SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE ADQUISICION DE DATOS Y CONTROL DE EXCAVADORA.
Un sistema para cartografiar un útil subterráneo, que comprende:
una unidad (256) de adquisición de datos geofísicos que genera datos de detección representativos de un útil subterráneo dentro de una subsuperficie de la tierra; una unidad (254) de posicionamiento geográfico que genera datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica de la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos a medida que la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos se mueve a lo largo de una ruta predeterminada; caracterizado por una memoria (272, 274, 278, 280) para almacenar los datos de posicionamiento geográfico y los datos de detección adquiridos por la unidad (254) de posicionamiento geográfico y la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos, respectivamente; y un procesador (264, 252), acoplado a la memoria (278/280), que asocia los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos de cartografía representativos de una cartografía del útil subterráneo dentro de la subsuperficie
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E02021968.
Solicitante: VERMEER MANUFACTURING COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 2411 HIGHWAY 102,PELLA, IA 50219.
Inventor/es: STUMP,GREG.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 19 de Junio de 1996.
Fecha Concesión Europea: 19 de Agosto de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- E02F5/10F
- E02F9/20G
- E02F9/20G2
- E02F9/20H
- E02F9/26 CONSTRUCCIONES FIJAS. › E02 HIDRAULICA; CIMENTACIONES; MOVIMIENTO DE TIERRAS. › E02F DRAGADO; MOVIMIENTO DE TIERRAS (extracción de turba E21C 49/00). › E02F 9/00 Elementos constitutivos de las dragas o de los ingenios para el movimiento de tierras, no limitados a una de las categorías cubiertas por los grupos E02F 3/00 - E02F 7/00 (dispositivos de colocación o de recogida de cables eléctricos de arrastre B66C). › Dispositivos indicadores.
- E21C39/00 E […] › E21 PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA; EXPLOTACION MINERA. › E21C EXPLOTACION DE MINAS O CANTERAS. › Dispositivos para probar in situ la dureza u otras propiedades de materias minerales, p. ej. para suministrar informaciones relativas a la elección de las herramientas mineras apropiadas.
- G01C15/00 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01C MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA; NAVEGACION; INSTRUMENTOS GIROSCOPICOS; FOTOGRAMETRIA O VIDEOGRAMETRIA (medida del nivel de líquidos G01F; radio navegación, determinación de la distancia o velocidad mediante la utilización de efectos de propagación, p. ej. efecto Doppler, tiempo de propagación, de ondas de radio, disposiciones análogas que utilicen otras ondas G01S). › Instrumentos o accesorios topográficos no previstos en los grupos G01C 1/00 - G01C 13/00.
- G01V3/12 G01 […] › G01V GEOFISICA; MEDIDA DE LA GRAVITACION; DETECCION DE MASAS U OBJETOS; MARCAS O ETIQUETAS DE IDENTIFICACION (medios para indicar dónde se encuentran personas sepultadas accidentalmente, p. ej. por la nieve A63B 29/02). › G01V 3/00 Prospección o detección eléctrica o magnética; Medida de las características del campo magnético terrestre, p. ej. de la declinación o de la desviación. › que funcionan por ondas electromagnéticas.
- G01V3/17 G01V 3/00 […] › que funcionan por medios de ondas electromagnéticas.
Clasificación PCT:
- E02F9/20 E02F 9/00 […] › Mandos; Dispositivos de control (transmisión en general F16H; control en general G05; mandos para motores eléctricos múltiples H02K, H02P).
- E02F9/22 E02F 9/00 […] › Mandos hidráulicos o neumáticos.
- G01V1/00 G01V […] › Sismología; Prospección o detección sísmica o acústica.
- G06F17/30
Clasificación antigua:
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Finlandia.
Fragmento de la descripción:
Sistema y procedimiento de adquisición de datos y control de excavadora.
Campo de la invención
La presente invención se refiere, en general, al campo de la excavación y, más en particular, a un sistema y un procedimiento para adquirir datos geológicos y posicionales, y para controlar una excavadora en respuesta a los datos adquiridos.
Antecedentes de la invención
Se han desarrollado varios tipos de excavadoras para excavar una ruta o un sitio predeterminado según una forma particular de excavación. Un tipo particular de excavadora, al que a menudo se hace referencia como zanjadora de orugas, se utiliza normalmente cuando se excavan zanjas continuas largas para instalar y posteriormente enterrar diversos tipos de tuberías y conductos de servicio público. Un contratista o promotor inmobiliario puede desear excavar varios kilómetros o incluso cientos de kilómetros de terreno que tenga tipos variables de geología de subsuperficie desconocida.
Generalmente, un contratista de este tipo realizará un estudio limitado de un sitio predeterminado de excavación para evaluar la naturaleza del terreno y el tamaño o la longitud del terreno que va a excavarse. Pueden analizarse una o más muestras de perforación a lo largo de una ruta predeterminada de excavación para evaluar mejor el tipo de suelo que va a excavarse. Basándose en diversos tipos de información cualitativa y cuantitativa, un contratista preparará generalmente un presupuesto del coste que prevea los recursos financieros necesarios para completar el proyecto de excavación. A menudo un contratista de este tipo presenta una oferta del coste fija cuando se oferta un contrato de excavación.
