Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere in Form eines Turmdrehkrans, mit einem Kranausleger, von dem ein mit einem Lastaufnahmemittel verbundenes Hubseil abläuft, einer Lastpositionssensorik zum Erfassen der Position des Lastaufnahmemittels und/oder einer daran befestigten Last, einer Umgebungssensorik zum Erfassen von Umgebungsdaten zum Bestimmen eines Umgebungsmodells, sowie einer Kransteuerung zum Steuern von Hubseil- und/oder Kranbewegungen in Abhängigkeit der erfassten Position des Lastaufnahmemittels und/oder der daran befestigten Last, sowie des bestimmten Umgebungsmodells.

Turmdrehkrane können einen zumindest näherungsweise liegenden, ggf. auch aufwippbaren Kranausleger aufweisen, der von einem sich aufrecht erstreckenden Turm getragen wird und um die aufrechte Turmlängsachse verdreht werden kann. Bei einem sog. Obendreher dreht sich hierbei der Ausleger relativ zum Turm, während bei einem Untendreher der ganze Turm und damit der daran angelenkte Ausleger verdreht wird. Der Abstand des Lasthakens von der Turmachse kann mittels einer Laufkatze eingestellt werden, die entlang des Auslegers verfahrbar ist, wobei das mit dem Lasthaken verbundene Hubseil über die besagte Laufkatze abläuft, oder auch durch Aufwippen eines Nadelauslegers. Aus verschiedenen Gründen ist es hierbei wünschenswert, die exakte Position des Lasthakens über eine entsprechende Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung möglichst exakt zu bestimmen. Dies kann nicht nur vorteilhaft sein, wenn der Lasthaken beispielsweise hinter einer Mauer für den Kranführer nicht mehr sichtbar ist, sondern auch dann, wenn die Laufkatzenposition nicht mehr exakt mit der Lasthakenposition übereinstimmt, d.h. in senkrechter Richtung nicht mehr deckungsgleich ist (es versteht sich, dass durch die Senktiefe des Lasthakens die Höhenstellung von Lasthaken und Laufkatze abweicht). Eine solche Abweichung der Lasthakenposition von der Laufkatzenposition kann verschiedene Ursachen haben, beispielsweise einen ungeraden Verlauf infolge von Windkräften oder Oberschwingungen des Hubseils oder dynamische Auslenkungen wie Pendelbewegungen der Last oder Windauslenkungen.

Je nach zu bewerkstelligender Aufgabe kann es dabei ausreichend sein, die Lasthakenposition nur relativ zur Laufkatze bzw. zum Kran zu bestimmen, beispielsweise um Pendelbewegungen zu dämpfen, oder es kann auch eine absolute Lasthakenposition im Raum benötigt werden, beispielsweise um einen automatisierten Betrieb bei Umschlagvorgängen zu realisieren. Von solchen Verwendungen des Lasthakenpositionssignals zu Steuerungszwecken abgesehen kann durch Bestimmung der Lasthakenposition auch eine erhöhte Sicherheit erreicht werden, da die Last permanent überwacht werden kann, wobei ggf. auch eine Redundanz des Senktiefensensors erreicht werden kann.

Solche Assistenz-Systeme eines Krans wie beispielsweise eine Pendeldämpfung, die mit einer Bestimmung der Lasthakenposition arbeiten, sind beispielsweise aus den Schriften DE 20 2008 018 260 U1 oder DE 10 2009 032 270 A1 bekannt, oder auch aus den Schriften EP 16 28 902 B1 , DE 10 324 692 A1 , EP 25 62 125 B1 , US 2013 01 61 279 A oder US 55 26 946 B.

Ferner ist von der Firma Liebherr unter dem Namen „Cycoptronic“ ein Lastpendeldämpfungssystem für maritime Krane bekannt, welches Lastbewegungen und Einflüsse wie Wind im Voraus berechnet und auf Basis dessen Kompensationsbewegungen einleitet, wobei mittels Gyroskopen der Seilwinkel gegenüber der Vertikalen und dessen Änderungen erfasst werden, um in Abhängigkeit der Gyroskopsignale in die Steuerung einzugreifen.

Die Lasthaken-Position kann dabei grundsätzlich in verschiedener Weise erfasst werden, wobei die Schrift WO 91/146 44 A1 eine Basisversion solcher Lasthaken- Positionsbestimmungen zeigt.

Eine komplexere Positionsbestimmung und Umgebungsüberwachung zeigt die Schrift US 2013/0345857 A1 , die einerseits die Position des Lasthakens mittels eines daran angebrachten GPS-Sensors erfassen will, und andererseits ein dreidimensionales Modell der zu errichtenden Gebäudestruktur einsetzt, das aus Planungsdaten generiert und mittels einer am Kran angebrachten Kamera aktualisiert wird. Ein Navigationssystem bestimmt dabei einen Verfahrweg für den Lasthaken anhand der GPS-Position des Lasthakens und des 3D-Umgebungsmodells.

Weitere Systeme zur Bestimmung der Lasthakenposition an Kranen zeigen die Schriften US 9 041 595 B2, US 9 547 088 B2 und US 9 522 809 B2, die hierfür GPS- Sensoren, Radar-Sensoren oder laserbasierte Distanzsensoren vorschlagen.

