掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム
掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）は、掘削機（１４）の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機（１２）；掘削機のブーム（３６）、スティック（３８）およびバケット（４０）の座標を得るよう構成されたバケット−機械本体測位システム（１６）；少なくとも１本のレーザビーム（２６）を受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を与えるよう構成されたレーザ検出器（２４）；移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの座標と、レーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステム（２８）を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明は、位置追跡および機械制御システムに関し、より具体的には、先行技術のシステムがもつ追跡および機械制御能力を最適化するために、互いに補完するよう構成されたレーザシステムと無線測位システムとの組合せに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
近年、無線測距または疑似衛星機械制御システムの分野において進歩が見られた。しかしながら、無線測距または疑似衛星機械制御システムでは、精度がセンチメートルまでに制限されている。
【０００３】
たとえば、トリンブル（Trimble）が導入してきた機械制御システムの系列には、単独昇降制御を備えたＧＣＳ３００、複式昇降制御を備えたＧＣＳ４００、横断勾配制御を備えたＧＣＳ５００、横断勾配および昇降制御を備えたＧＣＳ６００、そして最後に、センチメートルまでの精度で完全な３Ｄ制御を行うＧＣＳ９００が含まれる。別の例においては、トリンブルはまた、ＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ ＨＥＸ機械制御システムを投入した。トリンブルのＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎシステム（バージョン５．０）は、ブルドーザ、スクレーパ、モータグレーダ、圧縮機および掘削機上で使用される３Ｄ機械誘導および制御システムを含む。ＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ ＨＥＸ機械制御システムはＧＰＳ技術を用いる。ブルドーザまたはグレーダ上に設置されたＧＰＳ受信機は、機械のブレードの各々の端部に設置されたＧＰＳアンテナの正確な位置を絶えず算出する。オンボードコンピュータは、各々のブレード先端の正確な位置を判定し、その位置を立面図設計と比較し、次いで、勾配に合わせて切削または充填を算出する。この情報は、運転室内のスクリーンに表示され、切削／充填データがＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎのライトバーに伝えられ、これにより、勾配の上下や規定された並びの左右にオペレータを誘導する。
【０００４】
近年、面レーザを含む回転レーザシステムおよび扇形レーザシステムにおいても進歩が見られた。面レーザは光の基準面を与える。扇形レーザは、軸を中心として回転する光の１つ以上の面を与え、ここから高度差を得ることができる。高度差を導き出すための一般的な技術は、２つ以上の扇形ビームが検出される時間の差を判定することによるものである。トリンブル・レーザステーション（Trimble Laser Station）およびトプコン・レーザ・ゾーン・システム（Topcon Laser Zone System）などのこれらのシステムにより、ミリメートルまでの正確な高度差が得られる。掘削作業中の掘削機にとっては、垂直精度が重要な精度となる。
【０００５】
無線測距システムをレーザベースのシステムと組合せて、ミリメートルまでの垂直精度を有する掘削機を提供することが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
発明の開示
この発明は、掘削機の３Ｄ集積レーザならびに無線測位および誘導のためのシステムおよび方法を提供する。掘削機は、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端がキャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端がブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端がスティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含む。バケットの遠端は、フレームに向かうバケットの動きに応じて土を掘削するのに
用いられる切刃を規定する。
【０００７】
この発明の一局面は、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）に向けられている。
【０００８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）は、掘削機の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機；機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するよう構成されたバケット−機械本体測位システム；少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を与えるよう構成されたレーザ検出器；ならびに、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、レーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、かつ、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステムを含む。
【０００９】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ：Virtual Reference Station）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ：Wide Area Augmentation Service）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ：Real Time Kinematic）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ：High Performance）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択される。
【００１０】
この発明の一実施例においては、衛星受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global
Positioning System）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される。
【００１１】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システムは、角度（傾斜）センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータセンサ、および、ケーブルエンコーダからなる群から選択される。
【００１２】
この発明の一実施例においては、レーザ検出器はさらに、片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む。
【００１３】
この発明の別の実施例においては、レーザ検出器はさらに、両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む。
【００１４】
この発明の付加的な実施例においては、レーザ検出器はさらに、片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するよう構成された片傾斜扇形レーザ検出器を含む。
【００１５】
さらに、この発明の1つ以上の実施例においては、レーザ検出器はさらに、扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機と扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される。
【００１６】
この発明の一実施例においては、オンボードナビゲーションシステムはさらに、バケッ
トの切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成され、かつ、バケットの切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータを含む。
【００１７】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機のバケットの動きを表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステムを含み、バケットの切刃の垂直座標が、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００１８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局、および、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンクを含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して受信するよう構成される。無線通信リンクは、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される。
【００１９】
この発明のこの実施例においては、遠隔設置された制御局はさらに、遠隔制御される掘削機のバケットの動きを表示するよう構成されたディスプレイを含む。
【００２０】
この発明の別の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【００２１】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む。
【００２２】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）を含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）を含む。
【００２３】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機は、衛星受信機および擬似衛星受信機をさらに含み、ステップ（Ａ）はさらに、衛星受信機を用いることによって
掘削機の第１の水平座標を得るステップと、擬似衛星受信機を用いることによって掘削機の第２の水平座標を得るステップとを含む。
【００２４】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から少なくとも１つの位置センサを選択するステップ（Ｂ１）を含む。
【００２５】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜面レーザ検出器を用いることによって片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ１）を含む。この発明の別の実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、両傾斜面レーザ検出器を用いることによって両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ２）を含む。この発明の１つ以上の実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜扇形レーザ検出器を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ３）を含む。さらに、この発明の付加的な実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、扇形レーザ検出器を用いることによって扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ４）を含み、オンボードナビゲーションシステムは、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機と扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される。
【００２６】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｄ）はさらに、オンボードコンピュータを用いて、バケットの切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む。
【００２７】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、オンボードナビゲーションシステムを用いて、バケットの切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む。この発明の別の実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、遠隔設置された制御局を用いて掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む。この発明の１つ以上の実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、通信リンクを用いて、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとを接続するステップ（Ｅ３）と、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ３）はさらに、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む。
【００２８】
一実施例においては、掘削機はさらに、オンボードディスプレイシステムを含み、この発明の方法はさらに、オンボードディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｆ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００２９】
一実施例においては、遠隔設置された制御局はさらにディスプレイシステムを含み、この発明の方法はさらに、制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００３０】
この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられており、掘削機の３Ｄ座標は
、移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られる。
【００３１】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の３Ｄ座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む。
【００３２】
また、この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることにより、かつ、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【００３３】
この発明の一実施例においては、当該方法は、移動無線測位システム受信機を用いることにより、複数の測定値を生成することによって掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを利用することによって掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより、実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機を用いることによって得られた３Ｄ測定値の組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、レーザ検出器を用いることによって得られた局所的な垂直座標測定値の組に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、３Ｄ重み関数を備えた掘削機の３Ｄ座標測定値の組と、垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の組とを統合するステップ（Ｅ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｆ）を含む。
【００３４】
添付の図面は、この明細書において援用され、この明細書の一部を形成するものであり、この発明の実施例を例示し、その記載とともに、発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のための、面レーザ送信機を利用する掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）を示す図である。
【図２】この発明のための、扇形レーザ送信機を利用する掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
発明を実施するための最適なモード
ここで、この発明の好ましい実施例を詳細に参照する。それらの例は、添付の図面に示される。この発明は好ましい実施例に関連付けて説明されるが、それが、この発明がそれらの実施例に限定されることを意図したものではないことが理解されるだろう。逆に、こ
の発明は、添付の特許請求の範囲に規定されるとおり、この発明の精神および範囲内に含まれ得る代替例、変更例および同等例を包含するよう意図されたものである。さらに、この発明の以下の詳細な説明においては、この発明を完全に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、これらの具体的な詳細なしにこの発明が実施可能であることは当業者には明らかになるだろう。他の場合においては、この発明の局面を不必要にあいまいにしないようにするために、周知の方法、手順、構成要素および回路は詳細には説明していない。
【００３７】
以下の詳細な説明のうちいくつかの部分は、移動無線測位システム受信機、レーザベースの測位システム、およびオンボードナビゲーションシステムに関して示されている。これらの説明および図示は、ナビゲーションシステムの分野の当業者が、当該技術分野の他の当業者に対して自身の所業の内容を最も有効に伝えるのに用いる手段である。
【００３８】
この発明の一実施例においては、図１は、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０を示す。（図１の）典型的な掘削機１４は、トレッド部材３４を中心として水平に回動するキャブ部材３２を含むフレーム３３と、第１の回動手段４２によって基端がキャブ３２に回動可能に取付けられたブーム３６と、第２の回動手段４４によって基端がブーム３６の遠端に回動可能に取付けられたスティック３８と、第３の回動手段４６によって基端がスティック３８の遠端に回動可能に取付けられたバケット４０とを含む。バケット４０の遠端は、フレーム３３に向かうバケット４０の動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃３０を規定する。
【００３９】
この発明の一実施例においては、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０はさらに、掘削機１４の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機１２と、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成されたバケット−機械本体測位システム１６とを含む。
【００４０】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０はさらに、少なくとも１本のレーザビーム２６を受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標をもたらすよう構成されたレーザ検出器２４、ならびに、移動無線測位システム受信機１２によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システム１６によって得られた掘削機１４のブーム３６、スティック３８およびバケット４０の座標と、レーザ検出器２４によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、実質的に高い垂直精度で掘削機１４のバケット３０の切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステム２８を含む。
【００４１】
この発明の一実施例においては、衛星受信機（図示せず）は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される。
【００４２】