Puede apreciarse que una información de estudio insuficiente, poco precisa o engañosa puede tener un impacto importante en la precisión de un presupuesto u oferta asociada con un proyecto de excavación particular. Por ejemplo, un estudio inicial puede sugerir que la geología de la subsuperficie para toda o la mayor parte de una ruta predeterminada de excavación esté constituida en su mayor parte por arena o grava suelta. Por consiguiente, el presupuesto y la oferta del contratista reflejarán los costes asociados con la excavación de un suelo de subsuperficie relativamente blando. Sin embargo, durante la excavación puede determinarse en su lugar que una parte significativa de la ruta predeterminada de excavación está constituida por suelo relativamente duro, tal como granito, por ejemplo. Los costes adicionales asociados con excavar el suelo duro no detectado los asume normalmente el contratista. En la industria de la excavación se aprecia generalmente que tales costes no previstos pueden comprometer la viabilidad financiera del negocio de un contratista.
Se han desarrollado diversos procedimientos para analizar la geología de subsuperficie con el fin de establecer el tipo, la naturaleza y los atributos estructurales del terreno subyacente, véase por ejemplo el documento US-4 727 329. El radar de penetración terrestre y la termografía infrarroja son ejemplos de dos procedimientos generalizados para detectar variaciones en la geología de subsuperficie. Sin embargo, estas y otras herramientas de análisis de formación de imágenes no destructivas padecen una serie de deficiencias que actualmente limitan su utilidad cuando se excavan zanjas largas, continuas o cuando se excavan sitios relativamente grandes. Además, las herramientas de análisis de subsuperficie convencionales normalmente sólo proporcionan una imagen de la geología de una subsuperficie particular, y no proporcionan información respecto a los atributos estructurales o mecánicos del terreno subyacente que es crítico cuando se intenta determinar las características del suelo que va a excavarse.
Existe una necesidad entre los promotores y contratistas que utilizan maquinaria de excavación de minimizar la dificultad de determinar las características de la geología de subsuperficie en un sitio predeterminado de excavación. Existe una necesidad adicional de aumentar la eficacia de producción de una excavadora caracterizando de manera precisa tal geología de subsuperficie. La presente invención satisface estas y otras necesidades.
Sumario de la invención
La presente invención es un sistema y procedimiento de adquisición de datos y control de excavadora para caracterizar la geología de subsuperficie de un sitio de excavación, y para utilizar los datos adquiridos para optimizar el rendimiento de producción de una excavadora. Se emplean un sistema de formación de imágenes geológicas y un sistema de posicionamiento geográfico para estudiar inicialmente una ruta o un sitio predeterminado de excavación. También puede emplearse una unidad de caracterización geológica para mejorar los datos de formación de imágenes geológicas. Los datos adquiridos se procesan para proporcionar datos geológicos y de posición detallados para el sitio de excavación y se utilizan por una unidad de control principal para optimizar el rendimiento de producción de la excavadora. En una realización, la unidad de control principal accede a una base de datos de filtros geológicos que incluye datos de perfiles geológicos para numerosos tipos de geología, cuando se analiza una geología de subsuperficie desconocida. La eliminación del contenido de datos de filtros geológicos correspondiente a la geología conocida de los datos de formación de imágenes geológicas adquiridos proporciona un reconocimiento inmediato de objetos de subsuperficie sospechosos y desconocidos. El sistema de formación de imágenes geológicas incluye preferiblemente un sistema de radar de penetración terrestre que tiene una pluralidad de antenas orientadas en una relación ortogonal para proporcionar una formación de imágenes tridimensionales de la geología de subsuperficie. Se emplea un software de correlación para correlacionar los datos de imágenes geológicas adquiridos con los datos de rendimiento de producción de la excavadora históricos para caracterizar la mecánica estructural de la geología de subsuperficie. El sistema de posicionamiento geográfico proporciona una cartografía geográfica precisa de un sitio de excavación e incluye preferiblemente un transpondedor móvil montado en una excavadora y una pluralidad de transpondedores terrestres. En una realización, se utilizan señales transmitidas por uno o más satélites de sistema de posicionamiento global (GPS) junto con señales de referencia producidas por una pluralidad de transpondedores terrestres.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista lateral de una realización de una excavadora, denominada zanjadora de orugas, que incluye un accesorio para zanjas de cadena de abrezanjas;
la figura 2 es un diagrama de bloques de sistema generalizado de una realización de zanjadora de orugas de una excavadora;
la figura 3 es una ilustración de una interfaz de usuario principal para controlar una excavadora zanjadora de orugas, para visualizar datos geológicos y de posición adquiridos, y para interconectar con diversos componentes electrónicos y electromecánicos de la excavadora;
la figura 4 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de control principal (MCU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;
la figura 5 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de adquisición de datos geológicos (GDAU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;
la figura 6 es un gráfico de señales electromagnéticas de fuente relejadas recibidas por un sistema de radar de penetración terrestre que usa un sistema de antenas de eje único convencional;
la figura 7 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de posicionamiento geográfico (GPU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;
la figura 8 es un diagrama de bloques de sistema de una unidad de control de excavadora (ECU) de un sistema novedoso de adquisición de datos y control de excavadora;
la figura 9 es un diagrama de bloques de diversas bases de datos y software a los que accede y procesados por la unidad de control principal (MCU);
la figura 10 es una ilustración de un sitio predeterminado de excavación que tiene una geología de subsuperficie heterogénea;
la figura 11 es una ilustración de un perfil de estudio en forma de diagrama obtenido para una ruta predeterminada de excavación usando una unidad de adquisición de datos geológicos (GDAU) y una unidad de posicionamiento geológico (GPU) novedosas;
la figura...
