根据土壤湿度分布数据准备工作场地的系统和方法

具体实施方式

参照图1，显示了用于准备工作场地的系统10。系统10包括具有铲土机12的第一机器，铲土机12具有框架14和铲斗16。机器12可以用于在第一位置获得填充土壤，通常已知为“采挖区域”，并且通过铲斗16将填充土壤载荷运送到第二工作区域，通常指填充土壤载荷堆放的“填充区域”。其他类型的机器和机器组可用来选择性地运输填充土壤，例如除了机器12拖运卡车、挖掘机和装载机也可以用于系统10，或者用拖运卡车，挖掘机和装载机替代机器12。系统10可进一步包括第二机器50用于获得土壤湿度数据以产生土壤湿度分布图，在此将进一步描述。为此目的，机器50可包括装在其上的至少一个土壤湿度传感器64。机器50也可以包括一个接收器56，例如GPS接收器用于接收在一个工作区域中指示机器50位置的位置信号。一个或多个运输机器、例如机器12、的运行可以根据湿度信号和位置信号、在下文中指“土壤湿度分布数据”、进行控制和管理，湿度信号和位置信号通过机器50获得。特别是，对应于在采挖区域和/或填充区域中的填充土壤的位置的湿度分布数据可被用于系统10选择至少一个位置，该至少一个位置是在采挖区域获得填充土壤的采挖位置、和在填充区域堆放填充土壤的堆放位置中的一个。选择采挖和/或填充位置可以是自动的动作，或者可以由场地管理器等完成。通过在此的描述将进一步更加清楚，通过使用湿度分布数据选择获得和堆放填充土壤在土方建设项目湿度最终结果测试的通常实践中显示出相当的优势。

在一个具体实施例中，机器12和50的某些活动可以在基站40被监测和/或控制。基站40可以包括至少一个数据处理器例如计算机48用于接收从机器50和/或12传输的数据。在可预期的实施例中，场地管理器或计算机48可从基站40进行操作来作出决定并输出机器导航的控制信号。机器12的导航可以从基站40根据通过机器50获得的至少部分土壤湿度分布数据进行控制和管理。因此，基站40可以作为机器50和12之间的、或系统10的其他机器之间的通信连接。

其他作业例如通过摊铺成盘状或者喷水对原地土壤的调节，或者填充土壤载荷的混合，例如，也可以通过基站40进行管理。另外铲土机和其他运输机械，拖拉机、运水卡车和多种类型的其他建筑机械可与基站40的场地管理器、或者计算机48进行通信，由此他们的运动和动作可以受益于土壤湿度分布数据进行检测和管理。进一步强调的是，图1中系统10的描述仅仅是示例性的。本公开可以在可操作连接的复杂系统的环境中实施，全部与基站40和/或相互的通信。例如，与机器12类似的两个或多个铲土机可以直接或者通过基站40与机器50通信连接，铲土机根据通过机器50获得的湿度分布数据被管理或控制。作为选择，土壤的湿度分布数据的获得和处理，以及填充土壤的运送，都能够通过单个机器进行。例如，铲土机12可以装备与机器50一样或类似的硬件并且能在工作区域中移动以获得土壤湿度分布数据，然后根据土壤湿度分布数据获得或堆放填充土壤，或者输出信号来管理土壤湿度检查机器来选择区域。这些不同的特征和伴随的优点将在以下的描述中更加明显。

如上所述，基站40用于从机器50和/或12接收数据。就此目的，基站40可以包括一个用于从机器50接收数据的接收器44。在一个具体实施例中，土壤湿度分布数据可以通过接收器44从机器50接收。接收器44可以和计算机48连接以便从机器50接收的土壤湿度分布数据可被记录在计算机48的存储器中。例如储存在一个数据库中。在材料从采挖区域移走或堆放在填充区域之后，可以获得各自区域的另外的土壤湿度分布数据，并且在数据库中的土壤湿度分布数据被更新。在其他的例子中，另外的土壤湿度分布数据可以用于增加储存在与计算机48相连的数据库中的土壤湿度分布数据的分辨率。基站40可进一步包括一个本地的GPS接收器，以比只单独使用基于卫星的GPS能够获得相对更为准确的位置信息。一个与计算机48相连的发射信号装置例如发射器46也可以布置在基站40以允许信号发射来控制或指挥机器12的动作。发射器46也可以是简单的无线通信连接装置的一部分，以允许场地管理器来指挥系统10的一个或多个机器执行特殊的动作。虽然在许多的土方建设项目使用基站40，应当理解的是在系统10的其他方案中，数据处理器、存储器、做出决定的管理器等、都能够通过系统10的机器中的一个完成。在这样的具体实施例中，不是将土壤湿度分布数据传输到基站40，而是通过安装在机器50上的发射器54，机器50能够将信号直接发射到机器12，以控制或指挥机器12的运行。在进一步的具体实施例中，不是无线传输土壤湿度分布数据，而是机器50可以简单地记录土壤湿度分布数据，该数据稍候被下载到计算机48中，并用来的选择和/或控制机器12动作，或者集成到一个场地管理计划中作为之后的参考。