全地球測位システム（ＧＰＳ）は、衛星信号送信機のシステムであり、当該システムが送信する情報から、観測者の現在の位置および／または観測時間を決定することができる。ＧＰＳシステムは、引用によりこの明細書中に援用されている資料ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００：ＧＰＳインターフェイス制御資料（GPS Interface Control Document）（ARINC Research、１９９７年、ＧＰＳ共同計画事務所（GPS Joint Program Office））において十分に説明されている。
【００４３】
別の衛星ベースのナビゲーションシステムは、全地球的航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ：Global Orbiting Navigational System）と称されており、代替的または補助的な
システムとして動作し得る。ＧＬＯＮＡＳＳシステムは、旧ソビエト連邦によって軌道に配置され、現在ではロシア共和国によって管理されている。
【００４４】
欧州委員会の「２０１０年に向けての欧州運輸政策白書（White Paper on European transport policy for 2010）」に記載されているとおり、欧州連合は、全地球的航法衛星のインフラ（ＧＮＳＳ）の一環として独立した衛星ナビゲーションシステムＧＡＬＩＬＥＯを開発しようとしている。
【００４５】
この明細書中で言及される無線測位システム（ＲＡＤＰＳ）は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、全地球的航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、ＧＡＬＩＬＥＯシステム、および、観測者の位置および観測時間を決定するのに役立ち、そのすべてがこの発明の要件を満たしている情報を与える他の互換性のある全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星ベースのシステム、さらには、１つ以上の擬似衛星送信機を含むシステムなどの地上ベースの無線測位システムを指している。
【００４６】
ＲＡＤＰＳ受信機は、送信された天体暦のパラメータを復調することによってｉ番目の衛星の座標を決定した後、その未知の座標（ｘ0，ｙ0，Ｚ0）および未知の時間バイアス誤差（ｃｂ）について連立方程式の組の解を得ることができる。ＲＡＤＰＳ受信機はまた、移動プラットフォームの速度を判断することができる。
【００４７】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択される。
【００４８】
一実施例においては、（図１の）移動無線測位システム受信機１２は、ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む。ディファレンシャル位置判定の際、ＲＡＤＰＳ信号の誤差の多くは、絶対位置の判定の精度を損なうものであるが、物理的に接近している局の場合には大きさが類似している。したがって、ディファレンシャル位置判定の精度に対するこれらの誤差の影響は、部分的な誤差相殺のプロセスによって実質的に減らされる。こうして、ディファレンシャル測位方法は、これらの局間の距離が、通常の場合のように、これらの局から衛星までの距離よりも実質的に短いとすれば、絶対位置決め方式よりもはるかに正確になる。ディファレンシャル測位を用いることにより、絶対的に数センチメートルの範囲内の精度で位置座標および距離を提供することができる。ディファレンシャルＧＰＳは、（ａ）実時間コードディファレンシャルＧＰＳ；（ｂ）後処理ディファレンシャルＧＰＳ；ならびに、（ｃ）コードおよびキャリアＲＴＫディファレンシャルＧＰＳ受信機を含むリアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ディファレンシャルＧＰＳを含み得る。
【００４９】
ディファレンシャルＧＰＳ受信機は、さまざまな源からディファレンシャル補正を得ることができる。図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャルＧＰＳ受信機１２は、基地局（図示せず）からディファレンシャル補正を得ることができる。
【００５０】
既知の位置に配置された固定された基地局（ＢＳ：Base Station）により、受信された各々のＧＰＳ信号におけるレンジおよびレンジレート測定誤差が決定され、ローカルのユーザによって適用されるべき補正として、これらの測定誤差が伝えられる。基地局（ＢＳ）は、クロックバイアスＣＢBASEを持つそれ自体の不正確なクロックを有している。結果として、ローカルのユーザは、基地局の位置および基地局のクロックに対してより正確な
ナビゲーション結果を得ることができる。適切に設置されていれば、基地局から数百キロメートルの距離で５メートルの相対精度が可能となるはずである。
【００５１】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、無線通信装置（図示せず）および無線通信リンク（図示せず）を用いることによって、３００ｋＨｚ帯域放送で使われていない米国沿岸警備隊からのディファレンシャル補正を得るＴＲＩＭＢＬＥ Ａｇ ＧＰＳ−１３２受信機を用いることによって実現可能となる。この実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、米国沿岸警備隊の基地局から（２〜３００）マイル内に配置されなければならない。このディファレンシャルＧＰＳ方法の精度は約５０ｃｍである。
【００５２】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャル補正は、広域補強システム（ＷＡＡＳ）から得ることができる。ＷＡＡＳシステムは、衛星（最初に静止衛星ＧＥＯ）を用いて、ＧＰＳの保全および補正データをＧＰＳユーザに同報通信する基地局のネットワークを含む。ＷＡＡＳは、ＧＰＳを補強する測距信号を与える。すなわち、ＷＡＡＳ測距信号は、標準的なＧＰＳ受信機のハードウェアの変更を最小限にするよう設計されている。ＷＡＡＳ測距信号は、粗捕捉（Ｃ／Ａ）ＰＲＮコードだけを含むＧＰＳタイプの変調およびＧＰＳ周波数を利用する。加えて、コード位相タイミングをＧＰＳ時間に同期させて、測距能力を与える。位置解を得るために、ＷＡＡＳ衛星は、衛星選択アルゴリズムにおける他の如何なるＧＰＳ衛星としても使用可能である。ＷＡＡＳは、ＷＡＡＳに適合しているユーザには無料でディファレンシャル補正を行なう。この方法の精度は１メートルを上回っている。
【００５３】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む移動無線測位システム受信機１２を用いることにより、２ｃｍ未満の精度で位置選定を行うことができる。ＲＴＫは、ＧＰＳ信号補正が、既知の位置にある基準受信機から１つ以上の遠方のローバ受信機に実時間で送信されるプロセスである。ＲＴＫ対応のＧＰＳシステムを使用することにより、大気遅延、軌道誤差およびＧＰＳジオメトリにおける他の変動を補償することができ、センチメートルの範囲内まで測位精度が高められる。技術者、地形学者、測量技師および他の専門家によって用いられるＲＴＫは、精度が最重要視される応用例において用いられる技術である。ＲＴＫは、土木工学や浚渫などの応用例において、精密測位機器としてだけではなく、ナビゲーションシステムまたは自動機械誘導のための中核としても用いられる。これにより、他の従来の測位および追跡方法に勝る利点が得られ、生産性および精度が高められる。最も正確なＧＰＳ情報を送達するキャリア位相に加え、ＧＰＳ信号のコード位相を用いて、ＲＴＫはディファレンシャル補正を行なって、最も正確なＧＰＳ測位をもたらす。ＲＴＫプロセスは予備的なアンビギュイティ決定から始まる。これは、特にローバ受信機の速度が実現可能な性能またはシステム全体の信頼性を低下させるべきではない実時間においては、いかなるキネマティックシステムにとっても重要な局面となる。米国特許第５，６０２，７４１号を参照されたい。
【００５４】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む移動無線測位システム受信機１２は、無線通信装置（図示せず）および無線通信リンク（図示せず）を用いることにより、仮想基地局（ＶＢＳ）（図示せず）からディファレンシャル補正を得ることができる。
【００５５】
実際には、仮想基地局（ＶＢＳ）は、単一のセルラー式接続および無線伝送または同報通信システムからなる連結された通信リンクを介して、多数のローバに対し、ネットワークで作成された補正データを送達するよう構成される。無線送信システムの位置は、局所的な仮想基準局の位置として指定されたＧＰＳ基地局と同じ場所に配置することができる
。このＧＰＳ基地局は、ＧＰＳを用いてその位置を決定し、その位置を、局所的なＧＰＳ基地局とＶＲＳ基地局との間のセルラー式リンクを介してＶＲＳ基地局に送信する。これにより、このようなディファレンシャル補正が実在のＧＰＳ基地局位置で実際に引起こされているかのように、ＶＲＳ基地局がディファレンシャル補正を引起こすことが可能となる。ＶＲＳをより詳細に説明している、Ulrich Vollath、Alois Deking、Herbert Landau、およびChristian Pagelsによる論文「仮想基準局を用いた長距離ＲＴＫ測位（Long-Range RTK Positioning Using Virtual Reference Stations）」は、その全体が引用によりこの明細書中に援用されており、次のＵＲＬ：http://trl.trimble.com/dscgi/ds.py/Get/File-93152/KIS2001-Paper-LongRange.pdfでアクセスすることができる。
【００５６】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ Ｐｌｕｓのライトバー誘導システムをＡｇＧＰＳ ２５２の多機能受信機とを組合わせたトリンブル（Ｔｒｉｍｂｌｅ）（登録商標）のＡｇＧＰＳ（登録商標）ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ（登録商標）２５２システムを用いることによって実現可能である。ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ２５２のライトバー誘導システムにより、掘削機オペレータが所望のレベルのＧＰＳ精度を選択して、掘削機を手動で操縦することが可能となる。２インチを上回る精度を実現するために、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高機能（ＨＰ）衛星サービスを用いることもできる。
【００５７】
ＯｍｎｉＳＴＡＲ−ＨＰ（高機能）ソリューションは、ローバストで確実な高性能のＧＰＳ測位を提供する二重周波数ＧＰＳ補強サービスである。二重周波数ＧＰＳ観測を用いることにより、ＯｍｎｉＳＴＡＲ―ＨＰは、基準局およびユーザ位置で真の電離層誤差を測定して、位置決め精度におけるこの影響を実質的になくすことができる。ＧＰＳ受信機のキャリア位相データに含まれる他の情報とともにイオンフリーのこれらの測定値を用いると、ＯｍｎｉＳＴＡＲ−ＨＰソリューションは、選択された区域において無比の精度および性能をもつ広域測位ソリューションをもたらすことができる。公開されている精度は０．２メートルの水平（Ｈｚ）および０．３メートルの垂直（Ｚ）である。
【００５８】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、疑似衛星を用いることによって実現可能である。疑似衛星は、９００ＭＨＺ、２．４ＧＨｚもしくは５．８ＧＨｚ帯域のＩＳＭ帯域を含むＩＳＭ（Industrial scientific medical：工業・科学・医療）の無認可の動作帯域およびＧＰＳ周波数を含むがこれらに限定されないいかなる無線周波数でも作動するか、または、（９．５〜１０）ＧＨｚ帯域などの無線位置帯域で作動する地上ベースの無線測位システムを含む。疑似衛星は、高い精度、完全性および利用可能性を与えることによりＧＰＳを向上させるのに用いることができる。ＧＰＳ帯域における疑似衛星送信機の包括的な説明は、Bradford W. ParkinsonおよびJames J. Spilker Jr.によって編集され、１９６６年に米国航空宇宙学会（American Institute of Aeronautic and Astronautics, Inc.）により「宇宙航空学における発展（PROGRESS IN ASTRONAUTICS AND AERONAUTICS）」の第１６４巻で発表された「全地球測位システム：理論と応用；第ＩＩ巻（Global Positioning System: Theory and Applications; Volume II）」に見出すことができる。この発明のために、ロカタ（Locata）（オーストラリア（Australia）、キャンベラ（Canberra））およびノバリアント（Novariant）（カリフォルニア州（California）、メンロパーク（Menlo Park））によって製造された疑似衛星を用いることができる。
【００５９】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２の移動無線測位システムは、掘削機１４の位置座標を得るために、複数の可視衛星から衛星信号を受信するよう構成された衛星受信機（図示せず）と複数の利用可能な疑似衛星から疑似衛星信号を受信するよう構成された疑似衛星受信機（図示せず）との組合せを用いることによって実現することができる。無線測位システムとしての疑似衛星は、Ｉ
ＳＭ帯域で動作するよう構成され得る。こうして、この実施例においては、ユーザは、９００ＭＨＺ、２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの帯域を含むＩＳＭ通信システムの両端を所有することができる。ＩＳＭ技術は、カリフォルニア州、サニーベール（Sunnyvale）にあるトリンブル・ナビゲーション・リミテッド（Trimble Navigation Limited）、カリフォルニア州、ロスガトス（Los Gatos）にあるメトリコム（Metricom）、およびカリフォルニア州、サンタバーバラ（Santa Barbara）にあるユーティリコム（Utilicom）によって製造される。
【００６０】
以下の説明ではＧＰＳ受信機に焦点を合わせているが、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ複合型受信機、ＧＡＬＩＬＥＯ受信機または他の任意のＲＡＤＰＳ受信機のために同じ手法を用いることができる。
【００６１】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。これは複数の異なる方法を用いて行うことができる。
【００６２】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、ブーム３６に取付けられた傾斜（角度）センサ１８、スティック３８に取付けられた傾斜（角度）センサ２０、およびバケット４０に取付けられた傾斜（角度）センサ２２を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。
【００６３】
米国、０３７６６、ニューハンプシャー州（New Hampshire）、レバノン（Lebanon）にあるシグナルクエスト社（SignalQuest, Inc.）によって製造される傾斜センサは、この発明のために用いることができる。シグナルクエスト社は、埋込み型マイクロセンサを製造する。たとえば、ＳＱ−ＳＥＮ−００ｌＰシリーズセンサは、動作中には連続的にオン・オフ接点を閉じ、停止中には、開いた状態または閉じた状態になる。当該センサは、傾斜（静的加速）および振動（動的加速）の両方に影響を受けやすい。当該センサは、電流を制限するために単一の抵抗器を用いて、一連のＣＭＯＳまたはＴＴＬレベルの論理パルスを生成するのに容易に用いることができる。この信号は、マイクロコントローラを遮断（ウェイクアップ（wake up））するのに使用可能であるか、または、活動の量および期間を推定するようカウント可能である。当該センサは、完全に受動的であり、信号調整を必要とせず、０．２５ｕＡの連続電流を得るマイクロコントローラ遮断回路において容易に用いることができる。シグナルクエスト社によって製造される別のセンサには、ＳＱ−ＳＩ−３６０ＤＡソリッドステート（Solid-State）ＭＥＭＳ傾斜計がある。ＳＱ−ＳＩ−３６０ＤＡソリッドステートＭＥＭＳ傾斜計は、３６０εのピッチ角または±８０εのピッチおよびロール角のフルスケールレンジに直接対応するデジタルシリアル出力およびアナログ電圧出力をともに与える。
【００６４】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、液圧ラムの拡張を測定するケーブルエンコーダ（図示せず）を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。トリンブル・ナビゲーション・リミテッドは、ケーブルエンコーダを用いるＣＥ２１を製造する。
【００６５】
この発明のためのケーブルエンコーダは、光学インクリメンタルエンコーダを用いることにより実現可能である。光学インクリメンタルエンコーダは、動きを検知するのに光および光学部品を用いる線形／角度位置センサである。光学エンコーダは、位置情報を高速で提供することができる。大抵の回転式光学エンコーダは、等間隔をあけて印が付けられたガラス円板で構成されており、円板の一方側に光源が搭載され、反対側に光検出器が搭載されている。回転式光学エンコーダの構成要素は、典型的には、過酷な産業環境にしばしば存在する塵や他の材料から光路および電子機器を保護する堅牢な密閉型ハウジングに
パッケージされている。円板が回転すると、円板上の印は光の経路を一時的に不明瞭にして、エンコーダにパルスを出力させる。１回転当たりにエンコーダが生成するパルスの数により、エンコーダの分解能が決定される。エンコーダの分解能（それらのＰＰＲ、１回転当たりのパルス）は、典型的には、数ＰＰＲから数１０万ＰＰＲほどまでの範囲にわたる。円板上の印が均一に分散されるので、エンコーダは常に、適所での既知の漸進的な動きに応じてパルスを生成する。次いで、物体の位置は、エンコーダがパルスを生成するたびに増分または減分するカウンタにエンコーダの出力を接続することによって測定することができる。カウンタの値は、エンコーダの分解能に量子化される物体の位置を示す。すなわち、エンコーダが１回転当たり１０のパルスを生成する場合、位置測定の分解能は１回転の１０分の１ほどになり得る。
【００６６】
運動方向を検出し、エンコーダの有効分解能を高めるために、第２の光検出器を追加し、マスクをガラス円板と光検出器（図示せず）との間に挿入する。２つの光検出器およびマスクは、エンコーダシャフトの回転時に（９０°位相がずれている）２つの正弦波が生成されるように配置される。これらのいわゆる直交信号は、アナログ正弦波信号として直接エンコーダから送出されるか、またはコンパレータを用いて２乗されて、デジタル出力を生成する。エンコーダの分解能を高めるために、補間と称される方法が、正弦波出力または方形波出力のいずれかまたは両方に適用される。補間により、典型的には、高められたエンコーダ分解能がガラス円板の基本分解能の２〜２５倍になる。単にエンコーダからの直交信号のタイミングを調べることにより方向が得られる。
【００６７】
標準的な回転エンコーダについての変形例には中空軸エンコーダがある。中空軸エンコーダは軸のない内蔵型エンコーダである。中空軸エンコーダは、位置を測定するためにシャフトに結合するのではなく、単に、測定されるべき軸にわたって搭載される。続いて、中空軸エンコーダは、連結に伴う共振をなくし、困難な位置合わせを単純にする。線形の光学エンコーダは直線的な動きを検知する。リニアエンコーダは、等間隔を空けて印が付けられた静止しているスケールと回転している円板とを取替える。リニアエンコーダのスケールは、ガラス、金属またはテープ（金属、プラスチック…）から構成され得る。スケール上の印は、光源および光検出器を含む移動ヘッドアセンブリで読取られる。リニアエンコーダの分解能は距離の単位で特定され、印間の距離で決定される。リニアエンコーダは、数センチメートルから数百メートルの長さで、ミクロン（以下）ほどの分解能で利用可能である。
【００６８】
レーザ光学エンコーダは別のタイプの運動センサである。これらの装置は、内部で異なる測定方法を用いるが、標準的なエンコーダと同じ機能を提供する。利用可能なさまざまな運動センサのうち、エンコーダは、適正価格で最適な精度および速度を提供し、多数の製造業者から容易に入手可能である。
【００６９】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、位置検知シリンダ（シリンダ内測定）を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成されており、この場合、シリンダの長さは、飛行時間のような方法または他の方法を用いて、シリンダの一方の端部から他方の端部までの距離を測定することによって決定される。
【００７０】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、電圧を測定するための一種のブリッジ回路であるポテンショメータを用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。本来のポテンショメータは４つの主要な部類、すなわち、定抵抗ポテンショメータ、定電流ポテンショメータ、マイクロボルト・ポテンショメータおよび熱電対ポテンショメータに分類される。
【００７１】
たとえば、ブーム上のポテンショメータ、（レーザ検出器が一体化された）スティック上の傾斜センサ、およびバケット上の位置検知シリンダの組合せを用いたシステムも開発されている。「バケット−機械本体」サブシステムの製造業者には、Mikrofyn、Prolec、AxiomaticおよびTrimbleが含まれる。
