DE4133392C1 - Determining progress of mining material spreader - receiving signals from at least four satellites at end of tipping arm and at vehicle base and calculating actual geodetic positions and height of material tip - Google Patents
Determining progress of mining material spreader - receiving signals from at least four satellites at end of tipping arm and at vehicle base and calculating actual geodetic positions and height of material tipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Absetzer nach dem jeweiligen
Oberbegriff der Ansprüche 1 und 10. Der Absetzer weist unter
anderem eine ortsbewegliche, beispielsweise auf einem Raupenfahr
werk verfahrbare Tragkonstruktion auf, an welcher ein Ausleger be
weglich, d. h. schwenkbar in horizontaler und vertikaler Richtung,
angebracht ist. Über den Ausleger läuft ein Förderband, mit wel
chem der Abraum zum Abwurfende des Auslegers transportiert wird,
von dem aus der Abraum auf der Abraumkippe verstürzt wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannte Art
werden beispw. aus der Schrift bulk solids handling, Vol. 8,
1988, N. 3, Seiten 329ff als bekannt vorausgesetzt.
In einer älteren Patentanmeldung hat die Anmelderin ein ähnliches
"Verfahren zum Bestimmen des Abbaufortschrittes mittels Satelli
ten-Geodäsie" zum Patent angemeldet (Az.: P 40 11 316.7-35 vom
07.04.90). Bei diesem älteren Verfahren werden die Position und
die Ausrichtung der Gewinnungseinrichtung eines ortsbeweglichen
Groß-Gewinnungsgerätes, insbesondere des Schaufelrades seines
Schaufelradbaggers, mittels Satelliten-Geodäsie unter Verwendung
eines Empfängers in der Nähe des Schaufelrades und eines weiteren
Empfängers an einer anderen Stelle des Groß-Gewinnungsgerätes be
stimmt. Das ältere Verfahren geht von der Überlegung aus, daß
dort, wo sich das Schaufelrad innerhalb des Abbaufeldes befindet,
kein Material vorhanden sein kann. Es gilt daher, die Position des
Schaufelrades innerhalb des Abbaufeldes genau zu ermitteln um
festzustellen, welche Mengen an Material, beispielsweise Abraum
oder Mineral, insbesondere Kohle, gefördert wurden.
Auch im Falle der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die
Steuerung eines Großgerätes nämlich eines Absetzers, der innerhalb
eines Tagebaus mit dem Groß-Gewinnungsgerät, nämlich dem Schaufel
radbagger zusammenwirkt. Der vom Schaufelradbagger gewonnene Ab
raum wird über Bandanlagen zum Absetzer gefördert und von dem Ab
setzer auf der Abraumkippe verstürzt. Dabei kann es sich sowohl um
eine Innenkippe handeln, d. h. um eine Abraumkippe wo der Abraum
innerhalb der Grube verstürzt wird, welche zur Gewinnung des Mine
rals zuvor ausgebaggert wurde. Es kann sich aber auch um eine
Außenkippe handeln, wo der Abraum außerhalb der Grube verstürzt
wird, aus welcher er zuvor zusammen mit dem Mineral gewonnen
wurde. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf beide
Arten von Abraumkippen, auf denen der Abraum abgelagert wird.
Im Gegensatz zur Feststellung der Position des Schaufelrades eines
Gewinnungsgerätes entsprechend der älteren Anmeldung liegen bei
der Verkippung von Abraum auf einer Abraumkippe mit Hilfe eines
Absetzers unterschiedliche Verhältnisse vor. Hier reicht es nicht
aus, eine analoge Aussage zu treffen, daß dort, wo sich das Ab
wurfende des Auslegers des Absetzers befindet, auch Abraum vorhan
den sein muß. Vielmehr muß das Vorhandensein von Abraum auch tat
sächlich, d. h. meßtechnisch festgestellt werden.
Es ist daher Aufgabe für die vorliegende
Erfindung, ein Verfahren und einen Absetzer zum Bestimmen
des Verkippungsfortschritts und der auf der Abraumkippe
verkippten Massen der eingangs genannten Art anzugeben, mit deren Hilfe
das Verkippungsgeschehen zeitnah erfaßt werden kann,
damit Daten der Abraumkippe hinreichend genau bestimmt
werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß in den Ansprüchen 1 und 10 angegeben.
Dazu wird mit Hilfe der Satelliten-
Geodäsie die genaue Lage des Abwurfendes des Absetzers innerhalb
der Abraumkippe bestimmt. Weiterhin wird
durch berührungslose Entfernungsmessung mit Hilfe von Laser-Scannern
die jeweilige Entfernung zwischen dem Abwurfende und der
Abraumkippe festgestellt, so daß darüber eine Aussage möglich
wird, ob und wenn ja, wieviel Abraum unterhalb des Abwurfendes des
Absetzers verkippt wurde.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Zur Bestimmung der geometrischen Position, d. h. der Lagekoordinaten
und Höhen eines Punktes mittels Satelliten-Geodäsie sind
grundsätzlich mindestens vier Satelliten erforderlich, deren ausgesendete
Signale von einem Empfänger, der dem zu bestimmenden
Punkt entspricht, gleichzeitig empfangen werden können. Die
Koordinaten des zu bestimmenden Punktes werden dabei in der Weise
ermittelt, daß jeweils die Entfernung von diesem Punkt zu drei
Satelliten bestimmt wird, wobei zur Bestimmung der Entfernung die
Laufzeit, d. h. die Zeitdifferenz zwischen Ankunfts- und Aussende
zeit, der Sendesignale herangezogen wird. Da aber die Satelliten
einerseits und der Empfänger andererseits unterschiedliche Zeit
meßsysteme aufweisen, ist der vierte Satellit zur Angleichung der
Zeitmeßsysteme und somit zur Bestimmung der Bezugszeit notwendig.