Ein System zur Bestimmung der Lasthakenposition in Echtzeit mittels mehreren Funksensoren zeigt die Schrift WO 2020/182592 A1 .

Aus dem Stand der Technik ist es ferner auch bekannt, die Lasthakenposition optisch zu erfassen. Beispielsweise zeigt die JP 9-142773 einen Kran, an dessen Auslegerspitze, von der das Hubseil abläuft, eine nach unten blickende Kamera montiert ist, deren Blickrichtung verstellt wird, um Pendelbewegungen des Lasthakens zu folgen, so dass der Kranführer über die Kamera stets den Lasthaken sehen kann. Die DE 197 25 315 C2 beschreibt einen Hüttenwerkskran mit einem relativ zu einem Tragrahmen verfahrbaren Katzfahrwerk, von dem das Hubseil abläuft. An dem Tragrahmen sind mehrere Kameras angeordnet, deren Blickfeld groß genug ist, um den Kranhaken bei verschiedenen Katzfahrwerkstellungen erfassen zu können. Aus der Schrift WO 2005/082770 A1 ist ferner ein Turmdrehkran bekannt, an dessen Laufkatze eine nach unten blickende Kamera angebracht ist, um dem Kranführer ein Videobild der Lasthaken-Umgebung anzuzeigen, so dass der Kranführer in Bewegungsrichtung liegende Hindernisse besser erkennen kann. Um auch bei großen Senktiefen den vom Kranausleger an sich nur noch sehr klein zu sehenden Lasthaken besser erkennen zu können, ist in der Schrift EP 29 31 649 B1 vorgeschlagen, die beobachtende Kamera mit einem automatischen Zoom zu versehen.

Die Schrift DE 10 2006 001279 A schlägt vor, an der Laufkatze eines Turmdrehkrans eine Sende- und Empfangseinrichtung anzubringen, die mit Funkmodulen am Lasthaken und am Ausleger Signale austauscht, wobei anhand der Laufzeit der Signale der Abstand der Laufkatze vom Turm und damit die Ausladung sowie die Absenktiefe des Lasthakens bestimmt werden. Um auch einen seitlichen Versatz des Lasthakens gegenüber der Laufkatze zu bestimmen, wird mit einem Neigungssensor der Auslenkwinkel des Hubseils gemessen, woraus in Verbindung mit der Absenktiefe die Ausladung der Last korrigiert bzw. der Versatz des Lasthakens gegenüber der Laufkatze bestimmt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kran sowie ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu dessen Steuerung zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine verlässliche, präzise Bestimmung der Lasthakenposition sowie der Strukturen und Objekte in der Kranumgebung in Echtzeit erreicht werden, die eine effiziente, automatische Steuerung des Lasthakens entlang eines Verfahrwegs und eine Pendeldämpfung ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen Kran gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung zu dessen Steuerung nach Anspruch 21 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 22 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es wird also vorgeschlagen, das dreidimensionale Umgebungsmodell in Echtzeit der Kransteuerung zuzuführen, die eine Schnittstelle für die Umgebungssensorik aufweist und für die Steuerung der Kranbewegungen sowohl die erfasste Position des Lastaufnahmemittels bzw. der daran befestigten Last als auch das Echtzeitumgebungsmodell berücksichtigt. Erfindungsgemäß besitzt die Umgebungssensorik eine bildgebende Sensorik zum Bereitstellen von dreidimensionalen Echtzeit-Umgebungsdaten sowie eine Georeferenzier-Einrichtung zur Georeferenzierung der 3D- Echtzeit-Umgebungsdaten und Bestimmung eines georeferenzierten 3D-Umge- bungsmodells. Die Lastpositionssensorik umfasst eine Absolutpositionssensorik zum Erfassen der Absolutposition des Lasthakens und/oder der daran befestigten Last, wobei die Kransteuerung dazu ausgebildet ist, die Hubseil- und/oder Kranbewegungen anhand eines in Echtzeit erfolgenden Abgleichs des georeferenzierten 3D-Um- gebungsmodells mit der Absolutposition des Lasthakens und/oder der daran befestigten Last zu steuern.

