專利名稱：能夠?qū)Ш胶?或映射任何多維空間的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多維空間的自動研究(study)、布局和驗證的系統(tǒng)和方法，產(chǎn)生了 自主機器人任務(wù)執(zhí)行和建筑導(dǎo)航的新行業(yè)。
背景技術(shù)：
設(shè)計從概念到實施的實現(xiàn)是一個挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)其涉及建筑行業(yè)的時候。在建 筑行業(yè)中，建筑師、規(guī)劃師、工程師等負(fù)責(zé)將想法概念化并將概念轉(zhuǎn)換化為例如設(shè)計制圖 (drawing)的有形形式的任務(wù)，然后由該領(lǐng)域的承建者來實施。實施或建造過程可能是一個 艱巨的任務(wù)，其成功在很大程度上依賴于承建者準(zhǔn)確復(fù)制與所接手的具體工程有關(guān)的制圖 或設(shè)計文檔中示出的維度和空間關(guān)系的能力。承建者在復(fù)制該設(shè)計文檔表示的內(nèi)容時犯錯 是建筑實踐中的共同特征并且這種錯誤通常導(dǎo)致高成本的糾正行動。在某些情況中，錯誤 是由于缺乏對進行建造的場地的特征的真正了解而造成的。例如，如果對要被改造的空間 的設(shè)計要求將一扇門放在特定的位置，而在建筑場地的該位置恰好有一根柱子位于需要該 門的位置處，則可能需要對設(shè)計制圖進行高成本的重新設(shè)計。另一個導(dǎo)致高成本補救措施 的常見情況是建筑場地的不準(zhǔn)確布局導(dǎo)致該設(shè)計的主要元素建造在錯誤的地方，當(dāng)最終發(fā) 現(xiàn)該錯誤時，將導(dǎo)致高成本的改造。一般來說，任何建筑工程的成功在很大程度上都依賴于良好的、可依靠的維度控 制，使得在設(shè)計中考慮的空間關(guān)系可以在現(xiàn)場準(zhǔn)確再現(xiàn)。維度控制通常是建筑師、工匠(例 如，電工、管工、干式墻安裝工)或檢查員的職責(zé)。典型的“竣工研究(as-built studies)” 或檢查任務(wù)包括測量或檢查場地以確定現(xiàn)狀以及可用于在承建者實現(xiàn)設(shè)計時使其正確定 向的基準(zhǔn)(benchmark)、參考點以及其他標(biāo)志(monument)的布局。當(dāng)在執(zhí)行這些任務(wù)中發(fā) 生錯誤時，會導(dǎo)致上述類型的錯誤。有時錯誤不是由于不準(zhǔn)確的測量或“竣工研究”，而是由 于對標(biāo)志的不良控制，例如當(dāng)標(biāo)桿等標(biāo)志或基準(zhǔn)無意中翻倒時或者當(dāng)鉛筆標(biāo)記在現(xiàn)場被人 員或設(shè)備無意中抹去時。工人在這種情況下簡單地將鉛筆標(biāo)記或標(biāo)桿重新置于被認(rèn)為是其 原位而實際上不是原位的位置處，這也不完全是罕見的。當(dāng)發(fā)生這種事情時，任何隨后對該 基準(zhǔn)的參考都將導(dǎo)致由于維度控制現(xiàn)在處于錯的地方而未被認(rèn)識到處于錯的地方這一事 實而產(chǎn)生的錯誤。此外，由使用當(dāng)前不準(zhǔn)確的參考點導(dǎo)致的錯誤可能由于在一段時間沒有 被發(fā)現(xiàn)這一事實使該錯誤被進一步增加。測量或檢查中的錯誤，無論它們是與場地研究相關(guān)還是與設(shè)計布局相關(guān)，都只能 通過精確的“竣工驗證”和對基準(zhǔn)和標(biāo)志的小心保護以及對它們的頻繁再驗證來避免。在 實踐中，該任務(wù)可能是非常耗時費力的，通常需要工作組頻繁地重訪場地并且手工驗證現(xiàn) 有的基準(zhǔn)和標(biāo)志，或者根據(jù)需要手工建立新的基準(zhǔn)和標(biāo)志。因此，需要一種快速準(zhǔn)確測量或 檢查建筑場地的方法以確定其屬性、建筑布局或者重新驗證如基準(zhǔn)或標(biāo)志的維度控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于自動研究、布局和驗證多維空間的系統(tǒng)和方法。多維空間是 具有至少兩個維度的空間。通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法極大地促進了從空間設(shè)計到其建筑的 轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明對多維空間(例如，3維空間)的自動研究涉及對從系統(tǒng)設(shè)備到多維 空間內(nèi)的一個或多個選擇的參考點的距離的測量以及對從系統(tǒng)設(shè)備到多維空間內(nèi)的各個 現(xiàn)有物體和結(jié)構(gòu)的距離的測量。本發(fā)明的系統(tǒng)使用這些測量以生成建筑場地的制圖(可以 是數(shù)字形式的)或圖表表示，并且由此基于系統(tǒng)設(shè)備進行的測量自動地實時生成對多維空 間的準(zhǔn)確描繪。此外，除了實時創(chuàng)建被研究的多維空間的圖形表示以外，本發(fā)明的系統(tǒng)還可 以實時地示出進行與所研究的多維空間的被測量的熟悉有關(guān)的研究的系統(tǒng)用戶的位置。因 此，本發(fā)明不僅實時生成對所研究的多維空間的研究，而且還能在進行研究時在多維空間 內(nèi)引導(dǎo)用戶。根據(jù)本發(fā)明對建筑場地的自動布局涉及在多維空間中建立基準(zhǔn)和標(biāo)志以指出在 多維空間的設(shè)計中指定的物體和結(jié)構(gòu)的物理位置、定位、定向和相對布置。典型地，將對多 維空間的開發(fā)設(shè)計記錄為一個或多個制圖，該制圖精確描述要建造的多維空間的所有物體 和/或結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。當(dāng)通過圖解描述時，該設(shè)計代表具有特定物理特征的虛擬空間。在 本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶執(zhí)行多維空間的自動布局期間，該系統(tǒng)參照設(shè)計制圖確定自己在多維 空間內(nèi)的定向，然后在制圖轉(zhuǎn)換為多維空間時指出該設(shè)計制圖中包含的選定物體和/或結(jié) 構(gòu)的精確位置。因此，本發(fā)明能夠在多維空間內(nèi)將用戶引導(dǎo)到一個點(或者面積或者體積 或者其它更高維度的區(qū)域)，這使用戶能夠在多維空間內(nèi)做出表示要建造的物體和/或結(jié) 構(gòu)在多維空間的邊界處或邊界內(nèi)的特定定位的標(biāo)記。在本發(fā)明的一個實施例中，用戶能夠 控制本發(fā)明的系統(tǒng)的設(shè)備以自動為設(shè)計中指定的結(jié)構(gòu)和/或物體做標(biāo)記。根據(jù)本發(fā)明對多維空間的自動驗證涉及對從自動研究生成的表示(例如，圖形表 示)與由設(shè)計者生成的表示(例如，圖形表示)_即，虛擬空間的比較。本發(fā)明的系統(tǒng)和方 法會告知用戶這兩種表示之間的任何差異。任何差異都將被本發(fā)明指出并顯示給用戶。本 發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以使用各種技術(shù)中的任何一個和多個向用戶通知對多維空間的設(shè)計 與實際布局和設(shè)計之間差異的存在。本發(fā)明的系統(tǒng)包括至少一個可以與一個或多個子站通信的主站模塊。該主站模塊 耦接到控制器模塊。該控制器模塊耦接到輸入/輸出(I/O)接口模塊，該輸入/輸出接口模 塊耦接到執(zhí)行器/用戶接口裝置(Userlnterface Device, UID)模塊和顯示模塊二者。該 控制器模塊還耦接到數(shù)據(jù)存儲模塊。主站模塊包括至少一個多通道發(fā)射器、至少一個多通道接收器和至少一個處理 器。該主站模塊還可以包括由控制器基于控制器模塊響應(yīng)于本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶對執(zhí)行器 /UID的操作產(chǎn)生的命令而控制的一個或多個機械裝置和/或機構(gòu)。每個子站包括發(fā)射器、接收器和處理器。處理器耦接到發(fā)射器和接收器二者并且 還耦接到由子站使用的一個或多個可控制的機械裝置和/或機構(gòu)以執(zhí)行從至少一個主站 接收到的命令。子站的發(fā)射器可以用于將關(guān)于多維空間的信息發(fā)送到主站模塊并且接收器 可以用于接收來自主站模塊的命令。
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本發(fā)明的系統(tǒng)用于執(zhí)行較早描述的多維空間的布局、多維空間的研究或者多維空 間的驗證中的一個或多個。在研究、布局和/或驗證處理期間，系統(tǒng)可以通過顯示多維空間 (例如，3D圖形表示)在多維空間內(nèi)引導(dǎo)用戶，包括已知的或者已經(jīng)研究過的物體和/或結(jié) 構(gòu)以及用戶的當(dāng)前物理位置，同時有效地在該多維空間內(nèi)引導(dǎo)用戶，并且在用戶進行布局 時向用戶指出哪里要做標(biāo)記或者在用戶進行研究時向用戶指出物體或結(jié)構(gòu)或者該多維空 間的物理特征位于哪里。本發(fā)明的系統(tǒng)還可以顯示虛擬空間作為對多維空間描述的覆蓋。 因此，當(dāng)用戶在多維空間內(nèi)物理移動時，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠跟蹤用戶的位置并實時地在實 際和/或虛擬空間的圖形表示內(nèi)顯示所述位置。作為本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的結(jié)果產(chǎn)生兩個新的產(chǎn)業(yè)建筑導(dǎo)航和現(xiàn)場自主機器人 任務(wù)執(zhí)行。建筑導(dǎo)航涉及提供用于處理由一個或多個人執(zhí)行的各種任務(wù)的各種服務(wù)以促進 從建筑工程的設(shè)計階段到實際建筑的轉(zhuǎn)換。建筑導(dǎo)航還包括對本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的用戶 的培訓(xùn)和/或認(rèn)證_按照由服務(wù)提供者開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的在 多維空間的自動研究、自動布局和/或自動驗證中被培訓(xùn)和/或認(rèn)證了的用戶被稱為建筑 導(dǎo)航員。除了上述方法以外，建筑導(dǎo)航員還進行用于協(xié)調(diào)虛擬空間的設(shè)計者(例如，建筑 師、工程師)生成的信息與多維空間的建立者(例如，總承建者、現(xiàn)場工程師、檢查員)要完 成的特定任務(wù)的各種功能。在研究、布局和驗證處理期間，建筑導(dǎo)航員操作執(zhí)行器/UID (例 如，操縱桿、觸筆、觸摸板、觸摸鍵、陀螺儀、空間或3D鼠標(biāo)、鍵盤)以將各種命令發(fā)送到主站 來控制主站和子站。主站還接收來自子站的信息并將所述信息提供給控制器以允許系統(tǒng)進 行用于多維空間的自動研究、布局和/或驗證的必要處理?，F(xiàn)場自主機器人任務(wù)執(zhí)行(Autonomous Robotic Task Execution, ARTE)涉及(a) 使用系統(tǒng)設(shè)備將材料加工和/或組裝成用于在多維空間的建筑中使用的物體和/或結(jié)構(gòu)的 部件和/或(b)該系統(tǒng)設(shè)備自主地執(zhí)行建筑任務(wù)(例如，自動研究、布局和/或驗證)或者 在用戶的控制下利用這些部件和其它部件執(zhí)行所述任務(wù)。這些自主裝置或設(shè)備根據(jù)程序或指令集執(zhí)行ARTE建筑。主站模塊例如可以被配 置成遠(yuǎn)程控制安裝或附接在其上的工具并且由用戶來控制進行ARTE建筑或者由一個或多 個軟件包編程來自主進行ARTE建筑。用于制造可以根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行本發(fā)明的系統(tǒng) 的ARTE建筑的裝置的任何實體都是該新產(chǎn)業(yè)的一部分。此外，用于提供對個人的培訓(xùn)和/ 或認(rèn)證以根據(jù)本發(fā)明的方法操作(作為本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分的)ARTE設(shè)備的任何實體也 是該新產(chǎn)業(yè)的一部分。用于提供ARTE建筑服務(wù)的任何實體是該新產(chǎn)業(yè)的一部分，其中該 實體具有被培訓(xùn)和認(rèn)證以根據(jù)合同協(xié)議進行ARTE建筑的人員。被培訓(xùn)和/或認(rèn)證以進行 ARTE工作的人員被稱為ARTE工作者。前面已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的優(yōu)選特征，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好 地理解下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述。在下文中將描述形成本發(fā)明的權(quán)利要求主題的本發(fā)明的 附加特征。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，它們可以容易地使用所公開的概念和特定實施例 作為用于設(shè)計或修改執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)和方法的基礎(chǔ)，并且這些其它結(jié)構(gòu) 和方法在其最寬泛的形式上不脫離本發(fā)明的精神和范圍。


圖1示出本發(fā)明的系統(tǒng)的框5
圖1A示出本發(fā)明的系統(tǒng)的具體實施；圖1B示出本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個實施例；圖2示出本發(fā)明的系統(tǒng)的子站的框圖；圖3示出本發(fā)明的系統(tǒng)的主站模塊的框圖；圖4A-4B示出可以作為本發(fā)明的系統(tǒng)的主站的部分的調(diào)平通信激光器，圖4A是等 角視圖，圖4B是前端正視圖；圖5示出具有激光鉛直的本發(fā)明的系統(tǒng)的主站模塊的前端正視圖；圖6A-6C示出具有相機裝備的主站模塊，圖6A示出該裝置的等角視圖，圖6B示出 左側(cè)正視圖，圖6C示出主站模塊的計算機模塊；圖7是將激光束十字準(zhǔn)線(cross-hair)聚焦在目標(biāo)上的主站模塊的等角視圖；圖8是將激光束十字準(zhǔn)線聚焦在地面或地板上的主站模塊的等角視圖；圖9A示出具有兩個水平旋轉(zhuǎn)激光的主站模塊的等角視圖；圖9B是圖9A的正視圖；圖10示出主站-子站系統(tǒng)；圖11示出與多個成菊花鏈狀(daisy chained)的子站互連的主站；圖12示出移動式子站；圖13A-13B示出棱鏡子站，圖13A是子站的二棱鏡實施例的等角視圖，圖13B是子 站的三棱鏡實施例的等角視圖；圖14A示出其上安裝有棱鏡的手持計算機站；圖14B是內(nèi)置或附接有激光測距裝置的圖14A的計算機的等角視圖；圖14C是附接有棱鏡的圖14A的計算機的側(cè)面正視圖。圖15A-15D示出各種移動式子站，圖15A示出包括具有輪子的機器人交通工具的 子站，圖15B示出具有坦克鏈運動的子站，圖15C示出其中機器人交通工具具有昆蟲或蜘蛛 狀腿的子站，圖15D示出具有水翼式空氣懸掛移動的子站；圖16示出包括機器人臂和工具的機器人子站；圖17A-17B示出機器人主站模塊，圖17A示出安裝在機器人交通工具上的主站模 塊，圖17B示出能夠進行工作的主站模塊；圖18示出使用計算機網(wǎng)絡(luò)互連的各種主站和子站；圖19示出能夠讀取固定參考站的外罩(enclosure)內(nèi)的主站模塊(或子站)；圖20示出其上打印有條形碼的360度直角棱鏡。圖21A-21C示出各種智能標(biāo)志(monument)；圖22A-22B示出使用主站模塊的彩色棱鏡的檢測；圖23A-23B示出使用旋轉(zhuǎn)激光器的主站模塊和子站的相互作用；圖24A-24C示出照像環(huán)境建模器；圖25A-25B示出信標(biāo)靶標(biāo)及其與接收器柱的相互作用；圖26A-26D示出具有非移動部件的角度標(biāo)志測量裝置；圖27A-27B示出用于激光或聲波測距儀的手持儀器搖攝(pan)和傾斜臺架 (gantry)，圖27A是前端正視圖，圖27B是左側(cè)正視圖；圖28A-28B示出自動調(diào)平旋轉(zhuǎn)激光器，圖28C是等角視圖，圖28B是該裝置的前端
6正視圖；圖29示出自調(diào)平旋轉(zhuǎn)激光跟蹤器；圖30A-30B示出自動調(diào)平固定激光指示器(pointer)；圖31示出機器人建筑安全站；圖32A-32C示出360°相機站；圖32A是該相機的等角視圖；圖32B示出安裝在伸縮桿頂部的相機，圖32C示出從起重機懸掛下來的相機；圖33示出扭曲建筑物傳感器；圖34A-34B示出用于檢測移動機器人的運動以確定其精確位置的裝置，圖34A等 距地示出包括加速計和電子器件的裝置的內(nèi)部；圖35是移動式臂站的側(cè)面正視圖；圖36是移動式站的側(cè)面正視圖；圖37是車載主站的側(cè)面正視圖，該主站具有工作臂、水平和垂直掃描的可見激光 以及電子測距裝置。圖38示出各種機器人臂工具；圖38A示出具有切割工具的機器人臂；圖38B示出具有打印或繪圖工具的機器人臂；圖38C示出具有鉛直可見激光指示器的機器人臂；圖38D示出具有CMM、激光掃描器或手動指示閱讀工具的機器人臂；圖38E示出具有鉆孔、雕刻和灼燒工具的機器人臂；圖39示出被配置成使用本發(fā)明的建筑物圍欄，本發(fā)明的系統(tǒng)作為套件布置在該 圖中，所有部件都在該圖中示出，尤其示出了固定在永久位置上的固定參考位置；圖40是示出固定參考站傳感器和發(fā)射器陣列的等角視圖；圖41是圖14A-14C的手持計算機的顯示器的示意性表示；圖42是具有可見激光上下指示器并具有內(nèi)置電子測距裝置的三角架棱鏡柱的示 意性表示；圖43示出具有多光束測距裝置的主站，用于確定其距離地面的高度及其沿面取 向；圖44A-44D示出用陀螺穩(wěn)定的、線纜驅(qū)動的、軌道驅(qū)動的或者用盤旋器(hover)驅(qū) 動的懸掛的計算機化運輸系統(tǒng)；圖45示出如何使用圖44A-44D的用陀螺穩(wěn)定的、線纜驅(qū)動的懸掛的計算機化運輸 系統(tǒng)；圖46A-46B示出二棱鏡柱標(biāo)記系統(tǒng)的頭部；圖46A示出具有用彈簧加載的尖鉆的頭部；圖46B示出具有彈簧加載的標(biāo)記器或涂料棒的頭部；圖47A-47B示出粘滯阻尼穩(wěn)定的棱鏡柱；圖48A-48B示出用陀螺穩(wěn)定的棱鏡柱，該穩(wěn)定器與用于穩(wěn)定性維護的模糊邏輯電 子處理器配對；圖48A示出整個棱鏡柱；
