地形圖更新系統的製作方法

2023-07-01 12:47:36

專利名稱：地形圖更新系統的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及地形繪圖，更具體地，涉及一種工地地形圖更新系統。
背景技術：
諸如礦場、垃圾填埋場、採石場、建築工地等的工地通常通過在其上執行多種任務 的機器和/或工人而經歷地理變更。例如，在煤礦場，推土機不斷地將工地中的煤堆運送至 輸送機上、斜槽中等，以準備對煤進行輸送。同樣，在挖掘工地，通過挖掘、平土、整平或以其 他方式將地形為多種用途進行準備而改變地形。在一些應用中，將地形繪圖是有用的。例如，有利的是，將工地地形繪圖以用於遠 程幫助或控制挖掘、確定任務完成進度、計算材料出入、以及/或辨別工地低效或其他趨勢。於2003年8月19日授權予Hinton等人的美國專利No. 6608913 (，913專利)中 說明了地形繪圖系統的一個例子。』913專利說明了一種用於地下採礦應用中的自備式繪圖 和定位系統。具體來說，說明了一種勘測系統，其包括雷射掃描儀，該雷射掃描儀連接至地 下的遠程操作採礦車輛。隨著車輛在礦井中行進，掃描儀對礦井進行掃描。所掃描的數據 被轉換為表示礦井表面的點雲數據(point cloud data)。然後，勘測系統將點雲數據存儲 在三維資料庫中，三維資料庫被用於在車輛通過礦井時為車輛導航。雖然』913專利的勘測系統可以適當地對礦井的表面進行繪圖，但是它可能並不高 效。例如，如果在同一位置多次勘測礦井，三維資料庫可能由冗餘的點雲數據進行更新，即 使礦井表面從上次掃描並未出現變化。此外，』913專利的勘測系統可能無法區別礦井表面 與礦井中的其他結構(例如其他礦井車輛)。如果被掃描了，這些結構可能被包含在三維數 據庫中，使得礦井地形圖不準確。本發明旨在克服上述一種或多種問題。

發明內容
本發明的一個方面涉及一種地形繪圖系統。該系統可以包括能夠收集限定場地的 當前表面的多個當前點的至少一個傳感器、以及包含限定場地的之前表面的多個之前收集 的點的資料庫。該系統還可以包括與至少一個傳感器通信的控制器。控制器能夠將多個當 前點中的至少一個的高度與多個之前收集的點中的至少一個的高度進行比較，並且基於比 較確定是否授權更新資料庫。控制器還可以被配置為如果確定授權更新，則更新資料庫。本發明的另一個方面涉及一種地形繪圖的方法。該方法可以包括收集限定場地的 當前表面的多個當前點、並且將當前點中的至少一個的高度與存儲在資料庫中並限定場地 的之前表面的多個之前收集的點中的相應的至少一個的高度相比較。該方法還可以包括基 於比較確定是否授權更新資料庫，且如果確定授權更新，則更新資料庫。本發明的另一個方面涉及另一種地形繪圖系統。該系統可以包括能夠收集限定場 地的表面的多個點的至少一個傳感器、以及與至少一個傳感器通信的控制器。控制器能夠
4從所收集的多個點中識別出不限定地形的點，從所收集的多個點中過濾掉所識別的不限定 場地地形的點，並且基於經過過濾的所收集的多個點形成地形圖。本發明的又一個方面涉及另一種地形繪圖方法。該方法可以包括收集限定場地表 面的多個點，從所收集的多個點中識別出不限定場地地形的點，並且從所收集的多個點中 過濾掉所識別的不限定場地地形的點。該方法還可以進一步包括使用經過過濾的所收集的 多個點形成地形圖。


圖1是具有示例性公開的地形繪圖系統的工地的示圖；圖2是用於圖1的地形繪圖系統的坐標系的示圖；圖3是與圖2的坐標系相關的對工地表面上的點進行掃描的示圖；圖4是圖2的坐標系之間關係的示圖；圖5是圖1的地形繪圖系統所掃描的工地的示圖；圖6是經過圖1的地形繪圖系統改善後的圖5的工地表面掃描示圖；圖7是與工地的之前表面的比較的圖6的改善後的工地表面掃描示圖；以及圖8是示出圖1的地形繪圖系統的示例性的操作的流程圖。