Damit ist gewährleistet, daß die tatsächlichen Laufzeiten der Sig
nale ermittelt werden können. Da die jeweiligen Koordinaten der
Satelliten bekannt sind, können aus den jeweiligen Entfernungen
und der Zeitangleichung zum Empfänger dessen Koordinaten eindeutig
bestimmt werden.
Zur Satelliten-Geodäsie ist beispielsweise das im Aufbau befind
liche Global-Positioning-System (GPS) der USA geeignet. Bei diesem
System sind mindestens 21 Navigationssatelliten geplant, die die
Erde umkreisend so angeordnet sind, daß von jeder Stelle der Erde
zu jeder Zeit mindestens vier Satelliten gleichzeitig anpeilbar
sind.
Bei einer Koordinatenbestimmung mittels Satelliten-Geodäsie er
reicht man bei einer absoluten Positionsmessung, d. h., wenn die
Koordinaten eines Punktes direkt aus den gemessenen Entfernungen
ermittelt werden, derzeit eine Genauigkeit von etwa ± 10 m. Diese
Abweichung ist insbesondere dadurch begründet, daß die Sendesigna
le in Form von elektromagnetischen Wellen auf ihrem Weg zur Erde
unterschiedliche Medien durchlaufen müsen, die die Wellen unter
schiedlich durch Brechung ablenken und deren Laufzeit unterschied
lich beeinflussen. Es ist daher zweckmäßig, einen weiteren Empfän
ger vorzusehen, der in der Nähe des zu bestimmenden Punktes ange
ordnet ist und dessen Koordinaten bekannt sind. Durch das soge
nannte Differentialmeßverfahren können dann die nicht vorausseh
baren und nicht berechenbaren Einflüsse der unterschiedlichen
Medien auf die Wellenausbreitung eliminiert werden, da davon aus
zugehen ist, daß die Signale zu den jeweiligen Empfängern in etwa
die gleichen Wege durchlaufen. Bei dieser Meßmethode kann derzeit
eine Genauigkeit von ca. ± 0,01 m erreicht werden. Dazu wird auf
WO 87/06 713 verwiesen, auf deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich
Bezug genommen wird.
Die Zeitabstände zwischen zwei Koordinatenbestimmungen mittels
Satelliten-Geodäsie hängen unter anderem ab von der Rechenge
schwindigkeit des Rechners, der die empfangenen Signale auswertet.
Je nach Rechenleistung können die Meßintervalle beispielsweise nur
eine Sekunde betragen. Diese kurze Ermittlungszeit der Koordinaten
ermöglicht eine nahezu kontinuierliche Erfassung der Positionen
von beweglichen Geräten.
Die Möglichkeit der relativ genauen Koordinatenbestimmung bei kur
zen Meßintervallen mittels Satelliten-Geodäsie soll gemäß der Er
findung zur Bestimmung der Koordinaten der Verkippungseinrichtung
eines ortsbeweglichen Groß-Verkippungsgerätes verfügbar gemacht
werden. Dabei handelt es sich insbesondere um die Position des
Abwurfendes eines im Tagebau eingesetzten Absetzers. Das die Ver
kippungseinrichtung darstellende Abwurfende wird von einem Ausle
ger getragen. Dieser Ausleger ist im allgemeinen in senkrechter
und horizontaler Ebene schwenkbar an der ortsbeweglichen Tragkon
struktion des Absetzers angebracht. Es wird im folgenden überwie
gend von einem Absetzer gesprochen, ohne daß damit jedoch eine
Einschränkung verbunden sein soll.
Für das Betreiben eines Tagebaus sind die Bilanz der verstürzten
Massen sowie die aktuelle Topographie der Abraumkippe von beson
derer Bedeutung. Für einen Tagebau wird im allgemeinen ein Modell
der Abraumkippe erstellt, welches die Anordnung der einzelnen
Schichten der Abraumkippe, deren Mächtigkeiten usw. angibt. Bei
diesen Schichten handelt es sich einmal um solche, die das stand
feste Material, beispielsweise Tone, Lehme oder dergleichen, ent
halten und zum anderen um die Schichten, die aus weniger stand
festem Material wie z. B. Sanden und Kiesen bestehen. Anhand die
ses Kippenmodells kann durch einen Vergleich zwischen der Aus
gangssituation und der aktuellen Topographie festgestellt werden,
welche Mengen welcher Materialien wo bereits verstürzt worden
sind. D. h., daß durch einen derartigen Vergleich immer die aktu
elle Topographie der Abraumkippe wiedergegeben wird. Zur Feststel
lung der verstürzten Massen nach Menge, Lage und Beschaffenheit
sind bisher manuelle Vermessungsverfahren üblich, so daß wegen des
damit verbundenen relativ hohen Zeitaufwandes lediglich alle
14 Tage ein genauer Plan erstellt und das Kippenmodell aktuali
siert werden konnte.
Aus der Deutschen Patentanmeldung DE 39 26 223.5 A1, EP 4 12 398 A1
welche die Anmelderin mit zwei weiteren Anmelderinnen gemeinschaft
lich getätigt hat, ist ein Verfahren zur Fördervolumenmessung aus
der Schnittkontur eines Schaufelradbaggers oder von anderen Tage
baugeräten mit Hilfe von Impulslaufzeit-Messungen der Geometrie
eines Abbauortes bekannt geworden (Relativ-Verfahren). Die Ermitt
lung der Geometrie des Abbauortes erfolgt durch einen in einem vom
Tagebaugerät mitgeführten, lageorientierten Meßlaser erzeugten
Laserstrahl über Laufzeitmessungen des Laserlichtes, wobei die
Laufzeit in einem Rechner ausgewertet wird.