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圖48B示出穩(wěn)定器頭部；圖49示出主站模塊(或者具有無線天線的機器人)，主站模塊測量其與檢查員的 具有棱鏡和無線天線的桿之間的距離，該無線天線又與數(shù)據(jù)收集手持計算機接口 ；圖50示出圖49的在可見光譜內(nèi)發(fā)射激光的全站，其基于來自手持計算機的指示 標(biāo)記目標(biāo)位置；圖51示出圖49的主站模塊，其指示可移動機器人在表面上產(chǎn)生可見的目標(biāo)光 斑；圖52類似于圖51中所示的實施例，除了標(biāo)記是期望圖案的投影矢量覆蓋；圖53是圖49的系統(tǒng)的第四實施例，其中圖案是三維圖案的二維表示；圖54是圖49的系統(tǒng)的第五實施例，其中主站模塊指示可移動機器人使用涂料在 地面上標(biāo)記位置；圖55是圖49的系統(tǒng)的第六實施例，其中主站模塊指示可移動機器人進行加工操 作(如鉆孔)；圖56是圖49的系統(tǒng)的第七實施例，其中主站模塊指示可移動機器人到一個位置 以利用能夠測量和標(biāo)記地板的機器人臂進行計量；圖57類似于圖56，其中測量和標(biāo)記發(fā)生在墻上；圖58是圖49的系統(tǒng)的第八實施例，除了主站模塊跟蹤多個棱鏡，每個棱鏡與不同 的手持單元通信，并且該手持單元相互通信；圖59A示出兩個激光測距儀單元(S卩，A和B)的正視圖，每個激光測距儀單元能 夠測量其垂直高度以及與另一個測距儀器的水平距離；圖59B示出激光測距儀和轉(zhuǎn)動棱鏡的放大圖；圖60示出圖59的配置的平面圖，其另外示出了用于位置三角測量的目標(biāo)傳感 器；圖61示出使用特殊的柱以提供距離和高度測量的測距儀；圖62A-62B示出具有慣性測量系統(tǒng)的手持單元，該慣性測量系統(tǒng)包括三個陀螺儀 和加速計；圖62A是示出手持單元的內(nèi)部包括的必要部件的等角視圖；圖62B是手持單元的外部的等角視圖；圖63-65示出本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中示出了優(yōu)選實施例的例子。如本說明書中將清楚示出的，當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)備根據(jù)本發(fā)明的方法進行完成任 務(wù)所需的一些或全部步驟時，該任務(wù)被“自動地”執(zhí)行。這里所討論的各種任務(wù)的最終步驟 的一些或全部是由該系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行的，該系統(tǒng)設(shè)備可以由嵌入在這樣的設(shè)備中的固件和/ 或軟件指揮；因此這種任務(wù)被自動執(zhí)行。在本說明書中使用的術(shù)語建筑場地被理解為包含具有限定邊界的任意多維空間， 在該多維空間內(nèi)可以進行物體和結(jié)構(gòu)的建造以及它們關(guān)于彼此的定位和定向；建筑場地還 包括在其中已經(jīng)完成部分或全部建筑的任何多維空間。
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虛擬空間是可以基于描述建筑場地的設(shè)計中的邊界、具體物體和/或結(jié)構(gòu)、該物 體和/或結(jié)構(gòu)關(guān)于彼此以及關(guān)于多維空間中指定建立的參考點的定位和定向以及所定義 的物體和/或結(jié)構(gòu)的實際物理維度的信息(例如，圖形和/或文本)來描述的多維空間的視 覺表示或數(shù)學(xué)表示。保存該設(shè)計的信息被稱為虛擬信息。虛擬信息的一個例子是由建筑工 程的建筑師或工程師生成的一組制圖(例如，2D或3D CAD (計算機輔助設(shè)計)制圖)。在 下文中，術(shù)語“建筑場地”和“多維空間”將被可互換地使用。在這里使用的術(shù)語“研究”是指用戶(優(yōu)選是建筑導(dǎo)航員)使用本發(fā)明的系統(tǒng)根 據(jù)本發(fā)明的方法進行的處理，以在建筑場地中定位參考點和其它指定位置(例如，標(biāo)志、基 準(zhǔn))，測量這些指定點之間的距離，標(biāo)識建筑場地內(nèi)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和/或物體，測量現(xiàn)有物體 和/或結(jié)構(gòu)的實際物理維度，以及測量位于該建筑場地內(nèi)的現(xiàn)有物體和/或結(jié)構(gòu)之間的距 離，從而實時地，即在進行研究時，自動生成建筑場地的表示(例如，圖形-2D或3DCAD制圖 或者其它類型的表示)。參考點是在建筑場地內(nèi)特別定義的點或位置，它們被指定作為從其 開始進行測量的點。參考點通常由設(shè)計者(例如，建筑師或工程師)在虛擬信息中標(biāo)識，并 通常由多維空間的現(xiàn)場檢查員在多維空間中標(biāo)記出。從研究生成的信息可以成為虛擬信息 的一部分。在這里使用的術(shù)語“布局”是指基于從設(shè)計和/或研究生成的參考點和虛擬信息 實時地自動識別建筑場地內(nèi)的特定點的精確位置和/或物體和結(jié)構(gòu)的位置、定向和排列的 處理。該布局處理還可以包括在被布局的多維空間內(nèi)將系統(tǒng)的用戶引導(dǎo)到精確位置。然后 用戶可以標(biāo)記該精確位置，或者本發(fā)明的用戶可以使用作為本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分的設(shè)備 自動標(biāo)記建筑場地內(nèi)的物體和結(jié)構(gòu)的位置。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過在建筑場地(S卩，多維空間)和虛擬空間之間進行映射 使用戶能夠執(zhí)行建筑場地的布局。映射是指在一個空間中指定已知的點并計算或確定在另 一個空間中對應(yīng)的點，這兩個空間之間具有適當(dāng)定義的關(guān)系(例如，數(shù)學(xué)關(guān)系)。例如，如在 布局期間所進行的，當(dāng)本發(fā)明的方法將適當(dāng)定義的關(guān)系應(yīng)用于設(shè)計師的制圖內(nèi)的點以確定 或計算在實際多維空間中對應(yīng)點的位置時，發(fā)生從虛擬空間到多維空間的映射。在這里使用的術(shù)語“驗證”是指比較虛擬空間與研究信息以確定在布局過程期間 是否犯錯誤的處理。該系統(tǒng)將錯誤或矛盾的位置以及所發(fā)生的錯誤的類型通知給用戶。在使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)進行自動研究、布局和/或驗證多維空間中受過訓(xùn)練 和認(rèn)證的用戶被稱為建筑導(dǎo)航員。除了上述方法以外，建筑導(dǎo)航員還執(zhí)行用于使虛擬空間 的設(shè)計者(例如，建筑師、工程師)生成的信息與多維空間的建造者(例如，總承建者，場地 工程師、檢查員)要進行的特定任務(wù)協(xié)調(diào)的各種功能。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的設(shè)計者/制 造者可以發(fā)布用戶在被承認(rèn)是認(rèn)證的建筑導(dǎo)航員之前需要掌握的特定要求和技能集合。例 如，建筑導(dǎo)航員盡管不是檢查員，但是可以從對檢查的基本原理的理解中受益。在研究、布 局和驗證處理期間，建筑導(dǎo)航員操作執(zhí)行器(actuator)/UID將各種命令發(fā)送到主站以控 制主站和子站。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計和建造的設(shè)備的操作和/或編程以及維護中受訓(xùn)和認(rèn) 證的用戶以及根據(jù)本發(fā)明的方法操作以進行ARTE建筑的用戶被稱為ARTE工作者。ARTE 工作者在不同的時間與現(xiàn)場的工匠和現(xiàn)場職業(yè)人員配合以進行指定給ARTE設(shè)備的任務(wù)。 ARTE工作者可以與現(xiàn)場總承建者協(xié)商以確定某些任務(wù)的進度。此外，ARTE工作者可以協(xié)同
9建筑導(dǎo)航員在研究建筑場地之前制訂和計劃全部或部分建筑場地的建筑過程。I.本發(fā)明的系統(tǒng)參照圖1，示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例的框圖。應(yīng)該注意，可以使用各種方 法和設(shè)備來建立和/或?qū)嵤┍景l(fā)明的系統(tǒng)。因此本發(fā)明的系統(tǒng)不局限于圖1中所示的具體 實施例。本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地作為可以彼此相互連接以允許用戶進行建筑場地的研究、布 局和/或驗證的模塊的各種組合的組件來實施。與主站模塊相關(guān)聯(lián)的模塊可以彼此相互連 接和/或耦合以形成主站組件或多個模塊，其中一個模塊是主站模塊。這里使用的術(shù)語“主 站”是指主站模塊或主站組件。每個模塊是可以執(zhí)行一個或多個任務(wù)并且能夠耦合到其本 身可能是模決也可能不是模塊的一個或多個其它裝置的裝置。每個子站優(yōu)選地被配置成模 塊的組合。仍然參照圖1，例如建筑導(dǎo)航員的用戶可以操作執(zhí)行器(actuator)/UID以經(jīng)由1/ 0接口模塊120和控制器模塊116將命令發(fā)送到主站模塊110。利用傳播裝置112模塊將該 命令傳輸?shù)轿挥诮ㄖ龅貎?nèi)的任意數(shù)量N個子站(142、144、146、148和150)，其中N是等于 或大于1的整數(shù)。傳播裝置模塊112還可以用于接收來自子站的信號。傳播裝置112被示 出為可以在多維空間的布局、研究和/或驗證期間發(fā)射可見或不可見激光束的激光器。所 示的激光器還可以具有用于接收反射激光束的傳感器，從而允許裝置112也接收信號。裝 置112可以是用于發(fā)射和接收電磁信號的任意的一個或多個裝置，該電磁信號包括RF(射 頻)信號、微波信號和其它類型的信號。如圖所示，在通信鏈路132、134、136、138和140上 傳輸來自主站模塊110的命令。該通信鏈路可以例如是不同波長的激光信號或者占據(jù)不同 頻帶的RF(射頻)通信信道(例如，空氣、雙絞線、同軸線纜、光纖、微波波導(dǎo))或者其它類 型的公知傳播信號，例如，光學(xué)信號、微波信號、雷達信號、紅外信號。子站142、144、146、148和150每個具有可以發(fā)射和/或接收信號的對應(yīng)傳播裝置 (142A、144A、146A、148A和150A)并且戰(zhàn)略上定位為遍及建筑場地以允許正確的研究、布局 或驗證。顯示器126用于圖示使用執(zhí)行器/UID模塊130生成的文本信息和/或建筑場地 或虛擬空間的圖形表示(即，CAD制圖)。在控制器模塊116中駐留的軟件的控制下，顯示 器126可以同時示出建筑場地和虛擬空間二者并且還可以圖示通過主站模塊110從N個子 站之一接收到的建筑場地信息。顯示器126還可以圖示從數(shù)據(jù)存儲106或主站模塊110獲 得的圖形信息。該圖形是由控制器模塊116使用來自數(shù)據(jù)存儲模塊106的信息和從N個子 站中的一個或多個接收到的信息從加載在其中的固件或軟件產(chǎn)生的。主站模塊110經(jīng)由連接114A和114B耦合到控制器116?？刂破髂K116經(jīng)由連 接108A和108B耦合到數(shù)據(jù)存儲模塊106?？刂破髂K116還經(jīng)由連接118A和118B耦合 到I/O接口模塊120。I/O接口模塊分別經(jīng)由連接128和122耦合到執(zhí)行器/UID 130和顯 示器126。顯示器126經(jīng)由連接124耦合到執(zhí)行器/UID 130。連接124允許將文本或其它 用戶發(fā)起的信號的結(jié)果(即，從鼠標(biāo)、操縱桿、觸筆、觸摸板產(chǎn)生的信號)顯示在顯示器126 上。在本說明書通篇中使用的術(shù)語“耦合”可以指機械連接、電連接、光學(xué)連接或者磁連接 或者這些類型連接的任何組合；該術(shù)語一般是指允許將(電、磁、機械、機電、光、電光)信號 從一個位置傳送到另一個位置或者從一個模塊傳送到另一個模塊的確定的路徑、信道或布 置。因此，術(shù)語“耦合”不一定局限于物理連接；例如，在物理上相互不連接的兩個部件之間
10可以實現(xiàn)磁耦合。存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊106中的信息可以是虛擬信息，該虛擬信息可以實現(xiàn)為例如 由建筑工程的建筑師和/或土木工程師生成的藍(lán)圖或CAD(計算機輔助設(shè)計)制圖。在其中存儲虛擬信息的數(shù)據(jù)存儲模塊106可以實施為包含由多維空間的建筑師 或工程師或其它設(shè)計師生成的數(shù)字存儲的圖形或技術(shù)信息的存儲單元?？梢允褂密浖?任意多種公知的方式生成該虛擬信息并且可以在例如通信鏈路104的通信鏈路上和/或通 過例如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)102發(fā)送這種信息。通信鏈路104可以是直接的物理連接，例如 同軸線纜、電話線，或者無線鏈路、光學(xué)鏈路或其任意組合。主站模塊110被示出具有信號傳播裝置112作為互相耦合或通信的多個模塊之 一。信號傳播裝置112可以是用于傳播無線信號的天線。簡言之，信號傳播器112允許電磁 信號的傳播，電磁信號包括但不限于UHF(UltraHigh Frequency，超高頻)無線電、VHF(Very High Frequency，甚高頻)信號以及例如由激光器生成的光信號。傳播裝置112可拆卸地 附著到主站，使得根據(jù)主站發(fā)射的信號的具體類型將適當(dāng)?shù)牟⑶艺_的傳播裝置機械和/ 或電耦合到主站模塊。例如，可以將激光器耦合到主站模塊110以允許傳播由作為主站模 塊電路和設(shè)備的一部分的激光器生成的光信號(例如，一個或多個激光束)。為了傳播無線 電信號(RF或射頻信號、UHF、VHF信號)，可以將天線耦合到主站模塊。主站模塊110可以 由此發(fā)射光學(xué)和/或無線電信號。主站模塊110是能夠?qū)⒚畎l(fā)射到N個子站中的任意一 個或多個的模塊。圖1中所示的主站組件(即，多個與主站模塊耦合的模塊)的一個實施例可以由 稱為“經(jīng)緯儀(theodolite)”或全站儀(total station instrument)的公知測量儀器構(gòu) 成。這種儀器可以配備激光束以在建筑場地處投射可見光束或測量距離以及水平和垂直角 度。同樣地，經(jīng)緯儀也可以改進成具有計算機(具有顯示器、控制器、執(zhí)行器/UID裝置)和 可控制機械機構(gòu)和裝置，其中該計算機根據(jù)(作為一個或多個軟件程序?qū)嵤┑?本發(fā)明的 方法進行操作。主站組件的另一個實施例可以是改進的機器人交通工具，該機器人交通工 具可以經(jīng)由無線電信號或其它類型的信號遠(yuǎn)程控制以執(zhí)行各種任務(wù)。圖1中所示的主站組 件可以耦合到這種機器人交通工具以允許建筑導(dǎo)航員或受訓(xùn)的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的用 戶進行多維空間的自動研究、自動布局和自動驗證。主站組件的另一個實施例可以由塢站 (dockingstation)來實施，塢站可以用于接收執(zhí)行控制器116、顯示器126、1/0 120、執(zhí)行 器130和數(shù)據(jù)存儲單元106的功能的任意類型的便攜式計算裝置(例如，袖珍計算機、個人 數(shù)字助理(PDA))。A.主站模塊主站模塊包括至少一個多通道發(fā)射器、至少一個多通道接收器和至少一個處理 器。主站模塊還可以包括由控制器(即，圖1中的控制器116)控制的一個或多個機械裝置 和/或機構(gòu)?？刂破黜憫?yīng)于由本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶對執(zhí)行器/UID的操作而生成命令；這些 命令被用于控制耦合到主站模塊的機械裝置和/或機構(gòu)。多通道發(fā)射器是能夠?qū)⒁粋€或多 個可識別的信號經(jīng)由例如天線或激光發(fā)生器的傳播裝置發(fā)射到子站的信號發(fā)射裝置。圖3 中示出主站模塊的更詳細(xì)的圖。圖3示出主站模塊300的框圖，主站模塊300包括耦合到多通道接收器304和多 通道發(fā)射器306的處理器308，處理器308還耦合到可控制的機械結(jié)構(gòu)310 ；主站模塊300
