè)備和細(xì)長部件中的至少一個的驅(qū)動單元。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的地基工程設(shè)備，其中所述輸出端可操作 地連接到所述或每一個驅(qū)動單元。
34、 根據(jù)權(quán)利要求22至33中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，進(jìn)一步包括用于顯示控制信號的顯示器。
35、 根據(jù)權(quán)利要求22至34中任一項(xiàng)所述的地基工程設(shè)備，進(jìn)一步包 括用于存儲與至少一個要建造的孔相關(guān)的信息的數(shù)據(jù)暫存器。
36、 一種地基工程設(shè)備，包括用于在選定的位置和方位建造孔的細(xì)長部件，包括用于輸出表現(xiàn)細(xì)長 部件的方位的測量數(shù)據(jù)的慣性阻尼傳感器；用于接收與設(shè)備相關(guān)的至少一個位置信息信號的接收器；用于處理所述測量數(shù)據(jù)和所述或每一個位置信息信號以產(chǎn)生表現(xiàn)細(xì) 長部件位置和方位的位置數(shù)據(jù)的處理器；和用于輸出所述位置數(shù)據(jù)的輸出端。
37、 一種鉆機(jī)，所述鉆機(jī)包括如權(quán)利要求22至36中任一項(xiàng)所述的地 基工程設(shè)備，所述細(xì)長部件適于鉆孔。
38、 一種打樁設(shè)備，所述打樁設(shè)備包括如權(quán)利要求22至36中任一項(xiàng) 所述的地基工程設(shè)備，所述細(xì)長部件適于通過驅(qū)動樁而形成孔。
39、 一種用于控制地基工程設(shè)備的計算機(jī)設(shè)備，所述計算機(jī)設(shè)備包括 存儲處理器可執(zhí)行指令的指令存儲器； 根據(jù)存儲在指令存儲器中的指令可操作的處理器； 用于接收與地基工程設(shè)備相關(guān)的位置信息的輸入裝置；和 用于輸出用于控制地基工程設(shè)備的控制信號的輸出裝置；其中，存儲在指令存儲器中的指令包括用于控制處理器以執(zhí)行權(quán)利要 求1至21中任一項(xiàng)所述的方法的指令。
40、 一種傳輸介質(zhì)，傳輸用于控制計算機(jī)以執(zhí)行權(quán)利要求1至21中 任一項(xiàng)所述的方法的計算機(jī)可讀編碼。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種控制地基工程設(shè)備的方法，所述設(shè)備包括用于在預(yù)定位置和方位建造孔的細(xì)長部件。所述方法包括以下步驟接收與設(shè)備相關(guān)的多個位置信息信號；處理所述位置信息信號以產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，所述位置數(shù)據(jù)包括細(xì)長部件相對于孔的預(yù)定位置和方位的位置和方位的表示；和輸出用于將細(xì)長部件與孔的預(yù)定位置和方位對準(zhǔn)的控制信號。本發(fā)明還披露了一種地基工程設(shè)備、一種計算機(jī)設(shè)備、一種鉆機(jī)和一種打樁設(shè)備。
文檔編號E02D13/00GK101147107SQ200680009619
公開日2008年3月19日 申請日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者戴維·丹尼爾 申請人:斯塔伊斯坦?fàn)柤瘓F(tuán)有限公司