具体到但不限于系统10的其他部件的元件，机器12可以包括有显示装置20的操作员驾驶室18。机器12可以也包括第一接收器26，例如用于接收位置信号的GPS接收器，由此可确定机器12的位置或相对位置。机器12可以包括另外的接收器25，用来接收自基站40发射的信号。在一个具体实施例中，显示装置20可以包括一个图形显示装置，在此进一步描述，尽管在其他的实施例中显示装置20可以包括一个灯或LED，例如，用于通过操作者可观察到的方式传输信息。响应于基站40发射的信号，显示装置20也可以用于指示在填充区域内为堆放填充土壤选择的位置和在采挖区域内为获得填充土壤选择的位置中的至少一个位置。这能使操作机器12的操作者遵守通过观看显示装置20上从基站40接收的信息得到的指示。对于给定的工作区域，指示这样选定的区域可通过显示在显示装置20上的分布图的图形、亮度、色彩、闪光区域等来进行。在不使用基站的地方，显示装置20可通过直接从机器50接收的信号发挥作用。在任何一种情形中，系统10通常包括在基站40和机器50之一中的信号发射装置，向机器12输出信号，通过显示装置20促使独特显示的产生。机器12可进一步包括数据处理器30，该数据处理器与发射器24相连并通过一根或多根通信线路29与发射器24和接收器25，26相连，并通过其他的通信线路23与显示装置20相连。

现在回到机器50的某些方面，机器50的至少一个传感器64可包括一个用于感应指示土壤湿度含量参数的非接触传感器。在一个具体实施例中，传感器64可包括当机器50在工作区域中移动时用于不接触土壤来扫描土壤湿度的微波传感器，例如从英国Hydronix，of Guildford，Surrey可得到的传感器类型。在其他的实施例中，商业上存在的接触型传感器可以被采用，商业上有多种类型存在。机器50可以包括用于接收指示在一个工作区域内机器50位置的位置数据的接收器56，接收器56安装在操作者驾驶室58。机器50可以是安装有驾驶室58的有框架52的移动机械，例如操作者可以在工作区域中驾驶机器50通过传感器64采集土壤湿度数据。机器50可选择地包括也自律机器，或者可以甚至是后面拖曳或者是手持的器具。发射器54可进一步安装在机器50上，对应通过传感器64获得的土壤湿度数据和通过接收器56获得的机器位置数据输出信号。

机器50可进一步包括数据处理器或计算机60，该数据处理器或计算机60通过通信线路62与传感器64连接、通过另外的通信线路57与接收器56连接以及通过其他另外的通信线路59和接收器54连接。计算机60可因此用于从接收器56接收位置信号并从传感器64接收传感器输入。计算机60可以包括存储器61例如RAM、硬盘或闪存等，和与存储器61相连的存储器写入装置63。计算机60可以因此可以存储土壤湿度分布数据，并当获得给定区域的另外的数据时通过重写或者补充先前得到的数据而更新土壤湿度分布数据。

计算机60、存储器61、存储器写入装置63，传感器64、接收器56和发射器54可以是控制系统70的元件，用于处理土壤湿度分布数据和控制或管理机器12和其他作为系统10的组成部分的机器的运行。控制系统70描述成安装在机器50上，然而，应当理解其中的部分或所有的部件可以布置在系统10的其他位置。例如，存储器61和存储器写入装置63可以是位于基站40的计算机48的的部件。此外，计算机48、接收器42和44以及发射器46、还有数据处理器30、显示装置20、发射器24和接收器25和26可以作为系统10的一个集成的控制系统的组成部分。因此控制系统70可以包括多个相互通信的计算机、传感器、接收器和发射器，他们的位置在系统10中可变化。在其他的实施例中，单个的信号数据处理器可用于接收土壤湿度分布数据，选择合适的填充和/或采挖位置并根据土壤湿度分布数据向运送机器输出控制信号，该运送机器根据控制信号选择性的运送填充土壤。