具體實施例方式圖1示出一種示例性的工地10。工地10可以是例如礦場、垃圾填埋場、採石場、建 築工地、或在其上執行工作或勞動的其他類型的場地。在一種實施方式中，由於一個或多個 機器12在工地10上執行的工作，工地10可能經歷地理變更。機器12可以在工地10上執 行例如採礦、材料收集、挖掘、或其他變更地理的任務。機器12可以是例如挖掘機、裝載機、 推土機、自動平路機、託運卡車、和/或用於對工地10執行變更地理的任務的其他類型的設 備。工地10的表面14可以具有多個特徵。這些特徵可以包括例如實際的工地地形16 和物體18。地形16可以包括土地、巖石、礦石、礦床、煤炭、稀有金屬、木材、廢料、垃圾、或其 他類似的材料。物體18可以包括基礎設施，例如輸送機、斜槽、起重機、和/或其他材料運 輸裝置；儲存、精煉、和/或處理設施；工地總部或其他建築物；和/或工地上普遍能找到的 其他結構或固定物。物體18也可以包括機器12、工人20、腳手架、工具、和/或在工地10 內移動且/或暫時出現在工地10內的其他物品。此外，工地10可以包括地形繪圖系統22和/或與地形繪圖系統22相關聯，以掃 描工地表面14並對地形16進行繪圖。在圖1所示的實施方式中，系統22可以包括與控制 器34通信的一個或多個傳感器24、地形圖32、和物體資料庫33。地形圖32、物體資料庫33 和/或控制器34可以包含在遠離工地10的場外系統36中。替代地或附加地，系統22的 組成部件可以包括在一個或多個機器12上。控制器34能夠與傳感器24、地形圖32、物體 資料庫33以及工地10上的機器12通信，以發送、接收和/或回復與系統22的操作相關的 fn息ο傳感器24可以定位在和/或安裝在工地基礎設施上。替代地或附加地，傳感器24 可以包括定位在表面14上或表面14周圍的單獨的單元。傳感器24可以掃描工地10以收集限定其表面14的信息。具體來說，傳感器24可以確定傳感器24到工地10的表面14 上的點的距離和方向。此外，如果需要，傳感器24還可以收集關於表面14上的點的其他信 息，例如特定位置處的表面14的顏色。傳感器24可以遞增地對每個點獨立地收集信息，以 及/或將點作為點集(即「點雲」)地收集信息。傳感器24的操作可以通過控制器34無線 控制或編程，使得每個傳感器24掃描工地表面14的各自的部分。替代地或附加地，傳感器 24能夠自主地掃描表面14。傳感器24所收集的關於表面14上的點的信息和/或與其相 關聯的任何其他信息後文將被稱為「點」。傳感器24可以是LIDAR(光探測和測距)裝置(例如雷射掃描儀)、RADAR(無線 電探測和測距)裝置、SONAR(聲導航和測距)裝置、照相機裝置、和/或能夠確定到物體的 射程(range)和方向以及/或物體屬性的其他類型的裝置。傳感器24可以向控制器34發 送表示與所感測的點相關的射程、方向和/或其他信息或屬性的信號。如果需要，可以使用 額外的傳感器24以在更短的時間段內覆蓋工地表面14。例如，在工地10中可以定位成對 的傳感器(未示出)以立體地收集限定表面14的點。此外，傳感器24可以安裝在裝備有 GPS和/或其他定位或定向裝置的一個或多個機器12上，以對布置在工地10上的傳感器 24的掃描進行補充。但是，可以使用任何布置、配置和/或數量的傳感器24來以適合的方 式收集點。傳感器24可以包括計時裝置(未示出)，且/或可以與計時裝置相聯，以計算對於 傳感器測值的時間位置。傳感器24可以將該時間位置附加至各自的測值。也就是說，傳感 器24可以將所收集的每個點與該點被收集的時間附連或通過其他方式相關聯。時間位置 可以相對於格林威治標準時間、儒略日或其他類型的時間測量系統來測量。計時裝置可以 是石英晶體振蕩器、能夠與時鐘系統通信的電子接收器(例如從遠程的源周期性地接收校 正更新)、或是可操作以接收或確定時間位置信息的其他裝置。可以理解，在掃描表面14的過程中，傳感器24可以對工地表面14上的在傳感器 的掃描視野範圍內的所有特徵(包括地形16、物體18、和/或可以找到的任何其他物品)進 行檢測並收集點。也就是說，除屬於地形16的點之外，傳感器24還檢測並收集不屬於(即 不限定)工地10的實際地形16的點。不經過進一步的處理、過濾、和/或分類，傳感器24 自身不能夠將地形16與在表面14上或周圍所找到的其他物體18區分開。地形圖32可以是包含之前收集的限定工地表面14的點的資料庫。地形圖32可 以，例如，將之前收集的點以矩陣的形式存儲。每個點可以包括與工地10的表面14上的特 定點相關的位置(例如笛卡爾坐標、極坐標或球坐標數據)和/或其他屬性(例如顏色)。 