Zum einen kann durch die Absolutpositionssensorik die exakte Position der Last bzw. des Lasthakens im übergeordneten Koordinatensystem erfasst werden, ohne dass dies wie bei herkömmlichen Sensorsystemen, die die Relativposition des Lasthakens zur Kranstruktur erfassen, beispielsweise durch Messen der Antriebspositionen wie Drehwinkel des Turmdrehkrans, der Katzposition und der Hubseillänge, durch Einflüsse wie Biegung der Kranstruktur in der Genauigkeit beeinträchtigt wird. Andererseits kann durch die Georeferenzierung der Umgebungsdaten bzw. des Umgebungsmodells ein Abgleich mit den absoluten Positionsdaten des Lasthakens bzw. der daran befestigten Last ermöglicht werden, wodurch einerseits ein kollisionsfreier Lastentransport ermöglicht wird bzw. die Kollisionsgefahr beim automatischen Lasttransport verringert und damit die Sicherheit auf der Baustelle erhöht wird, sowie andererseits eine hohe Positioniergenauigkeit von Lasten ermöglicht wird. Gleichzeitig ermöglicht die georeferenzierte Umgebungsbestimmung durch die bildgebende Sensorik ein Monitoring der Baustelle, welches kontinuierlich Daten zu beispielsweise fehlerhaft verbauten Elementen liefert und ebenfalls die Sicherheit auf der Baustelle erhöht. Insbesondere kann die Kransteuerung die Bewegung des Krans bzw. Turmdrehkrans in Echtzeit anpassen, um eine absolute Positionsregelung der hängenden Kranlast zu erreichen. Der Kran kann dabei insbesondere auch mit einer effizienten Pendeldämpfung ausgestattet werden, um eine automatisierte Ansteuerung der gewünschten Position mit der Kransteuerung zu realisieren. Die Pendeldämpfung dämpft dabei das Pendeln im Hubseil, das bei automatisierter Bewegung des Krans entsteht und die absolute Positionierung erschwert. Zudem kann über die Georefe- renzierung auch die Kranposition selbst exakt erfasst werden.

Gleichzeitig werden vollautomatische Lasttransporte mit Turmdrehkranen inklusive Pendeldämpfung kollisionsfrei ermöglicht, da mit dem bildgebenden Messsystem die Umgebung des Krans in Echtzeit erfasst werden kann, insbesondere auch alle Personen und Maschinen, die sich im Arbeitsbereich des Turmdrehkrans bewegen. Die Umgebungs- und Lastpositions-Sensoriken erfassen hierfür sowohl die Umgebung des Krans als auch die Absolutposition des Hakens bzw. der Last und führen diese an die Kransteuerung zurück, die dann beispielsweise einen automatisch geplanten Pfad des Lasthakens des automatisierten Krans an die Umgebung anpassen kann.

Das erfasste Umgebungsmodell trägt außerdem zur vollständigen Digitalisierung von Baustellen bei. Das bedeutet zum einen, dass ein Monitoring für vereinzelte Baustellenprozesse sowie dem Gesamtstatus der Baustelle durch die Interpretation des Umgebungsmodells selbst durchgeführt werden kann. Zum anderen kann durch Objektidentifikation auf Basis von CAD-Daten der Bauteile ein sequentieller Bauablaufplan erstellt werden, der mit Bauwerksdaten (BIM) automatisiert abgeglichen werden kann.

Die bildgebende Sensorik ist dabei vorteilhafterweise dazu ausgebildet ist, eine die Kranumgebung charakterisierende Punktewolke bereitzustellen, die eine Vielzahl von Umgebungspunkten umfasst, denen jeweils eine Höheninformation zugeordnet ist, und ein reliefartiges Umgebungsmodel bildet. Die Georeferenziereinrichtung kann dabei den einzelnen Punkten der Punktewolke Geodäten bzw. absolute Koordinaten zuordnen. Die dreidimensionale Punktewolke wird dabei in Echtzeit während Kranbewegungen bereitgestellt, um das daraus gewonnene 3D-Umgebungsmodell ebenfalls in Echtzeit der Kransteuerung zuführen und für Kransteuerungsaufgaben wie eine Kollisionsüberwachung oder Ausweichmanöver verwenden zu können.

Die dreidimensionale Punktewolke bildet ein digitales Umgebungsrelief, das aus einer Vielzahl von pixelartigen Reliefpunkten zusammengesetzt ist, die durch Koordinaten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem identifizierbar sind und/oder jeweils mit einer Höheninformation sowie einer Positionsinformationen in einer Aufrissebene versehen sein können. Die genannte Punktewolke bildet vorteilhafterweise die gesamte sichtbare Geometrie der Kranumgebung ab.

Die bildgebende Sensorik zum Bereitstellen der dreidimensionalen Echtzeit-Umgebungsdaten kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mehrere Kameras aufweisen, die an der Kranstruktur montiert sein können, vorzugsweise mit einer Blickrichtung nach unten, so dass Bilder der Kranumgebung aus einer an der Kranstruktur verankerten Vogelperspektive aufgenommen werden können.

Vorzugsweise nehmen dabei die mehreren Kameras gleichzeitig sich überlappende Bilder auf, so dass die Bilder anhand der Überlappungsbereiche fotogram metrisch ausgewertet werden können. Insbesondere können die Kameras die genannten Bilder mit überlappenden Bildausschnitten auch während Kranbewegungen aufnehmen und bereitstellen. Dabei können mithilfe der fotogrammetrischen Auswertung der Kamerabilder auch die zunächst unbekannten Kamerapositionen bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch durch Integration weiterer Sensorsignale, bspw. eines GNSS-Sensors am Ausleger und/oder eines Stellungs- und/oder Auslenkungssensors zur Erfassung der Auslegerstellung, und einer Kalibrierung zumindest Näherungswerte für die Kamerapositionen bestimmt werden.