【００７２】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、レーザ検出器２４はさらに、片傾斜面レーザ送信機５０から片傾斜面レーザビーム２６を受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む。ＧＬ７００などの同様の片傾斜面レーザ送信機製品は、Trimbleによって製造される。
【００７３】
より具体的には、米国特許第６，４３３，８６６号に従うと、（図１の）レーザ送信機５０は回転レーザシステム（図示せず）を含む。回転レーザシステムにおいては、レーザ源は水平面（またはＺ面）で（機械的または光学的に）回転する。回転レーザは、ミリメートルの精度で正確な基準面を与えるレーザビームを発する。しかしながら、回転レーザビームの利点を見つけて獲得するために、潜在的なユーザは、垂直範囲内に位置していなければならず、また、回転レーザビームを受信することのできるレーザ検出器（またはレーザ受信機）を備えていなければならない。機械的な実施例においては、モータはレーザと、これによりレーザビームとを物理的に回転させる。光学的な実施例においては、鏡は、物理的に回転しないレーザが回転レーザビームを発するように回転する。
【００７４】
この発明の別の実施例においては、図１をさらに参照すると、レーザ検出器２４はさらに、両傾斜面レーザ送信機５０から両傾斜面レーザビーム（図示せず）を受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む。
【００７５】
この発明の一実施例においては、図２は、扇形レーザ送信機７２を用いる掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）７０を示す。この発明のこの実施例においては、レーザ検出器７８はさらに、片傾斜面扇形レーザ送信機７２から片傾斜面扇形レーザビーム７６（または７４）を受信するよう構成された片傾斜面扇形レーザ検出器を含む。このような扇形レーザ送信機７２は、引用により全体がこの明細書中に援用されている「レーザシステムおよびグローバルナビゲーション衛星システムの組合せ（COMBINATION LASER SYSTEM AND GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM）」と題された、継続中の公開された米国特許出願ＵＳ−２００６−００１２７７７において詳細に説明されている。継続中の米国特許出願ＵＳ−２００６−００１２７７７は、この特許出願の譲受人に譲渡されている。
【００７６】
図２をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、レーザ検出器７８はさらに、扇形レーザ送信機７２から少なくとも２本の扇形レーザビーム（７４および７６）を受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステム２８は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機７２と扇形レーザ検出器７８との間の高さの差を計算するよう構成される。トリンブル・ナビゲーション・リミテッドは、（図２の）２つの回転する扇形レーザビーム７４および７６を生成する３Ｄレーザステーション７２を製造する。
【００７７】
この発明の一実施例においては、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）はさらに、バケットの切刃の実際の位置（図１の３０または図２の８２）と設計表面（図示せず）との差を計算するよう構成され、かつ、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を操作するよう構成された液圧バルブ（図１の４７または図２の８４）を制御することによってバケットの切刃の位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータ（図示せず）を含む。
【００７８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機のバケットの動き（図１の４０または図２の８３）を表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を含む。バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の垂直座標は、レーザビーム（図１の２６または図２の７４、７６）の垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００７９】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）、および、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンク（図１の６２または図２の９０）を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して受信するよう構成される。無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される。
【００８０】
この発明の一実施例においては、図１をさらに参照すると、遠隔設置された制御局６０はさらに、遠隔制御された掘削機のバケット４０の動きを表示するよう構成されたディスプレイ６４を含む。同様に、図２に図示のとおり、遠隔設置された制御局８８はさらに、遠隔制御された掘削機のバケット８３の動きを表示するよう構成されたディスプレイ９２を含む。
【００８１】
この発明の一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ（登録商標）９００の専用無線ネットワークを用いることによって実現することができる。ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ（登録商標）９００専用無線ネットワークは、特に建設および採掘業界用に設計された堅牢なマルチネットワークの９００ＭＨｚ無線モデムであり、これは、実時間で高精度にＧＰＳを適用するためのロバストな無線データ放送網を確立するのに用いられる。この汎用性のあるＴｒｉｍｂｌｅの無線機は、９０２〜９２８ＭＨｚの周波数範囲で作動して、ＴｒｉｍｂｌｅのＧＰＳ受信機によって用いられる実時間データを同報通信、反復および受信する。最適条件下では、見通し線および受信可能範囲が最大で１０ｋｍ（６．２マイル）までとなるＳｉｔｅＮｅｔ９００の無線放送データは、マルチリピータのネットワークを用いることによって向上させることができる。リピータとしてＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機を用いることにより、以前にはアクセスできなかった位置または遮断された位置に受信可能範囲を与えることが可能となる。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機には汎用性があるので、いかなるネットワーク構成にも適するようその動作モードを容易に変更することができる。これにより費用が低減され、可用時間が最大限にされる。加えて、ＳｉｔｅＮｅｔ９００はアメリカ合衆国およびカナダでは許可が要らないため、携帯可能性が非常に高くなり、また、ライセンス供与の煩わしさや制約なしにプロジェクトごとに移動させることができる。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、他の多くの製品および技術ではなし得なかった要求の厳しいＲＦ環境において確実に作動するように設計されている。感度およびジャミング耐性の高いＧＰＳ向けに最適化されたＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、エラー訂正および高速データレートを有しており、最大限の性能を保証している。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ（登録商標）ＧＰＳ勾配制御システムとともに使用するのに特に適しており、信頼性が重要となるすべてのＧＰＳ機械制御応用例には理想的である。堅牢な機械ユニットは、特に過酷な建築および採掘環境のために設計および構築さ
れたものである。塵、雨、飛沫および噴霧に対して完全に封止されているので、ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機はあらゆる天候でも依然として確実性が維持される。無線機の堅牢性および確実性により、作業休止時間が最小限になり、所有経費が低減される。ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、ＭＳ７５０、ＭＳ８５０、ＭＳ８６０および５７００の受信機を含むＴｒｉｍｂｌｅの如何なるＧＰＳ受信機とも使用可能である。
【００８２】
この発明の一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、パーソナル通信サービス（ＰＣＳ）をサポートする１．８ＧＨｚ帯域を用いることによって実現可能である。ＰＣＳは国際規格ＤＣＳ−１８００を用いる。しかし、１つ以上の実施例においては、無線通信リンクは実時間回路交換式無線通信リンクを含み得る。たとえば、実時間回路交換式無線通信リンクを採用している無線通信リンクは、モトローラ（Motorola）（イリノイ州（Illinois）、ショームバーグ（Schaumburg））によって製造されたイリジウム衛星システムを含み得る。
【００８３】
付加的な一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、デジタルパケットデータを格納および転送するのに用いることができる低地球軌道衛星（ＬＥＯＳ：Low Earth Orbiting Satellites）のシステム、中地球軌道衛星（ＭＥＯＳ：Medium Earth Orbiting Satellites）のシステムまたは静止地球軌道衛星（ＧＥＯＳ：Geostationary Earth Orbiting Satellites）のシステムを用いることによって実現することができる。たとえば、（２０〜３０）ＧＨｚの範囲内にあるＬＥＯＳシステムは、ワシントン州（Washington）、レドモンド（Redmond）にあるセルラー・コミュニケーションズ（Cellular Communications）によって製造され、（１．６〜２．５）ＧＨｚの範囲内にあるＬＥＯＳシステムは、カリフォルニア州、サンディエゴ（San Diego）にあるローラル／クオルコム（Loral/Qualcomm）によって製造される。
【００８４】
この発明を目的とした無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、携帯電話通信手段、ページング信号受信手段、無線メッセージ通信サービス、無線アプリケーションサービス、無線ＷＡＮ／ＬＡＮ局、または、少なくとも１つの衛星を用いて電波信号を中継する地球−衛星−地球通信モジュールを用いることによって実現可能である。無線通信リンクはまた、モデムを備えた高度携帯電話システム（ＡＭＰＳ：Advanced Mobile Phone System）を含み得る携帯電話通信手段を含み得る。モデムは、８００ＭＨＺ範囲内のＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）モデム、または、８００ＭＨＺ範囲内のセルラー式デジタルパケットデータ（ＣＤＰＤ）モデムを含み得る。セルラー式デジタル通信手段は、形式ＩＳ−５４を採用する時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システム、形式ＩＳ−９５を採用する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム、または周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）を用いた、無線リンクにわたるデジタルデータの変調手段を含む。欧州で用いられるＴＤＭＡシステムは、フランス語でgroupe special mobile（ＧＳＭ）と称される。
【００８５】
この発明の一実施例においては、携帯電話通信手段は、たとえば、特別なウェブサイト上の自己調査型レーザ送信機の位置の実時間座標を同報通信するために、インターネットに無線でアクセスするのに用いることができる。
【００８６】
この発明のための無線通信装置（図１の６３または図２の９４）は、セルラー式リンク、無線リンク、専用無線帯域リンク、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワークリンク、無線インターネットへのリンク、および衛星無線通信リンクを提供するよう構成され得るいかなる装置を用いることによっても実現することができる。当業者であればこれらのすべての装置を容易に識別することができる。上述の説明を参照されたい。
【００８７】
この発明の一実施例においては、無線通信装置（図１の６３または図２の９４）は、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）を介して送信されたモバイル機器（図示せ
ず）からの特定の要求に応答するよう構成される。
【００８８】
この発明の別の局面は、実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。この発明の方法は、面レーザ５０からレーザビームを受信するよう構成された図１の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０を用いることにより、または、扇形レーザ７２から少なくとも１本の扇形レーザビームを受信するよう構成された図２の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）７０を用いることにより実行され得る。
【００８９】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）を用いることによって、掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システム（図１の１６または図２の９８）を利用することにより、掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機（図１の５０または図２の７２）から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器（図１の２４または図２の７８）を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機によって得られる掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット―機械本体測位システムによって得られる掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いることによってレーザ検出器によって得られる局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いることによって、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を誘導するステップ（Ｅ）、を含む（図示せず）。
【００９０】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに：自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースのディファレンシャル衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）を選択するステップ（Ａ１）を含む（図示せず。上述の説明を参照されたい）。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から衛星受信機（図１の１２または図２の９６）を選択するステップ（Ａ２）を含む（図示せず。上述の説明を参照されたい）。
【００９１】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）は、衛星受信機および擬似衛星受信機をさらに含み、ステップ（Ａ）はさらに、衛星受信機を用いることによって掘削機の第１の水平座標を得るステップと、擬似衛星受信機を用いることによって掘削機の第２の水平座標を得るステップとを含む。
【００９２】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサおよびケーブルエンコーダからなる群からバケット−機械本体測位システム（図１の１６または図２の９８）を選択するステップ（Ｂ１）を含む。上述の説明を参照されたい。
【００９３】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）は、さらに、片傾斜面レーザ検出器（図１の２４）を用いることによって片傾斜面レーザ送信機（図１の５０）から片傾斜面レーザビーム（図１の２６）を受信するステップ（Ｃ１）を含む。
【００９４】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、両傾斜面レーザ検出器（図１の２４）を用いることによって両傾斜面レーザ送信機（図１の５０）から両傾斜面レーザビーム（図示せず）を受信するステップ（Ｃ２）を含む。
【００９５】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜扇形レーザ検出器（図２の７８）を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機（図２の７２）から片傾斜扇形レーザビーム（図２の７６）を受信するステップ（Ｃ３）を含む。
【００９６】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、扇形レーザ検出器（図２の７８）を用いることによって扇形レーザ送信機（図２の７２）から少なくとも２本の扇形レーザビーム（図２の７４および７６）を受信するステップ（Ｃ４）を含み、オンボードナビゲーションシステム（図２の８０）は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機（図２の７２）と扇形レーザ検出器（図２の７８）との高さの差を算出するよう構成される。
【００９７】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、レーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）は、オンボードコンピュータ（図示せず）を用いて、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の実際の位置と設計表面（図示せず）との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む。
【００９８】
この発明の一実施例においては、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）はさらに、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いて、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む。
【００９９】
この発明の一実施例においては、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を誘導するステップ（Ｅ）はさらに、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）を用いて掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、通信リンク（図１の６２または図２の９０）を用いて、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）とをリンクするステップ（Ｅ３）と、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ３）はさらに、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む。上述の説明を参照されたい。
【０１００】
一実施例においては、掘削機はさらにオンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を含み、この発明の方法は、オンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を用いることによってバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の動きを表示するステップ（Ｆ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビ
ームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【０１０１】
一実施例においては、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）はさらにディスプレイシステム（図１の６４または図２の９２）を含み、この発明の方法は、制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【０１０２】
この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられており、掘削機の３Ｄ座標は、移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られる。
【０１０３】
この発明の一実施例においては、当該方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の３Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む（図示せず）。