11是圖1中所示的主站模塊110的更詳細(xì)的框圖?？煽刂频臋C械結(jié)構(gòu)310可以是一個或多個 機械或機電裝置或機構(gòu)(例如，無線電控制的交通工具、機器人系統(tǒng))，其可以由處理器308 基于由主站模塊300接收到的命令來控制。信號傳播裝置302可以實施為天線，也可以是 用于將激光束投射到一個或多個子站或表面的激光發(fā)生器。信號傳播裝置302除了用作信 號發(fā)射設(shè)備的一部分以外還用于接收信號。在激光的例子中，傳感器可以安裝在裝置112 的信號接收部分上以允許接收信號。在天線的情況中，在不同的時間使用天線以接收從子 站和/或其它主站發(fā)射來的信號。主站模塊300可以包括一種類型以上的信號傳播裝置 (例如，一個天線和耦合到同一主站模塊的一個棱鏡)。處理器308可以實施為微處理器， 該微處理器能夠處理接收到的信號內(nèi)容以使主站模塊300利用可控制的機械結(jié)構(gòu)310執(zhí)行 任務(wù)。處理器308還可以生成用于發(fā)送到N個子站中的一個或多個和/或控制器116的響 應(yīng)和/或命令(見圖1)。由主站模塊300執(zhí)行的一個任務(wù)是在建筑場地內(nèi)設(shè)置其位置并將該位置與虛擬 空間中它的對應(yīng)位置相關(guān)聯(lián)；該處理通常被稱為三角測量(triangulation)，其中物體與 兩個已知點的距離被用于準(zhǔn)確設(shè)置該物體的位置。為了更準(zhǔn)確的位置設(shè)置可以使用兩個以 上的已知點。在本發(fā)明中，主站模塊300還可以設(shè)置在虛擬空間中定義并且在多維空間中 (通常由檢查員)識別的參考點。主站模塊300被定位成使得具有到兩個參考點的適當(dāng)?shù)?直接視線。主站300可以具有作為其發(fā)射器的激光-棱鏡裝置，該激光-棱鏡裝置可以將激 光束引導(dǎo)到第一參考點并測量到該參考點的距離。然后將該激光束引導(dǎo)到第二參考點并測 量到第二參考點的距離。在建筑場地處使用激光束(典型地是不可見光束)來測量距離是 公知的技術(shù)?？商鎿Q地，可以將具有可反射激光束的棱鏡的子站正確地定位在每個參考點 位置處并且主站可以確定它和兩個子站之間的距離。同時，可以將光學(xué)反射材料或裝置和/ 或電磁信號反射材料或裝置放置在多維空間內(nèi)的參考點和其它點處，以允許在多維空間內(nèi) 進行距離和物體和結(jié)構(gòu)的測量。主站模塊300然后可以將兩個參考點的距離信息傳送到用 于執(zhí)行三角測量處理的控制器116 (見圖1)以確定在多維空間內(nèi)和虛擬空間內(nèi)主站300關(guān) 于可識別的參考、物體和/或結(jié)構(gòu)的當(dāng)前位置。除了將信號發(fā)射到子站并接收來自子站的信號以外，主站模塊300的各部件或整 個模塊還可以由控制器116控制以在布局多維空間或進行建筑場地研究的過程期間執(zhí)行 各種任務(wù)。例如，耦合到主站模塊300的信號傳播裝置(例如，激光器、天線)可以被轉(zhuǎn)動 或重新定位，或者在交通工具或可移動主站的情況下，可以使整個主站移動到新的位置并 進行新的測量。該系統(tǒng)的用戶例如可以通過操作執(zhí)行器/UID 130控制主站模塊300。應(yīng)該注意，可以利用例如圖1中所示的主站組件執(zhí)行包括進行研究、布局和驗證 的本發(fā)明的方法。該主站組件包括主站模塊110、信號傳播主站112、控制器模塊116、I/O 接口模塊120、執(zhí)行器/接口模塊130和顯示器模塊126。數(shù)據(jù)存儲模塊106可以是主站組 件的一部分，也可以不是。B.控制器模塊回到圖1，控制器模塊116是可以由一個或多個微處理器或微控制器實施的處理 裝置。控制器模塊116可以是孤立的膝上型、桌上型計算機、大型計算機或相互連接的計算 機的網(wǎng)絡(luò)?？刂破髂K116可以與主站模塊110放置在一起，也可以放置在與主站模塊110 相對遠(yuǎn)的距離?？刂破髂K116可以訪問在其中存儲虛擬信息的數(shù)據(jù)存儲模塊106。控制
12器模塊116能夠在建筑場地的布局、研究或驗證期間或之前訪問一些或全部虛擬信息。可以由用于控制一個或多個控制器的一個或多個軟件程序?qū)嵤┑谋景l(fā)明的方法 被存儲在控制器模塊116的存儲器部分中?？刂破髂K116可以由此執(zhí)行本發(fā)明的方法的 任意一個或多個步驟以及控制主站、子站所需的所有步驟，并且實時地生成多維空間和虛 擬空間的圖形表示。更重要地，控制器模塊116可以執(zhí)行本發(fā)明的方法的一個或多個步驟， 以對建筑場地進行自動研究、自動布局和自動驗證。控制器模塊116可以控制一個或多個 主站以執(zhí)行三角測量技術(shù)。此外，控制器模塊116可以使一個或多個主站模塊控制一個或 多個子站以在多維空間中進行三角測量、距離測量以及物體和結(jié)構(gòu)的測量?？刂破髂K116 由此直接控制主站模塊并間接控制子站(經(jīng)由主站模塊)以測量距離、水平和垂直角度以 及可識別的物體和/或結(jié)構(gòu)的維數(shù)。此外，控制器模塊116可以生成虛擬空間和/或多維 空間的圖形表示并在顯示器126上以2D或3D顯示這些空間。當(dāng)同時示出虛擬空間和多維 空間時，其中一個可以被顯示為覆蓋在另一個上。應(yīng)該注意，控制器模塊116可以進行各種 映射操作以允許本發(fā)明的系統(tǒng)在按照本發(fā)明的方法進行研究和/或布局期間實時地自動 生成多維空間的圖形表示?？刂破髂K116基于駐留在其中的系統(tǒng)軟件指導(dǎo)各種任務(wù)的執(zhí) 行。系統(tǒng)軟件該系統(tǒng)軟件是計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件系統(tǒng)，為了易于在建造和建筑市場內(nèi)使 用，而建立圖形用戶界面(GUI)。該軟件適合于迅速進行特殊的定位、導(dǎo)航、讀取和寫入建筑 任務(wù)。該系統(tǒng)軟件模仿在汽車或其它交通工具導(dǎo)航中用于導(dǎo)航的GPS(全球定位系統(tǒng))系 統(tǒng)的樣式和感覺。例如在代表在建的建筑物的工地制圖內(nèi)引導(dǎo)用戶。結(jié)合主站模塊、子站 使用該軟件以實時地以適當(dāng)?shù)母袷?例如，2D或3D CAD制圖)創(chuàng)建維數(shù)上正確的現(xiàn)有建筑 條件的竣工研究(as-built study)。該系統(tǒng)軟件可以位于手持計算機、膝上型計算機、平板計算機或桌上型計算機內(nèi) 或者位于能夠與主站模塊和/或子站通信(發(fā)送命令或接收遙測)的其它計算機內(nèi)。該系 統(tǒng)軟件由此可以起到距離測量、導(dǎo)航和文檔控制軟件的作用。該系統(tǒng)軟件將命令發(fā)送到主 站模塊并且接收從主站模塊返回的遙測。該系統(tǒng)軟件將命令發(fā)送到主站模塊固件，告訴它 按命令執(zhí)行特定的任務(wù)(例如，轉(zhuǎn)動到指定的方向上或者向上或向下移動到特定的角度位 置，打開或關(guān)閉可見激光指示器、測量距離或角度等等)。主站模塊通過執(zhí)行所請求的功能 并且然后將實行或測量遙測發(fā)送回系統(tǒng)軟件來作出響應(yīng)。參見下面列出的功能。控制器116中的軟件能夠使控制器模塊控制主站組件的各種機構(gòu)以進行與執(zhí)行 研究、布局和/或驗證有關(guān)的任務(wù)。該系統(tǒng)軟件的一些特征如下-位置控制和縮放控制被“幻像化(ghosted)”(在制圖上并且有點透明或半透明 地顯示)。-在所顯示的制圖內(nèi)通過圖形選擇位置。-在計算機顯示器(例如，顯示器126)上顯示測量點的視覺參考和將激光束發(fā)射 到目標(biāo)的棱鏡的位置。-通過軟件跟蹤例如棱鏡的發(fā)射器；當(dāng)棱鏡移動時，在顯示器上示出其新位置。-關(guān)于多維空間和虛擬空間的圖形表示顯示目標(biāo)棱鏡(在參考點處使用的子站) 位置。
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_在布局處理期間通過一系列選定的點路由用戶。-可以按英尺和英寸顯示測量。-多棱鏡偏移功能-自動標(biāo)志識別(標(biāo)志是多維空間內(nèi)特別標(biāo)識出的結(jié)構(gòu)或物體)。-用戶的定位；在屏幕上顯示“你在這里”。_(使用不可見的激光束)連續(xù)監(jiān)視主站和一個或多個子站的位置的跟蹤模式；以 xyz坐標(biāo)表示位置。在布局期間使用可見激光束；以xyz坐標(biāo)顯示位置。-通過激光在空間中跟蹤執(zhí)行器/UID裝置(例如，鼠標(biāo)、鍵盤、3D鼠標(biāo)、操縱桿、觸 摸板、觸筆、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、陀螺儀)的位置并且允許用戶使激光指向期望的位置；這被稱為 主動激光指示模式。-一旦選擇了空間中的目標(biāo)(例如，參考點)或點時，在屏幕顯示器126上顯示從 當(dāng)前位置“到目標(biāo)的距離”。-在無反射鏡(reflectorless)模式和棱鏡跟蹤模式之間無縫轉(zhuǎn)換-在棱鏡跟蹤模式下發(fā)射可見激光_可以訪問備用制圖或制圖層。-電力(power)搜索功能主站遵循程序主動搜索棱鏡位置。-子站的自動檢測和定位。_完整制圖全貌被“幻像化”(在另一個制圖上并且有點透明或半透明地顯示)；這 代表主站、子站、棱鏡(在不同點處)關(guān)于整個多維空間的位置。-基于控制點和固定的參考站將CAD工程制圖給建筑場地參考。該行為可以手動 完成，也可以通過軟件自動完成。-當(dāng)你接近目標(biāo)時，圖形放大以提供更多細(xì)節(jié)和更高精度。-在從一個位置改變到另一個位置時該軟件提供精確的xyz坐標(biāo)。-創(chuàng)建文檔，該文檔代表什么工作已經(jīng)完成，什么已經(jīng)被布局，記錄或者改變，具有 用于質(zhì)量控制和歸檔目的的時間、日期和用戶戳記。該文件是可交付使用的。-記錄包括控制點位置的圖像的控制坐標(biāo)測量信息，或者將其與每個文檔內(nèi)的特 定文件和層相關(guān)聯(lián)。-記錄建筑空間的圖像或視頻并將其與特定坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的能力。-使用從任意主站、子站、車載站、車載主站、固定參考站或移動式站接收到的視頻 輸入將裝置準(zhǔn)確地對準(zhǔn)到目標(biāo)上而不必站在該裝置處的能力。對可以在主站模塊中使用的任意一個或多個發(fā)動機進行主站模塊馬達移動的精 確控制。C. I/O 接 口模塊輸入/輸出接口模塊120是典型地連接到用戶接口裝置(UID)以接收來自該裝置 的信號并適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換該信號用于處理然后將該轉(zhuǎn)換后的信號傳送到例如微處理器或微控 制器的處理單元的裝置。反過來，由I/O接口模塊120接收從微處理器到一個或多個UID 的信號并轉(zhuǎn)換該信號用于UID使用。例如，由發(fā)送要由顯示器126顯示的信號的控制器116 處理圖形表示。該信號在到達顯示器126之前由I/O接口模塊120進行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，使得它
14們可以被顯示器126適當(dāng)?shù)靥幚怼/O接口模塊120典型地作為用于允許計算機或計算系 統(tǒng)的處理部分與人或用戶操作的裝置適當(dāng)?shù)叵嗷プ饔玫难b置。D.執(zhí)行器/UID樽塊執(zhí)行器/UID (用戶接口裝置)130代表一個或多個用戶可操作的裝置，該裝置用于 與計算機或計算系統(tǒng)的核心處理器通信以發(fā)送命令、響應(yīng)和其他以操作計算機系統(tǒng)或計算 機。執(zhí)行器的例子包括但不限于鍵盤、鼠標(biāo)、空間或3D鼠標(biāo)、觸筆、觸摸板、滾動球和操縱 桿。E.顯示樽塊顯示器模塊126可以是任意的一個或多個公知的顯示裝置，如CRT(陰極射線管) 監(jiān)視器、液晶顯示器(LCD顯示器)、等離子體顯示器或者用于顯示視頻、圖形、文本以及可 被視覺上顯示的任何其它類型信息的顯示器的類型。F.數(shù)據(jù)存儲樽塊數(shù)據(jù)存儲模塊106可以是使用任意類型的公知存儲介質(zhì)以任意公知的格式存儲 數(shù)字、模擬形式信息的任意存儲空間。該模塊可以使用磁介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)、半導(dǎo)體介質(zhì)或者 它們的任意組合存儲信息。G.主站組件(1)圖 1A圖1A中所示的主站組件是可以根據(jù)本發(fā)明的方法操作的本發(fā)明的系統(tǒng)的一個特 定實施例。該主站組件包括主站模塊30、膝上型計算機18和這里被分別示出為操縱桿(26) 和鍵盤(30)的執(zhí)行器/UID 26和30。天線22被示出為無線調(diào)制解調(diào)器(未示出)的部 分，其可用于例如經(jīng)由因特網(wǎng)訪問存儲在位于遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)存儲模塊(未示出)中的虛擬信 息(例如，多維空間的建筑師制圖)?？商鎿Q地，該數(shù)據(jù)存儲模塊可以是膝上型計算機的存 儲器(未示出)的部分。仍然參照圖1A，該主站組件可以執(zhí)行本發(fā)明的方法的任意的和全部的步驟，以實 現(xiàn)對建筑場地的自動研究、布局和驗證。主站模塊30具有轉(zhuǎn)動和/或旋轉(zhuǎn)的激光器2，用于 將可見或不可見的激光束引向物體、參考點、基準(zhǔn)、標(biāo)志或多維空間中其它限定的點。優(yōu)選 地，在布局處理期間生成可見光束，并且在研究處理期間引導(dǎo)不可見光束。傳感器8被適當(dāng) 定位在模塊殼(housing) 4上，以接收和/或檢測從多維空間內(nèi)的物體或結(jié)構(gòu)反射的光束。 觀測儀器(scope)6用于測量多維空間內(nèi)的垂直和/或水平角度。自調(diào)平機構(gòu)10用于適當(dāng) 地調(diào)平該模塊；激光器14被示出為引導(dǎo)激光束16，用于調(diào)平該模塊或使該模塊垂直。模塊 殼4安裝在三角架12上。模塊殼4內(nèi)是可以通過操縱桿26的操作結(jié)合駐留在膝上型計算 機18的控制器中的軟件進行控制的各種可控機械機構(gòu)和裝置(未示出)。膝上型計算機18包括I/O接口模塊、控制器模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，它們在圖1A中 都沒有示出。因此，利用存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中的虛擬信息和安裝在膝上型計算機18的控 制器模塊中的、根據(jù)本發(fā)明的方法的軟件，圖1A中所示的主站組件可以進行建筑場地的自 動研究、布局和驗證。根據(jù)建筑場地的具體物理特征，可以使用例如子站的附加部件以進行 建筑場地的自動研究、布局和驗證。(2)圖 1B圖1B中所示的主站組件是下文中關(guān)于圖37討論的主站組件(車載主站)，其中該
15主站模塊可以由本發(fā)明的用戶(即，ARTE工作者或建筑導(dǎo)航員或者在這兩個行業(yè)中熟練的 人員)直接控制。圖1B中所示的主站組件還可以自主操作。該主站組件可以進行在建筑 場地(即，多維空間)處使用的部件的制造和/或組裝并且還使用制造和組裝的部件和其 它部件進行在該場地的建設(shè)。ARTE工作者可以將程序從膝上型計算機無線下載到主站處理 器以允許主站組件自主操作(根據(jù)下載的程序中的指令)而沒有ARTE工作者和/或建筑 導(dǎo)航員的任何直接控制。自主操作是指系統(tǒng)設(shè)備的一個或多個部分不在用戶的控制下操作 和進行一個或多個任務(wù)；該設(shè)備可以根據(jù)下載在其中的軟件程序進行操作。如圖所示，該主 站具有天線382和相關(guān)電子器件(未示出)以接收來自膝上型計算機18的信號，從而允許 膝上計算機將程序下載到主站模塊。該膝上計算機具有鍵盤30、顯示器28和天線22，天線 22可以耦合到內(nèi)部通信設(shè)備(未示出)以經(jīng)由通信鏈路20A生成信號。主站模塊包括工具 箱380、主站殼378，在主站殼378的頂部上安裝有水平旋轉(zhuǎn)激光器376和水平旋轉(zhuǎn)激光器 375。柱(pole) 375從主站殼378的頂部伸出，其中所述柱375附著到其末端的棱鏡372和 激光指示器370。主站模塊384還包括機器人臂386，在機器人臂386的末端是激光指示器 390和棱鏡388。除了膝上計算機及其部件以外，所有上述部件都安裝在交通工具384的頂 部上，該交通工具也可以由操作膝上計算機18的用戶進行控制或者通過膝上計算機18執(zhí) 行與本發(fā)明的方法一致的程序來自主控制。H.子站參照圖2，示出了可以成為本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分以執(zhí)行本發(fā)明的方法的子站的 框圖。子站200包括接收器204、發(fā)射器206、處理器208、可控制的機械結(jié)構(gòu)210和信號傳 播裝置202。傳播裝置202耦合到發(fā)射器206和接收器204 二者，發(fā)射器206和接收器204 二者耦合到處理器208，處理器208耦合到機械結(jié)構(gòu)210。信號傳播裝置202接收來自主站 的信號(例如，無線電信號、激光束)，并且所述信號被傳送到處理器208進行處理。傳播裝 置202還可以將信號發(fā)送到主站或其它子站。該信號可以包含一個或多個命令，該命令由 處理器208處理以控制機械機構(gòu)210執(zhí)行任務(wù)。子站200可以由不同的模塊構(gòu)成以創(chuàng)建不 同類型的子站。例如，可以是沒有處理器和發(fā)射器的子站，該子站用于在研究或布局程序期 間簡單地反射來自一個或多個主站的激光束。I.主站模塊、主站組件、子站以及它們的部件的各種例子1.調(diào)平通信激光器調(diào)平通信激光器包括可以安裝在主站模塊頂上的脈沖調(diào)制旋轉(zhuǎn)激光器機構(gòu)(見 圖4A和圖4B)。該裝置提供可見的水平和垂直參考激光線。該裝置能夠讀取打印在其視線 內(nèi)的物體上的條形碼信息。此外，這些激光器是脈沖調(diào)制的并且能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到可以接 收所發(fā)送的信息的裝置。傳感器也在適當(dāng)?shù)奈恢茫虼四軌蜃x取或接收從脈沖調(diào)制的發(fā)射器發(fā)送的信息。 該調(diào)平通信激光器可以與其它類似裝配的主站、子站、車載或固定參考站通信。此外，該調(diào) 平通信激光器被機械化用于自調(diào)平。圖4(A)是該裝置的等角視圖。示出了旋轉(zhuǎn)激光器的覆蓋(blanketing)效應(yīng)。圖 4(B)是該裝置的前平面圖。示出了水平和垂直旋轉(zhuǎn)激光器21在機器人主站11上的定位。 覆蓋效應(yīng)是產(chǎn)生從主站11的頂部發(fā)出的激光的水平水平面和垂直面。2.儀器高度測距計(distance meter)