Eine Bildauswerteeinrichtung kann einen Rechner aufweisen, der am Kran oder auch in der Kranumgebung vorgesehen sein kann, wobei der genannte Rechner vorteilhafterweise dazu ausgebildet ist eine fotogrammetrische Verarbeitung der aufgenommenen Bilder auszuführen. Beispielsweise kann die Bildauswerteeinrichtung einen Objektidentifikationsbaustein umfassen, um auf den Bildern gezeigte Objekte identifizieren zu können, wobei beispielsweise ein Abgleich mit Bauwerksdaten aus einem Bauwerksdatenmodell BIM erfolgen kann, beispielsweise um Gebäudekonturen zu erfassen oder zuzuordnen. Die Bildauswerteeinrichtung ist vorzugsweise aber auch dazu ausgebildet, sich im Umgebungsbereich des Krans bewegende Objekte wie Arbeiter oder fahrende Maschinen zu bestimmten und in Echtzeit als Teil des Umgebungsmodells bereitzustellen.

Die genannte Bildauswerteeinrichtung umfasst ferner vorteilhafterweise ein Konvertierungsmodul, um das aus den Signalen bzw. Daten der bildgebenden Sensorik bestimmte dreidimensionale Umgebungsmodell auf ein Format zu konvertieren, das von der Kransteuerung verarbeitbar ist. Das konvertierte Umgebungsmodell wird dann von der Bildauswerteeinrichtung an die Kransteuerung bereitgestellt, die das Umgebungsmodell dann in der genannten Weise mit der Absolutposition des Lasthakens bzw. der daran befestigten Last abgleichen kann, um Kranbewegungen zu steuern. Beispielsweise kann das Umgebungsmodell in eine pixelartige Aufrissdarstellung der Kranumgebung mit Höheninformationen zu den einzelnen Aufrisspunkten, die den Höhenunterschied zwischen den einzelnen Aufrisspunkten zum Kranausleger charakterisieren können, und Koordinaten zu den Aufrisspunkten, die deren Lage in einer Aufrissebene senkrecht zur Vertikalen und/oder senkrecht zu einer Krandrehwerksachse charakterisieren, konvertiert werden. Wenn die Kranumgebung vom Ausleger herab als Schachbrett betrachtet wird, kann die pixelartige Aufrissdarstellung ein dreidimensionales Schachbrett bilden, dessen Felder unterschiedlich weit nach oben vorstehen.

Die Kransteuerung kann beispielsweise eine Pendeldämpfungseinrichtung umfassen, die anhand der erfassten Absolutpositionen des Lasthakens bzw. der befestigten Last in Echtzeit pendeldämpfende Gegenmaßnahmen einleiten bzw. Steuerungsmaßnahmen vorsehen kann, um auftretendes Lastpendeln zu dämpfen bzw. zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann die Kransteuerung auch ein Verfahrweg-Bestimmungsmodul umfassen, um in Abhängigkeit des Umgebungsmodells einen Verfahrweg zu planen oder umzuplanen, wenn im Echtzeitumgebungsmodell beispielsweise ein Hindernis wie eine sich bewegende Baumaschine oder ein anderer Kran erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kransteuerung auch eine automatische Verfahrsteuerung aufweisen, um eine am Lastaufnahmemittel befestigte Last an die zugehörige Zielposition zu verfahren, die beispielsweise aus einem BIM-Modell entnommen werden kann, wobei die Kransteuerung den Verfahrweg zur Zielposition anhand des Echtzeit-3D-Umgebungsmodells bestimmen und dann die Kranantriebe entsprechend ansteuern kann.

Die Georeferenziereinrichtung zum Georeferenzieren der 3D-Umgebungsdaten der bildgebenden Sensorik kann beispielsweise mit eingemessenen Referenzpunkten arbeiten, die auf der Baustelle verteilt sind. Die Bildauswerteeinrichtung kann die genannten Referenzpunkte in den aufgenommenen Kamerabildern erfassen und anhand der erfassten Referenzpunkte eine Georeferenzierung der anderen Bildpunkte bzw. der anderen Punkte der dreidimensionalen Punktewolke, die die Kranumgebung abbildet, vornehmen. Wird die Last- bzw. Lasthakenposition in anderer Weise absolut bestimmt, kann die Georeferenziereinrichtung auch die bekannte Absolutposition des Lastaufnahmemittels bzw. der Last als Referenzpunkt nutzen und dazu verwenden, anderen Bildpunkten bzw. Punkten der dreidimensionalen Punktewolke, die die Kranumgebung abbildet, mit Positionskoordinaten zu versehen.

Alternativ oder zusätzlich kann auch eine direkte Georeferenzierung erfolgen. Beispielsweise kann die Winkellage des Auslegers bestimmt bzw. erfasst werden, an dem die Kameras montiert sind. Durch Kenntnis dieses Winkels, um den der Ausleger zum Zeitpunkt der Bildaufnahme ausgelenkt war, und vorab bestimmte Abstände der Kameras zum Kranzentrum/Ursprung des Krankoordinatensystems sowie deren Ausrichtung, die durch eine Kalibriermessungen bestimmt werden kann, können die Kamerapositionen ermittelt werden, zumindest als Näherungslösung. Dies ermöglicht eine direkte Georeferenzierung der aus den Bildern abgeleiteten 3D Daten.