【０１０４】
また、この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用い、そして、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【０１０５】
重み関数は、いくつかの要素に他の要素よりも多くの「重み」を与えるために、和、積分または平均を実行する際に用いられる数学的装置である。これらは、統計および分析時にしばしば発生するものであり、測定の概念と密接に関連している。重み関数は離散的および連続的な設定で構築することができる。
【０１０６】
離散的な設定においては、重み関数
【０１０７】
【数１】
【０１０８】
は、典型的には有限または可算である離散的なセットＡ上で規定された正関数である。重み関数ｗ（ａ）：＝１は、すべての要素の重みが等しくなる重み付けされていない状況に対応する。この重みをさまざまな概念に適用することができる。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
が実数値関数であれば、Ａ上のｆの重み付けされていない和は、
【０１１１】
【数３】
【０１１２】
となるが、重み関数が
【０１１３】
【数４】
【０１１４】
の場合には、重み付けされた和が、
【０１１５】
【数５】
【０１１６】
となる。
重み付けされた和についての１つの共通の応用例が、数値積分において生じる。
【０１１７】
ＢがＡの有限の部分集合である場合、Ｂの重み付けされていない濃度｜Ｂ｜を重み付けされた濃度
【０１１８】
【数６】
【０１１９】
と置換えることができる。
Ａが有限の非空集合であれば、重み付けされていない中間値または平均値
【０１２０】
【数７】
【０１２１】
を重み付けされた中間値または重み付けされた平均値
【０１２２】
【数８】
【０１２３】
と置換えることができる。
この場合、相対的な重みだけが関連している。重み付けされた中間値は、一般に、バイアスの存在を補償するために統計において用いられる。
【０１２４】
重み関数という語は力学から生じたものであり、てこ上にｎ個の物体の集合を有する場合、重みは、
【０１２５】
【数９】
【０１２６】
となり（この場合、重みはここでは物理的な意味で解釈される）、位置は、
【０１２７】
【数１０】
【０１２８】
となり、さらに、レバーの支点が質量中心にあれば、レバーは均衡が取れた状態になるだろう。
【０１２９】
【数１１】
【０１３０】
これはまた、位置ｘｉの重み付けされた平均値である。
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって複数の測定値を生成することにより掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを利用することにより掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機を用いることによって得られる３Ｄ測定値の組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、レーザ検出器を用いることによって得られる局所的な垂直座標測定値に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、３Ｄ重み関数を備えた掘削機の３Ｄ座標測定値の組と、垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の組とを統合するステップ（Ｅ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｆ）を含む。
【０１３１】
例
１）既知の高さの或る地点で段切りし、ビームを捉えて、平坦面および傾斜面の両方に対するビーム上での既知の高さを得る。
【０１３２】
２）ビームにおいて停止し、ビームを基準にしていくつかのＧＰＳの位置を平均して、ビーム上の仰角（または、傾斜するビーム上の仰角および向き）を得る。
【０１３３】
この発明の特定の実施例についての上述の記載は、例示および説明を目的として呈示された。これらは、網羅的であるよう意図されたものではなく、または、開示された厳密な形状に本発明を限定するよう意図されたものではなく、上述の教示に照らしてみると、明らかに多くの変更例および変形例が実現可能である。実施例は、発明の原理およびその実際の適用例を最適に説明するために選択および記載されており、これにより、企図される特定用途に適するように、当業者が当該発明およびさまざまな実施例をさまざまな変更例とともに最適に利用することが可能となる。発明の範囲が、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等例によって規定されることが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明は、位置追跡および機械制御システムに関し、より具体的には、先行技術のシステムがもつ追跡および機械制御能力を最適化するために、互いに補完するよう構成されたレーザシステムと無線測位システムとの組合せに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
近年、無線測距または疑似衛星機械制御システムの分野において進歩が見られた。しかしながら、無線測距または疑似衛星機械制御システムでは、精度がセンチメートルまでに制限されている。
【０００３】
たとえば、トリンブル（Trimble）が導入してきた機械制御システムの系列には、単独昇降制御を備えたＧＣＳ３００、複式昇降制御を備えたＧＣＳ４００、横断勾配制御を備えたＧＣＳ５００、横断勾配および昇降制御を備えたＧＣＳ６００、そして最後に、センチメートルまでの精度で完全な３Ｄ制御を行うＧＣＳ９００が含まれる。別の例においては、トリンブルはまた、ＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ ＨＥＸ機械制御システムを投入した。トリンブルのＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎシステム（バージョン５．０）は、ブルドーザ、スクレーパ、モータグレーダ、圧縮機および掘削機上で使用される３Ｄ機械誘導および制御システムを含む。ＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ ＨＥＸ機械制御システムはＧＰＳ技術を用いる。ブルドーザまたはグレーダ上に設置されたＧＰＳ受信機は、機械のブレードの各々の端部に設置されたＧＰＳアンテナの正確な位置を絶えず算出する。オンボードコンピュータは、各々のブレード先端の正確な位置を判定し、その位置を立面図設計と比較し、次いで、勾配に合わせて切削または充填を算出する。この情報は、運転室内のスクリーンに表示され、切削／充填データがＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎのライトバーに伝えられ、これにより、勾配の上下や規定された並びの左右にオペレータを誘導する。
【０００４】
近年、面レーザを含む回転レーザシステムおよび扇形レーザシステムにおいても進歩が見られた。面レーザは光の基準面を与える。扇形レーザは、軸を中心として回転する光の１つ以上の面を与え、ここから高度差を得ることができる。高度差を導き出すための一般的な技術は、２つ以上の扇形ビームが検出される時間の差を判定することによるものである。トリンブル・レーザステーション（Trimble Laser Station）およびトプコン・レーザ・ゾーン・システム（Topcon Laser Zone System）などのこれらのシステムにより、ミリメートルまでの正確な高度差が得られる。掘削作業中の掘削機にとっては、垂直精度が重要な精度となる。
【０００５】
無線測距システムをレーザベースのシステムと組合せて、ミリメートルまでの垂直精度を有する掘削機を提供することが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
発明の開示
この発明は、掘削機の３Ｄ集積レーザならびに無線測位および誘導のためのシステムおよび方法を提供する。掘削機は、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端がキャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端がブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端がスティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含む。バケットの遠端は、フレームに向かうバケットの動きに応じて土を掘削するのに
用いられる切刃を規定する。
【０００７】
この発明の一局面は、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）に向けられている。
【０００８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）は、掘削機の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機；機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するよう構成されたバケット−機械本体測位システム；少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を与えるよう構成されたレーザ検出器；ならびに、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、レーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、かつ、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステムを含む。
【０００９】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ：Virtual Reference Station）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ：Wide Area Augmentation Service）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ：Real Time Kinematic）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ：High Performance）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択される。
【００１０】
この発明の一実施例においては、衛星受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global
Positioning System）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される。
【００１１】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システムは、角度（傾斜）センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータセンサ、および、ケーブルエンコーダからなる群から選択される。
【００１２】
この発明の一実施例においては、レーザ検出器はさらに、片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む。
【００１３】
この発明の別の実施例においては、レーザ検出器はさらに、両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む。
【００１４】
この発明の付加的な実施例においては、レーザ検出器はさらに、片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するよう構成された片傾斜扇形レーザ検出器を含む。
【００１５】
さらに、この発明の1つ以上の実施例においては、レーザ検出器はさらに、扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機と扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される。
【００１６】
この発明の一実施例においては、オンボードナビゲーションシステムはさらに、バケッ
トの切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成され、かつ、バケットの切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータを含む。
【００１７】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機のバケットの動きを表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステムを含み、バケットの切刃の垂直座標が、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００１８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局、および、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンクを含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して受信するよう構成される。無線通信リンクは、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される。
【００１９】
この発明のこの実施例においては、遠隔設置された制御局はさらに、遠隔制御される掘削機のバケットの動きを表示するよう構成されたディスプレイを含む。
【００２０】
この発明の別の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【００２１】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む。
【００２２】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）を含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）を含む。
【００２３】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機は、衛星受信機および擬似衛星受信機をさらに含み、ステップ（Ａ）はさらに、衛星受信機を用いることによって
掘削機の第１の水平座標を得るステップと、擬似衛星受信機を用いることによって掘削機の第２の水平座標を得るステップとを含む。
【００２４】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から少なくとも１つの位置センサを選択するステップ（Ｂ１）を含む。
【００２５】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜面レーザ検出器を用いることによって片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ１）を含む。この発明の別の実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、両傾斜面レーザ検出器を用いることによって両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ２）を含む。この発明の１つ以上の実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜扇形レーザ検出器を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ３）を含む。さらに、この発明の付加的な実施例においては、ステップ（Ｃ）はさらに、扇形レーザ検出器を用いることによって扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ４）を含み、オンボードナビゲーションシステムは、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機と扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される。
【００２６】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｄ）はさらに、オンボードコンピュータを用いて、バケットの切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む。
【００２７】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、オンボードナビゲーションシステムを用いて、バケットの切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む。この発明の別の実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、遠隔設置された制御局を用いて掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む。この発明の１つ以上の実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、通信リンクを用いて、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとを接続するステップ（Ｅ３）と、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ３）はさらに、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む。
【００２８】
一実施例においては、掘削機はさらに、オンボードディスプレイシステムを含み、この発明の方法はさらに、オンボードディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｆ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００２９】
一実施例においては、遠隔設置された制御局はさらにディスプレイシステムを含み、この発明の方法はさらに、制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００３０】
この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられており、掘削機の３Ｄ座標は
、移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られる。
【００３１】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の３Ｄ座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた機械本体に対する掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む。
【００３２】
また、この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることにより、かつ、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【００３３】
この発明の一実施例においては、当該方法は、移動無線測位システム受信機を用いることにより、複数の測定値を生成することによって掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを利用することによって掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより、実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機を用いることによって得られた３Ｄ測定値の組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、レーザ検出器を用いることによって得られた局所的な垂直座標測定値の組に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、３Ｄ重み関数を備えた掘削機の３Ｄ座標測定値の組と、垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の組とを統合するステップ（Ｅ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｆ）を含む。
【００３４】
添付の図面は、この明細書において援用され、この明細書の一部を形成するものであり、この発明の実施例を例示し、その記載とともに、発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のための、面レーザ送信機を利用する掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）を示す図である。
【図２】この発明のための、扇形レーザ送信機を利用する掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
発明を実施するための最適なモード
ここで、この発明の好ましい実施例を詳細に参照する。それらの例は、添付の図面に示される。この発明は好ましい実施例に関連付けて説明されるが、それが、この発明がそれらの実施例に限定されることを意図したものではないことが理解されるだろう。逆に、こ