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參照圖5，儀器高度測距計是提供經(jīng)由激光距離測量裝置測量從該裝置到地面的 距離的方法的裝置?；谑殖旨す馄鞯木嚯x測量裝置具有緊湊的形式因素并且可以作為現(xiàn) 有技術(shù)獲得。該裝置將用于激光距離測量的類似緊湊電子器件合并到現(xiàn)有的主站殼35的 底座上，用于從地板或地面獲取準(zhǔn)確的儀器高度測量。所述電子器件包括自動調(diào)平設(shè)備45 和激光器55以及距離測量電子器件。該激光器沿著垂直軸發(fā)射可見激光束65，用于測量到 地板或地面的距離。因為圖5中所示的該裝置是主站，所以殼35還包括垂直和水平旋轉(zhuǎn)激 光器75。激光器75可以使得能夠關(guān)于它置于其中的空間(或者CAD或數(shù)字化制圖)自動、 自主地確定主站的方位；這通過搜索和測量到任意數(shù)量的固定參考站或到其它主站或子站 的距離來完成。該主站安裝在三角架85上。3.安裝有用干遠(yuǎn)蔣瞄準(zhǔn)(targeting)的照相機的系統(tǒng)該裝置合并安裝在主站62內(nèi)、與該主站的光學(xué)器件耦合的照相機60以提供目標(biāo) 的反射視圖。圖6A示出該裝置的等角視圖，而圖6B示出左側(cè)正視圖。該裝置允許用戶通 過觀看圖6C中所示的計算機屏幕64上的彈出窗口遠(yuǎn)程瞄準(zhǔn)主站。因此，用戶可以與該裝 置間隔非常遠(yuǎn)的距離，并且使用無線通信能夠瞄準(zhǔn)他所接近的點，然后觀看屏幕64上聚焦 在他的目標(biāo)上的十字準(zhǔn)線(Cross-Hair)。4.可見激光十字準(zhǔn)線光學(xué)器件參照圖7，將激光束十字準(zhǔn)線聚焦到目標(biāo)上的光學(xué)器件被合并到主站70的光學(xué)器 件中。這幫助用戶在視覺上定位目標(biāo)。5. nr WMm^m (plummet) +字 t線光學(xué)器件參照圖8，在主站80的底座上安裝十字準(zhǔn)線光學(xué)器件提供了從其測量主站的高度 的地面或地板上的點的更大的可見性(見圖5)。用戶經(jīng)常希望物理上定位可能與主站間隔 很大距離的點。6.多調(diào)平激光器站圖4A示出具有用于建立在調(diào)平主站中使用的水平面的單個水平旋轉(zhuǎn)激光器的主 站，圖9A-B示出具有兩個水平旋轉(zhuǎn)激光器84和86的主站81。圖9A是等角視圖，而圖9B 是前端正視圖。使用多個旋轉(zhuǎn)激光器(即，一個以上)是為了自動調(diào)平。為此目的可以使 用任意期望數(shù)量的旋轉(zhuǎn)激光器。具有該特征的主站將向用戶發(fā)出地板或建筑場地的任何移 位的警告，并且自動校正測量偏差。7.子站在下文中將主站和棱鏡之間的關(guān)系定義為“主站_子站”關(guān)系。8.主站-子站系統(tǒng)主站-子站系統(tǒng)包括主站和安裝有棱鏡的子站模塊(典型地安裝在子站頂上)。 棱鏡(見圖20)是與圖13A、圖13B和圖20中所示的棱鏡基本類似的多直角反射系統(tǒng)。該 棱鏡能夠根據(jù)并入該棱鏡中的棱角的數(shù)量和它們在棱鏡內(nèi)的相對安裝角度沿著若干條視 線反射回圖像(或光束)。圖10提供這種系統(tǒng)的例子。主站72觀測子站的棱鏡76，測量 兩個裝置之間的距離和角度，并自動地三角測量子站74關(guān)于工地、工地制圖和主站位置的 位置。子站是為了易于搬運和在工地上移動，并且是用于查明不在主站視線內(nèi)的坐標(biāo)的解 決方案。每次在工地上移動子站時，重復(fù)三角測量子站位置的處理。子站位置的三角測量 處理可以是自動的主站功能(即，在沒有直接命令的情況下進行)。一旦主站確定子站的位
17置，可以將命令發(fā)送到子站以執(zhí)行各種工作功能。功能的例子 在CAD顯示上選擇位置。 選擇的位置在主站的視線之外。 主站命令子站將可見激光瞄準(zhǔn)到所選擇的位置上或者將棱鏡導(dǎo)航到該位置。因此，該系統(tǒng)主動監(jiān)視子站的位置或者相對于子站提供給主站的坐標(biāo)主動監(jiān)視主 站的位置(對于不在主站的視線內(nèi)的目標(biāo))。參照圖11，多個子站(97、94、96、98、91、93)可以是“菊花鏈狀”或“星形鏈狀”。單 個主站90可以獨立地使用單個或多個子站，或者許多個子站與主站協(xié)同使用。9.移動式子站參照圖12，移動式子站包括簡化的機動模塊920，其能夠測量距離和角度，并且能 夠?qū)⒖梢娂す饷闇?zhǔn)到特定位置。伸縮桿1200安裝到該裝置，棱鏡1120按照無線通信的方 法安裝在伸縮桿1200的頂部。該移動式子站是為了易于搬運和在工地附近移動，并且是用 于查明不在主站視線內(nèi)的位置的解決方案。該移動式子站一旦被重新定位就被機械化用于 自調(diào)平。該移動式子站安裝在三角架上。10.移動式工具平臺從站移動式工具平臺子站包括多軸計算機控制的工具臂1300，在該工具臂的端部安裝 有兩個棱鏡1302、1304。這在圖13A中以等角視圖示出。固定到該工具臂端部的這兩個棱 鏡用于幫助該工具的定向和所選工具作業(yè)的對準(zhǔn)。該移動式工具平臺子站是為了易于搬運 和在工地周圍移動，并且是用于查明不在主站視線內(nèi)的位置的解決方案。該移動式工具平 臺子站一旦被重新定位就被機械化用于自調(diào)平。具有兩個棱鏡的桿用于確定該桿指向的方 向。圖13B以等角視圖示出在三角平臺1306上安裝有的三個棱鏡1308、1310、1312的 類似工具。這三個棱鏡優(yōu)選不是共線的。他們例如可以形成三角形。移動式工具平臺子站的關(guān)鍵部件是先前描述的調(diào)平通信激光系統(tǒng)并且包括安裝 在子站外罩(enclosure)頂部的脈沖調(diào)制旋轉(zhuǎn)激光器。該裝置是為了提供可見的水平和垂 直參考激光線。該裝置能夠讀取打印在其視線內(nèi)的物體上的條形碼信息。另外，這些激光 器是脈沖調(diào)制的，并且能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到可以接收所發(fā)送的信息的裝置。傳感器也在適當(dāng)?shù)奈恢?，因此能夠讀取或接收從脈沖調(diào)制發(fā)射器發(fā)送的信息。該 調(diào)平通信激光器與其它類似裝配的主站、子站、車載或固定參考站通信。最后，該調(diào)平通信 激光器被機械化用于自調(diào)平。該移動式工具平臺子站的主要工具是固定在該工具臂的端部的可見激光測距計， 該裝置用于指向或測量到選定位置的距離。11.具有附接棱鏡的手持計算機圖14A是在顯示器上方安裝有棱鏡1400 (例如，360°直角棱鏡)的手持計算機站 1402的頂部平面示意圖。圖14B示出具有內(nèi)置或附接的激光測距裝置1404的手持計算機 1402的等角視圖。映射信息顯示在計算機屏幕上。該計算機典型地由用戶持有。該棱鏡的 功能是作為定位裝置。圖14C是圖14A的手持裝置的側(cè)正視圖。在圖14C中，該計算機利 用內(nèi)置的支架1406站立；圖14A的視圖示出前正視圖。主站(或子站)按照以上所述對棱鏡進行定位。一旦被定位，整個系統(tǒng)就獲知持有計算機1402的用戶(在XYZ空間中)的位 置。同時，該用戶獲知他自己相對于主站、子站和固定參考點的位置。現(xiàn)在，當(dāng)用戶在場地 上移動時，系統(tǒng)就會知道他的移動。該手持計算機可以用作導(dǎo)航工具，其方式與在汽車中使 用GPS系統(tǒng)相同。12.車載站參照圖15至圖18。除了存在主站模塊、計算機顯示器、軟件和工地制圖以外，本發(fā) 明的系統(tǒng)可以附加地包括其上安裝有至少一個棱鏡1502的車載機器人1500。該車載機器 人可以安裝有兩個棱鏡，或者安裝有三個或更多個不共線的棱鏡。車載機器人1500是自供電的，或者是硬連線的或者插入電源的。該車載機器人的 移動和行為可以由系統(tǒng)軟件控制，或者可以經(jīng)由控制裝置手動地、有線或無線控制，例如通 過鼠標(biāo)、3D鼠標(biāo)或空間鼠標(biāo)、操縱桿、觸筆、觸摸板、觸摸鍵、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、陀螺或慣性測量單 元來控制。車載機器人1500可以具有機載控制計算機和軟件。該車載機器人可以具有車 輪、軌道、腿或者能夠在工地的表面上盤旋，并且不必由人在物理上搬運。該車載機器人可 以由人移動。若干個電子羅盤、傾斜儀、加速計和慣性測量單元在適當(dāng)?shù)奈恢锰幰詭椭鷮?dǎo)航 處理并提供方位遙測。車載機器人1500能夠無線通信以接收命令并發(fā)送遙測信息。該車 載機器人裝配有傳感器以跟蹤和遵循激光線或者指向特定的位置以進行工作并且/或者 沿著這一方向進行工作。車載機器人1500由主站在工地附進導(dǎo)航并且是用于執(zhí)行特定工作功能的各種工 具和裝置的平臺。該車載機器人被主站觀測并且由主站三角測量其位置。主站從工地制圖 直接導(dǎo)航該車載站。圖15A-D示出四種不同類型的車載站。這些僅僅是例子，并且可以有許多其它配 置。圖15A示出具有三個或四個輪子的車載站。圖15B示出使用類似坦克移動的車載機器人 1500B(具有棱鏡1504)。圖15C示出具有用于移動的昆蟲或蜘蛛腿的車載機器人1500C(具 有棱鏡1506)。這種類型的站將在工地周圍行走到指定的位置。圖15D示出盤旋的車載機 器人1500D(具有棱鏡1508)，其在非常類似水翼的表面上移動。13.除了存在主站模塊、計算機顯示器和工地制圖以外，本發(fā)明還包括具有棱鏡和多 軸計算機控制的機器人工具臂的車載機器人；(見圖35、圖37和圖38)。特別是在圖38中， 示出了各種工具 具有切割工具3802的機器人臂； 具有打印和繪圖工具3804的機器人臂； 具有鉛垂可見激光指示器3806的機器人臂； 具有CMM、激光掃描器或手動指點閱讀工具3808的機器人臂；以及 具有鉆孔、雕刻或灼燒工具3810的機器人臂。本發(fā)明的系統(tǒng)的圖16示出主體裝置1600，主體裝置1600包括定位棱鏡1602并且 還包括附加到機器人臂1604的端部的雙棱鏡裝置1606 (如圖16中所示)。該圖中所示的 裝置還包括包含各種工具的自動工具箱1608 (見圖35、圖37、圖38和圖46A-B)，其中機器 人臂可以根據(jù)命令自安裝和拆卸。圖15-圖18中所示的主站模塊或組件適合于執(zhí)行與現(xiàn)場機器人作業(yè)相關(guān)聯(lián)的各
19種任務(wù)。14.車載主站樽塊參照圖17A，主站1700模塊可以安裝在計算機控制的可移動電子機器人交通工具 1702上?，F(xiàn)在，該主站模塊不處于固定的位置，而是移動到工地的已知位置。參照圖17B， 車載主站組件1710包括計算機顯示器(未示出)、存儲在容器/工具箱1708中的軟件和工 地制圖，并且還包括車載機器人，該車載機器人具有主站模塊1700、棱鏡1720以及安裝在 其上的配備有工具1714 (例如，雙棱鏡和激光指示器)的多軸計算機控制的工具臂1712。 該車載主站可以經(jīng)由計算機顯示器由系統(tǒng)軟件指揮以執(zhí)行特定的功能，或者它可以自主執(zhí) 行工作功能，例如位置的測量和三角測量、導(dǎo)航和通信。車載主站的好處在于它可以被手動或遠(yuǎn)程控制，或者它可以關(guān)于它所處的空間和 工地制圖執(zhí)行自主的交通工具定向和導(dǎo)航。該車載主站系統(tǒng)使用主站模塊的能力以觀測和 跟蹤棱鏡的移動。該車載主站組件可以通過觀測、通信、測量和三角測量固定參考站、子站和/或任 何其它主站或車載主站的位置，在移動的同時根據(jù)工地制圖自主地在工地周圍導(dǎo)航。該裝 置可以被指揮或者自主地選擇從它當(dāng)前的位置移動到不同位置，并且一旦到那里它就可以 使用多軸計算機控制的工具臂執(zhí)行各種工作功能。該多軸計算機控制器的工具臂能夠自動改變工作工具以按照要求進行建造活動 或操作。工具可以從附加到車載站的多工具架或工具箱(例如，1708)直接自動交換。圖18示出利用通信網(wǎng)絡(luò)一起工作的多個裝置。各種裝置與機器人交通工具一起 工作以在給定的工地進行工作和導(dǎo)航。裝置1814可以作為主站操作，而所有剩余的裝置 (1800、1802、1804、1806、1808、1810和1812)作為子站操作，執(zhí)行各種建設(shè)任務(wù)，例如關(guān)于 圖38A至圖38描述的那些任務(wù)。15.固定參考站系統(tǒng)固定參考站可以從提供可讀取的固定參考的多個裝置當(dāng)中選擇。固定參考站可以 是被動裝置。然而，它們也可以是能夠?qū)⑿畔l(fā)送到接收器的智能裝置，或者它們可以光學(xué) 響應(yīng)特定的消息。-它們被固定或安置在混凝土板中或者固定到永久的位置處。-它們被安裝在可尋址并且可識別的已知位置處的標(biāo)志中。-標(biāo)志允許自動和自主裝置關(guān)于這些裝置所處的空間或者關(guān)于CAD制圖定向。主站模塊或組件可以用來識別參考站(即，子站的類型)的方法尤其是電磁(例 如，光、色光、紅外線、RFID、X射線、條形碼等)、超聲波、數(shù)字羅盤、控制論信息理論和編碼 fn息o固定參考子站系統(tǒng)的目的是為關(guān)于自動、自主裝置所處的空間或根據(jù)CAD或數(shù)字 化制圖為自動、自主裝置定向和導(dǎo)航提供固定參考點。這些裝置通過連續(xù)搜索、測量和重新 測量與位于同一空間中的任意數(shù)量的其它固定參考子站的距離來完成。最終目的是實現(xiàn)更 高的測量精度并且根據(jù)CAD制圖自主地或通過遠(yuǎn)程控制的交通工具、類人型機器人、機器 人或者其它機器人或機器人交通工具、工具或者室內(nèi)或室外的系統(tǒng)進行導(dǎo)航。固定參考站系統(tǒng)包括至少一個主站和至少2個“標(biāo)志”。最簡單形式的標(biāo)志(另一 類型的子站)本質(zhì)上由作為永久或臨時安裝在工地中的被動反射器或棱鏡的裝置組成。標(biāo)
20志的目的在于提供理想的參考，主站模塊或組件、子站或其它裝置可以根據(jù)該理想?yún)⒖紡?視線內(nèi)的任何地方測量和三角測量其位置。標(biāo)志為在其所處的空間內(nèi)并且關(guān)于CAD制圖或 數(shù)字化制圖的自動或自主主站定向提供機會。主站模塊或組件放置在工地內(nèi)；兩個標(biāo)志安裝在該空間內(nèi)。這些標(biāo)志的位置是已 知的并且還在CAD或數(shù)字化制圖中標(biāo)識出。主站觀測該標(biāo)志，并且能夠基于角度和距離測 量來三角測量其自己相對于該標(biāo)志和工地制圖的位置。位置的自三角測量的處理可以是自 動的主站功能；即，當(dāng)處于具有固定參考站的場地內(nèi)時在沒有直接命令的情況下進行。固定 參考站系統(tǒng)可以使交通工具、類人型機器人、機器人或者其它可移動機器人交通工具、工具 或者室內(nèi)或室外系統(tǒng)能夠根據(jù)制圖自主導(dǎo)航。主站、子站或者車載站也可以起到標(biāo)志的作 用。標(biāo)志可以是可尋址的，每個具有唯一的標(biāo)識。圖19示出包含在具有固定參考站(標(biāo)志)1904的外罩1900內(nèi)的主站1902。這是
固定參考站系統(tǒng)的最小配置。標(biāo)志可以是被動的或智能的。被動標(biāo)志可以包括棱鏡或反射器、打印的條形碼或 圖形、十字準(zhǔn)線目標(biāo)或者甚至是釘子。被動標(biāo)志的例子在圖20中作為棱鏡2000示出，其具 有可由主站例如通過RFID(RadioFrequency Identification，射頻識別)技術(shù)讀取的刻印 條形碼2002。參照圖21A-C，智能標(biāo)志具有與它們相關(guān)聯(lián)的電子器件。它們還可以具有被動標(biāo)志 擁有的視覺記號，圖21A中示出了它們的頂視圖。圖21A中的標(biāo)志可以代表具有可在RFID 系統(tǒng)中使用的特定圖案(2100中的十字準(zhǔn)線、2101中的點圖案、2104中的波形圖案以及 2106中的條形碼圖案)的被動子站，例如將信息反射(或被動傳達)到主站。所述電子器 件可以嵌入在如圖21B和圖21C中所示的標(biāo)志內(nèi)。圖21B和圖21C中分別示出了標(biāo)志2100 和2102的頂部透視圖。作為關(guān)于其它類似裝置或者通過與主站或子站(車載或非車載)的通信獲知它們 位置的智能標(biāo)志，這些裝置可以相互聯(lián)網(wǎng)，接收和發(fā)送信息或者重定向數(shù)據(jù)、光和超聲波信 號。智能標(biāo)志典型地包括各種電子傳感器、發(fā)射器和接收器，并且在適當(dāng)?shù)奈恢锰幘哂蟹瓷?器或視覺圖形以便于距離測量和通信。一些預(yù)期的模式是射頻、聲波通信和測距、可操縱的 激光或被動激光通信。這些裝置能夠發(fā)送、接收和重定向任何電磁信號、數(shù)據(jù)、光或超聲波 信號。16.彩餼多棱鏡識別系統(tǒng)參照圖22A-B，示出了多棱鏡組件和識別系統(tǒng)，其中每個棱鏡可以起到單獨標(biāo)志的 作用。這通過使用紅外光以及顏色識別來完成。在圖22B中，有多個棱鏡，其中每個棱鏡起 到單獨標(biāo)志的作用。每個棱鏡返回不同顏色的光。在圖22A中，紅外頻閃觀測器2204安裝 在主站2200的頂部上。彩色(XD(電荷耦合裝置)芯片2206安裝在該主站的接收器中。在 圖22B中，紅外頻閃觀測器閃爍，并且紅外光從各種彩色棱鏡2208、2210、2212、2214、2216 和2218反射回來。光束2202A和2202B朝向多個棱鏡散開，使得可以同時識別視野中的多 個棱鏡。該彩色棱鏡識別系統(tǒng)能夠提供快速的多棱鏡識別和單獨的棱鏡識別。當(dāng)與現(xiàn)有主 站-棱鏡關(guān)系相比較時，該彩色多棱鏡識別系統(tǒng)包括三個獨特的功能特征 每個單獨棱鏡由不同顏色的二色性玻璃構(gòu)成。