Die Bestimmung der Absolutposition des Lasthakens bzw. der daran befestigten Last kann grundsätzlich in verschiedener Weise erfolgen.

Beispielsweise kann die Absolutpositionssensorik einen GPS- bzw. GNSS-Sensor umfassen, der am Lastaufnahmemittel oder an der daran befestigten Last ange- bracht sein kann und die Position des Lastaufnahmemittels bzw. der daran befestigten Last per Satellitennavigation, beispielsweise GPS-Signalen, GLONASS-Signalen oder Galileo-Signalen absolut bestimmen und der Kransteuerung bereitstellen kann. Vorzugsweise kann ein solcher GNSS-Sensor eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle zum drahtlosen Übertragen der Positionssignale an die Kransteuerung aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren solcher GNSS-Sensoren am Lastaufnahmemittel und/oder an der Last, kann die Absolutpositionssensorik zum Bestimmen der Absolutposition des Lastaufnahmemittels und/oder der daran befestigten Last auch einen oder mehrere Tachymeter aufweisen, die optisch und/oder elektronisch arbeitend ausgebildet sein können. Hierbei kann ein Prisma bzw. Signal- relfektor am Lastaufnahmemittel und/oder der daran befestigten Last angebracht werden, das bzw. der von einem oder mehreren Tachymetern, die in der Kranumgebung auf der Baustelle verteilt positioniert sind zuvor bestimmt wurden, und des- sen/deren Position/en, eingemessen bzw. getrackt werden, um mit hoher Genauigkeit die Position des Lasthakens und/oder der Last zu bestimmen.

Das zumindest eine Tachymeter stellt die Absolutposition des Prismas bzw. des Lasthakens oder der daran befestigten Last in Echtzeit bereit und übermittelt die Positionsdaten an die Kransteuerung, die anhand der Absolutposition beispielsweise Abweichungen von einer Sollposition bestimmen und in Abhängigkeit solcher Abweichungen die Kranantriebe ansteuern kann.

Alternativ oder zusätzlich zu solchen Tachymetersystemen kann die Absolutpositionssensorik auch eine optisch arbeitende Sensorik besitzen, die eine bildgebende Sensorik, insbesondere eine oder mehrere Kameras aufweisen, die das Lastaufnahmemittel und/oder die daran befestigte Last und/oder eine daran angebrachte Markierung beobachten. Die von der Bildauswerteeinrichtung erkannte Markierung bzw. das erkannte Lastaufnahmemittel und/oder die erkannte Last kann dann von der Ge- oreferenziereinrichtung georeferenziert werden, wobei beispielsweise in der schon genannten Weise auf der Baustelle eingemessene Referenzpunkte verwendet wer- den können, die in den Bildern auftauchen und relativ zu denen dann die Lasthakenposition absolut bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der zuvor genannten Weise eine direkte Georeferenzierung erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : eine Seitenansicht eines Krans in Form eines Turmdrehkrans nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, wobei an der Kranstruktur mehrere Kameras zur bildgebenden Erfassung der Umgebung und einer Markierung am Lastaufnahmemittel, ferner ein Tachymeter zum tachimetri- schen Bestimmen der Absolutposition des Lasthakens sowie ein GPS- Sensor am Lastaufnahmemittel zur satellitenbasierten absoluten Positionsbestimmung des Lasthakens vorgesehen sind,

Fig. 2: ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Zusammenführung der Echtzeit-Absolutposition des Lastaufnahmemittels und des Echtzeit-3D-Umge- bungsmodells an der Kransteuerung, die in Abhängigkeit der Absolutposition des Lastaufnahmemittels und des 3D-Umgebungsmodells die Kranantriebe ansteuert,

Fig. 3: eine perspektivische Darstellung des von der bildgebenden Sensorik erfassten 3D-Umgebungsmodells in Form einer Punktwolke,

Fig. 4: eine Darstellung der die Kranumgebung abbildenden Punktwolke aus Figur 3, die in eine Aufrissdarstellung transformiert wurde, in der verschiedene Graustufen verschiedene Höhelagen der einzelnen Punkte darstellen, und

Fig. 5: eine ausschnittsweise, vergrößerte Darstellung des perspektivischen Punktmodells aus Fig. 3, das die einzelnen Punkte des Punktmodells zeigt. Wie Fig. 1 zeigt, kann der Kran 1 beispielsweise als oben drehender Turmdrehkran ausgebildet sein, dessen Kranstruktur einen sich aufrecht erstreckenden Turm 2 aufweist, der einen Ausleger 3 sowie ggf. einen Gegenausleger trägt. Der genannte Ausleger 3 kann relativ zum Turm 2 um die aufrechte Turmlängsachse 4 verdreht werden und einen zumindest näherungsweise horizontale Lage einnehmen. Alternativ wäre bei Ausbildung als Untendreher es jedoch auch möglich, dass sich der Turm 2 zusammen mit dem Ausleger 3 gegenüber der Kranbasis verdrehen lässt. Ferner wäre es auch möglich, dass der Ausleger 3 um eine liegende Querachse auf und nieder wippbar ist.