の発明は、添付の特許請求の範囲に規定されるとおり、この発明の精神および範囲内に含まれ得る代替例、変更例および同等例を包含するよう意図されたものである。さらに、この発明の以下の詳細な説明においては、この発明を完全に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、これらの具体的な詳細なしにこの発明が実施可能であることは当業者には明らかになるだろう。他の場合においては、この発明の局面を不必要にあいまいにしないようにするために、周知の方法、手順、構成要素および回路は詳細には説明していない。
【００３７】
以下の詳細な説明のうちいくつかの部分は、移動無線測位システム受信機、レーザベースの測位システム、およびオンボードナビゲーションシステムに関して示されている。これらの説明および図示は、ナビゲーションシステムの分野の当業者が、当該技術分野の他の当業者に対して自身の所業の内容を最も有効に伝えるのに用いる手段である。
【００３８】
この発明の一実施例においては、図１は、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０を示す。（図１の）典型的な掘削機１４は、トレッド部材３４を中心として水平に回動するキャブ部材３２を含むフレーム３３と、第１の回動手段４２によって基端がキャブ３２に回動可能に取付けられたブーム３６と、第２の回動手段４４によって基端がブーム３６の遠端に回動可能に取付けられたスティック３８と、第３の回動手段４６によって基端がスティック３８の遠端に回動可能に取付けられたバケット４０とを含む。バケット４０の遠端は、フレーム３３に向かうバケット４０の動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃３０を規定する。
【００３９】
この発明の一実施例においては、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０はさらに、掘削機１４の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機１２と、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成されたバケット−機械本体測位システム１６とを含む。
【００４０】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０はさらに、少なくとも１本のレーザビーム２６を受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標をもたらすよう構成されたレーザ検出器２４、ならびに、移動無線測位システム受信機１２によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システム１６によって得られた掘削機１４のブーム３６、スティック３８およびバケット４０の座標と、レーザ検出器２４によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、実質的に高い垂直精度で掘削機１４のバケット３０の切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステム２８を含む。
【００４１】
この発明の一実施例においては、衛星受信機（図示せず）は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される。
【００４２】
全地球測位システム（ＧＰＳ）は、衛星信号送信機のシステムであり、当該システムが送信する情報から、観測者の現在の位置および／または観測時間を決定することができる。ＧＰＳシステムは、引用によりこの明細書中に援用されている資料ＩＣＤ−ＧＰＳ−２００：ＧＰＳインターフェイス制御資料（GPS Interface Control Document）（ARINC Research、１９９７年、ＧＰＳ共同計画事務所（GPS Joint Program Office））において十分に説明されている。
【００４３】
別の衛星ベースのナビゲーションシステムは、全地球的航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ：Global Orbiting Navigational System）と称されており、代替的または補助的な
システムとして動作し得る。ＧＬＯＮＡＳＳシステムは、旧ソビエト連邦によって軌道に配置され、現在ではロシア共和国によって管理されている。
【００４４】
欧州委員会の「２０１０年に向けての欧州運輸政策白書（White Paper on European transport policy for 2010）」に記載されているとおり、欧州連合は、全地球的航法衛星のインフラ（ＧＮＳＳ）の一環として独立した衛星ナビゲーションシステムＧＡＬＩＬＥＯを開発しようとしている。
【００４５】
この明細書中で言及される無線測位システム（ＲＡＤＰＳ）は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、全地球的航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、ＧＡＬＩＬＥＯシステム、および、観測者の位置および観測時間を決定するのに役立ち、そのすべてがこの発明の要件を満たしている情報を与える他の互換性のある全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星ベースのシステム、さらには、１つ以上の擬似衛星送信機を含むシステムなどの地上ベースの無線測位システムを指している。
【００４６】
ＲＡＤＰＳ受信機は、送信された天体暦のパラメータを復調することによってｉ番目の衛星の座標を決定した後、その未知の座標（ｘ0，ｙ0，Ｚ0）および未知の時間バイアス誤差（ｃｂ）について連立方程式の組の解を得ることができる。ＲＡＤＰＳ受信機はまた、移動プラットフォームの速度を判断することができる。
【００４７】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択される。
【００４８】
一実施例においては、（図１の）移動無線測位システム受信機１２は、ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む。ディファレンシャル位置判定の際、ＲＡＤＰＳ信号の誤差の多くは、絶対位置の判定の精度を損なうものであるが、物理的に接近している局の場合には大きさが類似している。したがって、ディファレンシャル位置判定の精度に対するこれらの誤差の影響は、部分的な誤差相殺のプロセスによって実質的に減らされる。こうして、ディファレンシャル測位方法は、これらの局間の距離が、通常の場合のように、これらの局から衛星までの距離よりも実質的に短いとすれば、絶対位置決め方式よりもはるかに正確になる。ディファレンシャル測位を用いることにより、絶対的に数センチメートルの範囲内の精度で位置座標および距離を提供することができる。ディファレンシャルＧＰＳは、（ａ）実時間コードディファレンシャルＧＰＳ；（ｂ）後処理ディファレンシャルＧＰＳ；ならびに、（ｃ）コードおよびキャリアＲＴＫディファレンシャルＧＰＳ受信機を含むリアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ディファレンシャルＧＰＳを含み得る。
【００４９】
ディファレンシャルＧＰＳ受信機は、さまざまな源からディファレンシャル補正を得ることができる。図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャルＧＰＳ受信機１２は、基地局（図示せず）からディファレンシャル補正を得ることができる。
【００５０】
既知の位置に配置された固定された基地局（ＢＳ：Base Station）により、受信された各々のＧＰＳ信号におけるレンジおよびレンジレート測定誤差が決定され、ローカルのユーザによって適用されるべき補正として、これらの測定誤差が伝えられる。基地局（ＢＳ）は、クロックバイアスＣＢBASEを持つそれ自体の不正確なクロックを有している。結果として、ローカルのユーザは、基地局の位置および基地局のクロックに対してより正確な
ナビゲーション結果を得ることができる。適切に設置されていれば、基地局から数百キロメートルの距離で５メートルの相対精度が可能となるはずである。
【００５１】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、無線通信装置（図示せず）および無線通信リンク（図示せず）を用いることによって、３００ｋＨｚ帯域放送で使われていない米国沿岸警備隊からのディファレンシャル補正を得るＴＲＩＭＢＬＥ Ａｇ ＧＰＳ−１３２受信機を用いることによって実現可能となる。この実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、米国沿岸警備隊の基地局から（２〜３００）マイル内に配置されなければならない。このディファレンシャルＧＰＳ方法の精度は約５０ｃｍである。
【００５２】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャル補正は、広域補強システム（ＷＡＡＳ）から得ることができる。ＷＡＡＳシステムは、衛星（最初に静止衛星ＧＥＯ）を用いて、ＧＰＳの保全および補正データをＧＰＳユーザに同報通信する基地局のネットワークを含む。ＷＡＡＳは、ＧＰＳを補強する測距信号を与える。すなわち、ＷＡＡＳ測距信号は、標準的なＧＰＳ受信機のハードウェアの変更を最小限にするよう設計されている。ＷＡＡＳ測距信号は、粗捕捉（Ｃ／Ａ）ＰＲＮコードだけを含むＧＰＳタイプの変調およびＧＰＳ周波数を利用する。加えて、コード位相タイミングをＧＰＳ時間に同期させて、測距能力を与える。位置解を得るために、ＷＡＡＳ衛星は、衛星選択アルゴリズムにおける他の如何なるＧＰＳ衛星としても使用可能である。ＷＡＡＳは、ＷＡＡＳに適合しているユーザには無料でディファレンシャル補正を行なう。この方法の精度は１メートルを上回っている。
【００５３】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む移動無線測位システム受信機１２を用いることにより、２ｃｍ未満の精度で位置選定を行うことができる。ＲＴＫは、ＧＰＳ信号補正が、既知の位置にある基準受信機から１つ以上の遠方のローバ受信機に実時間で送信されるプロセスである。ＲＴＫ対応のＧＰＳシステムを使用することにより、大気遅延、軌道誤差およびＧＰＳジオメトリにおける他の変動を補償することができ、センチメートルの範囲内まで測位精度が高められる。技術者、地形学者、測量技師および他の専門家によって用いられるＲＴＫは、精度が最重要視される応用例において用いられる技術である。ＲＴＫは、土木工学や浚渫などの応用例において、精密測位機器としてだけではなく、ナビゲーションシステムまたは自動機械誘導のための中核としても用いられる。これにより、他の従来の測位および追跡方法に勝る利点が得られ、生産性および精度が高められる。最も正確なＧＰＳ情報を送達するキャリア位相に加え、ＧＰＳ信号のコード位相を用いて、ＲＴＫはディファレンシャル補正を行なって、最も正確なＧＰＳ測位をもたらす。ＲＴＫプロセスは予備的なアンビギュイティ決定から始まる。これは、特にローバ受信機の速度が実現可能な性能またはシステム全体の信頼性を低下させるべきではない実時間においては、いかなるキネマティックシステムにとっても重要な局面となる。米国特許第５，６０２，７４１号を参照されたい。
【００５４】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、ディファレンシャルＧＰＳ受信機を含む移動無線測位システム受信機１２は、無線通信装置（図示せず）および無線通信リンク（図示せず）を用いることにより、仮想基地局（ＶＢＳ）（図示せず）からディファレンシャル補正を得ることができる。
【００５５】
実際には、仮想基地局（ＶＢＳ）は、単一のセルラー式接続および無線伝送または同報通信システムからなる連結された通信リンクを介して、多数のローバに対し、ネットワークで作成された補正データを送達するよう構成される。無線送信システムの位置は、局所的な仮想基準局の位置として指定されたＧＰＳ基地局と同じ場所に配置することができる
。このＧＰＳ基地局は、ＧＰＳを用いてその位置を決定し、その位置を、局所的なＧＰＳ基地局とＶＲＳ基地局との間のセルラー式リンクを介してＶＲＳ基地局に送信する。これにより、このようなディファレンシャル補正が実在のＧＰＳ基地局位置で実際に引起こされているかのように、ＶＲＳ基地局がディファレンシャル補正を引起こすことが可能となる。ＶＲＳをより詳細に説明している、Ulrich Vollath、Alois Deking、Herbert Landau、およびChristian Pagelsによる論文「仮想基準局を用いた長距離ＲＴＫ測位（Long-Range RTK Positioning Using Virtual Reference Stations）」は、その全体が引用によりこの明細書中に援用されており、次のＵＲＬ：http://trl.trimble.com/dscgi/ds.py/Get/File-93152/KIS2001-Paper-LongRange.pdfでアクセスすることができる。
【００５６】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ Ｐｌｕｓのライトバー誘導システムをＡｇＧＰＳ ２５２の多機能受信機とを組合わせたトリンブル（Ｔｒｉｍｂｌｅ）（登録商標）のＡｇＧＰＳ（登録商標）ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ（登録商標）２５２システムを用いることによって実現可能である。ＥＺ−Ｇｕｉｄｅ２５２のライトバー誘導システムにより、掘削機オペレータが所望のレベルのＧＰＳ精度を選択して、掘削機を手動で操縦することが可能となる。２インチを上回る精度を実現するために、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高機能（ＨＰ）衛星サービスを用いることもできる。
【００５７】
ＯｍｎｉＳＴＡＲ−ＨＰ（高機能）ソリューションは、ローバストで確実な高性能のＧＰＳ測位を提供する二重周波数ＧＰＳ補強サービスである。二重周波数ＧＰＳ観測を用いることにより、ＯｍｎｉＳＴＡＲ―ＨＰは、基準局およびユーザ位置で真の電離層誤差を測定して、位置決め精度におけるこの影響を実質的になくすことができる。ＧＰＳ受信機のキャリア位相データに含まれる他の情報とともにイオンフリーのこれらの測定値を用いると、ＯｍｎｉＳＴＡＲ−ＨＰソリューションは、選択された区域において無比の精度および性能をもつ広域測位ソリューションをもたらすことができる。公開されている精度は０．２メートルの水平（Ｈｚ）および０．３メートルの垂直（Ｚ）である。
【００５８】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２は、疑似衛星を用いることによって実現可能である。疑似衛星は、９００ＭＨＺ、２．４ＧＨｚもしくは５．８ＧＨｚ帯域のＩＳＭ帯域を含むＩＳＭ（Industrial scientific medical：工業・科学・医療）の無認可の動作帯域およびＧＰＳ周波数を含むがこれらに限定されないいかなる無線周波数でも作動するか、または、（９．５〜１０）ＧＨｚ帯域などの無線位置帯域で作動する地上ベースの無線測位システムを含む。疑似衛星は、高い精度、完全性および利用可能性を与えることによりＧＰＳを向上させるのに用いることができる。ＧＰＳ帯域における疑似衛星送信機の包括的な説明は、Bradford W. ParkinsonおよびJames J. Spilker Jr.によって編集され、１９６６年に米国航空宇宙学会（American Institute of Aeronautic and Astronautics, Inc.）により「宇宙航空学における発展（PROGRESS IN ASTRONAUTICS AND AERONAUTICS）」の第１６４巻で発表された「全地球測位システム：理論と応用；第ＩＩ巻（Global Positioning System: Theory and Applications; Volume II）」に見出すことができる。この発明のために、ロカタ（Locata）（オーストラリア（Australia）、キャンベラ（Canberra））およびノバリアント（Novariant）（カリフォルニア州（California）、メンロパーク（Menlo Park））によって製造された疑似衛星を用いることができる。
【００５９】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機１２の移動無線測位システムは、掘削機１４の位置座標を得るために、複数の可視衛星から衛星信号を受信するよう構成された衛星受信機（図示せず）と複数の利用可能な疑似衛星から疑似衛星信号を受信するよう構成された疑似衛星受信機（図示せず）との組合せを用いることによって実現することができる。無線測位システムとしての疑似衛星は、Ｉ
ＳＭ帯域で動作するよう構成され得る。こうして、この実施例においては、ユーザは、９００ＭＨＺ、２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの帯域を含むＩＳＭ通信システムの両端を所有することができる。ＩＳＭ技術は、カリフォルニア州、サニーベール（Sunnyvale）にあるトリンブル・ナビゲーション・リミテッド（Trimble Navigation Limited）、カリフォルニア州、ロスガトス（Los Gatos）にあるメトリコム（Metricom）、およびカリフォルニア州、サンタバーバラ（Santa Barbara）にあるユーティリコム（Utilicom）によって製造される。
【００６０】
以下の説明ではＧＰＳ受信機に焦点を合わせているが、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ複合型受信機、ＧＡＬＩＬＥＯ受信機または他の任意のＲＡＤＰＳ受信機のために同じ手法を用いることができる。
【００６１】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。これは複数の異なる方法を用いて行うことができる。
【００６２】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、ブーム３６に取付けられた傾斜（角度）センサ１８、スティック３８に取付けられた傾斜（角度）センサ２０、およびバケット４０に取付けられた傾斜（角度）センサ２２を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。
【００６３】
米国、０３７６６、ニューハンプシャー州（New Hampshire）、レバノン（Lebanon）にあるシグナルクエスト社（SignalQuest, Inc.）によって製造される傾斜センサは、この発明のために用いることができる。シグナルクエスト社は、埋込み型マイクロセンサを製造する。たとえば、ＳＱ−ＳＥＮ−００ｌＰシリーズセンサは、動作中には連続的にオン・オフ接点を閉じ、停止中には、開いた状態または閉じた状態になる。当該センサは、傾斜（静的加速）および振動（動的加速）の両方に影響を受けやすい。当該センサは、電流を制限するために単一の抵抗器を用いて、一連のＣＭＯＳまたはＴＴＬレベルの論理パルスを生成するのに容易に用いることができる。この信号は、マイクロコントローラを遮断（ウェイクアップ（wake up））するのに使用可能であるか、または、活動の量および期間を推定するようカウント可能である。当該センサは、完全に受動的であり、信号調整を必要とせず、０．２５ｕＡの連続電流を得るマイクロコントローラ遮断回路において容易に用いることができる。シグナルクエスト社によって製造される別のセンサには、ＳＱ−ＳＩ−３６０ＤＡソリッドステート（Solid-State）ＭＥＭＳ傾斜計がある。ＳＱ−ＳＩ−３６０ＤＡソリッドステートＭＥＭＳ傾斜計は、３６０εのピッチ角または±８０εのピッチおよびロール角のフルスケールレンジに直接対応するデジタルシリアル出力およびアナログ電圧出力をともに与える。
【００６４】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、液圧ラムの拡張を測定するケーブルエンコーダ（図示せず）を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。トリンブル・ナビゲーション・リミテッドは、ケーブルエンコーダを用いるＣＥ２１を製造する。
【００６５】
この発明のためのケーブルエンコーダは、光学インクリメンタルエンコーダを用いることにより実現可能である。光学インクリメンタルエンコーダは、動きを検知するのに光および光学部品を用いる線形／角度位置センサである。光学エンコーダは、位置情報を高速で提供することができる。大抵の回転式光学エンコーダは、等間隔をあけて印が付けられたガラス円板で構成されており、円板の一方側に光源が搭載され、反対側に光検出器が搭載されている。回転式光学エンコーダの構成要素は、典型的には、過酷な産業環境にしばしば存在する塵や他の材料から光路および電子機器を保護する堅牢な密閉型ハウジングに
パッケージされている。円板が回転すると、円板上の印は光の経路を一時的に不明瞭にして、エンコーダにパルスを出力させる。１回転当たりにエンコーダが生成するパルスの数により、エンコーダの分解能が決定される。エンコーダの分解能（それらのＰＰＲ、１回転当たりのパルス）は、典型的には、数ＰＰＲから数１０万ＰＰＲほどまでの範囲にわたる。円板上の印が均一に分散されるので、エンコーダは常に、適所での既知の漸進的な動きに応じてパルスを生成する。次いで、物体の位置は、エンコーダがパルスを生成するたびに増分または減分するカウンタにエンコーダの出力を接続することによって測定することができる。カウンタの値は、エンコーダの分解能に量子化される物体の位置を示す。すなわち、エンコーダが１回転当たり１０のパルスを生成する場合、位置測定の分解能は１回転の１０分の１ほどになり得る。