同样参照图2，显示了根据本公开的示意性的场地平面图模型，描述了使用系统10的填充土壤运送过程的某些方面。两个分离的机器50a和50b被显示，机器50a和50b中的每一个和图1中显示的机器50类似。两个分离的运送机器12a和12b被显示，和图1中的机器12类似。机器50a可最初在第一工作区域W1内移动，包括一个采挖区域。当机器50a在工作区域W1中移动时，工作区域W1中的土壤湿度数据可以被感应。机器50b可类似地在在第二工作区域W2中移动，例如一个填充区域，并且工作区域W2中的土壤湿度数据被感应。每个机器50a和50b中在各自的工作区域中移动直到工作区域至少被机器横贯一次，同时接收位置信号。通过将机器50a和50b的各自工作区域的土壤湿度数据和位置数据结合，可以生成各自工作区域的土壤湿度分布图。土壤湿度分布数据可在基站40接收到，由此一个或多个采挖和/或填充位置被选择，并且根据选择的采挖和/或填充区域位置向机器12a和12b输出的相应的信号以在工作区域W1和W2内和之间能够对机器进行导航。

在给定的工作区域内土壤湿度变化显著并甚至没有规律，根据例如土壤类型、坡度、高度等。土壤湿度分布可能因此导致相对复杂的土壤湿度分布图。据此，期望对一个工作区域中含有不同、但类似湿度的不同区域进行分组。换句话说，在一些情况下，根据平均的湿度含量将给定的区域划分成区可能非常有用。在图2中，工作区域W1被显示成可以有三个不同的区域，有三种不同平均湿度水平的A、B和C。特别是，通过倾斜虚线显示的区域A对应大约最适宜的湿度含量，通过水平虚线显示的区域B被视为对应于过度干燥的土壤湿度含量以及通过波状线显示的区域C对应于过度湿的湿度含量。

图2中也描述了两个不同的行进路线，通过箭头Z和X进行表示。行进路线Z指示了一种铲土机12a可能的路线，铲土机12a将穿过区域A并从而使铲土机12a获得一装满的具有最好或接近最好的湿度含量的填充土壤载荷。行进路线X指示了铲土机12b可能的行进路线，铲土机12b将穿过部分区域B和部分区域C并从而使得铲土机12b可获得大约50％过度干燥和大约50％过渡湿的一装满的填充土壤载荷。通过铲土机12b获得的填充土壤载荷的平均湿度可以因此接近最好的湿度含量。根据本公开，不同的装置例如安装在机身上的混合螺旋取土钻可被预期用于运送机器。据此，机器12b可以装备成在其运输过程中混合填充土壤载荷。在其他情况下，混合或其他土壤调节可以在填充土壤堆放后完成。

每个铲土机12a和12b因此可以获得平均湿度含量接近最好的填充土壤载荷。在这样的例子中，填充土壤载荷可以被推放在工作区域W2中通常需要填充土壤的任何地方。在有些例子中，然而，在选择通过机器12a和12b在哪里堆放填充土壤时，填充区域的土壤湿度分布也可以被考虑。图2描述了由三个区域D、E和F的工作区域W2的土壤湿度分布图。特别是，工作区域W2显示出区域E和F有最好或接近最好的平均的湿度含量。区域D，然而，湿度含量太湿、例如、以至于在区域D堆放任何填充土壤前处理土壤或干燥周围环境成为需要。区域D的这种条件在区域D中通过X型的阴影表示。因此，在描述的例子中，选择行进路线Z和X以便每个机器12a和12b相应的填充载荷被推放在区域E和F，但没有填充土壤被堆放在区域D。在填充土壤被堆放后，机器12a和12b可以返回到采挖区域W1以获得另外的填充载荷，采挖区根据先前获得的湿度分布数据、或者通过机器50a在工作区域再次移动获得的更新数据进行选择。

应当理解，虽然在某些具体实施例中，可以为工作区域W1和W2生成土壤湿度分布图，在其他的具体实施例中可以只为各自工作区域中的仅仅一个生成土壤湿度分布。此外，填充区域的分布图可以在堆放填充土壤前完成，或者仅在填充土壤堆放后完成。在具体实施例中也预期到其中土壤湿度分布图在填充土壤被移除后和/或填充土壤堆放后被更新。在这样的例子中，机器50a和50b在通过机器12a和12b填充/堆放后的相应工作区域中移动，并且另外的土壤湿度分布数据被发射到基站40。跟随更新的土壤湿度分布图，不同区域的不同的湿度含量可被显示，并且不同的运送策略根据更新的分布图被确定。