Bei dieser bekannten Anmeldung geht es also bereits um die Ermitt
lung der Tagebaugeometrie von Gewinnungsgeräten mit Hilfe von
Laser-Scannern. Ein Hinweis darauf, wie diese bekannte Technik in
der aufgabengemäßen Weise für das Verstürzen von Abraum angewendet
werden kann, ist in der bekannten Patentanmeldung nicht enthalten.
Insbesondere fehlt es an jeglichem Hinweis darauf, daß es zur ge
nauen Bestimmung des Verkippungsfortschritts auf einer Abraumkippe
zwingend erforderlich ist, zuvor die Position des Abwurfendes des
Absetzers zu ermitteln, dieser Position die jeweilige Höhe der
verstürzten Massen zuzuordnen und das Ganze in ein vorbereitetes
Kippenmodell einzuordnen, um zu zuverlässigen Aussagen über den
Aufbau und die Gestalt der Abraumkippe zu gelangen (Absolut-Ver
fahren).
Mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
auf vorteilhafte Weise gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestal
tungen des Verfahrens ergeben sich aus den einzelnen Unteran
sprüchen 2 bis 9. In diesem Zusammenhang ist als vorteilhafte
Ausführungsform hervorzuheben, daß der erste Empfänger am Abwurf
ende des Auslegers angeordnet ist und aus den ermittelten Positio
nen die dreidimensionale Lage des Laser-Scanners ermittelt wird.
In den Unteransprüchen 11 bis 14 wird sodann angegeben, nach wel
chen Merkmalen ein Absetzer ausgestaltet sein muß, damit man mit
seiner Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher
beschrieben. Es zeigen jeweils in nicht-maßstäblicher und verein
fachter Darstellung die
Fig. 1 die Seitenansicht eines Absetzers in einem Tagebau,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Absetzer der Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Abwurfendes des Abset
zers innerhalb des Verkippungsmodells,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Verkippungsmodells der Fig. 3 in
verkleinertem Maßstab und
Fig. 5 eine Ausführungsform der zur Durchführung des Verfahrens
erforderlichen Hardware-Komponenten und deren Verknüp
fung.
Der in der Fig. 1 dargestellte Absetzer 4 weist einen ortsbeweglichen Teil oder eine Tragkonstruk
tion 5 auf, die mit einem Fahrwerk 6 versehen ist,
mit dessen Hilfe der Absetzer 4 auf dem Planum 7 der Abraumkippe 8
bewegt werden kann. Die Tragkonstruktion 5 ist gegenüber dem Fahr
werk 6 um eine vertikale Achse 9 drehbar. An der Tragkonstruk
tion 5 ist ein Ausleger 10 in vertikaler Ebene schwenkbar ange
bracht. Vom freien Abwurfende 11 des Auslegers 10 herab wird Ab
raum 12 auf der Abraumkippe 8 verstürzt. Der Absetzer 4 befindet
sich in einem Tagebau 13 und schüttet dort die Abraumkippe 8 als
sogenannte "Innenkippe" auf.
In der Nähe des Abwurfendes 11 ist am Ausleger 10 ein zweiter Em
pfänger 1 (GPS-Antenne 1) angeordnet. Auf dem Pylon 14 der Trag
konstruktion 5 befindet sich ein erster Empfänger 2 (GPS- Anten
ne 2). Ein dritter Empfänger oder Bezugsempfänger 3 befindet sich ortsfest auf dem Dach
eines Gebäudes 15, das außerhalb des Tagebaus 13 angeordnet ist
(Fig. 1).
Innerhalb der Radiosichtweite der Empfänger 1, 2 und 3 wird die
Erde von vier Satelliten 16, 17, 18 und 19 umkreist. Die Satelli
ten 16, 17, 18 und 19 bewegen sich beispielsweise jeweils auf Um
laufbahnen, die voneinander verschieden sein können. Der
Satellit 16 bewegt sich auf der Umlaufbahn 20, der Satellit 17 auf
der Umlaufbahn 21, der Satellit 18 auf der Umlaufbahn 22 und
schließlich der Satellit 19 auf der Umlaufbahn 23 um die Erde. Die
Umlaufbahnen 20, 21, 22 und 23 sowie die geozentrischen Koordina
ten der Satelliten 16, 17, 18 und 19 sind zu jederzeit bekannt und
werden von den Satelliten 16 bis 19 fortlaufend als Meßsignale
ausgesendet.
Wie aus der Fig. 1 weiter erkennbar, stehen die Empfänger 1, 2 und
3 über die Meßstrahlen oder Meßsignale 25, 27, 30, 33 bzw. 26, 29, 32, 34 bzw. 24,
27, 31 und 35 mit jeweils jedem der Satelliten 16, 17, 18 und 19
in Verbindung.
Sobald einer der Satelliten 16 bis 19 außerhalb der Empfangssicht
weite eines der Empfänger 1 bis 3 gerät, tritt an seine Stelle ein
anderer Satellit des GPS-Systems, welches bis zu einundzwanzig
Satelliten umfassen kann. Es ist also dafür Sorge getragen, daß
sich stets vier Satelliten innerhalb der Radiosichtweite der Em
pfänger 1 bis 3 befinden. Demnach stellt die Fig. 1 einen zeit
lichen Ausschnitt aus der Sende-Empfangssituation zwischen den
Empfängern 1 bis 3 und den Satelliten 16 bis 19 dar. Auf diese
Weise ist gewährleistet, daß zu jeder beliebigen Zeit ein Empfän
ger 1 bis 3 mit vier Satelliten gleichzeitig in Verbindung steht,
so daß jederzeit die dreidimensionalen Koordinaten jedes der Em
pfänger 1 bis 3 eindeutig bestimmt werden können.