An dem genannten Ausleger 3 ist eine Laufkatze 5 verfahrbar aufgehängt, so dass die Laufkatze 5 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Auslegers 3 verfahren werden kann, um die Ausladung des Lasthakens 7 variieren zu können. Der genannte Lasthaken 7 ist dabei an einem Hubseil 6 befestigt, das über die genannte Laufkatze 5 vom Ausleger 3 abläuft, um den Lasthaken 7 absenken und anheben zu können.

Um den Lasthaken 7 in gewünschter Weise verfahren zu können, umfasst der Kran 1 verschiedene Kranantriebe, insbesondere ein Hubwerk zum Einholen und Absenken des Hubseils 6, einen Katzfahrantrieb zum Verfahren der Laufkatze 5 sowie ein Drehwerk zum Verdrehen des Auslegers 3 um die aufrechte Turmachse 4.

Die genannten Kranantriebe können von einer Kransteuerung 8 angesteuert werden, die in an sich bekannter Weise Steuerbefehle von einer Eingabeeinrichtung an einem Kranführerstand oder einer Fernsteuerung verarbeiten kann, beispielsweise Hub-, Dreh- und Katzfahrbefehle. Zusätzlich kann die Kransteuerung 8 ein Verfahrsteuermodul aufweisen, um einen Fahrwerk für den Lasthaken automatisch zu bestimmen und/oder halb- oder vollautomatisch abzufahren, um eine aufgenommene Last von einem Aufnahmeort zu einem Zielort zu verbringen.

Ferner umfasst die Kransteuerung 8 eine Pendeldämpfungseinrichtung 9, um durch verschiedene Einflüsse wie beispielsweise hastige Eingabebefehle für die Kranantriebe oder Windkräfte verursachte Pendelbewegungen des Lasthakens 7 zu verhin- dern, abzumildern oder zu dämpfen. Beispielsweise kann die genannte Pendeldämpfungseinrichtung 9 zu hastig eingegebene, manuelle Steuerbefehle übersteuern und die Kranantriebe hiervon abweichend ansteuern, um pendeldämpfend zu wirken.

Die Pendeldämpfungseinrichtung 9 bzw. die Kransteuerung 8 kann hierbei die Absolutposition des Lasthakens 7 und deren Abweichungen von einer Sollposition berücksichtigen.

Eine Lastpositionssensorik 10 kann dabei die Absolutposition des Lasthakens 7 bzw. der daran verbundenen Last in einem übergeordneten Koordinatensystem bestimmen, wobei die Absolutpositionssensorik 11 verschiedene Sensormittel umfassen kann.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Lastpositionssensorik 10 einen GPS-Sensor 12 oder einen anderen satellitensignalbasierten GNNS-Sensor zum Satellitensignal-basierten Bestimmen der Lasthakenposition aufweisen, wobei ein solcher GPS- oder GNNS- Sensor am Lasthaken 7 befestigt sein kann oder ggf. auch an der Last befestigt werden kann.

Der genannte GPS-Sensor 12 kann vorzugsweise eine drahtlos arbeitende Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die mit einer vorzugsweise ebenfalls drahtlosen Kommunikationsschnittstelle der Kransteuerung 8 kommunizieren kann, um das jeweilige Positionssignal, das die absolute Position des Lasthakens 7 angibt, an die Kransteuerung 8 zu übermitteln.

Die Kransteuerung 8 kann die absolute Position des Lasthakens 7, die der Kransteuerung 8 in Echtzeit übermittelt wird, mit einer jeweiligen Soll-Position abgleichen, die beispielsweise aus einem vorbestimmten Verfahrweg für den Lasthaken 7 gewonnen werden kann oder eine Zielposition sein kann, die beispielsweise aus einem Bauwerkdatenmodell erhalten werden kann. Anhand des Abgleichs der absoluten Ist- Position mit der vorbestimmten Soll-Position kann die Kransteuerung 8 dann die Kranantriebe entsprechend betätigen, um den Lasthaken 7 exakt an die Soll-Position zu fahren. Alternativ oder zusätzlich kann die absolute Lasthakenposition, die in Echtzeit an die Kransteuerung 8 gemeldet wird, auch von der Pendeldämpfungseinrichtung 9 verwendet werden, um pendeldämpfend einzugreifen.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen GPS- bzw. GNSS-Sensor 12 am Lasthaken 7 kann die absolute Position des Lasthakens 8 auch mit Hilfe eines oder mehrerer Tachymeter 13 bestimmt werden, die in der Umgebung des Krans 1 am Boden bzw. der Baustelle verteilt angeordnet werden können und die Position des Lasthakens 7 oder der daran befestigten Last bestimmen.

Die genannten Tachymeter können elektro-optisch bzw. optisch oder elektronisch arbeiten. Beispielsweise kann am Lasthaken 7 ein Prisma angebracht werden, das einen vom Tachymeter abgegebenen Lichtstrahl reflektiert, wobei die Tachymeter 13 die Laufzeit und ggf. auch die Phasenverschiebung des zurückgeworfenen Lichtstrahls erfassen sowie eine Winkelmessung ausführen, und hieraus die Position des Lasthakens 7 bestimmen können.