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目前在主站模塊中的適當(dāng)位置處的黑白(XD照相機芯片使用展寬光束紅外激 光器作為利用彩色CCD芯片2206快速搜索主站模塊視野內(nèi)的棱鏡的方法。用彩色CCD芯 片替代黑白照相機芯片將使得主站模塊能夠區(qū)分顏色，從而使得每個棱鏡可單獨識別或?qū)?址。目前在扇形通過中使用紅外激光以搜索主站模塊的視野內(nèi)的棱鏡；該方法每次僅可以 識別一個棱鏡。 可以使用紅外頻閃觀測器2204或閃光燈作為同時識別主站視野內(nèi)的多個棱鏡 的數(shù)量和位置的手段。參照圖22B，在主站的視野內(nèi)有六個棱鏡。該主站發(fā)射紅外頻閃光?；诶忡R的唯 一顏色立即獲知每個棱鏡的位置。17.旋轉(zhuǎn)主站-旋轉(zhuǎn)子站圖23A-B示出組合的具有旋轉(zhuǎn)激光的主站2302和具有旋轉(zhuǎn)激光的子站2304的使 用。下面描述這種組合的優(yōu)點和功能。該系統(tǒng)是為了作為測量距離和在工地附近導(dǎo)航的手 段獨立于主站模塊使用或者代替主站模塊使用。旋轉(zhuǎn)主站可以將XYZ坐標(biāo)測量和位置三角 測量數(shù)據(jù)提供給無線計算機主站，用于根據(jù)CAD制圖或數(shù)字化制圖在工地上導(dǎo)航和測量。參照圖23A，旋轉(zhuǎn)主站2302是讀取器和測量裝置，包括兩個測距激光器2302A、 2302B和兩個棱鏡觀測激光器2302C、2303D (見頂視圖2300)，所有這些都安裝在裝置外罩 的上部內(nèi)。裝置的該元件能夠讀取打印在其視線內(nèi)的物體上的條形碼信息。四個脈沖調(diào) 制的激光發(fā)射器2302E、2302F、2302G、2302H和四個激光數(shù)據(jù)接收器傳感器2302I、2303J、 2303K、2302L的布置安裝在該裝置的底部內(nèi)(見底視圖2350)。這些激光器能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā) 送到可以接收所發(fā)送的信息的裝置。該傳感器能夠讀取或接收從脈沖調(diào)制的發(fā)射器發(fā)送的 信息。旋轉(zhuǎn)主站2302可以與其它類似裝配的主站或子站或固定參考通信。該旋轉(zhuǎn)主站機 構(gòu)可以適用于自調(diào)平。旋轉(zhuǎn)子站2304具有安裝在設(shè)備外罩的上部中的360度直角棱鏡2306。四個脈沖調(diào) 制的激光發(fā)射器和四個激光數(shù)據(jù)接收器傳感器的布置安裝在該裝置的底部內(nèi)(未示出)。 該旋轉(zhuǎn)子站的機構(gòu)可以適用于自調(diào)平。旋轉(zhuǎn)主站2302和旋轉(zhuǎn)子站2304通過它們的脈沖調(diào)制激光器和接收器傳感器相互 通信。它們交換識別信息、遙測信息和命令。圖23A示出具有棱鏡發(fā)射器和接收器陣列的連續(xù)旋轉(zhuǎn)主站的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)代替 機器人主站模塊。通過調(diào)整目前可獲得的旋轉(zhuǎn)激光器水平，該裝置可以將X、Y、Z坐標(biāo)測 量和位置三角測量提供給無線計算機裝置，用于根據(jù)CAD制圖在建筑場地上進行導(dǎo)航和測 量。讀取器、測量器包括在頂部排列的兩個棱鏡觀測激光束2302A、2302B和兩個測距激光 束2302C、2302D。讀取器、寫入器包括在每個裝置的底部上的四個數(shù)據(jù)傳送激光器2302E、 2302F、2302G、2302H，四個激光數(shù)據(jù)接收傳感器2302I、2302J、2302K、2302L。該站具有以下 特征a.自調(diào)平可見激光器；b.能夠通過激光束發(fā)送數(shù)據(jù)；c.能夠通過激光束接收數(shù)據(jù)；d.能夠測量到多個棱鏡的距離；e.能夠基于返回的信號區(qū)分棱鏡；以及，
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f.能夠無線發(fā)送信息。圖23B示出旋轉(zhuǎn)主站的基本功能。假定在設(shè)置期間建立每個裝置的高度，并且由此獲知a.主站2302觀測棱鏡2306 ；b.主站2302測量到棱鏡2306的距離；c.主站2302從子站2304請求單元ID ；d.子站2304用單元ID響應(yīng)；以及e.主站2302將子站2304的X、Y、Z坐標(biāo)提供給子站。18.照像環(huán)境津樽器(modeler)參照圖24A-C，照像環(huán)境建模器2450包括四個測距激光器2452、2454、2456、2458， 四個數(shù)字照相機芯片2460、2462、2464、2466，四個頻閃觀測器2466、2468、2470、2472以及 中央目鏡2474，所有這些都安裝在同一殼2476內(nèi)。圖24A是用于該裝置的四鏡頭照相機的 等角視圖。每個鏡頭同時曝光全部四個照片，并且提供由四個單獨的圖像2478、2480、2482、 2484構(gòu)成的文件(見圖24B和圖24C)，每個圖像與四個距離測量相關(guān)聯(lián)(見圖24B)。該 文件包含來自四個激光器的遙測數(shù)據(jù)以及四個圖像(例如，JPEG、TIFF或者其它方便的格 式)。該系統(tǒng)的目的是利用準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的圖像非?？焖俚厣蓛?nèi)部空間的三 維模型。目前存在可以商業(yè)上獲得的軟件，人們可以通過該軟件拍攝兩個或更多個照片，并 通過識別三個或更多個公共參考點，計算機可以光學(xué)上將這些照片合并或拼合在一起，同 時修正光學(xué)失真。這種軟件通常用于從多個圖像創(chuàng)建全景圖像。目前還具有可獲得的用于 3D圖形產(chǎn)生的程序，其中在項目上放置標(biāo)記點以用于建模。這些程序有助于三維模型的建 立。本發(fā)明使用與裝置具有已知距離的四個已知“點”。這些點出現(xiàn)在所拍攝的所有照 片上，并且通過結(jié)合這兩種圖像處理軟件方法，可以生成空間的三維模型。19.信標(biāo)靶標(biāo)(beacon drone)三角測量系統(tǒng)參照圖25A-B。信標(biāo)靶標(biāo)三角測量系統(tǒng)包括三個信標(biāo)靶標(biāo)站和至少一個位置感測 接收器桿2504(見圖25B)。注意，圖25A中僅示出兩個信標(biāo)靶標(biāo)站。信標(biāo)靶標(biāo)站(例如， 2500,2502)包括脈沖調(diào)制的水平旋轉(zhuǎn)可見自調(diào)平激光器(例如，2518，2520)，它被分配唯 一的電子標(biāo)識。該裝置在其激光束內(nèi)、在分配給它發(fā)送的每個遞增角度處發(fā)送激光角度數(shù) 據(jù)和裝置標(biāo)識數(shù)據(jù)。每個信標(biāo)靶標(biāo)站安裝在可垂直調(diào)節(jié)的伸縮三角架上。圖25A示出相互 通信的兩個信標(biāo)標(biāo)靶站。接收器桿(見圖25B)是具有多個光電傳感器(例如，2522、2524、2526、2528)圍 繞桿2504定位的裝置，所述多個光學(xué)傳感器由機械遮蔽百葉窗板2506、2508、2510、2512、 2514、2516分開。這些傳感器在信標(biāo)靶標(biāo)發(fā)送它們的角度和標(biāo)識數(shù)據(jù)的同一平面上接收光。 圖25B是接收器桿的傳感器端的等角視圖。該裝置還包括導(dǎo)航計算機(未示出)，該導(dǎo)航計算機從每個傳感器區(qū)接收遙測 并使用該數(shù)據(jù)三角測量位置。該導(dǎo)航計算機可以附接到接收器桿，也可以獨立于接收器 桿。該接收器桿可以具有有限導(dǎo)航計算機和內(nèi)置的或者在獨立于手持導(dǎo)航計算機的在板 (on-board)按鈕控制。為了實現(xiàn)三角測量，用戶需要從至少兩個信標(biāo)靶標(biāo)捕獲遙測。為了 解決任何視線問題，至少兩個信標(biāo)靶標(biāo)必須從用戶的位置是可見的。為了實現(xiàn)三角測量可
23以遵循以下程序。20.設(shè)置稈序 在工地內(nèi)放置靶標(biāo)。 接通第一靶標(biāo)，并上升到最小障礙物的高度。 在新的場地以類似的方式設(shè)置下一個信標(biāo)靶標(biāo)。固定在與第一靶標(biāo)相同的高度 (通過視覺機械標(biāo)記或者通過定位傳感器)。要求對準(zhǔn)。 按照上述步驟的程序設(shè)置附加的信標(biāo)靶標(biāo)。 為了操作需要總共至少兩個信標(biāo)靶標(biāo)。21.接收器桿系統(tǒng)的校準(zhǔn) 為了相對于它們自己校準(zhǔn)信標(biāo)靶標(biāo)需要距離已知的兩個點 需要在工地的相關(guān)聯(lián)的制圖中示出的兩個在工地建立的點，確定多個平面信標(biāo) 靶標(biāo)的方向并將它們映射到工地制圖。22.方向定向為了在工地附近導(dǎo)航，在使用接收器桿之前需要繪出用戶想要的目標(biāo)和路徑。該 信息被下載到接收器桿并存儲在接收器桿內(nèi)。接收器桿還包括用于由靶標(biāo)站啟動測量的測 量命令按鈕(未示出)和用于在用戶準(zhǔn)備前進到下一個位置時按下的復(fù)位按鈕(未示出)。23.使用目標(biāo)點的三角測量系統(tǒng)的使用 在工地制圖內(nèi)選擇需要的位置。 如果導(dǎo)航計算機獨立于接收器桿，則將路徑下載到接收器桿。 在工地內(nèi)移動接收器桿并按下測量命令按鈕以獲取接收器桿的當(dāng)前位置。 一旦用戶成功到達并標(biāo)記第一目標(biāo)，則按下復(fù)位按鈕以開始過渡到下一個目 標(biāo)。24. H有非移云力部件的云力量測W■裝I1參照圖26A-D，示出了用于利用非移動部件測量行進的距離和方向的系統(tǒng)。該裝 置的最終目標(biāo)是測量行進的距離和行進的速率并確定位置。使用加速計2602、2604(公知 的用于測量物體速度的裝置)，在任意給定的方向上具有最大加速度的加速計表示行進的 方向和行進速率。兩個可變電容加速計2602、2604被放置在具有中心樞軸點2606的結(jié)構(gòu) 2600的每個端。圖26A-D示出該系統(tǒng)的使用。裝置2600是距離測量和位置三角測量設(shè)備，其獨立于其它現(xiàn)場解決方案運行。構(gòu) 成該技術(shù)的電子器件可以安裝于或固定到任何手持計算機、PC、移動電話或通信系統(tǒng)、任何 現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)或裝置以及任何已知類型的陸?？战煌üぞ摺＿@兩個加速計必須相互平行并且以已知的距離附接到結(jié)構(gòu)2600 (例如，桿、棍)。 加速計可以只讀取向前和向后移動，并且它們只在單個平面中運行。通過將兩個這樣的加 速計固定到結(jié)構(gòu)上并且將它們定向為平行于該結(jié)構(gòu)的切線，好像該結(jié)構(gòu)是圓的直徑，如果 設(shè)備在這兩個加速計能夠測量的平面上向前移動，則人們可以比較每個加速計的加速度差 動并推斷轉(zhuǎn)動交換的部分。為了測量其它平面，需要每個上面安裝兩個加速計的多個棍。每 個加速計定向在不同平面(軸)上的成對加速計單元的集合包括能夠提供X、Y、Z轉(zhuǎn)動和線 性加速度測量的加速計組。25.手持儀器搖攝(Dan)和傾斜臺架(gantry)激光器或聲波測距計
圖27A代表裝置2700的前端正視圖，而圖27B代表該裝置的左側(cè)正視圖。這是用 于電子測距裝置的機動的和遠(yuǎn)程控制的平轉(zhuǎn)和傾斜底座。臺架的移動可以由系統(tǒng)軟件控制 或者由計算機的操縱桿、鼠標(biāo)、觸摸板、鍵、觸筆、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、陀螺議或慣性測量單元的輸 入來控制。所示出的照相機底座是機動化的并且遠(yuǎn)程控制的平轉(zhuǎn)和傾斜底座。它還可以起 到非機動化的手動夾具(jig)的作用。它提供精確讀取距離、條形碼或圖形的能力和精確 指向特定位置的能力。裝置2700可以是主站或子站。
26.自動調(diào)平旋轉(zhuǎn)激光器圖28A是該裝置的等角視圖，而圖28B是該裝置的前端正視圖。自動調(diào)平是基于 固定參考站。當(dāng)水平儀(level) 2800旋轉(zhuǎn)時，它讀取固定參考站，并且主站相對于固定參考 站自動調(diào)平。圖28B中所示的裝置2800可以是具有兩個直角棱鏡(見圖20) 2806和2808、 垂直轉(zhuǎn)動激光器2804和水平轉(zhuǎn)動激光器2802的主站。27.自調(diào)平旋轉(zhuǎn)激光跟蹤器圖29示出具有安裝在其下部的轉(zhuǎn)動激光器2910的主站2900。該轉(zhuǎn)動激光器讀 取條形碼或者任何電子或機械信號。該旋轉(zhuǎn)激光器可以確定到目標(biāo)的距離，并且如果檢測 到變化，該系統(tǒng)可以啟動警報。激光束2902投射到轉(zhuǎn)動鏡2904上，轉(zhuǎn)動鏡2904與垂直和 水平平面都成45度。因此，該裝置發(fā)射水平轉(zhuǎn)動激光束。轉(zhuǎn)動速度由步進電機2906決定。 三個玻璃支柱2908A、2908B、2908C用于在主站模塊和步進電機組件之間提供透明間隙。28.具有固定激光指示器的站圖30B是圖30A中所示的、安裝在站2900上的平臺2910的頂部平面圖，其具有四 個固定激光指示器2912、2914、2916、2918。四個激光束(未示出)可以對準(zhǔn)或瞄準(zhǔn)固定參 考站或控制點。當(dāng)參考點移動到控制測量參數(shù)之外時，該裝置可以啟動警報。該激光器可 以是測距裝置中的部件。它們不僅瞄準(zhǔn)控制點而且它們連續(xù)測量控制點，如果當(dāng)測量超過 允許限度時報警。這樣確保了所進行的所有布局和測量的準(zhǔn)確性。每個激光器可以被獨立 轉(zhuǎn)向或者與目標(biāo)精確對準(zhǔn)。29.機器人建筑安全站圖31中所示的該站在工地周圍驅(qū)動，將進行中的工作歸檔并且盡可能地收集個 人數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠使用生物特征或鑰匙卡ID驗證個人身份。生物特征識別可以包括現(xiàn)有 技術(shù)的裝置，尤其是ID讀取器、視頻監(jiān)視、手紋或指紋讀取器以及眼睛或面部識別。此外， 該站可以點名以明了特定工人工作的時間。該系統(tǒng)包括具有包括棱鏡3104的測量裝置3106的車載機器人3100和車上的集 成智能基于事件的監(jiān)視系統(tǒng)3102。該裝置能夠訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫以將所采集的數(shù)據(jù)與建筑場 地記錄進行比較。該站在站點附近自主導(dǎo)航，或者它可以受主站指揮。30. 360° 照相機站圖32A是360°照相機站3200的等角視圖。這是用于在計劃的辦公樓或公寓樓 的建設(shè)完成時為了觀看人們從特殊的有利位置看到的景物而提供來自精確高度的視頻和 靜態(tài)圖片的系統(tǒng)。單元3200包括附接到照相機(視頻或靜態(tài))3206的拋物面鏡3202和鏡 頭3204。該單元還包括GPS、穩(wěn)定用的陀螺儀(未示出)和確定高度用的具有加速計的陀 螺儀(未示出)。圖32B示出安裝在伸縮桿3208頂上的照相機站3200，而圖32C示出從起重機3210
25懸掛下來的照相機站3200。31.扭曲津筑物傳感器高建筑物處于不停的運動中。它們在風(fēng)中搖擺并且扭曲。因此，建筑場地處于持 續(xù)的變形狀態(tài)。如果主站將激光束瞄準(zhǔn)不是固定的并且可以隨時間移動的特定點，則得到 的測量將是不準(zhǔn)確的。當(dāng)前系統(tǒng)形成非常準(zhǔn)確和精確的布置。為了保持準(zhǔn)確度和精確度， 主站和子站獲知每個參考在三維空間中的精確位置是很重要的。通過安裝用于測量建筑物或結(jié)構(gòu)的姿態(tài)和運動的傳感器系統(tǒng)(其中一個傳感器 被標(biāo)識為傳感器3300)解決該問題。圖33中示出這種運動。然后使用該運動數(shù)據(jù)以在建設(shè) 過程中保持系統(tǒng)軟件內(nèi)的準(zhǔn)確度。該傳感器系統(tǒng)包括加速計、陀螺儀和連同軟件一起的微 分GPS測量以使用遙測并且基于預(yù)設(shè)的容限啟動報警，從而允許或防止主站進行測量。當(dāng) 建筑物改變控制點距離測量使得只是由于建筑物的變形而進行不準(zhǔn)確測量時，該系統(tǒng)防止 主站進行測量。該系統(tǒng)監(jiān)視建筑物姿態(tài)并將該隨時間的運動歸檔，從而產(chǎn)生獨立交付。32.加諫計圖34A和圖34B示出具有加速計組3400和電子器件3404的電子測距裝置。圖 34A中所示的裝置可以安裝在運動交通工具上。作為這里公開的系統(tǒng)的優(yōu)選實施例，該裝 置安裝在遠(yuǎn)程或計算機控制的機器人漫游器(rover)(未示出)上。該漫游器被遠(yuǎn)程控制， 或者自動駕駛，或者完全自主。該裝置的目的是測量行進距離和行進速率以確定位置。圖 34A示出特定加速計的方位，圖34B示出該裝置的外觀。加速計組3400包括耦合到包含用 于該加速計組的適當(dāng)?shù)闹С蛛娐泛蜋C械結(jié)構(gòu)的殼3404的多個圓柱形加速計3402。圖34B 中所示的外殼3406可以配置成安裝在該加速計組上，結(jié)果得到球形裝置，圓柱形加速計從 該球形裝置伸出。由此通過從每個加速計測量加速度值并計算所有加速計的結(jié)果而確定行 進距離和行進速率。圖34A示出各個加速計的方位，圖34B示出該裝置的外觀。33.移動式臂站圖35示出移動式子站3500，移動式子站3500包括機械外罩或殼3514，還包括激 光器。該移動式臂站是子站而不是主站。垂直和水平光學(xué)旋轉(zhuǎn)激光器3510、3512安裝在殼 3514頂上。桿3518從該站的頂部伸出，在桿3518上安裝有360°直角棱鏡3506。從任意 方向上投射到棱鏡3506上的任意光都沿著其來的相同視線反射。該站安裝在三角架3518 上，三角架3518將該站保持在空間中的固定位置?？梢苿拥臋C器人臂3520從站的殼3514 的側(cè)面伸出。在該機器人臂的端部是其上安裝有棱鏡3524的桿?？捎糜跍y量距離并以反 射或發(fā)射的光信號的形式讀取和寫入信息的激光指示器3522和3528也在機器人臂3520 的端部。與激光指示器3522和3528的操作類似的激光指示器3504位于桿3508的端部。 子站3500可以從不同的激光指示器在各方向上發(fā)射激光束3502、3526、3530 a.在實際垂直方向上向下發(fā)送鉛垂光束3516以確定高度；b.向上發(fā)送垂直光束3502以通過該桿被重定向，以作為可見激光指示器和電子 測距讀取和寫入裝置。c.向上發(fā)送的垂直光束通過垂直和水平光學(xué)旋轉(zhuǎn)單元被重定向；以及d.通過機器人臂將光束3526發(fā)送到機器人臂桿，以作為可見激光指示器和電子 測距讀取和寫入裝置。主站總是知道移動式臂站在空間中的X、Y、Z位置以及機器人臂的位置和定向。主
26站可以獨立地使用單個或多個子站，或者多個子站可以菊花鏈狀相互連接在一起。34.移動式子站35. B 36示Ml移動式子站3600。i亥裝置是簡仆,的申,子測丨距子站，并曰節(jié)能夠^■身寸 囊散疏細(xì)艦■寸珊靴胃卜.。銅P擔(dān)/丨、、■■曰.刪介地維。
売3610的頂卜.安裝有旋轉(zhuǎn)垂首和水平激光器機構(gòu)3606、3608，站的売3610安裝在三角M 3612卜.。i亥■■龍■身寸終禾口■瓶i亥