An dem dem Abwurfende 11 abgekehrten Ende weist der Absetzer 4
einen weiteren, mit der Tragkonstruktion 5 verbundenen Ausleger 36
auf. Beide Ausleger 10 und 36 sind mit Förderbändern (nicht ge
zeigt) versehen, über die die von einem Schaufelradbagger (nicht
gezeigt) im Tagebau 13 an anderer Stelle gewonnenen Abraummassen
dem Absetzer 4 zugeführt werden, um schließlich über das Abwurf
ende 11 des Auslegers 10 auf der Abraumkippe 8 verstürzt zu wer
den.
Der am vorderen Abschnitt des Auslegers 10 in der Nähe des Abwurf
endes 11 angeordnete zweite Empfänger 1 ist so positioniert, daß er
mit seiner Antenne bei jeder denkbaren Position des Auslegers 10
die Signale der Satelliten 16, 17, 18 und 19 empfangen kann. Der
auf dem Pylon 14 angeordnete erste Empfänger 2 wird durch keine
Aufbauten des Absetzers 4 überschattet, so daß auch der erste Em
pfänger 2 stets mit den Satelliten 16, 17, 18 und 19 in Empfangs
sichtverbindung stehen kann.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Koordinaten der
Empfänger 1 und 2 gleichzeitig mittels Satelliten-Geodäsie be
stimmt. Mit den Koordinaten liegt der Abstand 37 zwischen den Em
pfängern 1 und 2 fest. Diesem Abstand 37 läßt sich eindeutig eine
Winkellage des Auslegers 10 in einer vertikalen Ebene zuordnen,
wodurch auch die Lage des Abwurfendes 11 in Bezug auf die Empfän
ger 1 und 2 eindeutig festliegt. Da die Empfänger 1 und 2 in Bezug
auf die vertikale Achse 9 keine relative Bewegung zueinander aus
führen, sind mit der Richtung der Geraden 37, die durch die beiden
Empfänger 1 und 2 verläuft, auch die Ausrichtung des Auslegers 10
und damit die Position des Abwurfendes 11 im Raum festgelegt. Eine
mögliche seitliche Neigung des Absetzers 4 ist gering und kann
dabei unberücksichtigt bleiben.
Sollte die seitliche Neigung des Absetzers 4 jedoch nicht vernach
lässigbar klein sein, muß ein weiterer Empfänger an dem Absetzer 4
vorgesehen sein, damit die Neigung auch erfaßt werden kann.
Wie aus der Draufsicht der Fig. 2 erkennbar, befindet sich die
vertikale Achse 9, d. h. die Schwenkachse des Absetzers 4 in einer
fixierten Stellung 38 zwischen den beiden Positionen 39 und 40.
Die Position 38 befindet sich beispielsweise in der Mitte der die
Positionen 39 und 40 miteinander verbindenden strichpunktierten
Linie 41. Die Linie 41 deutet die Richtung 42 an, auf der sich der
Absetzer 4 über das Planum 7 bewegt, um Abraum zu verkippen. Diese
Bewegung ist nicht kontinuierlich, vielmehr muß man sich vorstel
len, daß der Absetzer 4 zunächst in der Position 39 gehalten hat,
um Abraum zu verkippen, sodann in die Position 38 gefahren ist,
welche in der Fig. 2 festgehalten wurde und, nachdem er seine Ar
beit in der Pos. 38 beendet haben wird, in die Position 40 fahren
wird, um dort erneut Abraum zu verkippen. Die Positionen 38, 39
und 40 stellen deshalb Stillstandspositionen für den Absetzer 4
dar, aus denen heraus er jeweils Abraum auf der Abraumkippe 8 ver
kippt.
In diesen jeweiligen Stillstandspositionen 38, 39 und 40 wird der
Ausleger 10 nacheinander um die vertikale Achse 9 verschwenkt. In
Bezug auf die vertikale Achse 9 befindet sich der Ausleger 10 in
der Fig. 3 in seiner linken äußeren Schwenkposition, welche durch
die strichpunktierte Linie 43 angedeutet ist. In lotrechter Stel
lung in Bezug auf die Bewegungsrichtung 41 ist der Ausleger 10
beispielsweise in Richtung der strichpunktierten Linie 44 und in
der äußersten rechten Schwenkstellung der vertikalen Achse 9 in
Richtung der strichpunktierten Linie 45 angeordnet. Der Ausle
ger 10 ist also um die mittlere Schwenkposition 44 nach rechts und
links jeweils um die Winkel 46 verschwenkbar.
In der gezeigten linken Schwenkposition 43 wird Abraum vom Abwurf
ende 11 des Auslegers 10 verstürzt und fällt auf die Abraumkippe 8
nieder, um dort einen Haufen bilden, dessen Grundriß durch die
Kreislinie 47 angedeutet ist. Entsprechendes gilt für die
Kreise 48 und 49, welche den Schwenkpositionen 44 und 45 zuzuord
nen sind. Wie man aus der Draufsicht deutlich sieht, überschneiden
die Kreise, Bereich 47 bis 49, einander in den Sektoren 50. Somit ergibt
sich ein kontinuierlich durchlaufendes Verkippungsprofil, welches
durch die strichpunktierte Linie 51 angedeutet wird. Der von dem
Abwurfende 11 herabfallende Abraum trifft beispielsweise auf dem
Haufen 47 im Punkt oder Gipfelpunkt 52 auf, der auch in der Seitenansicht der
Fig. 1 angedeutet ist.
Die Höhe 51 des Abraumprofils über dem Planum 7 wird nun exakt
ermittelt. Zu diesem Zweck sind zu beiden Seiten des Abwurfen
des 11 des Auslegers 10 je ein Laser-Scanner 61 und 62 angeordnet.