Vorzugsweise sind mehrere Tachymeter verteilt am Boden angeordnet, um den Lasthaken bzw. das daran angebrachte Prisma lückenlos verfolgen zu können.

Der oder die Tachymeter stellen das jeweilige absolute Positionssignal in Echtzeit an die Kransteuerung 8 bereit. Wie Fig. 1 zeigt, können die Tachymeter 13 dabei das Prisma bzw. den Reflektor am Lasthakens tracken und aus Messungen der Signalstrecken und Winkel die Absolutposition des Lasthakens bzw. des daran befestigten Prismas bestimmen. Diese Absolutposition wird für die Datenübertragung an die Kransteuerung 8 passend kodiert und von der Kodiereinrichtung an die Übertragungsschnittstelle der Kransteuerung 8 übertragen.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen tachimetrischen und/oder Satellitensignalbasierten Positionsbestimmung kann die Lasthakenposition bzw. die Position der daran befestigten Last auch optisch mit Hilfe einer bildgebenden Sensorik bestimmt werden. Insbesondere kann eine solche bildgebende Sensorik 14 eine oder mehrere Kameras 15 umfassen, die an der Kranstruktur und insbesondere am Ausleger 3 montiert sein können, um ein vogelperspektivisches Bild der Kranumgebung und des Lasthakens 7 erfassen zu können.

Die jeweiligen Bilder einer oder mehrerer Kameras 15 werden dabei von einer Bild- auswerteeinrichtung 16 ausgewertet, die einen Rechner umfassen kann, der am Kran 1 selbst oder in der Kranumgebung vorgesehen sein kann. Beispielsweise können die Bilddaten der Kameras 15 in ein Netzwerk 17 gestreamt werden, an das die genannte Bildauswerteeinrichtung 16 angebunden ist.

Um die Identifikation des Lasthakens im jeweils aufgenommenen Bild zu vereinfachen, kann am Lasthaken eine spezielle Markierung angebracht sein, beispielsweise in einer bestimmten Form wie einem Dreieck oder einer bestimmten Signalfarbe und/oder insbesondere auch eine codierte Zielmarke. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Kranhaken 7 anhand seiner Kontur- und Größenmerkmale im Kamera- bzw. Sensorbild zu identifizieren.

Um eine absolute Position des Lasthakens 7 aus den Bilddaten zu erreichen, kann die bildgebende Sensorik 14 auch z.B. durch das Tachymeter eingemessene Referenzpunkte erfassen bzw. kann die Bildauswerteeinrichtung 16 solche Referenzpunkte in den Sensorbildern identifizieren. Vorteilhafterweise können zumindest 3 oder mehrere solcher eingemessener Referenzpunkte über die Baustelle bzw. am Boden oder der schon vorhandenen Gebäudestruktur angebracht werden, deren absolute Position bekannt ist.

Eine Georeferenziereinrichtung 18 kann aus den in den Bildern identifizierten Referenzpunkten und der identifizierten Lasthakenmarkierung die absolute Position des Lasthakens im übergeordneten Koordinatensystem bestimmen und die durch Geo- referenzierung bestimmte, absolute Lasthakenposition an die Schnittstelle der Kransteuerung 8 übermitteln, vgl. Fig. 2.

Die genannten Kameras 15, die an der Kranstruktur, insbesondere dem Ausleger 3 montiert sind, und/oder andere Kameras, die in der Kranumgebung montiert sein können, um vogelperspektivische Bilder der Kranumgebung bereitzustellen, können gleichzeitig auch Teil einer Umgebungssensorik 19 sein, mittels derer Umgebungsdaten erfasst werden können, die die Topographie und/oder Gebäudestruktur in der Kranumgebung und insbesondere auch die gesamte Geometrie der Szene bzw. Umgebung einschließlich beweglicher Objekte wie Personen oder Maschinen charakterisieren können. Insbesondere können 3D-Umgebungsdaten in Echtzeit bereitgestellt werden, aus denen die genannte Bildauswerteeinrichtung 16 in Echtzeit ein 3D- Umgebungsmodell bestimmen und an die Kransteuerung 8 übermitteln kann.

Die genannten Kameras 15 können dabei überlappende Bildausschnitte überwachen bzw. sich überlappende Bilder bereitstellen, die dann von der Bildauswerteeinrichtung 16 hinsichtlich der Bildpunkte bzw. den Punkten der Punktewolke ausgewertet werden können, die beispielsweise Gebäudekonturen, auf der Baustelle befindliche Personen oder Baumaschinen in der sensorisch überwachten Umgebung abbilden, vgl. Figur 3.

Die schon genannte Georeferenziereinrichtung 18 kann den Punkten der sensorisch erfassten Punktewolke Koordinaten im übergeordneten Koordinatensystem zuordnen bzw. absolute Positionsdaten dafür vergeben.

Die Georeferenziereinrichtung 18 kann dabei beispielsweise mit den schon genannten eingemessenen Referenzpunkten arbeiten, die in der Kranumgebung verteilt angeordnet sein können. Alternativ oder zusätzlich kann die Georeferenziereinrichtung aber beispielsweise auch mit dem absoluten Positionssignal, das die Position des Lasthakens 7 angibt und beispielsweise vom GPS-Sensor 12 oder den Tachymetern 13 kommen kann, arbeiten, um die in den Kamerabildern identifizierten 3D-Punkte mit Koordinaten versehen zu können.