Reivindicaciones:
1. Un sistema para cartografiar un útil subterráneo, que comprende:
2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la unidad (256) de adquisición de datos geofísicos comprende:
3. El sistema según la reivindicación 1, en el que la unidad (254) de posicionamiento geográfico comprende una pluralidad de transpondedores (303, 304, 306, 308, 310, 312) de posición que incluye al menos un transpondedor (303) de sistema de posicionamiento global, o transpondedores (300, 310, 312) de posición ultrasónicos.
4. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252), y en el que opcionalmente se presentan en la pantalla (73) uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.
5. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una interfaz para comunicar datos almacenados en la memoria (272, 274, 278, 280) a un sistema (252) informático acoplado a dicha interfaz.
6. El sistema según la reivindicación 1, en el que el sistema comprende una base de datos (294) de cartografía para almacenar al menos los datos de cartografía representativos de la cartografía del útil subterráneo.
7. El sistema según la reivindicación 1, que comprende:
8. El sistema según la reivindicación 7, en el que el módulo (286) de cartografía sísmica comprende una pluralidad de sensores sísmicos, orientados opcionalmente en una disposición específica dentro de la subsuperficie.
9. El sistema según la reivindicación 7, en el que el procesador (264, 252) genera datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.
10. El sistema según la reivindicación 7, que comprende:
11. El sistema según la reivindicación 10, en el que los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.
12. El sistema según la reivindicación 10, en el que los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de cartografía del útil conforme a su construcción.
13. El sistema según la reivindicación 10, en el que la base de datos (294) de cartografía almacena además datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del útil subterráneo.
14. El sistema según la reivindicación 10, en el que la base de datos (294) de cartografía almacena además datos de detección representativos del útil subterráneo dentro de la subsuperficie de la tierra.
15. El sistema según la reivindicación 10, en el que la interfaz (101, 262) de usuario comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252) y en el que opcionalmente se presentan uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.
16. El sistema según la reivindicación 1, que comprende:
17. El sistema según la reivindicación 16, en el que la interfaz (101, 262) de usuario proporciona acceso de usuario a los datos de cartografía almacenados en la base de datos (294) de cartografía, comprendiendo además los datos de cartografía datos de ubicación representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.
18. El sistema según la reivindicación 16, en el que los datos de cartografía de ubicación almacenados en la base de datos (294) de cartografía comprenden datos de cartografía del útil conforme a su construcción.
19. El sistema según la reivindicación 16, en el que la interfaz (101, 262) de usuario comprende además una pantalla (73) acoplada al procesador (264, 252) y en el que opcionalmente se presentan en la pantalla (73) uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.
20. Un procedimiento para cartografiar un útil subterráneo, que comprende:
21. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que generar los datos de detección comprende transmitir una señal de fuente electromagnética dirigida a la subsuperficie y recibir una señal de retorno electromagnética y/o transmitir una señal de fuente sísmica dirigida a la subsuperficie y recibir una señal de retorno sísmica.
22. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que generar los datos de posicionamiento geográfico comprende recibir una pluralidad de señales de posición terrestre y opcionalmente al menos una señal de posición del espacio.
23. El procedimiento según la reivindicación 20, en el que asociar los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección comprende asociar los datos de posicionamiento geográfico con los datos de detección para generar datos representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie.
24. El procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además:
25. El procedimiento según la reivindicación 24, que comprende además almacenar en la base de datos (294) de cartografía datos representativos de una ubicación bi o tridimensional del útil subterráneo dentro de la subsuperficie o datos de cartografía del útil conforme a su construcción o datos de posicionamiento geográfico representativos de una posición geográfica del útil subterráneo, o datos de detección representativos del útil subterráneo dentro de la subsuperficie de la tierra.
26. El procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además visualizar uno o ambos de imágenes o datos alfanuméricos asociados con el útil subterráneo.
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