现在参照图3，用图表方式显示了适于根据本公开的一个显示装置20。特别是，显示装置20可以被安装到运送机器例如铲土机12、12a和12b。显示装置20可以包括显示屏35，例如，显示屏35上可以显示采挖区域W1的图示。在显示屏35上显示的图示可以包括一个代表安装有显示装置20的机器的图标，如图3机器12所示，还有箭头A指示了机器在工作区域中的适当的行进路线。参考数字P被用于标示不同的色彩显示，或者其他图示，区分机器12b已经穿过的采挖区W1的部分。显示装置20可进一步包括控制按钮31，扬声器33，电源按钮34，以及键盘32。显示装置20也可以被用于显示图标36，该图标描述了土壤湿度含量的数制范围，该数值范围对应于多种不同的可在显示器35上显示的土壤条件。

工业实用性

参照图4，根据一个具体实施例显示了土壤湿度分布和填充土壤运送的程序100。程序100可开始于步骤105，开始，并接着进入机器例如机器50在第一区域移动的步骤110。从步骤110，程序100可以进入步骤115，在步骤115中从例如传感器64接收土壤湿度数据。应该理解，选择用于土壤湿度分析的区域可以是填充区域W2或采挖区域W1的任何一个。在一些例子中，采挖区W1和填充区域W2可以都绘制成图，如在此描述。从步骤115，程序100可以进行到步骤120，在步骤120中指示第一区域内的土壤位置的位置数据被接收。计算机60可以被用来接收来自传感器64的输入，还有来自接收器56的输入。根据各自的输入，处理器60可产生对应于分别来自传感器64和接收器56的土壤湿度数据和位置数据的土壤湿度分布信号。湿度分布信号可以被储存在存储器61中，但可选择地被直接发射到在基站的计算机48或机器12。

从步骤120，程序100可以进入步骤125，在步骤125中机器例如机器50或另外的机器在第二区域中移动，例如区域W1或W2之一。从步骤125，程序100可进入到步骤130，在步骤130中第二区域的土壤湿度数据被接收到。从步骤130，程序100可进入到接收指示在第二区域中的土壤位置的位置数据的步骤135。

在步骤140和步骤145中，一旦必要的土壤湿度和位置数据被接收到，第一区域和第二区域各自的土壤湿度分布图就可以被生成。如在此描述，本公开不限于通过系统10中的任何特定的装置形成土壤湿度分布图。例如，土壤湿度分布图可以通过处理器60生成并且显示在机器50或机器12的显示屏上。土壤湿度分布图可替代地通过计算机48生成，并在基站40显示。分布数据也可以被储存在存储器中，并在没有实际显示分布图的任何地方的情况下用于管理系统10的运行。如上所述，机器12也可能作为获得土壤湿度和位置数据并生成相应分布图的机器。跟随生成土壤湿度分布、并显示相应的分布图，程序100可进入到根据土壤湿度分布选择采挖和/或填充位置的步骤150。在一个具体实施例中，可以想象的是一个在基站40的场地管理器拥有通过计算机48显示的采挖区W1和填充区W2各自的土壤湿度分布图。该场地管理器，根据比较各自的分布图，就可以对于什么样的土壤向什么地方转移做出适当的决定。比较分布图或者土壤湿度分布数据也可以通过系统10的一个计算机完成。

从步骤150，程序100可以进入步骤155，在步骤155中土壤湿度分布图显示在安装于机器上的显示装置例如显示装置20上。从步骤155，程序100可进入通过显示装置指示一个选择的采挖/填充位置的步骤160。通过这种方式，机器操作者例如驾驶机器12的操作者，可以被指导跟随一特殊的路线，在特殊的位置采挖和/或填充等。从步骤160，程序100可进入在采挖区域W1和填充区域W2之间运送填充土壤载荷的步骤165。从步骤165，程序100可进入询问项目或建设阶段是否已经完成的步骤170。如果在步骤170，填充土壤运送没有完成，程序100可进入到步骤175。如果是，程序100可以在步骤185结束。换句话说，在步骤170，如果不再需要、或者认为在一段时间不需要运送填充土壤，生成土壤湿度分布图和相关的活动可以停止。