Die beiden Laser-Scanner 61 und 62 sind jeweils um vertikale Ebe
nen 53 und 54 schwenkbar, wie sie durch die jeweils strichpunk
tierten Linien angedeutet sind. Der Winkel 55 (Fig. 1) gibt den
Schwenkbereich beispielsweise des Laser-Scanners 61 innerhalb der
vertikalen Ebene 53 an. Innerhalb dieser vertikalen Meßebene 53
werden von dem Laser-Scanner 61 nacheinander die Punkte 56, 57,
52, 58, 59 und 60 abgetastet. Während sich der Meßpunkt 56 auf der
Oberkante der Böschung der Abraumkippe 8 befindet und somit gegen
über dem Laser-Scanner 61 eine fast horizontale Lage einnimmt,
befindet sich der Meßpunkt 60 auf dem Planum 7 weit unterhalb des
Laser-Scanners 61 und ist von diesem, wie in der Fig. 1 angegeben,
ungefähr 50 m weit entfernt. Gemessen am Schwenkbereich 55 befin
den sich die Meßpunkte 52 und 56 bis 60 jeweils unter einem Winkel
zwischen 5 und 30°, vorzugsweise 10°, weit auseinander. Durch die
Abtastung erhält man also ein Schnittprofil der Abraumkippe 8
längs der vertikalen Ebene 53, welches durch die Folge der Meß
punkte 56, 57, 52, 58, 59 und 60 dargestellt werden kann, wie das
in der Seitenansicht der Fig. 1 der Fall ist. Hierzu ist zu dem
Meßpunkt 52 noch auszuführen, daß sich das Tal 63 im Schatten des
Meßstrahls, der die Entfernung 64 darstellt, befindet, der die Entfernung zwischen dem Laser-
Scanner 61 und dem Meßpunkt 52 darstellt. Die genaue Lage des
Tals 63 wird beispielsweise rechnerisch aus den bekannten Daten
des Schüttwinkels des jeweils verkippten Abraummaterials ermit
telt.
Beim Verschwenken des Auslegers 10 zwischen den Schwenkpositi
onen 43, 44 und 45 wird der in Schwenkrichtung hintere Laser-
Scanner, in diesem Falle der Laser-Scanner 61 benutzt. Anders beim
Verschwenken des Auslegers 10 Von der rechten Schwenkposition 45
in die linke Schwenkposition 43; in diesem Falle würde der Laser-
Scanner 62 benutzt werden, um das Abraumprofil längs der vertika
len Meßebene 54 zu ermitteln. Es wird also jeweils der in Schwenk
richtung hintere Laser-Scanner zur Ermittlung des Abraumprofiles
benutzt.
Mit der Erstellung eines Abraumprofils beispielsweise analog dem
Abraumprofil der Fig. 1 allein ist es aber noch nicht getan. Das
Ganze macht erst Sinn, wenn darüber auch der Fortschritt des Ver
kippens festgestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Abraum
kippe 8 in ein Rastermodell unterteilt, dessen Netz oder geodätisches Modell 65 durch die
unterbrochenen Linien in der Fig. 2 dargestellt ist. Das Rastermo
dell besteht aus einzelnen Säulenwürfeln 66, wie sie in der Fig. 3
noch einmal perspektivisch vergrößert herausgezeichnet sind. In
Bezug auf die Böschungen 67 und 68 nehmen die Säulenwürfel 66 je
weils unterschiedliche Höhen an, denen rechnerische Höhen, be
zeichnet durch die Großbuchstaben "Hx", zugeordnet sind. Auf
diese Weise wird die gesamte Höhe "H" der Böschung 68 über ihre
Tiefe "T" in einzelne Rasterwürfel 66 unterteilt, denen unter
schiedliche Höhen "Hx" zugeordnet sind. Die unterschiedlichen
Höhen "Hx" sind eine Funktion des Böschungswinkels 69, welcher
sich auf der Böschung 68 in Abhängigkeit von dem jeweils verstürz
ten Abraum 12 selbsttätig einstellt und aus geomechanischen Daten
bekannt ist. Mithin sind also die Zwischenhöhen "Hx" der einzel
nen Rasterwürfel ansich bekannt und liegen ebenfalls dem Raster
modell 65 der Abraumkippe 8 zugrunde. Mit Hilfe der Laser-
Scanner 61 bzw. 62 wird durch das Abtasten der Meßpunkte 52 und 56
bis 60 jeweils festgestellt, wieviel Abraum sich tatsächlich in
den einzelnen Rastersäulen 66 befindet. Dieser so festgestellte
Ist-Wert wird mit dem der Fig. 3 entsprechenden Rastermodell als
Soll-Wert verglichen und ergibt sodann ein Maß für die Menge des
tatsächlich verkippten Abraums bzw. für den Verkippungsfortschritt
auf der Abraumkippe 8.
Wie in der Fig. 2 weiter erkennbar, ist das Rastermodell 65 lot
recht in Bezug auf die mittlere Schwenkstellung 44 des Abset
zers 10 ausgerichtet. Dadurch ergeben sich in der linken Schwenk
stellung 43 bzw. rechten Schwenkstellung 45 jeweils Verdrehungen
der Meßebenen 53 bzw. 54 um einen Winkel 70 bezüglich der mittle
ren Schwenkstellung 44. Die sich aus einer solchen Verdrehung 70
ergebende Meßungenauigkeit ist aber im Hinblick auf das Gesamtge
schehen der Abraumverkippung vernachlässigbar gering. Wo sie es
nicht sein sollte, kann sie häufig durch mathematische Korrekturen
im Rechner ausgeglichen werden. Eine andere Möglichkeit des Aus
gleichs besteht allerdings auch darin, die Laser-Scanner 61 bzw.