【００６６】
運動方向を検出し、エンコーダの有効分解能を高めるために、第２の光検出器を追加し、マスクをガラス円板と光検出器（図示せず）との間に挿入する。２つの光検出器およびマスクは、エンコーダシャフトの回転時に（９０°位相がずれている）２つの正弦波が生成されるように配置される。これらのいわゆる直交信号は、アナログ正弦波信号として直接エンコーダから送出されるか、またはコンパレータを用いて２乗されて、デジタル出力を生成する。エンコーダの分解能を高めるために、補間と称される方法が、正弦波出力または方形波出力のいずれかまたは両方に適用される。補間により、典型的には、高められたエンコーダ分解能がガラス円板の基本分解能の２〜２５倍になる。単にエンコーダからの直交信号のタイミングを調べることにより方向が得られる。
【００６７】
標準的な回転エンコーダについての変形例には中空軸エンコーダがある。中空軸エンコーダは軸のない内蔵型エンコーダである。中空軸エンコーダは、位置を測定するためにシャフトに結合するのではなく、単に、測定されるべき軸にわたって搭載される。続いて、中空軸エンコーダは、連結に伴う共振をなくし、困難な位置合わせを単純にする。線形の光学エンコーダは直線的な動きを検知する。リニアエンコーダは、等間隔を空けて印が付けられた静止しているスケールと回転している円板とを取替える。リニアエンコーダのスケールは、ガラス、金属またはテープ（金属、プラスチック…）から構成され得る。スケール上の印は、光源および光検出器を含む移動ヘッドアセンブリで読取られる。リニアエンコーダの分解能は距離の単位で特定され、印間の距離で決定される。リニアエンコーダは、数センチメートルから数百メートルの長さで、ミクロン（以下）ほどの分解能で利用可能である。
【００６８】
レーザ光学エンコーダは別のタイプの運動センサである。これらの装置は、内部で異なる測定方法を用いるが、標準的なエンコーダと同じ機能を提供する。利用可能なさまざまな運動センサのうち、エンコーダは、適正価格で最適な精度および速度を提供し、多数の製造業者から容易に入手可能である。
【００６９】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、位置検知シリンダ（シリンダ内測定）を用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成されており、この場合、シリンダの長さは、飛行時間のような方法または他の方法を用いて、シリンダの一方の端部から他方の端部までの距離を測定することによって決定される。
【００７０】
この発明の一実施例においては、バケット−機械本体測位システム１６は、電圧を測定するための一種のブリッジ回路であるポテンショメータを用いることにより、機械本体３３に対するバケット切刃３０の位置を決定するよう構成される。本来のポテンショメータは４つの主要な部類、すなわち、定抵抗ポテンショメータ、定電流ポテンショメータ、マイクロボルト・ポテンショメータおよび熱電対ポテンショメータに分類される。
【００７１】
たとえば、ブーム上のポテンショメータ、（レーザ検出器が一体化された）スティック上の傾斜センサ、およびバケット上の位置検知シリンダの組合せを用いたシステムも開発されている。「バケット−機械本体」サブシステムの製造業者には、Mikrofyn、Prolec、AxiomaticおよびTrimbleが含まれる。
【００７２】
図１をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、レーザ検出器２４はさらに、片傾斜面レーザ送信機５０から片傾斜面レーザビーム２６を受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む。ＧＬ７００などの同様の片傾斜面レーザ送信機製品は、Trimbleによって製造される。
【００７３】
より具体的には、米国特許第６，４３３，８６６号に従うと、（図１の）レーザ送信機５０は回転レーザシステム（図示せず）を含む。回転レーザシステムにおいては、レーザ源は水平面（またはＺ面）で（機械的または光学的に）回転する。回転レーザは、ミリメートルの精度で正確な基準面を与えるレーザビームを発する。しかしながら、回転レーザビームの利点を見つけて獲得するために、潜在的なユーザは、垂直範囲内に位置していなければならず、また、回転レーザビームを受信することのできるレーザ検出器（またはレーザ受信機）を備えていなければならない。機械的な実施例においては、モータはレーザと、これによりレーザビームとを物理的に回転させる。光学的な実施例においては、鏡は、物理的に回転しないレーザが回転レーザビームを発するように回転する。
【００７４】
この発明の別の実施例においては、図１をさらに参照すると、レーザ検出器２４はさらに、両傾斜面レーザ送信機５０から両傾斜面レーザビーム（図示せず）を受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む。
【００７５】
この発明の一実施例においては、図２は、扇形レーザ送信機７２を用いる掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）７０を示す。この発明のこの実施例においては、レーザ検出器７８はさらに、片傾斜面扇形レーザ送信機７２から片傾斜面扇形レーザビーム７６（または７４）を受信するよう構成された片傾斜面扇形レーザ検出器を含む。このような扇形レーザ送信機７２は、引用により全体がこの明細書中に援用されている「レーザシステムおよびグローバルナビゲーション衛星システムの組合せ（COMBINATION LASER SYSTEM AND GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM）」と題された、継続中の公開された米国特許出願ＵＳ−２００６−００１２７７７において詳細に説明されている。継続中の米国特許出願ＵＳ−２００６−００１２７７７は、この特許出願の譲受人に譲渡されている。
【００７６】
図２をさらに参照すると、この発明の一実施例においては、レーザ検出器７８はさらに、扇形レーザ送信機７２から少なくとも２本の扇形レーザビーム（７４および７６）を受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステム２８は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機７２と扇形レーザ検出器７８との間の高さの差を計算するよう構成される。トリンブル・ナビゲーション・リミテッドは、（図２の）２つの回転する扇形レーザビーム７４および７６を生成する３Ｄレーザステーション７２を製造する。
【００７７】
この発明の一実施例においては、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）はさらに、バケットの切刃の実際の位置（図１の３０または図２の８２）と設計表面（図示せず）との差を計算するよう構成され、かつ、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を操作するよう構成された液圧バルブ（図１の４７または図２の８４）を制御することによってバケットの切刃の位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータ（図示せず）を含む。
【００７８】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機のバケットの動き（図１の４０または図２の８３）を表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を含む。バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の垂直座標は、レーザビーム（図１の２６または図２の７４、７６）の垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【００７９】
一実施例においては、この発明の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）はさらに、掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）、および、遠隔設置された制御局とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンク（図１の６２または図２の９０）を含む。この発明のこの実施例においては、オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して受信するよう構成される。無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される。
【００８０】
この発明の一実施例においては、図１をさらに参照すると、遠隔設置された制御局６０はさらに、遠隔制御された掘削機のバケット４０の動きを表示するよう構成されたディスプレイ６４を含む。同様に、図２に図示のとおり、遠隔設置された制御局８８はさらに、遠隔制御された掘削機のバケット８３の動きを表示するよう構成されたディスプレイ９２を含む。
【００８１】
この発明の一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ（登録商標）９００の専用無線ネットワークを用いることによって実現することができる。ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ（登録商標）９００専用無線ネットワークは、特に建設および採掘業界用に設計された堅牢なマルチネットワークの９００ＭＨｚ無線モデムであり、これは、実時間で高精度にＧＰＳを適用するためのロバストな無線データ放送網を確立するのに用いられる。この汎用性のあるＴｒｉｍｂｌｅの無線機は、９０２〜９２８ＭＨｚの周波数範囲で作動して、ＴｒｉｍｂｌｅのＧＰＳ受信機によって用いられる実時間データを同報通信、反復および受信する。最適条件下では、見通し線および受信可能範囲が最大で１０ｋｍ（６．２マイル）までとなるＳｉｔｅＮｅｔ９００の無線放送データは、マルチリピータのネットワークを用いることによって向上させることができる。リピータとしてＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機を用いることにより、以前にはアクセスできなかった位置または遮断された位置に受信可能範囲を与えることが可能となる。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機には汎用性があるので、いかなるネットワーク構成にも適するようその動作モードを容易に変更することができる。これにより費用が低減され、可用時間が最大限にされる。加えて、ＳｉｔｅＮｅｔ９００はアメリカ合衆国およびカナダでは許可が要らないため、携帯可能性が非常に高くなり、また、ライセンス供与の煩わしさや制約なしにプロジェクトごとに移動させることができる。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、他の多くの製品および技術ではなし得なかった要求の厳しいＲＦ環境において確実に作動するように設計されている。感度およびジャミング耐性の高いＧＰＳ向けに最適化されたＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、エラー訂正および高速データレートを有しており、最大限の性能を保証している。ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＶｉｓｉｏｎ（登録商標）ＧＰＳ勾配制御システムとともに使用するのに特に適しており、信頼性が重要となるすべてのＧＰＳ機械制御応用例には理想的である。堅牢な機械ユニットは、特に過酷な建築および採掘環境のために設計および構築さ
れたものである。塵、雨、飛沫および噴霧に対して完全に封止されているので、ＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機はあらゆる天候でも依然として確実性が維持される。無線機の堅牢性および確実性により、作業休止時間が最小限になり、所有経費が低減される。ＴｒｉｍｂｌｅのＳｉｔｅＮｅｔ９００無線機は、ＭＳ７５０、ＭＳ８５０、ＭＳ８６０および５７００の受信機を含むＴｒｉｍｂｌｅの如何なるＧＰＳ受信機とも使用可能である。
【００８２】
この発明の一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、パーソナル通信サービス（ＰＣＳ）をサポートする１．８ＧＨｚ帯域を用いることによって実現可能である。ＰＣＳは国際規格ＤＣＳ−１８００を用いる。しかし、１つ以上の実施例においては、無線通信リンクは実時間回路交換式無線通信リンクを含み得る。たとえば、実時間回路交換式無線通信リンクを採用している無線通信リンクは、モトローラ（Motorola）（イリノイ州（Illinois）、ショームバーグ（Schaumburg））によって製造されたイリジウム衛星システムを含み得る。
【００８３】
付加的な一実施例においては、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、デジタルパケットデータを格納および転送するのに用いることができる低地球軌道衛星（ＬＥＯＳ：Low Earth Orbiting Satellites）のシステム、中地球軌道衛星（ＭＥＯＳ：Medium Earth Orbiting Satellites）のシステムまたは静止地球軌道衛星（ＧＥＯＳ：Geostationary Earth Orbiting Satellites）のシステムを用いることによって実現することができる。たとえば、（２０〜３０）ＧＨｚの範囲内にあるＬＥＯＳシステムは、ワシントン州（Washington）、レドモンド（Redmond）にあるセルラー・コミュニケーションズ（Cellular Communications）によって製造され、（１．６〜２．５）ＧＨｚの範囲内にあるＬＥＯＳシステムは、カリフォルニア州、サンディエゴ（San Diego）にあるローラル／クオルコム（Loral/Qualcomm）によって製造される。
【００８４】
この発明を目的とした無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）は、携帯電話通信手段、ページング信号受信手段、無線メッセージ通信サービス、無線アプリケーションサービス、無線ＷＡＮ／ＬＡＮ局、または、少なくとも１つの衛星を用いて電波信号を中継する地球−衛星−地球通信モジュールを用いることによって実現可能である。無線通信リンクはまた、モデムを備えた高度携帯電話システム（ＡＭＰＳ：Advanced Mobile Phone System）を含み得る携帯電話通信手段を含み得る。モデムは、８００ＭＨＺ範囲内のＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）モデム、または、８００ＭＨＺ範囲内のセルラー式デジタルパケットデータ（ＣＤＰＤ）モデムを含み得る。セルラー式デジタル通信手段は、形式ＩＳ−５４を採用する時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システム、形式ＩＳ−９５を採用する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム、または周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）を用いた、無線リンクにわたるデジタルデータの変調手段を含む。欧州で用いられるＴＤＭＡシステムは、フランス語でgroupe special mobile（ＧＳＭ）と称される。
【００８５】
この発明の一実施例においては、携帯電話通信手段は、たとえば、特別なウェブサイト上の自己調査型レーザ送信機の位置の実時間座標を同報通信するために、インターネットに無線でアクセスするのに用いることができる。
【００８６】
この発明のための無線通信装置（図１の６３または図２の９４）は、セルラー式リンク、無線リンク、専用無線帯域リンク、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワークリンク、無線インターネットへのリンク、および衛星無線通信リンクを提供するよう構成され得るいかなる装置を用いることによっても実現することができる。当業者であればこれらのすべての装置を容易に識別することができる。上述の説明を参照されたい。
【００８７】
この発明の一実施例においては、無線通信装置（図１の６３または図２の９４）は、無線通信リンク（図１の６２または図２の９０）を介して送信されたモバイル機器（図示せ
ず）からの特定の要求に応答するよう構成される。
【００８８】
この発明の別の局面は、実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。この発明の方法は、面レーザ５０からレーザビームを受信するよう構成された図１の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）１０を用いることにより、または、扇形レーザ７２から少なくとも１本の扇形レーザビームを受信するよう構成された図２の掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）７０を用いることにより実行され得る。
【００８９】
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）を用いることによって、掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システム（図１の１６または図２の９８）を利用することにより、掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機（図１の５０または図２の７２）から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器（図１の２４または図２の７８）を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機によって得られる掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット―機械本体測位システムによって得られる掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いることによってレーザ検出器によって得られる局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いることによって、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を誘導するステップ（Ｅ）、を含む（図示せず）。
【００９０】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに：自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースのディファレンシャル衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）を選択するステップ（Ａ１）を含む（図示せず。上述の説明を参照されたい）。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ａ）はさらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から衛星受信機（図１の１２または図２の９６）を選択するステップ（Ａ２）を含む（図示せず。上述の説明を参照されたい）。
【００９１】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機（図１の１２または図２の９６）は、衛星受信機および擬似衛星受信機をさらに含み、ステップ（Ａ）はさらに、衛星受信機を用いることによって掘削機の第１の水平座標を得るステップと、擬似衛星受信機を用いることによって掘削機の第２の水平座標を得るステップとを含む。
【００９２】
この発明の一実施例においては、ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサおよびケーブルエンコーダからなる群からバケット−機械本体測位システム（図１の１６または図２の９８）を選択するステップ（Ｂ１）を含む。上述の説明を参照されたい。
【００９３】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）は、さらに、片傾斜面レーザ検出器（図１の２４）を用いることによって片傾斜面レーザ送信機（図１の５０）から片傾斜面レーザビーム（図１の２６）を受信するステップ（Ｃ１）を含む。
【００９４】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、両傾斜面レーザ検出器（図１の２４）を用いることによって両傾斜面レーザ送信機（図１の５０）から両傾斜面レーザビーム（図示せず）を受信するステップ（Ｃ２）を含む。
【００９５】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、片傾斜扇形レーザ検出器（図２の７８）を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機（図２の７２）から片傾斜扇形レーザビーム（図２の７６）を受信するステップ（Ｃ３）を含む。
【００９６】
この発明の一実施例においては、より具体的には、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）はさらに、扇形レーザ検出器（図２の７８）を用いることによって扇形レーザ送信機（図２の７２）から少なくとも２本の扇形レーザビーム（図２の７４および７６）を受信するステップ（Ｃ４）を含み、オンボードナビゲーションシステム（図２の８０）は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、扇形レーザ送信機（図２の７２）と扇形レーザ検出器（図２の７８）との高さの差を算出するよう構成される。
