Navigation of construction and agriculture machinery

Abstract

Over the last two decades terrestrial and global 3D measurement sensors in the field of engineering geodesy have seen a significant upturn. With modern measurement techniques, a 3D trajectory of a moving object can be determined within a few centimetres (mostly with Global Navigation Satellite Systems, GNSS), under certain circumstances and with an overall understanding of the applied method accuracies of 5–10 millimetres can be achieved (tracking total station). New application areas have been now created in the fields of construction, mining and agriculture. The guidance or control of heavy machinery demands a navigation sensor with an appropriate measurement rate and accuracy, as well as stable and reliable performance. The 3D position, together with the orientation as well as the long and cross inclination information is hereby just a part of the absolute machine guidance or control unit. Data collection, verification, management and interaction of the position information with 6 degrees of freedom, together with the machine controller, are needed for the overall system. Rotation ring sensors for height control or height guidance are well-known amongst construction jobs and have been in use for more than 20 years. The first GPS-based guidance system for yield mapping was used 15 years ago (Auernhammer 1995). Optimization and improvements in efficiency are the principal reasons for the current developments in the area of 3D-based machine control and guidance. This paper describes the state-of-the-art and general approaches as well as the real-time 3D measurement techniques in construction and agriculture environment.

Statybų bei žemės ūkio mašinų navigacija

Santrauka.  Per pastaruosius dvejus dešimtmečius Žemės paviršiaus bei globaliniai trimačio matavimo jutikliai taikomi inžinerinėje geodezijoje labai ištobulėjo. Modernia matavimų technika trimatė objekto judėjimo trajektorija gali būti nustatyta kelių centimetrų tikslumu (daugiausia globaline navigacine palydovine sistema (GNPS) bei vietinėmis padėties nustatymo sistemomis 5–10 mm tikslumu. Statybų, tunelių kasimo bei žemės ūkio šakose atsirado naujų šių prietaisų taikymo galimybių. Sunkiasvorėms mašinoms valdyti bei kontroliuoti būtini atitinkamos matavimų spartos ir tikslumo, stabiliai ir patikimai veikiantys navigacijos jutikliai. Informacija apie trimatę padėtį, orientavimas bei linijinių ir kampinių poslinkių duomenys šiuo atveju yra tik mašinos valdymo bei kontrolės absoliučiosios sistemos dalis. Bendrajai valdymo sistemai būtinas duomenų rinkimas, tikrinimas, apdorojimas bei informacijos apie padėtį sietis pagal 6 laisvės laipsnius ir su mašinos valdymo įtaisais. Besisukantys žiediniai jutikliai, taikomi aukščių kontrolei, plačiai paplitę statybose, yra naudojami jau daugiau nei 20 metų. Pirmoji GPS paremta derliaus nustatymo valdymo sistema buvo pritaikyta prieš 15 metų (Auernhammer 1995). Darbo efektyvumo didinimas bei optimizavimas yra pagrindinės dabartinių trimatės mašinų kontrolės bei valdymo sistemų tobulinimo sritys. Aprašomi aukštųjų technologijų bei bendrieji matavimų principai, realiojo laiko trimačio matavimo statybose bei žemės ūkyje technologijos.

First published online: 03 Aug 2012

Keyword : machine guidance and control, 3D measurement sensor, construction and agriculture