62 in Bezug auf die jeweilige Schwenkrichtung des Auslegers 10
gegenläufig zu verschwenken. Dadurch wird die Genauigkeit des Ab
tast- und Meßverfahrens weiterhin gesteigert, wofür allerdings im
allgemeinen in dem großen Betrieb eines Tagebaus nicht immer eine
Notwendigkeit vorliegt; ganz abgesehen davon, daß eine mögliche
Lageregelung der Laser-Scanner 61 bzw. 62 im Gegenlauf zur jewei
ligen Schwenkbewegung des Auslegers 10 einen erhöhten Aufwand an
Steuerungs- und Regelungstechnik notwendig macht.
In Fig. 5 ist das Ausführungsbeispiel eines Rechnersystems und
eine mögliche Verknüpfung seiner Hardware-Komponenten dargestellt.
Die Empfänger 1 und 2, die auf dem Absetzer 4 angeordnet sind,
speisen über die Verbindungen 71 und 72 ihre Meßdaten in einen
Prozeßrechner 73 ein. Der Prozeßrechner kann beispielsweise auf
dem Absetzer 4 angeordnet sein und sich dort vorzugsweise inner
halb von dessen Führerstand (nicht gezeigt) befinden. Der dritte,
ortsfest auf dem Gebäude 15 am Rand des Tagebaus 13 angeordnete
Empfänger 3 ist über die Verbindung 74 ebenfalls mit dem Prozeß
rechner 73 verbunden. Die Verbindungen 71, 72 und 74 können bei
spielsweise Leitungen oder Funkstrecken sein, welche sich zur Da
tenübertragung eignen. Aber auch die Laser-Scanner 61 und 62
stehen über Verbindungen 75 bzw. 76 mit dem Prozeßrechner 73 in
ständiger Verbindung. Für die Verbindungen 75 und 76 gilt das
Gleiche wie für die übrigen Verbindungen, nämlich daß sie aus
Leitungen oder Funkstrecken zur Datenübertragung bestehen können.
Dem Prozeßrechner 73 ist außerdem eine Steuereinheit 77 zugeord
net, über welche Daten hinsichtlich der Art des von dem Absetzer 4
zu verstürzenden Abraums 12 und Signale für einen Stopp oder An
laufen des Abraums sowie der jeweiligen Schwenkposition des Ausle
gers 10 in den Prozeßrechner 73 über die Verbindungsleitung 78
eingegeben werden.
Sowohl der Prozeßrechner 73 als auch der mit ihm kontinuierlich
über die Leitung 79 in Verbindung stehende Hauptrechner 80 können
Informationen bzw. Daten enthalten, welche ein digitales Modell 65
der Abraumkippe 8 betreffen, auf welcher von dem Ausleger 10 Ab
raum 12 verstürzt wird. Es ist üblich, einen Rechner 81 zur Be
triebsüberwachung vorzusehen, welcher statistische Daten des Tage
baubetriebes bzw. der Abraumkippe 8 sammelt und vorhält. Solche
Daten bestehen beispielsweise aus Informationen über Betrieb oder
Störungen von Bandanlagen oder über die Belegung von Bandwaagen
sowie über die Art und Konsistenz des jeweils zu verkippenden Ab
raummaterials. Die Verbindung 82 zwischen dem Prozeßrechner 73 und
dem Rechner 81 wird beispielsweise über eine Funkstrecke 82 oder
ein Datenkabel hergestellt.
Der Rechner 81 zur Betriebsüberwachung steht ebenfalls mit dem
Hauptrechner 80 in Verbindung, welcher beispielsweise im Gebäu
de 15 der Markscheiderei des Tagebaus 13 installiert ist. Über die
wechselseitigen Verbindungen 83 werden zwischen den Rechnern 80
und 81 Korrekturen ausgetauscht. Andererseits steht der in der
Markscheiderei installierte Hauptrechner 80 auch über die Verbin
dung 79 mit dem Prozeßrechner 73 auf dem Absetzer 4 auf Abruf in
Verbindung. Hiermit ist eine Verknüpfung zwischen den drei Rech
nern 73, 80 und 81 hergestellt, die eine Kommunikation dieser drei
Rechner untereinander ermöglicht. Weiterhin steht der Hauptrech
ner 80 noch über eine Verbindung 84 mit einem Großrechner 85 in
Verbindung, der an einem anderen Ort aufgestellt sein kann. In dem
Großrechner 85 sind sämtliche, auch über die Abraumkippe 8 hinaus
gehenden Daten des Betriebsgeschehens gespeichert. Die Übertragung
der Daten über die gezeigten Verbindungen 79, 82, 83 und 84 kann
sowohl über Funk als auch über Kabel, beispielsweise Kupfer- oder
Glasfaserkabel, erfolgen.
Einzelheiten der Verkippung sind in den Fig. 3 und 4 schematisch
dargestellt. Der Ausleger 10 wird so bewegt, daß das Abwurfende 11
nacheinander die einzelnen Rastersäulen 66 erreicht. Zu diesem
Zweck wird der Ausleger 10 in Richtung des Pfeiles 86 über den
Bereich der Schwenkstellungen 43 und 45 verschwenkt. Daneben kann
der Ausleger aber auch noch in Grenzen um einen Drehpunkt 87 der
Tragkonstruktion 5 in einer vertikalen Ebene verschwenkt werden,
deren jeweilige Spur auf dem Planum 7 beispielweise durch die Mit
tellinien 43, 44 und 45 angedeutet ist. Bei jeder Verschwenkung
des Auslegers 10 in einer der vertikalen Ebenen 43, 44 und 45 ver
ändert sich der Abstand 37 zwischen den Antennen 1 und 2 ent
sprechend ebenso wie das für die Lage des Abwurfendes 11 in der
Projektion auf das Planum 7 der Fall ist. Die durch ein Verschwen
ken des Auslegers 10 um den Drehpunkt 87 mögliche Veränderung der
Wurfweite des Abraums 12 ist jedoch gering und muß allenfalls be
rücksichtigt werden, wenn der Absetzer 4 eine Abraumkippe 8 in
extremer Hoch- oder Tiefschüttung aufschüttet.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß nahezu zu
jedem Zeitpunkt eine aktuelle Massenbilanz und eine aktuelle Geo
metrie einer Abraumkippe erstellt werden können. Die Bestimmung
der Koordinaten der jeweiligen Empfänger erfolgt dabei näherungs
weise kontinuierlich, z. B. einmal pro Sekunde. Diesen Meßdaten
werden die Abstände zugeordnet, welche sich aus der Abtastung der
Abraumkippe mit den Laser-Scannern ergeben. Alle Daten sind im
wesentlichen sofort verfügbar, so daß eine effektive Steuerung und
Planung des Einsatzes des Absetzers im Betriebsgeschehen des Tage
baus möglich wird.