送、耐釓這誦過_禾口泖_隨觀_赫勒占、械、雕 距融就桃頓口i首X、Y、Z#W。i線靜力TM〒■云_工地屈_ 云力〒.日月占視』-力白如卞本示白句命軍&力#。M■，地‘ h^nTPI _至"工■ (I-beam)卜.。瞧也，材占而秈立地側(cè)料齡 ■麵，赫鐘 子站可以菊花鏈狀相互連接在一fe。就是說，子站3600可以測丨量到某㈣參考點的距離， 辭這勝誠雜■這勝綱立雜送j合械。1；聽捕■ 3602白句 桿3604安裝在旋轉(zhuǎn)激光器3606,3608和站的売3610卜.并H.從1；延伸。車載主站圖37示出主站或子站放置在機器人漫游器的頂上，使得它是便攜式的并且不需 要由人在物理上連同三角架一起搬運。在圖中示出主站3700。裝置3700可以操作作為與 圖35中的子站基本類似的子站。除了安裝在交通工具3714上的工具箱3712以外，安裝 在該交通工具上的設(shè)備還包括機器人測量設(shè)備，如具有機器人臂3716的經(jīng)緯儀3710，棱鏡 3718和激光指示器3720和3726在該機器人臂3716的端部?？梢杂么鎯υ诠ぞ呦?712中 的任何一個工具代替激光指示器3720、3726。水平激光器3708、垂直激光器3706、桿3722、 棱鏡3704和激光指示器3702安裝在主站(或子站)的頂上。主站(或子站)的頂部3724 可以被替換，以允許該裝置作為子站或主站來操作。車載主站裝置3700是全機器人主動棱 鏡3718和跟蹤激光器測距主站模塊的組合，該跟蹤激光器測距主站模塊固定或加固到可 手動、遠(yuǎn)程控制的，或者可以在指定的環(huán)境內(nèi)自己自主導(dǎo)航的車載機器人3714。這兩個裝置 與多軸的由計算機指揮的機器人工具臂3716結(jié)合，該多軸的由計算機指揮的機器人工具 臂371能夠自動改變工作工具以實時進行建設(shè)活動。該主站的最終目的是關(guān)于它所處的空 間或者關(guān)于CAD制圖對該裝置進行導(dǎo)航和空間定向。這是通過自動搜索并連續(xù)測量和重測 量到任意數(shù)量的固定參考點、子站或任何其它固定或可移動主站的距離來完成的。該裝置 可以自己移動到選定的位置，并且一旦到那里，它就可以使用各種指定的工具以執(zhí)行各種 工作功能。它可以根據(jù)本身包含的計算機指令進行導(dǎo)航，或者可以使得成由其它固定或可 移動的主站進行導(dǎo)航。該主站可以標(biāo)記，涂顏料，指示，灼燒，切割，焊接，鉆孔，雕刻，測量或 者讀取或?qū)懭?，并且可以實時發(fā)送和接收遙測。為此，機器人臂上的工具是可以互換的，并 且可以從也安裝在車載機器人頂上的工具箱3712獲取。當(dāng)然，也可以將子站(與圖36中 所示的非常像)而不是主站安裝在車載機器人3714的頂上。360°直角棱鏡3702安裝在 從主站模塊頭部伸出的桿3722的頂上。類似的棱鏡3718也可以安裝在機器人臂3716的 端部，但是這不是優(yōu)選實施例所必須的。36.機器人臂工具圖38A-E示出可以放置在圖37的裝置的機器人臂上的各種可互換的工具。在此 示出了完整的工具方案，其中該機器人具有可互換的工具并且甚至具有整個機器人臂。圖
2738A示出具有切割工具的機器人臂。圖38B示出具有打印或繪圖工具的機器人臂。圖38C 示出具有鉛垂可見激光指示器的機器人臂。圖38D示出具有CMM、激光掃描器或者手動點閱 讀工具的機器人臂。圖38E示出具有鉆孔、雕刻和灼燒工具的機器人臂。37.主站/子站套件圖39示出被配置成使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的建筑物圍欄。提供了本發(fā)明的系 統(tǒng)的套件。圖39中示出該套件的所有部件。固定參考站3902、3904、3906、3908、3910、3912 和3914在圖中被示出為360°直角棱鏡，但是它們可以從提供可讀取的固定參考的許多裝 置當(dāng)中選擇。該固定參考站可以是被動裝置。然而，它們也可以是能夠?qū)⑿畔l(fā)送到接收 器的智能裝置，或者它們可以對特定的消息進行光學(xué)響應(yīng)。該固定參考可以位于各種位置 以允許主站識別多維空間內(nèi)的特定點。例如，固定參考站可以固定或安置在混凝土板上或 者固定到永久位置，或者安裝在已知位置處的可尋址和可識別的標(biāo)志中。標(biāo)志允許自動和 自主裝置關(guān)于這些裝置所處的空間或者CAD制圖定向。主站可以用來識別參考站的方法尤 其是電磁(例如，光、色光、紅外線、RFID、X射線、條形碼等)、超聲波、數(shù)字羅盤、控制論信息 理論和編碼信息。圖39示出安裝在墻上的五個固定參考站(3902、3904、3906、3908和3910)、安裝在 地板上的一個參考站(3914)、安裝在標(biāo)志3924上的一個參考站(3912)。該套件還包括根 據(jù)獲得的關(guān)于固定站的信息行動的裝置。這些裝置是主站3926、移動式站3928、具有臂的 移動式站3922、車載站3916、具有內(nèi)置電子測距的手持計算機3918和平板或膝上型計算機 3920。主站3926可以通過本身或者利用子站3916、3922和3928定位參考站。手持計算機 3918本身或者與裝置3926結(jié)合也可以作為主站操作。該固定參考站系統(tǒng)的目的是為自動、自主裝置關(guān)于它們所放置的空間、根據(jù)CAD 或數(shù)字化制圖定向和導(dǎo)航提供固定參考點。這些裝置通過連續(xù)搜索、測量和重新測量到位 于同一空間內(nèi)的任意數(shù)量的固定參考站的距離對自己定向并且在該空間導(dǎo)航。最終目的是 實現(xiàn)更高的測量準(zhǔn)確度并且根據(jù)CAD制圖自主地或通過遠(yuǎn)程控制的交通工具、類人型機器 人、機器人或其它機器人或機器人交通工具、室內(nèi)或室外的工具或系統(tǒng)進行導(dǎo)航。38.站傳感器和發(fā)射器陣列圖40是智能固定參考站和發(fā)射器陣列4000的等角視圖。作為知道其位置的智能 標(biāo)志，該裝置能夠與其它類似裝置或工具聯(lián)網(wǎng)，并且可以發(fā)送，接收并且重定向任意的電磁 信號、數(shù)據(jù)、光或超聲波信號。圖40中的智能固定參考站包括可用作觀測和讀取裝置或者 條形碼或圖形讀取器的水平旋轉(zhuǎn)激光器4002。此外，圖40中的固定參考站還包括動態(tài)反射 器4004、直角棱鏡(未示出)、可移動棱鏡(未示出)、全息光學(xué)元件或者圖形裝置(未示 出)以及另外的傳感器接收器4006和無線通信接收器和發(fā)射器4008。最后，該智能固定參 考站包括殼4010以包含電子器件并將該裝置保持在一起。39.手持計算機顯示器圖41是圖14A、圖14B和圖14C的手持計算機的顯示器4100的圖示。CAD制圖 (或地圖)4102被示出用戶位置的標(biāo)記4104覆蓋。在該標(biāo)記旁邊，用戶當(dāng)前位置的坐標(biāo)(例 如，X、Y、Z坐標(biāo))在文字“你在這里”的緊下面被示出。此外，用戶可以選擇也出現(xiàn)在該屏 幕上的目標(biāo)位置4106。根據(jù)來自用戶的命令，該手持計算機將用戶引導(dǎo)到目標(biāo)位置(例如， 通過與汽車GPS類似的方式發(fā)出語音命令)。當(dāng)用戶向該目標(biāo)移動或者遠(yuǎn)離該目標(biāo)移動時，
28該CAD地圖也移動，并且“你在這里”指示符總是示出用戶在地圖上的當(dāng)前位置。具有屏幕 上縮放控制4108。此外，允許用戶(使用層選擇4110)選擇地圖的各層(例如，示出管道或 電力工作的4116)。該顯示器還示出到所選目標(biāo)的當(dāng)前距離(距離選擇4112)。標(biāo)明參考 站的位置。還顯示日期和時間4114。所有這些都是使用作為本發(fā)明的組成的軟件完成的。機器人激光測距主站控制軟件位于具有與主站、子站和本發(fā)明的系統(tǒng)的其它設(shè)備 通信(發(fā)送命令和/或接收命令)的能力的手持、膝上型、平板或桌上型計算機中。該軟件 可操作地發(fā)送命令并接收從主站返回的遙測。該軟件將命令發(fā)送到主站的固件，告訴主站 執(zhí)行特定任務(wù)(例如，轉(zhuǎn)到指定方向，上下移動到特定的角度位置，接通或斷開可見激光指 示器，測量距離或角度等)。主站通過執(zhí)行所請求的功能進行響應(yīng)，然后將執(zhí)行或遙測測量 發(fā)送回該軟件。該軟件具有為了在建造和建筑市場使用而建立的圖形用戶界面。該軟件適合于快 速執(zhí)行特定讀取和寫入建設(shè)任務(wù)。該軟件模仿在汽車或其它交通工具中使用的用于導(dǎo)航的 GPS系統(tǒng)的外觀和感覺。用戶在代表在建的建筑物的CAD制圖內(nèi)導(dǎo)航。結(jié)合主站使用該軟 件以實時地以2D或3DCAD制圖創(chuàng)建對現(xiàn)有建筑的竣工研究。該軟件被用于實時導(dǎo)航并根 據(jù)2D或3D制圖布局建設(shè)工作。該軟件的特征包括a.在屏幕上顯示“你在這里”。b.在棱鏡跟蹤模式或可見激光指示模式中在屏幕上顯示XYZ坐標(biāo)。c.在“主動激光指示模式”或“空間3D鼠標(biāo)模式”中，激光跟隨或跟蹤該鼠標(biāo)在空 間中移動到的任何地方。d. 一旦在空間中選擇了目標(biāo)或點時，在屏幕上顯示從當(dāng)前位置“到目標(biāo)的距離”。e.在無反射鏡模式和棱鏡跟蹤模式之間無縫轉(zhuǎn)換。f.在棱鏡跟蹤模式中發(fā)射可見激光。g.使位置控制和縮放控制“幻像化”(在制圖上顯示并且有點透明或半透明)。h.可以訪問交替的制圖或制圖層。i.存在功率搜索或呼叫主站功能(主站遵循程序以主動搜索棱鏡位置)。40.三角架棱鏡桿圖42是具有垂直指向上和下(見激光束4208、4210)的可見激光指示器4202的 安裝在三角架上的棱鏡桿4200的示意圖。該棱鏡桿還包括也可以用作激光指示器并且安 裝在三角架4206上的內(nèi)置電子測距裝置4204。從圖42明顯看到，裝置4200正在測量到另 一棱鏡桿4212的距離。該裝置4200發(fā)射鉛垂激光束4210以確定其離地面的高度。裝置 4200具有棱鏡4205并且桿4212具有安裝在其上的棱鏡4207和激光指示器4214。兩個棱 鏡4205、4207被對準(zhǔn)，并且測量這兩個棱鏡之間的距離。41.機器人主站圖43示出機器人主站模塊裝置4300如何能夠從粗糙的并且不平的地面確定其定 向和位置。為了做到這一點，該儀器使四個激光束4302、4304、4307、4308指向地面。其中 三個激光束4302、4306、4308指向三個三角架腿的底部。第四激光束4304是垂直指向下的 鉛垂光束。指向三角架腿底部的三個光束確定該裝置的平面方位。鉛垂光束4304確定該 儀器到該平面的垂直距離。從平面上的該點知道該儀器相對于地面的精確定向和位置。
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42.線纜驅(qū)動或軌道驅(qū)動的系統(tǒng)圖44A-D示出站如何可以懸掛在地面上方并且可以在從上面測量到固定參考或 其它裝置的距離的同時穿越建筑場地。圖44A和圖44B示出軌道驅(qū)動系統(tǒng)。圖44A是具有 陀螺穩(wěn)定單元4402的主站模塊4400，陀螺穩(wěn)定單元4402與軌道底座4404 —起通過計算機 控制驅(qū)動的臺架4406附接到主站模塊4400 ；還參見圖45。圖44B示出通過軌道4416和軌 道槽4414安裝主站4418的軌道。圖44C和圖44D分別示出線纜驅(qū)動和盤旋器驅(qū)動的用于 主站的底座4420和4422。主站4422具有穩(wěn)定器4412。主站4420附接到線纜4421、4423、 4425和4427。圖45示出適合于使用線纜4408和4410的線纜驅(qū)動系統(tǒng)的裝置4400。43.棱鏡桿標(biāo)記系統(tǒng)頭圖46示出安裝到機器人車載站的底部或者安裝到機器人臂的工具，例如彈簧加 載的尖鉆4600和彈簧加載的標(biāo)記器或涂料棒4602。圖46A示出布置在殼4600的腔內(nèi)并且 通過彈簧4610接合的尖鉆4604。圖46B示出布置在殼4602的腔內(nèi)并且通過彈簧4606接 合的標(biāo)記器或涂料棒4608。這些裝置將用于根據(jù)預(yù)定的指令標(biāo)記表面。正常來說，棱鏡桿是被手持的，因此當(dāng)持有人的手晃動時，棱鏡桿受到運動。已經(jīng) 關(guān)于圖44討論了棱鏡桿的陀螺穩(wěn)定。44.粘件阻尼穩(wěn)定的棱鏡桿圖47A-B示出圖44和圖45中所示的穩(wěn)定裝置4706的可替換的穩(wěn)定裝置4706。 圖47A中所示的整個桿4702具有安裝在桿頂部的棱鏡4708，并且附接或機械耦合到圖47B 中示出的用作穩(wěn)定裝置的隔間(compartment)4700。如圖所示，桿和穩(wěn)定裝置安裝在三角 架4710上。如圖所示，在具有臂或把手4704的穩(wěn)定裝置4700內(nèi)具有幫助懸掛桿4702的 彈簧4714、4711和4713，也可以利用類似于用于減慢門的移動而使用的粘性液阻尼棒(未 示出)來懸掛桿4702。為了有效，該阻尼棒必須被臨界阻尼。在底部用重物4712來加重該 桿，使它指向地心。因此，重物4712起到鉛錘的作用。45.陀螺穩(wěn)定的棱鏡桿圖48A-B示出用于桿4800的可替換穩(wěn)定機構(gòu)4802，其具有穩(wěn)定頭4806和安裝在 頭4806下面的棱鏡4804，它是改進的陀螺機構(gòu)。圖48A示出整個桿4800，而圖48B示出穩(wěn) 定頭4806的示意圖。在頭4806內(nèi)具有X和Y方向的陀螺儀4808和4810，并且模糊邏輯電 子處理器4812代替Z方向的陀螺儀。該裝置解決了由持有該桿的用戶引起的振動和不準(zhǔn) 確。該陀螺穩(wěn)定器桿是為了為棱鏡生成更一致和更穩(wěn)定的平臺。該電子器件實時地控制陀 螺的轉(zhuǎn)動速度以增加桿的穩(wěn)定性。46.使用無線通信準(zhǔn)確和精確定位和標(biāo)記空間中的位置的方法(圖49-圖62)圖49示出包括全站4902 (它是固定的機器人裝置)的系統(tǒng)的第一實施例，該全站 4902包括三角架4904、激光測距儀(range finder) 4906、位于頂部的無線通信裝置4908以 及殼4910，其包含計算機和用戶接口電路和其他事物。機器人裝置4902使激光器4906移 動以連續(xù)地跟蹤位于桿4914上的棱鏡4912，桿4914類似于檢查員的桿，除了在它的頂部也 具有無線通信裝置4916。全站4902獲知棱鏡4912的位置，并且通過桿4914和全站4902 將該位置通知給手持裝置4918 (例如，膝上型計算機或其它處理器)。如果棱鏡4916的位 置通信中斷，則全站4902設(shè)立搜索模式程序以找到棱鏡4916。一旦確認(rèn)了桿4916的位置， 手持裝置4918就可以使用無線技術(shù)三角測量其相對于全站和該桿的位置。全站和該桿都
30是現(xiàn)有技術(shù)的裝置。該手持裝置盡管在機械上是現(xiàn)有技術(shù)的，但是它加載有執(zhí)行本發(fā)明的 方法的至少一些步驟并顯示場地的改進了的CAD制圖(平面圖和正視圖)以形成建筑場地 的虛擬地圖的特殊軟件。因此，該手持裝置現(xiàn)在可以將其位置覆蓋在虛擬地圖上。通信裝 置4916和4908可以是能夠根據(jù)協(xié)議相互交換信息的任何類型的無線通信裝置。協(xié)議是表 明如何將信息格式化、發(fā)送、接收以及由發(fā)送和/或接收信息的裝置進行解釋的規(guī)則集合。 該協(xié)議可以是公知的協(xié)議，或者是由本發(fā)明的系統(tǒng)的制造商設(shè)計的協(xié)議。處理器4914被示 出為執(zhí)行AutoCAD 和與AutoCAD 相結(jié)合的TheoCAD(SM)軟件、或能夠執(zhí)行本發(fā) 明的方法的至少一些步驟的其它圖形軟件的便攜式處理裝置。圖50示出第二實施例，其中全站5000(基本上與圖49中的全站4902類似)使其 由激光測距儀5004生成的激光束5002指向目標(biāo)5006，通過用戶5008將坐標(biāo)輸入到手持裝 置5010來確定該目標(biāo)的位置，并且將該坐標(biāo)無線傳送給全站5000。用戶告訴手持裝置它想 讓激光照射到該位置，并且全站的激光束被引導(dǎo)到該位置。圖51示出第三實施例，其中全站5100(基本上與圖49中的全站4908類似)包括 激光測距儀5126、三角架5128和配套的電子器件和裝置，全站5100使用具有光束5130的 激光測距儀5126定位物理上位于可移動機器人5104上的棱鏡5102。該全站包括執(zhí)行本 發(fā)明的方法的軟件，并且該軟件可以通過無線通信(即，使用通信裝置5106和5108)指揮 可移動機器人5104到特定位置?？梢苿訖C器人5104是“盲的”，但是全站5100導(dǎo)航機器人 5104以允許該可移動機器人5104進行被指示的移動?？梢苿訖C器人5104還包括無線通信 裝置5108和激光器5110。可移動機器人的激光器5110然后可以利用激光束5112照亮由 全站5100請求的任何點位置。這是有用的，因為全站是固定的，并且一些位置是全站的視 線不能到達的。圖52示出第四實施例，其與圖51的實施例類似，但是其中可移動機器人5104按 照本發(fā)明的方法、根據(jù)期望的圖案5114通過快速移動其激光束5112在表面上投射圖形覆 蓋以進行自動布局。在期望向建筑工人指示哪里要放置建筑材料的情況下這是有用的。例 如，如果期望垂直放置12英寸的管，則可移動機器人激光器將在地板或水平表面上投射12 英寸直徑的圓。圖53還示出了第四實施例，其類似于上述圖51中的實施例，其中所顯示的圖案 5118是三維覆蓋的二維投影。圖54示出第五實施例(基本上類似于圖51的實施例)，其中裝配有涂料工具布置 5105的可移動機器人5104被指揮到特定的位置坐標(biāo)，并且它被指揮利用涂料或染料5120 標(biāo)記地板。例如，可以用這種方式在地板上繪出CAD制圖的整個平面圖。圖55示出第六實施例(基本類似于圖51的實施例)，其中可移動機器人5104被 指揮到特定的位置坐標(biāo)，并且它被指揮進行某些工具操作，例如用鉆孔工具5122在地板中 鉆孔。圖56示出第七實施例，其中可移動機器人被指揮到特定的位置坐標(biāo)，以進行計量 測量。該可移動機器人具有機械臂5124，該機械臂附接有計算機化的測量、指示或標(biāo)記裝置 5130。該圖示出正在進行這種計量。圖57示出如上所述的第七實施例，只是正在墻5132上進行計量。圖58示出第八實施例，其中全站5800具有激光測距儀5826、無線通信裝置5806