【００９７】
この発明の一実施例においては、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の２Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標と、レーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）は、オンボードコンピュータ（図示せず）を用いて、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の実際の位置と設計表面（図示せず）との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む。
【００９８】
この発明の一実施例においては、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）はさらに、オンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）を用いて、バケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによってバケットの切刃の位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む。
【００９９】
この発明の一実施例においては、実質的に高い垂直精度で掘削機のバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）を誘導するステップ（Ｅ）はさらに、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）を用いて掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ）はさらに、通信リンク（図１の６２または図２の９０）を用いて、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）とＥｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムのオンボードナビゲーションシステム（図１の２８または図２の８０）とをリンクするステップ（Ｅ３）と、掘削機の実時間位置データを、当該通信リンクを介して、遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、遠隔設置された制御局から当該通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む。この発明のこの実施例においては、ステップ（Ｅ３）はさらに、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む。上述の説明を参照されたい。
【０１００】
一実施例においては、掘削機はさらにオンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を含み、この発明の方法は、オンボードディスプレイシステム（図１の２９または図２の８６）を用いることによってバケットの切刃（図１の３０または図２の８２）の動きを表示するステップ（Ｆ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビ
ームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【０１０１】
一実施例においては、遠隔設置された制御局（図１の６０または図２の８８）はさらにディスプレイシステム（図１の６４または図２の９２）を含み、この発明の方法は、制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）を含み、バケットの切刃の垂直座標は、レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される。
【０１０２】
この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられており、掘削機の３Ｄ座標は、移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られる。
【０１０３】
この発明の一実施例においては、当該方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを用いることによって掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、移動無線測位システム受信機によって得られた掘削機の３Ｄ水平座標と、バケット−機械本体測位システムによって得られた掘削機のブーム、スティックおよびバケットの座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによってレーザ検出器によって得られた局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｅ）を含む（図示せず）。
【０１０４】
また、この発明の１つ以上の局面は、Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用い、そして、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法に向けられている。
【０１０５】
重み関数は、いくつかの要素に他の要素よりも多くの「重み」を与えるために、和、積分または平均を実行する際に用いられる数学的装置である。これらは、統計および分析時にしばしば発生するものであり、測定の概念と密接に関連している。重み関数は離散的および連続的な設定で構築することができる。
【０１０６】
離散的な設定においては、重み関数
【０１０７】
【数１】
【０１０８】
は、典型的には有限または可算である離散的なセットＡ上で規定された正関数である。重み関数ｗ（ａ）：＝１は、すべての要素の重みが等しくなる重み付けされていない状況に対応する。この重みをさまざまな概念に適用することができる。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
が実数値関数であれば、Ａ上のｆの重み付けされていない和は、
【０１１１】
【数３】
【０１１２】
となるが、重み関数が
【０１１３】
【数４】
【０１１４】
の場合には、重み付けされた和が、
【０１１５】
【数５】
【０１１６】
となる。
重み付けされた和についての１つの共通の応用例が、数値積分において生じる。
【０１１７】
ＢがＡの有限の部分集合である場合、Ｂの重み付けされていない濃度｜Ｂ｜を重み付けされた濃度
【０１１８】
【数６】
【０１１９】
と置換えることができる。
Ａが有限の非空集合であれば、重み付けされていない中間値または平均値
【０１２０】
【数７】
【０１２１】
を重み付けされた中間値または重み付けされた平均値
【０１２２】
【数８】
【０１２３】
と置換えることができる。
この場合、相対的な重みだけが関連している。重み付けされた中間値は、一般に、バイアスの存在を補償するために統計において用いられる。
【０１２４】
重み関数という語は力学から生じたものであり、てこ上にｎ個の物体の集合を有する場合、重みは、
【０１２５】
【数９】
【０１２６】
となり（この場合、重みはここでは物理的な意味で解釈される）、位置は、
【０１２７】
【数１０】
【０１２８】
となり、さらに、レバーの支点が質量中心にあれば、レバーは均衡が取れた状態になるだろう。
【０１２９】
【数１１】
【０１３０】
これはまた、位置ｘｉの重み付けされた平均値である。
一実施例においては、この発明の方法は、移動無線測位システム受信機を用いることによって複数の測定値を生成することにより掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）；バケット−機械本体測位システムを利用することにより掘削機のブーム、スティックおよびバケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）；レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成されたレーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）；移動無線測位システム受信機を用いることによって得られる３Ｄ測定値の組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、レーザ検出器を用いることによって得られる局所的な垂直座標測定値に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）；移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、３Ｄ重み関数を備えた掘削機の３Ｄ座標測定値の組と、垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の組とを統合するステップ（Ｅ）；ならびに、オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、改善された垂直精度で掘削機のバケットの切刃を誘導するステップ（Ｆ）を含む。
【０１３１】
例
１）既知の高さの或る地点で段切りし、ビームを捉えて、平坦面および傾斜面の両方に対するビーム上での既知の高さを得る。
【０１３２】
２）ビームにおいて停止し、ビームを基準にしていくつかのＧＰＳの位置を平均して、ビーム上の仰角（または、傾斜するビーム上の仰角および向き）を得る。
【０１３３】
この発明の特定の実施例についての上述の記載は、例示および説明を目的として呈示された。これらは、網羅的であるよう意図されたものではなく、または、開示された厳密な形状に本発明を限定するよう意図されたものではなく、上述の教示に照らしてみると、明らかに多くの変更例および変形例が実現可能である。実施例は、発明の原理およびその実際の適用例を最適に説明するために選択および記載されており、これにより、企図される特定用途に適するように、当業者が当該発明およびさまざまな実施例をさまざまな変更例とともに最適に利用することが可能となる。発明の範囲が、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等例によって規定されることが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）であって、掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳは、
前記掘削機の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機と、
前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るよう構成されたバケット−機械本体測位システムと、
少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を与えるよう構成されたレーザ検出器と、
前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記２Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記位置座標と、前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、かつ、実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステムとを含む、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム。
【請求項２】
前記移動無線測位システム受信機は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択され、前記衛星受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バケット−機械本体測位システムは、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記レーザ検出器はさらに、片平面レーザ送信機から片平面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザ検出器はさらに、片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザ検出器はさらに、両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記レーザ検出器はさらに、
片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するよう構成された片傾斜扇形レーザ検出器を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レーザ検出器はさらに、
扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記掘削機の前記バケットの動きを表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステムをさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記オンボードナビゲーションシステムはさらに、
前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成されたオンボードコンピュータを含み、前記オンボードディスプレイシステムは、前記設計表面に対する前記バケットの前記切刃の前記実際の位置を表示するよう構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記オンボードナビゲーションシステムはさらに、
前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成され、かつ、前記バケットの前記切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによって前記バケットの前記切刃の前記位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局と、
前記遠隔設置された制御局と前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの前記オンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンクとをさらに含み、
前記オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、前記通信リンクを介して、前記遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、前記オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、前記遠隔設置された制御局から前記通信リンクを介して受信するよう構成され、前記無線通信リンクは、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記遠隔設置された制御局はさらに、
前記遠隔制御される掘削機を表示するよう構成されたディスプレイを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法であって、
前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、
前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、および、オンボードナビゲーションシステムを含み、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを用いることによって前記掘削機の前記ブーム、
前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記２Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記位置座標と、前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｅ）とを含む、方法。
【請求項１５】
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得る前記ステップ（Ａ）は、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記移動無線測位システム受信機はさらに、衛星受信機および疑似衛星受信機を含み、
前記衛星受信機は、前記掘削機の第１の水平座標を得るよう構成され、前記疑似衛星受信機は、前記掘削機の第２の水平座標を得るよう構成され、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得る前記ステップ（Ａ）は、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、および、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースのディファレンシャル衛星測位システム受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ３）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ４）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から前記バケット−機械本体測位システムを選択するステップ（Ｂ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
片傾斜面レーザ検出器を用いることによって片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
両傾斜面レーザ検出器を用いることによって両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ２）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
片傾斜扇形レーザ検出器を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザを受信するステップ（Ｃ３）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
扇形レーザ検出器を用いることによって扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ４）を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップ（Ｄ）はさらに、
オンボードコンピュータを用いて、前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いて、前記バケットの前記切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによって前記バケットの前記切刃の前記位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
遠隔設置された制御局を用いて前記掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
通信リンクを用いて、前記遠隔設置された制御局と前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの前記オンボードナビゲーションシステムとをリンクするステップ（Ｅ３）と、
掘削機の実時間位置データを、前記通信リンクを介して、前記遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、
前記遠隔設置された制御局から前記通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ステップ（Ｅ３）はさらに、
セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から前記無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
オンボードディスプレイシステムを用いることによって前記掘削機の前記バケットの動きを表示するステップ（Ｆ）をさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）をさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２９】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法であって、前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能
に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、およびオンボードナビゲーションシステムを含み、前記掘削機の３Ｄ座標は、前記移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られ、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを用いることによって前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記３Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｅ）とを含む、方法。