Ziffernverzeichnis
1 GPS-Antenne 1
2 GPS-Antenne 2
3 GPS-Antenne 3
4 Absetzer
5 Tragkonstruktion
6 Fahrwerk
7 Planum
8 Abraumkippe
9 vertikale Achse
10 Ausleger
11 Abwurfende
12 Abraum
13 Tagebau
14 Pylon
15 Gebäude
16 Satellit
17 Satellit
18 Satellit
19 Satellit
20 Umlaufbahn
21 Umlaufbahn
22 Umlaufbahn
23 Umlaufbahn
24 Meßstrahl
25 Meßstrahl
26 Meßstrahl
27 Meßstrahl
28 Meßstrahl
29 Meßstrahl
30 Meßstrahl
31 Meßstrahl
32 Meßstrahl
33 Meßstrahl
34 Meßstrahl
35 Meßstrahl
36 Ausleger
37 Abstand
38 fixierte Stellung
39 Position
40 Position
41 Verbindungslinie
42 Bewegungsrichtung
43 linke Schwenkposition
44 mittlere Schwenkposition
45 rechte Schwenkposition
46 Schwenkwinkel
47 Haufengrundriß
48 Haufengrundriß
49 Haufengrundriß
50 Überschneidungssektor
51 Höhenlinie des Verkippungsprofils
52 Gipfelpunkt
53 vertikale Ebene
54 vertikale Ebene
55 Abtastbereich
56 Meßpunkt
56 Meßpunkt
57 Meßpunkt
58 Meßpunkt
59 Meßpunkt
60 Meßpunkt
61 Laser-Scanneer
62 Laser-Scanner
63 Tal
64 Meßstrahl
65 Rastermodell
66 Säulenwürfel
67 Böschung
68 Böschung
69 Böschungswinkel
70 Verdrehungswinkel
71 Verbindung
72 Verbindung
73 Prozeßrechner
74 Verbindung
75 Verbindung
76 Verbindung
77 Steuereinheit
78 Verbindungsleitung
79 Verbindung
80 Hauptrechner
81 Rechner Betriebsüberwachung
82 Verbindung
83 wechselseitige Verbindung
84 Verbindung
85 Großrechner
86 Schwenkrichtung
87 Drehpunkt
2 GPS-Antenne 2
3 GPS-Antenne 3
4 Absetzer
5 Tragkonstruktion
6 Fahrwerk
7 Planum
8 Abraumkippe
9 vertikale Achse
10 Ausleger
11 Abwurfende
12 Abraum
13 Tagebau
14 Pylon
15 Gebäude
16 Satellit
17 Satellit
18 Satellit
19 Satellit
20 Umlaufbahn
21 Umlaufbahn
22 Umlaufbahn
23 Umlaufbahn
24 Meßstrahl
25 Meßstrahl
26 Meßstrahl
27 Meßstrahl
28 Meßstrahl
29 Meßstrahl
30 Meßstrahl
31 Meßstrahl
32 Meßstrahl
33 Meßstrahl
34 Meßstrahl
35 Meßstrahl
36 Ausleger
37 Abstand
38 fixierte Stellung
39 Position
40 Position
41 Verbindungslinie
42 Bewegungsrichtung
43 linke Schwenkposition
44 mittlere Schwenkposition
45 rechte Schwenkposition
46 Schwenkwinkel
47 Haufengrundriß
48 Haufengrundriß
49 Haufengrundriß
50 Überschneidungssektor
51 Höhenlinie des Verkippungsprofils
52 Gipfelpunkt
53 vertikale Ebene
54 vertikale Ebene
55 Abtastbereich
56 Meßpunkt
56 Meßpunkt
57 Meßpunkt
58 Meßpunkt
59 Meßpunkt
60 Meßpunkt
61 Laser-Scanneer
62 Laser-Scanner
63 Tal
64 Meßstrahl
65 Rastermodell
66 Säulenwürfel
67 Böschung
68 Böschung
69 Böschungswinkel
70 Verdrehungswinkel
71 Verbindung
72 Verbindung
73 Prozeßrechner
74 Verbindung
75 Verbindung
76 Verbindung
77 Steuereinheit
78 Verbindungsleitung
79 Verbindung
80 Hauptrechner
81 Rechner Betriebsüberwachung
82 Verbindung
83 wechselseitige Verbindung
84 Verbindung
85 Großrechner
86 Schwenkrichtung
87 Drehpunkt
Claims (14)
1. Verfahren zum Bestimmen des Verkippungsfortschrittes und der auf einer Abraumkippe verkippten Massen, die mit
Hilfe eines Absetzers, der eine ortsbewegliche Tragkonstruktion
aufweist, an welcher ein mit einem Abwurfende versehener Ausleger beweglich angebracht ist,
auf der
Abraumkippe verstürzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die gesendeten Meßsignale von wenigstens vier, die Erde auf Umlaufbahnen umkreisenden Satelliten mit Hilfe von wenig stens zwei Empfängern empfangen werden, von denen ein erster in der Nähe des Abwurfendes und der zweite auf der Tragkonstruktion angeordnet ist,
- - die empfangenen Meßsignale einem Rechnersystem zuführt und dort die Orientierung des Auslegers im Raum sowie die geo dätische Position des Abwurfendes ermittelt werden,
- - wenigstens ein jeweils in einem Bereich unterhalb des Ab wurfendes befindlichen Punkt der Abraumkippe vom Abwurfende aus mit Hilfe von wenigstens einem Laser-Scanner abgetastet und dabei die Entfernung zwischen dem Abwurfende und dem Punkt gemessen wird,
- - der Meßwert der Entfernungsmessung im Rechnersystem der geo dätischen Position des Abwurfendes zugeordnet und aus
- - der weiteren Zuordnung dieses Meßwerts zu einem im Rechner system gespeicherten Modell der Abraumkippe die aktuelle Verkippungshöhe des Abraums auf der Abraumkippe festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßsignale von wenigstens vier Satelliten gleichzeitig von
einem als Bezugsempfänger dienenden dritten Empfänger empfan
gen werden, der mit bekannter geodätischer Position ortsfest
in der Umgebung des Absetzers angeordnet ist und die Meßsig
nale, die gleichzeitig von den drei Empfängern empfangen wer
den, dem Rechnersystem zugeführt werden und dort die Koordina
ten des ersten und des zweiten Empfängers relativ zu denen des
Bezugsempfängers bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als
Bezugsempfänger dienende dritte Empfänger in einer Position