Wie Fig. 2 zeigt, können die Messdaten der Absolutpositionssensorik 11 miteinander abgeglichen bzw. fusioniert werden, um ein verlässliches, absolutes Positionssignal für den Lasthaken 7 und georeferenzierte Umgebungsdaten an die Kransteuerung 8 bereitstellen zu können. Insbesondere kann folgendes Vorgehen sinnvoll sein, wie Fig. 2 zeigt:

Die Messung der Absolutposition des Hakens 7 bzw. der Last wird über die Schritte auf der linken Seite durchgeführt. Hierzu werden Sensoren zur kinematischen Bestimmung der Absolutposition eingesetzt und die gemessene Absolutposition an die Kransteuerung in Echtzeit zurückgeführt.

Für das Beispiel Tachymeter 13, wird das auf der Baustelle installierteTachymeter 13 bzw. mehrere verteilte Tachymeter 13 so eingestellt, dass das Prisma am Haken 7 verfolgt wird. Dann wird die Absolutposition des bewegten Objekts (Kranhaken, Last) über die Tachymeter 13 getrackt und die Position mit einem hohen Frequenzwert erfasst. Danach werden in jedem Zeitschrift die Messdaten als CAN-Nachricht codiert und über eine drahtlose Verbindung an die Kransteuerung 8 zurückgeführt. In der Kransteuerung wird dann die Abweichung in der Absolutposition von der mit der Relativsensorik des Krans erfaßten Position berechnet und der Sollwert der Kranregelung so angepasst, dass der Positionsfehler des Hakens bzw. der Last kompensiert wird.

Für das Beispiel Kameras 15, werden, analog zur Generierung des Umgebungsmodells, Bilder von den Kameras 15 am Ausleger 3 gemacht. Diese Bilder werden an den Bildverarbeitungsrechner 12 geschickt. Bei der Bildverarbeitung wird die Position der Markierung, die zuvor am Kranhaken 7 bzw. der Last angebracht wurde, mit Absolutkoordinaten referenziert. Die berechnete Absolutposition kann dann über das gleiche oder ein anderes Netzwerk, das auch das Umgebungsmodell an die Kransteuerung 8 übermittelt, an die Kransteuerung 8 geschickt werden.

Für das Beispiel GNSS Sensor 12, wird dieser so eingerichtet, dass der GNSS Sensor seine gemessene Absolutposition in ein Netzwerk streamt mit dem auch die Kransteuerung verbunden ist. Da der GNSS-Sensor 12 am Kranhaken 7 bzw. an der Last angebracht ist, wird ebenfalls die Absolutposition des Kranhakens 7 bzw. der Last gemessen. Das Vorgehen zur Generierung des Umgebungsmodells und dessen Rückführung zur Kransteuerung ist auf der rechten Seite von Fig. 2 dargestellt. Für das Umgebungsmodell werden zunächst gleichzeitig Bilder mit den am Ausleger 3 angebrachten Kameras 15 gemacht. Während der Bewegung des Krans 1 entsteht dadurch ein sich sowohl längs des Auslegers 3 als auch in Rotationsrichtung des Auslegers überlappender Bildverband. Die Bilder werden dann an einen Rechner einer Bildauswerteeinrichtung 16 geschickt, der mit geeigneten Algorithmen wie z.B. visual SLAM die photogrammetrische Verarbeitung in Echtzeit ausführen kann. Anschließend wird das Umgebungsmodell so konvertiert, dass es von der Kransteuerung 8 verarbeitet werden kann, vgl. Figuren 3 und 4 im Vergleich zueinander. Danach findet die Übertragung des Modells bspw. via Ethernet statt. Damit hat die Kransteuerung 8 das aktuelle Umgebungsmodell erhalten und kann den Kran 1 bzw. dessen Kranantriebe in Echtzeit ansteuern, sodass ein kollisionsfreier Lastentransport sichergestellt wird.

Die photogrammetrische Verarbeitung der Bilder umfasst vorzugsweise auch die Objektidentifikation mit einer anschließenden semantischen Modellierung und ermöglicht damit sowohl die automatische Bestimmung der Start- und Zielkoordinaten eines Transportprozesses als auch das Monitoring des Baufortschritts auf der Baustelle. Mit Hilfe von Bauwerksdaten (BIM) kann hierfür zunächst ermittelt werden, welches Bauteil wann eingebaut werden muss und eine Sequenz an Transportprozessen geplant, die dem Bauablaufplan entspricht. Anschließend wird das als nächstes zu transportierende Bauteil mit Hilfe seiner bekannten CAD-Daten in den Bildern oder den 3D-Daten des Umgebungsmodells detektiert und seine Position ermittelt. Gleichzeitig kann die Detektion bekannter Bauelemente und die Bestimmung ihrer Position zur Baufortschrittskontrolle herangezogen werden, indem diese mit den Planungsdaten verglichen werden.