如果填充土壤运送继续，在步骤175，采挖区域和/或填充区域的另外的土壤湿度数据和另外的位置数据可以被接收到。另外的土壤湿度和位置数据可以通过在工作区域W1和W2之一中再次移动机器50获得。可以想到从特殊的区域移除填充土壤、以及在特殊的区域堆放填充土壤，可能造成土壤湿度分布的变化。因此，一旦接收到另外的数据，在步骤180土壤湿度分布可据此更新。从步骤180，程序100可返回到步骤150根据更新的土壤湿度分布来选择采挖和/或填充位置，也可以循环回步骤155-170。

本公开为在一个采挖区和一个工作区之间选择性地运送填充土壤提供了一个全新地策略。这种方法可认为向场地管理器或计算机提供了有关的湿度数据以便具有适当的湿度含量的土壤可以被堆放到其最有利的地方。换句话说，干燥的土壤可以堆放在湿土壤的顶部，湿土壤可以堆放到干土壤的顶部。湿土壤和干土壤甚至可以在一个单个的填充土壤载荷中结合并在堆放前或堆放后混合。通过预先提供相关的信息，最后的结果测试和相关于最后结果测试的返工通过当前的实践将被显著的减少，甚至消除。建设项目的总的质量将被改善，并且通过过去的实践，质保的时间和工作量将同样的被改善。不管土方项目的计划和执行是通过操作单个的在此描述的机器，还是一大组机器，本公开相对于当前技术发展水平有了显著的改进。

可进一步理解，虽然本公开讨论了在工地准备程序中的一个相对少的步骤，建设阶段可包括许多填充土壤载荷的运送，并且可以为采挖和填充区域的一个或两个都生成湿度分布图，解析和/或更新多次。在每次获得土壤湿度分布图时，计划编制都可能发生微小或显著的变化。此外，工地准备可能需要许多工作天数，并且给定区域的土壤湿度含量可能由于降雨或环境的干燥而变化，填充土壤的移除和堆放也是一样。本公开能适时监测土壤湿度以便在全面的场地准备计划中土壤湿度的任何变化能被说明。

本描述仅为说明目的，不应该被解释为以任何方式对本公开范围的缩小。因此，本技术领域的技术人员应当理解，在不背离本公开的全部和合理范围的情况下，公开的具体实施例可做各种变形。例如，虽然许多建设项目在相对近的采挖和填充区域通过铲土机运送填充土壤，但是本公开不因此而被限制。在其他的具体实施例中，居间的托运卡车可被用于在相对更远的生成有土壤湿度分布图的位置之间运送填充土壤。也可以使用装载机，而不是用铲土机，运送土壤，例如从一个通过使用土壤湿度分布图选择的位置向托运卡车装载填充土壤。因此，为在不同地点之间最佳的运送填充土壤的目的，非常明显的是相对大的一组建筑机器可以使其运行被控制、监测、影响和跟踪。其他方面、特征和优点可通过研读附图和权利要求清楚获得。

部件表

10   系统

12   铲土机

12a  铲土机

12b  铲土机

14   框架

16   铲斗

18   操作者驾驶室

20   显示装置

23   通信线路

24   发射器

25   接收器

26    接收器

27    通信线路

29    通信线路

30    计算机

31    控制按钮

32    控制按钮

33    扬声器

34    电源控制按钮

35    显示屏

36    土壤湿度参考图标

40    基站

42    本地GPS接收器

44    接收器

46    发射器

48    计算机

50    机器

50a   机器

50b   机器

52    框架

54    发射器

56    接收器

57    通信线路

58    操作者驾驶室

59    通信线路

60    数据处理器

61    存储器

62    通信线路

63    存储器写入装置

70    控制系统

100    程序

105    步骤-开始

110    步骤-在第一区域内移动机器

115    步骤-接收第一区域的土壤湿度数据

120    步骤-接收指示第一区域内的土壤位置的位置数据

125    步骤-在第二区域内移动机器

130    步骤-接收第二区域的土壤湿度数据

135    步骤-接收指示第二区域内的土壤位置的位置数据

140    步骤-生成第一区域土壤分布图

145    步骤-生成第二区域土壤分布图

150    步骤-根据土壤湿度分布图选择采挖和/或填充位置

155    步骤-在安装在机器上的显示装置上显示土壤湿度分布

160    步骤-通过显示装置指示选择的采挖/填充位置

165    步骤-在采挖和填充区域之间运送填充土壤

170    步骤-项目完成？

175    步骤-接收采挖区域和/或填充区域的另外的土壤湿度

       数据和另外的位置数据

180    步骤-根据另外的土壤湿度数据和另外的位置数据更新

       土壤湿度分布图

185    步骤-结束