angeordnet wird, die einen Bezugspunkt in einem für die aufzu
schüttende Abraumkippe maßgeblichen Koordinatensystem dar
stellt und die ermittelten Positionen des ersten Empfängers
und des zweiten Empfängers auf dem Absetzer einem Rechner zu
geführt werden, in welchem die Positionen der Empfänger in
Koordinaten dieses lokalen Koordinatensystems transformiert
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ermittlung der Positionen der Empfänger in zeitlichen Abstän
den von 0,3 sec bis 600 sec erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Empfänger auf der ortsbeweglichen Tragkonstruktion an
geordnet ist, welche den beweglichen Ausleger trägt, und aus
den ermittelten Positionen des ersten und des zweiten Empfän
gers auch deren Abstand voneinander im Rechnersystem ermittelt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit
dem Laser-Scanner nacheinander eine Mehrzahl von Punkten abge
tastet wird, die entlang wenigstens einer, insbesondere vertikalen
Linie angeordnet sind und dabei die jeweilige Entfernung
zwischen dem Abwurfende und dem Abraum gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Laser-Scanner zum Abtasten einzelner Punkte von Punkt zu Punkt
jeweils um Winkel zwischen 5 und 30°, vorzugsweise 10°, über
einen Bereich von annähernd 180° verschwenkt wird.
8. Verfahren nach einem der Anprüche 1 oder 6, 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß Punkte mit Hilfe von zwei Laser-Scannern
abtastet werden, von denen je einer auf jeder Seite des Abwurfendes
auf dem Ausleger angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit
dem jeweils der Schwenkrichtung des Auslegers abgewandten
Laser-Scanner abtastet wird.
10. Absetzer zum Bestimmen des Verkippungsfortschrittes und der auf einer Abraumkippe verkippten Massen, mit
einer ortsbeweglichen Tragkonstruktion an welcher ein Ausleger
beweglich angebracht ist, der ein Abwurfende aufweist, von dem
herab der Abraum auf der Abraumkippe verstürzt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - zum Empfang von Meßsignalen (24 bis 35), welche von wenig stens vier Satelliten (16 bis 19) ausgesandt werden, die die Erde umkreisen und sich jeweils in Empfangssichtweite vom Ab setzer (4) befinden, ein erster Empfänger (2) auf dem orts beweglichen Teil (5) und
- - ein zweiter Empfänger (1) auf dem Ausleger (10) in der Nähe des Abwurfendes (11) angeordnet ist,
- - zur Ermittlung der Entfernung (64) zwischen dem Abwurf ende (11) und wenigstens einem in einem Bereich (47 bis 49) unterhalb des Abwurfendes (11) auf der Abraumkippe (8) be findlichen Punkt (52) wenigstens ein Laser-Scanner (61) auf dem Ausleger (10) sowie
- - ein Rechnersystem (73, 80, 81) mit einem ge speicherten geodätischen Modell (65) der Abraumkippe (8), in welchem die jeweils gemessene Entfernung (64) dem Mo dell (65) zugeordnet ist, vorgesehen ist.
11. Absetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Laser-Scanner (61) am Abwurfende (11) des Auslegers (10) ange
ordnet ist.
12. Absetzer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Laser- Scanner (61) in einer vertikalen Ebene (53)
schwenkbar ist.
13. Absetzer nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
zu jeder Seite des Abwurfendes (11) je ein Laser-Scanner (61,
62) angeordnet ist.
14. Absetzer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Umgebung des Absetzers (4) ein dritter Bezugsempfänger (3)
ortsfest angeordnet ist, und daß alle drei Empfänger (1, 2, 3)
mit demselben Rechnersystem (73, 80, 81) verbindbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914133392 DE4133392C1 (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Determining progress of mining material spreader - receiving signals from at least four satellites at end of tipping arm and at vehicle base and calculating actual geodetic positions and height of material tip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914133392 DE4133392C1 (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Determining progress of mining material spreader - receiving signals from at least four satellites at end of tipping arm and at vehicle base and calculating actual geodetic positions and height of material tip |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4133392C1 true DE4133392C1 (en) | 1992-12-24 |
Family
ID=6442311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914133392 Expired - Lifetime DE4133392C1 (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Determining progress of mining material spreader - receiving signals from at least four satellites at end of tipping arm and at vehicle base and calculating actual geodetic positions and height of material tip |
Country Status (1)
Country | Link |
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