31和安裝在三角架5828上的配套的其它設(shè)備和電子器件，全站5800與多個桿通信(例如， 分別具有棱鏡5804、5822并分別具有無線通信裝置5802、5820的5810、5824)。手持單元 5808、5816和5818在局域網(wǎng)(LAN)中相互通信。該圖中還示出了具有手持單元5816的主 管人5814，手持單元5816不與任何桿通信，只與分別由用戶5812和5826使用的其它手持 單元5808、5818通信。LAN可以具有客戶-服務(wù)器協(xié)議，或者對等協(xié)議。在任何情況下，任 何手持單元的位置坐標(biāo)對于每個其它手持單元都是已知的。圖59-圖61示出第九實施例。在該實施例中，在圖59A中，不采用全站。改為連 接到計算機的兩個固定激光測距儀單元5902A和5902B分別使用激光束5904和5906測量 它們離地面的垂直距離并且使用光束5914測量它們分開的距離。如圖61中所示，測距儀 5902A能夠與用戶6104操作的處理器6102通信。圖59B中示出了測距儀單元的細(xì)節(jié)。每 個測距儀具有光傳感器5908、轉(zhuǎn)動棱鏡5910、激光器5912和通信設(shè)備(未示出)。如圖60 中所示，測距儀單元編碼它們自己的位置，并且它們將遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)傳感器6000。目 標(biāo)傳感器6000可以讀取到每個測距儀單元5902A、5902B的距離用于三角測量以及所形成 的三角形的角度6004、6002和6006。圖61示出使用具有激光器6106的桿準(zhǔn)確測量測距儀 單元5902A的高度的替換方法，激光器6106沿著其高度安裝在具有傳感器6108的可移動 單元6104上，并且鏡6110和6112固定在可移動單元6104的每個端。一旦傳感器6108檢 測到測距儀的激光束6114，就可以使用桿上的傳感器陣列的已知位置測量參考以上的真實 高度。該可移動單元還可以具有通信裝置(未示出)以將信息發(fā)送到由用戶6104操作的 處理器6102。圖62示出便攜式處理器6200 (圖62B示出外觀)手持單元，其使用三個陀螺儀 6202,6204,6206測量其位置，每個陀螺儀具有傳感器6208、6210、6212，并且該單元還使用 加速計6214。圖62A示出處理器6200內(nèi)的各種裝置。利用RFID (射頻識別)標(biāo)簽6216裝 置、使用射頻信號進行該手持單元與其它裝置的通信。該便攜式處理器可以用作與慣性測 量硬件和/或電子器件和/或軟件結(jié)合的、使用多平臺無線手持計算機、PAD、膝上型計算 機、平板計算機等的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括一個或多個陀螺儀、補償陀 螺儀偏移用的共振環(huán)和至少一個高度準(zhǔn)確的可變電容加速計。為了初始化該單元，操作員 必須首先參考空間中的控制點。II.本發(fā)明的方法本發(fā)明的方法使得與創(chuàng)建基準(zhǔn)、目標(biāo)和/或提供的參考有關(guān)的處理以及與所設(shè)計 的多維空間的建設(shè)有關(guān)的其它維度控制自動化，以進行自動研究、自動布局或自動空間驗 證或者這三種處理的任意組合。典型地，在建筑場地開始之前，檢查員提供參考線和基準(zhǔn)。 這些提供的參考通常是形成代表由檢查員建立的x-y坐標(biāo)系統(tǒng)的2維平面的相互垂直的2 條線(一條是χ軸另一條是y軸的垂直線)作為工匠(例如，木工、管工、電工)在建筑場 地為了定位和/或定向物體和結(jié)構(gòu)而從其進行測量的線。此外，檢查員還可以提供作為從 所提供的參考線測量的建筑場地內(nèi)的特定點的“基準(zhǔn)(benchmark)，，以進一步使工人能夠 確定建筑場地內(nèi)的物體和/或結(jié)構(gòu)的定向?；鶞?zhǔn)通常是從沿參考線的任何地方偏移并且被 標(biāo)識在建筑場地內(nèi)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(例如，柱子)上的點。因此，例如，如果2維空間的參考線 是在建筑場地的地板上描畫的，那么該基準(zhǔn)可以是從沿著這兩條參考線中任一條的任何地 方測量的點，其中這樣的點可以位于由沿著垂直于χ軸和y軸的ζ軸，即三維空間中的第三
32維、由參考線形成的x-y平面內(nèi)。因此，基準(zhǔn)是存在于N維空間中的參考點，其中N是等于 或大于2的整數(shù)。下面給出本發(fā)明的方法的不同處理的簡要說明。在該簡要說明之后給出 本發(fā)明的整個方法的更詳細(xì)的說明。A.自動空間布局在本發(fā)明中為了準(zhǔn)確布局建筑場地，可以參考設(shè)計數(shù)據(jù)(即，虛擬信息)。因此， 在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在進行自動布局之前，將虛擬信息(例如，設(shè)計制圖)加載到主站中 (即，控制器模塊中)；圖63中的步驟6302描述了該步驟。接下來，可以在建筑場地中關(guān)于 該虛擬信息對主站定向；也就是說，主站要基于建筑場地的虛擬信息確定它在建筑場地內(nèi) 的位置。為了對主站定向，主站測量至少兩個分開的已知點(在建筑場地和虛擬空間中標(biāo) 識出的)以三角測量它在建筑場地內(nèi)的精確位置。在上面討論的圖19中描述了該三角測 量步驟。暫時參照圖19，主站模塊1902放置在建筑場地1900中。為了三角測量和計算它 在場地1900內(nèi)的精確位置，主站模塊1902相對于參考點1904測量它在建筑場地中的位 置。參考點1904關(guān)于所存儲的設(shè)計制圖的位置是已知的。因此，一旦確定了主站模塊1902 與該參考點的距離，就將該距離與參考站1904在虛擬信息中的已知位置進行比較，并且三 角測量主站模塊的位置以確定它在建筑場地中的位置；圖63中的步驟6304描述了該步驟。 一旦確定了主站在建筑場地中的位置，就可以例如通過由安裝在主站模塊上的激光器在建 筑場地內(nèi)包含的表面上投射從虛擬信息(例如，制圖)定位、標(biāo)記或指出所希望的基準(zhǔn)(例 如，物體、結(jié)構(gòu)或參考點的精確位置)。該步驟如圖63中的步驟6306所描述。然后可以生 成代表所研究的多維空間的虛擬空間，并且在期望時可以顯示該空間。B.自動空間研究在空間研究期間，本發(fā)明的方法包括以下步驟1.在要被研究的空間中對主站定向；2.測量正在被研究的空間中的基準(zhǔn)；以及3.創(chuàng)建正在被研究的空間的數(shù)字呈現(xiàn)。在自動場地研究期間對主站定向是通過選擇該建筑場地內(nèi)的至少兩個點作為基 準(zhǔn)并測量它們與主站的距離來完成的；該步驟如圖64中的步驟6402所示。一旦建立了該 基準(zhǔn)并且對主站定向，就可以由主站上的激光器記錄主站與關(guān)注的位置的距離；該步驟如 圖64中的步驟6404所示。然后主站使用所記錄的距離結(jié)合可能存在于建筑場地中的各種 物體和/或結(jié)構(gòu)的測量，基于在多維空間中進行的測量實時地自動創(chuàng)建代表該多維空間的 虛擬空間(例如，圖形表示；例如，制圖或者其它類型的多維空間表示)；該步驟如圖64中 的步驟6406所示。C.自動空間驗證在驗證空間期間，本發(fā)明的方法包括以下步驟1.確定主站在要被驗證的空間中的方位；2.測量正在被驗證的空間中的基準(zhǔn)；3.比較測量的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與存儲的設(shè)計數(shù)據(jù)；以及4.確定測量的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和存儲的設(shè)計數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)程度。在自動空間驗證期間，獲取虛擬信息(例如，設(shè)計制圖)并且如關(guān)于自動布局步驟
33所概述的，在建筑場地內(nèi)對主站模塊定向；這些步驟如圖65中的步驟6502和6504所述。一 旦主站模塊在建筑場地內(nèi)被定向，就將主站和建筑場地中的選定位置之間的距離與到所存 儲的主站的設(shè)計制圖中的相同位置的距離進行比較。圖65中的步驟6506描述了該步驟， 該步驟還可以包括多維空間(建筑場地)中的點到虛擬空間中的點的映射。在步驟6506 之后，測量的距離和從虛擬信息得到的距離之間的任何差異都被指出并且由主站顯示；該 步驟如圖65中的步驟6508所述。這樣，主站可以驗證相對于可以由設(shè)計制圖代表的虛擬 空間，建筑場地被如何準(zhǔn)確地建造。P.本發(fā)明的方法的總體描沭本發(fā)明提供一種用于自動生成多維空間的N維圖形表示的系統(tǒng)和方法，其中N是 等于或大于2的整數(shù)。為了解釋的方便和描述的清楚，將在建筑工程的語境下描述本發(fā)明 的系統(tǒng)和方法，在建筑工程中，結(jié)構(gòu)和/或物體在多維空間中被建造、排列、定位和關(guān)于彼 此定向，在由建筑師和/或工程師或其它建筑專業(yè)人員生成的例如CAD(計算機輔助設(shè)計) 制圖的制圖中表示多維空間的特定物理特征。將會理解，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)不局限于建 筑工程的自動研究和/或布局，還包含使用空間中已經(jīng)存在的或者引入到空間中的物體和 /或結(jié)構(gòu)重新排列任意多維空間。使用本發(fā)明的系統(tǒng)進行多維空間(例如，3D空間)的自動研究的方法包括在多維 空間內(nèi)測量從系統(tǒng)設(shè)備到一個或多個選定的參考點的距離并且在多維空間內(nèi)測量從系統(tǒng) 設(shè)備到各種現(xiàn)有物體和結(jié)構(gòu)的距離。本發(fā)明的系統(tǒng)使用這些測量以基于由至少一部分位于 該多維空間內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備進行的測量實時地自動生成該多維空間的制圖(可以是數(shù)字格 式)或圖形表示。一般來說，可以在多維空間中的任意兩個被標(biāo)識的點之間進行該測量。另外，除了實時地創(chuàng)建正在被研究的多維空間的圖形表示以外，本發(fā)明的系統(tǒng)還 可以相對于正在被研究的多維空間的測量的位置實時地示出其部件之一(例如，一個目 標(biāo))的位置。當(dāng)該部件固定到用戶或者由該系統(tǒng)的用戶持有時，該方法和系統(tǒng)因此能夠顯 示用戶在正在被研究的空間內(nèi)的位置或者在覆蓋在該正在被研究的空間上的虛擬空間內(nèi) 的位置以弓丨導(dǎo)用戶通過該空間。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)自動布局多維空間(例如，建筑場地)包括使用參考點， 例如基準(zhǔn)和目標(biāo)，以建立被指定要布置在該多維空間內(nèi)的一個或多個結(jié)構(gòu)和/或物體的定 位、位置和定向。典型地，用于開發(fā)多維空間的設(shè)計被保存為精確描述要建造的多維空間的 物體和/或結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系的一個或多個制圖(例如，CAD或計算機輔助設(shè)計制圖)。 當(dāng)用圖形描述時，該設(shè)計代表具有特定物理特征的虛擬空間。在本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶執(zhí)行 多維空間的自動布局期間，該系統(tǒng)參考設(shè)計制圖確定它自己在該多維空間內(nèi)的定向，然后 在將設(shè)計制圖中所包含的選定的物體和/或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換到多維空間時，指出它們的精確位 置。因此，本發(fā)明能夠在多維空間內(nèi)將用戶引導(dǎo)到單個點(或者面積或者體積或者其它更 高維度的區(qū)域)，使用戶能夠在多維空間內(nèi)進行標(biāo)記，以表示要在該多維空間的邊界處或邊 界內(nèi)建造的物體和/或結(jié)構(gòu)的特定定位、定向和/或排列。在本發(fā)明的一個實施例中，用戶 能夠控制本發(fā)明的系統(tǒng)的設(shè)備，從而為設(shè)計中指定的結(jié)構(gòu)和/或物體自動進行標(biāo)記。本發(fā)明的系統(tǒng)包括多個組件，這些組件包括至少一個主站、處理器以及一個或多 個目標(biāo)。本發(fā)明的系統(tǒng)的組件相互通信以允許該系統(tǒng)進行自動研究和布局多維空間。在 研究和/或布局多維空間期間，該系統(tǒng)可以通過顯示多維空間(例如，3D圖形表示)，包括
34已知的或者已經(jīng)研究的物體和/或結(jié)構(gòu)以及用戶的當(dāng)前物理位置，同時有效地在多維空間 內(nèi)引導(dǎo)用戶并且在用戶進行多維空間的布局時有效地向用戶表明哪里要進行標(biāo)記，從而在 多維空間內(nèi)引導(dǎo)用戶。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)可以顯示作為對多維空間描述的覆蓋的虛擬空 間。因此，當(dāng)用戶在多維空間內(nèi)物理移動時，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠跟蹤用戶的位置并在實際和 /或虛擬空間的圖形表示內(nèi)實時地顯示所述位置。如本說明書中將要清楚示出的，當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)備根據(jù)本發(fā)明的方法執(zhí)行完成 任務(wù)所需的一些或全部步驟時，該任務(wù)被“自動”完成。這里所討論的各種任務(wù)的最終步驟 的一些或全部可以由該系統(tǒng)設(shè)備在嵌入該系統(tǒng)設(shè)備中的固件和/或軟件的指揮下執(zhí)行；由 此這些任務(wù)被自動進行。虛擬空間是可以基于描述建筑場地的設(shè)計中的邊界、具體物體和/或結(jié)構(gòu)、該物 體和/或結(jié)構(gòu)關(guān)于彼此以及關(guān)于多維空間中指定建立的參考點的定位和定向以及所定義 的物體和/或結(jié)構(gòu)的實際物理維度的信息(例如，圖形和/或文本)來描述的多維空間的視 覺表示或數(shù)學(xué)表示。保存該設(shè)計的信息被稱為虛擬信息。虛擬信息的一個例子是由建筑工 程的建筑師或工程師生成的一組制圖(例如，2D或3D CAD (計算機輔助設(shè)計)制圖)。在 下文中，術(shù)語“建筑場地”和“多維空間”將被可互換地使用。在這里使用的術(shù)語“研究”是指用戶(優(yōu)選為建筑導(dǎo)航員)使用本發(fā)明的系統(tǒng)根 據(jù)本發(fā)明的方法進行的處理，以在建筑場地中定位參考點和其它指定的位置(例如，標(biāo)志、 基準(zhǔn))，測量這些指定點之間的距離，標(biāo)識建筑場地內(nèi)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和/或物體，測量現(xiàn)有的 物體和/或結(jié)構(gòu)的實際物理維度并測量位于建筑場地內(nèi)的現(xiàn)有的物體和/或結(jié)構(gòu)之間的距 離，以實時地，即在進行研究時，自動生成建筑場地的表示(例如，圖形-2D或3DCAD制圖或 其它類型的表示)。參考點是在建筑場地內(nèi)特別定義的點或位置，它們被指定作為從其開始 進行測量的點。參考點通常由設(shè)計者(例如，建筑師、工程師)在虛擬信息中標(biāo)識并且通常 由多維空間的現(xiàn)場檢查員在多維空間標(biāo)記出。從研究生成的信息可以成為虛擬信息的一部 分。在這里使用的術(shù)語“布局”是指基于從設(shè)計和/或研究生成的參考點和虛擬信息 實時地自動識別建筑場地內(nèi)的特定點的精確位置和/或物體和結(jié)構(gòu)的位置、定向和排列的 處理。該布局處理還可以包括在被布局的多維空間內(nèi)將系統(tǒng)的用戶引導(dǎo)到精確位置。然后 用戶可以標(biāo)記該精確位置，或者本發(fā)明的用戶可以使用作為本發(fā)明的系統(tǒng)的一部分的設(shè)備 自動標(biāo)記建筑場地內(nèi)的物體和結(jié)構(gòu)的位置。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過在建筑場地(S卩，多維空間)和虛擬空間之間進行映射 使用戶能夠執(zhí)行建筑場地的研究和/或布局。映射是指在一個空間中指定已知的點并且計 算或確定在另一個空間中對應(yīng)的點，其中在這兩個空間之間具有適當(dāng)定義的關(guān)系(例如， 數(shù)學(xué)關(guān)系)。例如，如布局期間所進行的，當(dāng)本發(fā)明的方法將適當(dāng)定義的關(guān)系應(yīng)用于設(shè)計者 的制圖內(nèi)的點以確定或計算多維空間中對應(yīng)點的位置時發(fā)生從虛擬空間到多維空間的映 射。如本說明書中較早討論的并且為了便于閱讀而在此重復(fù)的，在本說明書中使用的 術(shù)語“建筑場地”被理解為包含具有限定的邊界的任何多維空間，在該多維空間內(nèi)可以進行 物體和結(jié)構(gòu)的建造以及它們關(guān)于彼此的定位和定向；建筑場地還包括在其中已經(jīng)完成部分 或全部建筑的任何多維空間。因此，術(shù)語“建筑場地”和“多維空間”在下文中將被可互換