【請求項３０】
前記移動無線測位システム受信機はさらに、衛星受信機および疑似衛星受信機を含み、前記衛星受信機は、前記掘削機の少なくとも１つの座標を得るよう構成され、前記疑似衛星受信機は、前記掘削機の少なくとも１つの座標を得るよう構成され、前記移動無線測位システム受信機は、前記掘削機の３Ｄ座標を得るよう構成され、前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の３Ｄ座標を得る前記ステップ（Ａ）はさらに、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、および、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）とを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用い、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法であって、前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、およびオンボードナビゲーションシステムを含み、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって、複数の測定値を生成することにより前記掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを利用することによって前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより、実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって得られた３Ｄ測定値の前記組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、前記レーザ検出器を用いることによって得られた局所的な垂直座標測定値の前記組に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）と、
前記移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、前記オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、前記３Ｄ重み関数を備えた前記掘削機の３Ｄ座標測定値の前記組と、前記垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の前記組とを統合するステップ（Ｅ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｆ）とを含む、方法。
【請求項１】
掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム（Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳ）であって、掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳは、
前記掘削機の２Ｄ水平座標を得るよう構成された移動無線測位システム受信機と、
前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るよう構成されたバケット−機械本体測位システムと、
少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成され、実質的に高い精度で局所的な垂直座標を与えるよう構成されたレーザ検出器と、
前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記２Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記位置座標と、前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するよう構成され、かつ、実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するよう構成されたオンボードナビゲーションシステムとを含む、掘削機の３Ｄ集積レーザおよび無線測位誘導システム。
【請求項２】
前記移動無線測位システム受信機は、自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から選択され、前記衛星受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バケット−機械本体測位システムは、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記レーザ検出器はさらに、片平面レーザ送信機から片平面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザ検出器はさらに、片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するよう構成された片傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザ検出器はさらに、両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するよう構成された両傾斜面レーザ検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記レーザ検出器はさらに、
片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザビームを受信するよう構成された片傾斜扇形レーザ検出器を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記レーザ検出器はさらに、
扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するよう構成された扇形レーザ検出器を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記掘削機の前記バケットの動きを表示するよう構成されたオンボードディスプレイシステムをさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記オンボードナビゲーションシステムはさらに、
前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成されたオンボードコンピュータを含み、前記オンボードディスプレイシステムは、前記設計表面に対する前記バケットの前記切刃の前記実際の位置を表示するよう構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記オンボードナビゲーションシステムはさらに、
前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するよう構成され、かつ、前記バケットの前記切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによって前記バケットの前記切刃の前記位置を制御するよう構成されたオンボードコンピュータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記掘削機を遠隔操作するよう構成された遠隔設置された制御局と、
前記遠隔設置された制御局と前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの前記オンボードナビゲーションシステムとをリンクするよう構成された通信リンクとをさらに含み、
前記オンボードナビゲーションシステムは、掘削機の実時間位置データを、前記通信リンクを介して、前記遠隔設置された制御局に送信するよう構成され、前記オンボードナビゲーションシステムは、少なくとも１つの制御信号を、前記遠隔設置された制御局から前記通信リンクを介して受信するよう構成され、前記無線通信リンクは、セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記遠隔設置された制御局はさらに、
前記遠隔制御される掘削機を表示するよう構成されたディスプレイを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で掘削機を操作する方法であって、
前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、
前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、および、オンボードナビゲーションシステムを含み、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを用いることによって前記掘削機の前記ブーム、
前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記２Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記位置座標と、前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｅ）とを含む、方法。
【請求項１５】
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得る前記ステップ（Ａ）は、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機、および、擬似衛星受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記移動無線測位システム受信機はさらに、衛星受信機および疑似衛星受信機を含み、
前記衛星受信機は、前記掘削機の第１の水平座標を得るよう構成され、前記疑似衛星受信機は、前記掘削機の第２の水平座標を得るよう構成され、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の２Ｄ水平座標を得る前記ステップ（Ａ）は、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、および、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースのディファレンシャル衛星測位システム受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ３）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ４）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（Ｂ）はさらに、傾斜センサ、シリンダ内測定センサ、ポテンショメータ、および、ケーブルエンコーダからなる群から前記バケット−機械本体測位システムを選択するステップ（Ｂ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
片傾斜面レーザ検出器を用いることによって片傾斜面レーザ送信機から片傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
両傾斜面レーザ検出器を用いることによって両傾斜面レーザ送信機から両傾斜面レーザビームを受信するステップ（Ｃ２）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
片傾斜扇形レーザ検出器を用いることによって片傾斜扇形レーザ送信機から片傾斜扇形レーザを受信するステップ（Ｃ３）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記実質的に高い精度で前記局所的な垂直座標を得る前記ステップ（Ｃ）はさらに、
扇形レーザ検出器を用いることによって扇形レーザ送信機から少なくとも２本の扇形レーザビームを受信するステップ（Ｃ４）を含み、前記オンボードナビゲーションシステムは、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの垂直精度を高めるよう、前記扇形レーザ送信機と前記扇形レーザ検出器との高さの差を算出するよう構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップ（Ｄ）はさらに、
オンボードコンピュータを用いて、前記バケットの前記切刃の実際の位置と設計表面との差を計算するステップ（Ｄ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いて、前記バケットの前記切刃を操作するよう構成された液圧バルブを制御することによって前記バケットの前記切刃の前記位置を制御するステップ（Ｅ１）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
遠隔設置された制御局を用いて前記掘削機を遠隔操作するステップ（Ｅ２）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
実質的に高い垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導する前記ステップ（Ｅ）はさらに、
通信リンクを用いて、前記遠隔設置された制御局と前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムの前記オンボードナビゲーションシステムとをリンクするステップ（Ｅ３）と、
掘削機の実時間位置データを、前記通信リンクを介して、前記遠隔設置された制御局に送信するステップ（Ｅ４）と、
前記遠隔設置された制御局から前記通信リンクを介して少なくとも１つの制御信号を受信するステップ（Ｅ５）とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ステップ（Ｅ３）はさらに、
セルラー式リンク、無線、専用無線帯域、ＳｉｔｅＮｅｔ９００の専用無線ネットワーク、無線インターネット、衛星無線通信リンク、および、光無線リンクからなる群から前記無線通信リンクを選択するステップ（Ｅ３，１）を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
オンボードディスプレイシステムを用いることによって前記掘削機の前記バケットの動きを表示するステップ（Ｆ）をさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２８】
制御局ディスプレイシステムを用いることによって掘削機のバケットの動きを表示するステップ（Ｈ）をさらに含み、前記バケットの切刃の垂直座標は、前記レーザビームの垂直精度と実質的に同様の精度で表示される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２９】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用いることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法であって、前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能
に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、およびオンボードナビゲーションシステムを含み、前記掘削機の３Ｄ座標は、前記移動無線測位システム受信機を用いることによって得られ、局所的な垂直座標は、レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で得られ、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の３Ｄ座標を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを用いることによって前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を決定するステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって実質的に高い精度で局所的な垂直座標を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、前記移動無線測位システム受信機によって得られた前記掘削機の前記３Ｄ水平座標と、前記バケット−機械本体測位システムによって得られた前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの前記座標と、オンボードナビゲーションシステムを用いることによって前記レーザ検出器によって得られた前記局所的な垂直座標とを受信して統合するステップ（Ｄ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｅ）とを含む、方法。
【請求項３０】
前記移動無線測位システム受信機はさらに、衛星受信機および疑似衛星受信機を含み、前記衛星受信機は、前記掘削機の少なくとも１つの座標を得るよう構成され、前記疑似衛星受信機は、前記掘削機の少なくとも１つの座標を得るよう構成され、前記移動無線測位システム受信機は、前記掘削機の３Ｄ座標を得るよう構成され、前記移動無線測位システム受信機を用いることによって前記掘削機の３Ｄ座標を得る前記ステップ（Ａ）はさらに、
自律型衛星受信機、仮想基準局（ＶＲＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、広域補強サービス（ＷＡＡＳ）ベースの差動衛星測位システム受信機、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）ベースの衛星測位システム受信機、および、ＯｍｎｉＳＴＡＲ高性能（ＨＰ）ベースの差動衛星測位システム受信機からなる群から前記移動無線測位システム受信機を選択するステップ（Ａ１）と、
全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、および、複合型ＧＰＳ−ＧＬＯＮＡＳＳ受信機からなる群から前記衛星受信機を選択するステップ（Ａ２）とを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムを用い、重み関数を異なる測定値に割当てることによって、改善された垂直精度で掘削機を操作する方法であって、前記掘削機はさらに、トレッド部材を中心として水平に回動するキャブ部材を含むフレームと、第１の回動手段によって基端が前記キャブに回動可能に取付けられたブームと、第２の回動手段によって基端が前記ブームの遠端に回動可能に取付けられたスティックと、第３の回動手段によって基端が前記スティックの遠端に回動可能に取付けられたバケットとを含み、前記バケットの遠端は、前記フレームに向かう前記バケットの動きに応じて土を掘削するのに用いられる切刃を規定し、前記Ｅｘ＿３Ｄ＿ＩＬＲＰＧＳシステムは、移動無線測位システム受信機、バケット−機械本体測位システム、レーザ検出器、およびオンボードナビゲーションシステムを含み、前記方法は、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって、複数の測定値を生成することにより前記掘削機の３Ｄ座標測定値の組を得るステップ（Ａ）と、
前記バケット−機械本体測位システムを利用することによって前記掘削機の前記ブーム、前記スティックおよび前記バケットの位置座標を得るステップ（Ｂ）と、
レーザ送信機から少なくとも１本のレーザビームを受信するよう構成された前記レーザ検出器を用いることによって複数の測定値を生成することにより、実質的に高い精度で局所的な垂直座標測定値の組を得るステップ（Ｃ）と、
前記移動無線測位システム受信機を用いることによって得られた３Ｄ測定値の前記組に３Ｄ重み関数を割当てるよう構成され、前記レーザ検出器を用いることによって得られた局所的な垂直座標測定値の前記組に垂直重み関数を割当てるよう構成された重み関数を選択するステップ（Ｄ）と、
前記移動無線測位システム受信機の垂直精度を改善させるために、前記オンボードナビゲーションシステムを用いることにより、前記３Ｄ重み関数を備えた前記掘削機の３Ｄ座標測定値の前記組と、前記垂直重み関数を備えた局所的な垂直座標測定値の前記組とを統合するステップ（Ｅ）と、
前記オンボードナビゲーションシステムを用いることによって、改善された垂直精度で前記掘削機の前記バケットの前記切刃を誘導するステップ（Ｆ）とを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１０−５０１７５１（Ｐ２０１０−５０１７５１Ａ）
【公表日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２５７８３（Ｐ２００９−５２５７８３）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７６６４８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９１３９５
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０６１９６０６３）キャタピラー トリンブル コントロール テクノロジーズ、 エルエルシー (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７６６４８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０９１３９５
【国際公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（５０６１９６０６３）キャタピラー トリンブル コントロール テクノロジーズ、 エルエルシー (5)
【Ｆターム（参考）】
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