35地使用。本發(fā)明的方法使與使用例如基準(zhǔn)、目標(biāo)和/或提供的參考的參考點有關(guān)的處理自 動化以進行多維空間的自動研究或自動布局或二者。典型地，在建筑場地開時建造之前，由 檢查員提供參考線和基準(zhǔn)。這些提供的參考通常是形成代表檢查員建立的χ-y坐標(biāo)系統(tǒng)的 2維平面的相互垂直的2條線(一條是χ軸另一條是y軸的垂直線)作為工匠(例如，木 工、管工、電工)在建筑場地為了定位和/或定向物體和結(jié)構(gòu)而從其進行測量的線。此外，檢 查員還可以提供作為從所提供的參考線測量的建筑場地內(nèi)的特定點的“基準(zhǔn)”以進一步使 工人能夠確定建筑場地內(nèi)的物體和/或結(jié)構(gòu)的方位?；鶞?zhǔn)通常是從沿參考線的任何地方偏 移并且被標(biāo)識在建筑場地內(nèi)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上(例如，柱子)上的點。因此，例如，如果2維空 間的參考線是在建筑場地的地板上描畫的，那么該基準(zhǔn)可以是從沿著這兩條參考線中任一 條的任何地方測量的點，該點可以位于由參考線形成的x-y平面內(nèi)，可以位于沿著垂直于χ 軸和y軸的ζ軸的三維空間的第三維中。因此，基準(zhǔn)是存在于N維空間內(nèi)的參考點，其中N 是等于或大于2的整數(shù)。E.本發(fā)明的方法的具體步驟本發(fā)明的方法允許用戶在多維空間內(nèi)引入目標(biāo)，其是在多維空間的研究和/或布 局期間要使用的附加參考點。該目標(biāo)與基準(zhǔn)不同在于它們是在遍及多維空間任意定位的裝 置，該裝置可以(主動或被動地)接收和發(fā)送信息到本發(fā)明的系統(tǒng)以建立附加參考點。例 如，目標(biāo)可以是相對小的、正方形形狀的、具有反射表面的扁平材料，它可以反射紅外或其 它電磁信號(光、無線電信號、激光束)以允許在多維空間內(nèi)建立參考點并由本發(fā)明的系統(tǒng) 歸檔。這種目標(biāo)可以由本發(fā)明的系統(tǒng)的用戶固定到多維空間內(nèi)的各種表面上，以允許自動 研究和/或布局多維空間。目標(biāo)的另一個例子是定位在建筑空間內(nèi)的桿上的棱鏡。目標(biāo)可 以是固定的或移動的。主動目標(biāo)可以生成并發(fā)送信號到本發(fā)明的系統(tǒng)的其它設(shè)備，以表明 它在多維空間內(nèi)的位置。被動目標(biāo)反射它從本發(fā)明的系統(tǒng)的其它部件或設(shè)備接收到的能 量，以表明它在多維空間內(nèi)的位置。圖1、圖1A、圖1B、圖2和圖3中示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的各種實施例。在所示出的 系統(tǒng)實施例中，本發(fā)明的方法可以作為駐留在處理器裝置(例如，膝上型計算機)中的軟件 程序來實現(xiàn)。該處理器裝置是軟件在其上執(zhí)行本發(fā)明的方法的步驟作為對該系統(tǒng)的各種其 它部件的命令以執(zhí)行自動研究和/或布局多維空間的任何裝置。在下文中被稱為Theocad(SM)的系統(tǒng)軟件可以作為允許用戶生成多維空間的 圖形表示的例如AutoCAD 軟件的計算機輔助設(shè)計(cad)軟件的一部分來實施。該 軟件還具有為了便于在建造和建筑市場內(nèi)使用而建立的圖形用戶界面(⑶I)。這樣， Theocad(SM)無縫地集成到AutoCAD 內(nèi)以利用這種軟件的圖形生成能力。應(yīng)該注意， Theocad(SM)可以作為可以生成它自己的圖形的單獨的軟件包來實施。Theocad(SM)適合 于快速執(zhí)行具體的定位、導(dǎo)航、讀取和寫入建筑任務(wù)。Theocad(SM)可以位于手持計算機、膝上型計算機、平板計算機或桌上型計算機 內(nèi)，或者位于具有與主站模塊通信(發(fā)送信息或接收信息)能力的其它處理器中。信息可 以是由主站模塊或處理器生成的命令和/或響應(yīng)。該處理器可以是任何微處理器、微控制 器、微型計算機、大型計算機、桌上型計算機或者可以執(zhí)行軟件程序形式的指令并且具有用 于顯示圖形的顯示器的其它處理裝置。主站模塊可以是可以測量布置在多維空間內(nèi)的參考
36線、基準(zhǔn)和目標(biāo)的距離、角度或者位置等的任何公知裝置。例如，圖IA中所示的主站模塊可 以是通常稱為全站的裝置，并且一個具體的可應(yīng)用的全站例如可以是萊卡測量系統(tǒng)(Leica Geosystems)的1200系列型號3。萊卡1200全站能夠在3秒周期內(nèi)以1英寸的士3/16的 精度辨析1000英尺距離處的位置。萊卡1200系列型號3全站能夠跟蹤移動的棱鏡并且由 此跟蹤任何可移動的裝置，以測量到例如棱鏡的目標(biāo)和其它反射目標(biāo)的距離。因此該系統(tǒng) 軟件可以起到距離測量、導(dǎo)航和歸檔控制軟件的作用。該系統(tǒng)軟件將命令發(fā)送到主站并接 收從主站返回的遙測。該系統(tǒng)軟件發(fā)送命令到主站固件，告訴它按照命令執(zhí)行指定的任務(wù) (例如，轉(zhuǎn)到指定的方向或上下移動到具體的角度位置，開啟或關(guān)閉可見激光指示器，測量 距離或角度等)。該主站通過執(zhí)行所請求的功能并且然后將執(zhí)行或遙測測量發(fā)送回該系統(tǒng) 軟件進行響應(yīng)。應(yīng)該注意，所有軟件(例如，TheoCAD和AutoCAD)都可以位于處理器中，主 站中或者部分軟件可以駐留在處理器和主站二者中。暫時參照圖49，其示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例，包括主站模塊4902 (被示出 為具有三角架4904的固定機器人裝置)、激光測距儀4906、位于頂部的無線通信裝置 4908(包括天線)以及計算機和用戶接口 4910。該系統(tǒng)還包括處理器4918和至少一個 目標(biāo)，例如棱鏡4912。作為全站實施的主站模塊是機器人裝置，該機器人裝置移動激光器 4906以連續(xù)跟蹤位于桿4914上的棱鏡4912，桿4914類似于檢查員的桿，除了它還具有如 示出的位于其一端的無線通信裝置4916。全站獲知該棱鏡的位置，并且主站模塊4910通過 通信裝置4916將該位置傳送給處理器4918。通信裝置4916耦合到處理器4918并且被處 理器4918使用以接收和/或發(fā)送信息到主站模塊4902，主站模塊4902具有它自己的通信 裝置4908，通信裝置4908和4916可以是能夠根據(jù)協(xié)議相互交換信息的任何類型的無線通 信裝置。協(xié)議是表明由發(fā)送和/或接收信息的裝置如何將信息格式化、發(fā)送、接收以及解釋 的規(guī)則集合。該協(xié)議可以是公知的協(xié)議，或者是由本發(fā)明的系統(tǒng)的制造商設(shè)計的協(xié)議。如果 棱鏡的位置的通信被中斷，則主站模塊4902設(shè)立搜索模式程序以找到該棱鏡。因為處理器 4918附接到桿4914，所以主站模塊4902可以確定處理器4918在建筑場地內(nèi)的位置。更具 體來說，主站模塊4902能夠使用公知的三角測量程序確定它在建筑場地內(nèi)的位置。因此， 由于主站模塊4902知道它的位置以及處理器4918的相對位置，所以主站模塊4902也可以 確定處理器4918在建筑場地內(nèi)的位置。因此處理器4918被示出為執(zhí)行Auto CAD 和 TheoCAD(SM)軟件的便攜式處理裝置，該裝置加載有顯示場地的改進CAD制圖(平面圖和正 視圖二者)的特殊軟件，以形成建筑場地的虛擬地圖。所以該手持裝置現(xiàn)在可以在虛擬地 圖上覆蓋其位置。在本發(fā)明的方法的第一步驟中，通信裝置(主站模塊子站，如目標(biāo)、子站以及其它 裝置)建立相互通信。以計算機程序的形式執(zhí)行本發(fā)明的方法的主站模塊、目標(biāo)和處理器 還可以具有與它們有關(guān)的通信裝置。當(dāng)本發(fā)明的系統(tǒng)最初啟動時(即，系統(tǒng)第一次接通)， 建立不同通信裝置之間的各種通信鏈路。任何兩個裝置之間的通信鏈路的建立要求確認(rèn)裝 置處于接通并且裝置可以相互通信。此外，裝置之間的通信是使得它們可以正確地解釋彼 此的信息。典型地，在兩個裝置之間使用握手程序以建立這兩個裝置之間的鏈接。因此該 鏈路能夠根據(jù)該系統(tǒng)所遵循的協(xié)議有效地通信。在本發(fā)明的方法的第二步驟中，標(biāo)識并定位各參考點。檢查員典型地提供參考線 和基準(zhǔn)。另外，還定位并標(biāo)識在建筑場地的戰(zhàn)略性位置定位的目標(biāo)。此外，在建筑場地內(nèi)關(guān)
37于參考線或基準(zhǔn)或目標(biāo)定位主站?？赡艽嬖谠诮ㄖ龅貨]有參考線可以獲得的情況。在這 種情況下，將目標(biāo)用作參考點，關(guān)于該參考點定位主站?？梢栽诙嗑S空間的CAD制圖中表示 基準(zhǔn)和參考線，其中所述制圖存儲在該系統(tǒng)的處理器中(例如，圖IA或圖49中所示的作為 膝上型計算機或手持單元的一部分的處理器)，或者可以下載到該系統(tǒng)的處理器中。目標(biāo)由 用戶安裝或固定到建筑場地內(nèi)的各點，由此推測用戶知道它們的位置。當(dāng)使用萊卡1200型 號的全站作為主站時，它可以自動定位某些類型的目標(biāo)，如棱鏡。在本發(fā)明的方法的第三步驟中，使用萊卡1200型號的全站(例如，圖49中的主 站4902)測量各參考點。具體來說，從參考點到主站的距離和參考點關(guān)于主站的(垂直 和水平)角度被測量并存儲在全站中。全站將該信息發(fā)送到處理器(例如，圖49中的處 理器504)。該處理器(例如，圖49中的處理器504)在使用AutoCAD 作為平臺的 TheoCAD(SM)的控制下能夠處理所述信息，以生成至少兩種特殊類型的信息，導(dǎo)致本發(fā)明的 方法的第四和第五步驟。應(yīng)該注意，TheoCAD(SM)可以作為單獨的軟件使用并且使用它自 己的指令集以生成在本發(fā)明的方法的第四和第五步驟中討論的信息。在本發(fā)明的方法的第四步驟中，TheoCAD(SM)軟件通過公知的三角測量處理計算 主站在被研究的多維空間中的位置。使用至少兩個參考點來確定主站的位置。駐留在該處 理器中的TheoCAD和AutoCAD軟件使用至少兩個參考點位置來確定主站的實際位置并在該 處理器的顯示器中顯示所述位置。在可以訪問衛(wèi)星信號的建筑場地中，本發(fā)明的方法可以 使用公知的GPS(全球定位系統(tǒng))來確定主站的位置并由此確定處理器的位置。在本發(fā)明的方法的第五步驟中，當(dāng)參考點被如上所述定位、標(biāo)識、測量、存儲和處 理時，TheoCAD和AutoCAD軟件能夠生成建筑場地的3維圖形表示。另外，可以使用該空間 中的不是目標(biāo)而是非反射表面的其它參考點來幫助生成3維圖形。存儲的由(不使用本發(fā) 明的系統(tǒng)的)工程師或建筑師單獨生成的建筑場地的CAD制圖可以下載到處理器，然后通 過映射操作與本發(fā)明的系統(tǒng)生成的建筑場地的3維圖形表示對準(zhǔn)。映射操作是指定一個空 間中的已知點并計算或確定另一個空間中的對應(yīng)點，其中這兩個空間之間具有適當(dāng)定義的 關(guān)系(例如，數(shù)學(xué)關(guān)系)。通過將這兩個空間對準(zhǔn)，用戶可以容易地看到研究的空間和由建 筑場地的建筑師單獨地生成的空間之間的差別。當(dāng)生成每個點時，也生成點之間的連接，這 允許本發(fā)明的系統(tǒng)實時地生成建筑場地的3維圖形表示的。此外，可以由用戶持有的并且 可以由主站跟蹤的處理器的位置也可以與所生成的空間和例如由建筑師使用AutoCAD單 獨生成的覆蓋空間同時顯示。這樣，本發(fā)明的系統(tǒng)的使用可以使用本發(fā)明的方法操作所述 系統(tǒng)以導(dǎo)航虛擬空間并且還在實際空間中做代表虛擬空間的物體和/或結(jié)構(gòu)的位置的標(biāo) 記。也就是說，所述系統(tǒng)實時地引導(dǎo)該系統(tǒng)的用戶以進行建筑場地的布局。因此本發(fā)明的方法可以按照上述步驟進行多維空間的自動研究、布局和/或自動 驗證。與本發(fā)明的方法的這些各種處理有關(guān)的一些具體功能和特征，特別是與距離測量、目 標(biāo)定位、目標(biāo)角度測量、基準(zhǔn)、參考點、用于建筑行業(yè)專門的測量的標(biāo)準(zhǔn)方法和技術(shù)有關(guān)的 一些具體功能和特征如下1.坐標(biāo)系統(tǒng)-增加的對英國(0SGB-格阿36)、澳大利亞(GDA-MGA，A⑶84-AMG， AGD84-ISG, A⑶66-AMG，A⑶66-ISG)、新西蘭(NZGD2000，NZGD49)、波多黎各國家平面 83 和 法國(NTF-GR3DF97A)支持。還有新的用戶定義的基準(zhǔn)面(datum)和投影方法。該基準(zhǔn)面 定義由具有橢球和基準(zhǔn)面移位值的查找表的赫爾默特(Helmert) 7參數(shù)基準(zhǔn)面移位組成。
38橢球也可以由用戶定義。用戶定義的投影支持橫向墨卡托、蘭勃特正形圓錐1SP/2SP、雙赤 平、斜墨卡托和斜赤平。2.大地水準(zhǔn)面(geoid)支持-增加的對英國(0SGM02)、澳大利亞(GD A94)和加 拿大(CGG2000, HT 2.0，HT 1. 01)的大地水準(zhǔn)面支持。3.坐標(biāo)順序_是否以北_東順序還是以東_北順序報告坐標(biāo)的增加的選項。4.對準(zhǔn)本地坐標(biāo)_針對兩點對準(zhǔn)，增加只轉(zhuǎn)動的選項，其中第一控制點用于平移 而第二控制點只用于轉(zhuǎn)動。增加報告功能以報告本地化控制和GPS參考坐標(biāo)。5.多重測量-可以多次測量相同的點數(shù)并且程序?qū)c的坐標(biāo)進行平均。在接受 新的測量之前，程序報告關(guān)于該新測量如何影響平均數(shù)的統(tǒng)計。6.間距調(diào)節(jié)-對于GPS，具有基于GPS位置的路徑計算間距的新選項。然后使用 該間距修正間隔的汽車點中低于天線的位置，存儲點、車轍(Track)位置、中心線位置和高 度(elevation)差。當(dāng)安裝在ATV那樣的交通工具上時應(yīng)用該選項。7.存儲點-增加針對“無高度(No Elevation) ”的轉(zhuǎn)換(toggle)，以在零高度產(chǎn) 生點。對于GPS，具有在連續(xù)讀取模式中自動開始該例程的新選項。8.監(jiān)視-屏幕挑選點選項被改進以允許您在挑選點之前從不同的按鈕(snap)中 選擇。9. Field to Finish-增加對用戶定義的特殊代碼例如開始/停止和PC/PT的支 持。還增加對線路業(yè)務(wù)的分開的多個代碼的支持。在存儲點中，具有將線路業(yè)務(wù)加入到先 前的點的新的轉(zhuǎn)換。10.中心線位置-增加使用剖面(profile)來報告切割/填充的選項。還增加使 用發(fā)光桿基于左/右偏移引導(dǎo)箭頭的選項。11.高度差-增加使用道路設(shè)計和截面文件來定義表面的選項。這些文件包括中 心線、剖面、模板、截面、超高和模板轉(zhuǎn)換。該程序從道路和截面文件計算您當(dāng)前位置的設(shè)計 高度并報告切割/填充和位置/偏移。12.機器人進行的點檢查-這是對已知坐標(biāo)自動進行一系列的正向-反向拍攝 (shot)并生成已知坐標(biāo)和通過測量計算出的坐標(biāo)之間的差的報告的新命令。13. GPS設(shè)備設(shè)置-可以使用文本文件將多個命令發(fā)送到接收器。ALTUS GPS&伙 伴關(guān)系。14. Ashtech-增加用于復(fù)位RTK解決方案的功能。增加是否使接收器能夠告警的 配置選項。15.內(nèi)部空間(InnerSpace)-增加對內(nèi)部空間技術(shù)測深儀的支持。16.萊卡GPS-增加對使用蜂窩電話進行RTK接發(fā)消息的支持。17.索佳(Sokkia)激光器-增加對索佳輪廓激光器的支持。真正的 Field-to-Finish ！18.在現(xiàn)場直接創(chuàng)建新的制圖或者更新現(xiàn)有的制圖。19.按照點的數(shù)量定點或者簡單地挑選實體的端點或交叉點以監(jiān)視。20.切割和填充(Cut & Fill)利用高度或沿著任意TIN或柵格地形模型自動顯示 固定的點(staked point)。21.位置和偏移，立即報告沿著在卡爾森測量(Carlson Survey)中創(chuàng)建并加載的
39任意中心線的GPS或全站存儲的點。22.無限制的第六現(xiàn)場GIS，大大促進了對MDB數(shù)據(jù)庫表、表格或報告的直接存儲。23.卡爾森菲爾德(Carlson Field) 2007，與卡爾森2007GIS模塊耦合，快速成為 規(guī)劃和GIS專業(yè)人員需要和要求的真正數(shù)據(jù)鏈。24.使用GIS Plus軟件從SurvStar到AutoCAD MAP的數(shù)據(jù)捕獲例程完全自動下 載，檢查/編輯采集到的信息并創(chuàng)建或更新MDB GIS數(shù)據(jù)庫表。25.全部GIS點數(shù)據(jù)被自動取出，利用特殊的角符號分層，使用卡爾森軟件的 Field-to-Finish例程利用線路業(yè)務(wù)確定大小。在一個步驟中將GIS點數(shù)據(jù)都鏈接到數(shù)據(jù)庫。26.卡爾森菲爾德2007，以AutoCAD 2007 DffG格式直接采集并存儲點。盡管已經(jīng)關(guān)于本發(fā)明的特定實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍的情況下可以在其中進行各種變化和修改，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯 的。因此，本發(fā)明意圖覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改和變化。
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權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括主站組件，其位于多維空間內(nèi)以進行對所述多維空間的自動研究、自動布局或自動驗證中的一個或多個。
2.一種對多維空間進行自動布局的方法，包括以下步驟 自動指定所述多維空間內(nèi)的基準(zhǔn)的位置。
3.一種對多維空間進行自動研究的方法，包括以下步驟基于在所述多維空間內(nèi)進行的一個或多個測量自動創(chuàng)建所述多維空間的虛擬空間。
4.一種對多維空間進行自動驗證的方法，包括以下步驟自動將所述多維空間的一個或多個基準(zhǔn)與代表所述多維空間的對應(yīng)虛擬信息進行比較。
5.一種用于提供建筑導(dǎo)航服務(wù)的方法，包括以下步驟培訓(xùn)并認(rèn)證一個或多個個人以使用可以根據(jù)一個或多個指定的處理進行自動布局、自 動研究或自動認(rèn)證的系統(tǒng)。
6.一種用于提供自主機器人任務(wù)執(zhí)行服務(wù)的方法，包括以下步驟由實體培訓(xùn)和認(rèn)證一個或多個個人以使用自主機器人任務(wù)執(zhí)行設(shè)備，其中所述實體能 夠設(shè)計、制造和/或提供所述設(shè)備。
全文摘要
允許用戶實時進行多維空間的自動研究、布局和驗證的方法和系統(tǒng)，其中可以經(jīng)由手持單元、例如以三維、圖形化顯示研究，在進行自動研究和/或布局時手持單元允許系統(tǒng)在整個多維空間上引導(dǎo)和/或?qū)Ш接脩簟?br> 文檔編號G01C22/00GK101984765SQ200880016612
公開日2011年3月9日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者薩姆·斯塔西斯 申請人:薩姆·斯塔西斯