應當理解，當工地10經歷地理變更(例如挖掘)時，表面14可能隨時間變化。因此，地形 圖32存儲矩陣S、矩陣S—1包含的點限定最近掃描並存儲的工地10的表面14。在一種實 施方式中，每個點可以具有(xm，ym，zm，tm)的形式，其中，x、y和ζ是工地10的表面14上的 特定點相對於坐標系(例如以下將討論的坐標系W°)的位置；t是該點的時間位置；且m是 點的數值標識符(即，m的範圍可以從1到所存儲的限定表面14的點的總數)。每個點也 可以以am的形式包括工地10的表面14上的特定位置的一個或多個屬性(例如顏色)，a即 表示屬性。如果需要，地形圖32可以存儲額外的矩陣S_n，額外的矩陣S-「包含的點限定工 地10的其他過去的表面14。在一種實施方式中，點可以是傳感器24之前收集的。替代地 或附加地，點可以是之前通過衛星圖像、航空測繪、勘測、和/或本領域已知的其他地形繪
6圖方法收集的。物體資料庫33可以包含關於至少一些物體18的信息。信息可以是例如物體18 的幾何模型，例如CAD渲染或限定物體18的獨特特徵(例如邊緣)的其他示意性的模型。 模型可以包括長度、寬度、高度、和/或限定物體18的形狀的其他尺寸。此外，模型可以包 括關於物體18的其他的非幾何屬性，例如顏色和標識(例如機器12、輸送機、或工人20)。在一個方面，物體資料庫33中可以包括工地基礎設施(例如儲存設施、輸送機、斜 槽、起重機、建築物、和/或其他持久地布置在工地10上的其他物體18)的模型。除上面所 討論的信息之外，這些基礎設施模型還可以包括基礎設施在工地10上的位置和定向，以及 它們相對於彼此的位置關係(例如，工地基礎設施的三維地圖)。因為工地基礎設施的持久 性，所以可以知道或容易地(例如從工地示意圖或工地掃描)獲取這一信息。在另一個方面，物體資料庫33也可以包括用於可以在工地10上移動的物體 18 (例如機器12、工人20等)的模型。物體資料庫33可以被預先配置為包括預定的模型。 替代地或附加地，可以基於工地10的掃描、工地10的勘測、(例如從場外系統36)上載和/ 或下載模型等來更新或生成物體資料庫33。控制器34可以是能夠響應於所接收的和/或存儲的數據而執行和/或輸出指令 信號以實現這裡所公開的地形繪圖應用等的任何處理器。控制器34可以包括用於對信息 進行監控、記錄、存儲、編入索引、處理和/或通信的任何裝置。這些裝置可以包括組成元 件，例如存儲器、一個或多個數據存儲裝置、中央處理器或能夠用於運行應用程式的任何其 他組成元件。此外，雖然本發明的各個方面可以大致作為存儲在存儲器中的來說明，但是本 領域技術人員將理解，這些方面也可以存儲在與控制器34相關聯的不同類型的計算機程 序產品或計算機可讀媒介(例如計算機晶片和輔助存儲裝置，包括硬碟、軟盤、光學媒介、 CD-ROM、或其他形式的ROM或RAM)上或從不同類型的電腦程式產品或計算機可讀媒介讀 取。控制器34可以與傳感器24通信以接收其所收集的限定表面14的點；與地形圖 32、模型資料庫33和/或機器12關於下文討論的繪圖測值進行通信。該信息可以被存儲 在計算機可讀媒介中以用於後續測值。控制器34可以通過時間位置將傳感器24的測值和/或與傳感器24通信的其他 機器12的測值聯繫起來。然後，控制器34可以使用相關聯的測值計算工地10的表面14 上的點的地理位置。每個地理位置可以表示為與三維坐標系相關聯的三個坐標以及代表其 時間位置的第四坐標。此外，每個地理位置可以與關於傳感器24所收集的表面14上的特 定點的其他屬性(例如顏色)相關聯。這些參數(即，四個坐標)以及所收集的任何其他 屬性可以共同表示在特定位置處限定表面14的點。圖2示出了控制器34可以使用的示例性的坐標系43。特別地，當存儲點的坐標時， 控制器34可以使用坐標系W°。坐標系W°的原點在地理上可以位於點0處。坐標系W°可以 是右手三維笛卡爾坐標系，具有軸向量X°、Y0和Z°。坐標系W°中的點的坐標可以由W°(x°， y°，z°)的形式表示，其中，χ°是從點0沿著軸向量X°的距離，y°是從點0沿著軸向量Y°的 距離，且是從點0沿著軸向量Ζ°的距離。點0也可以是坐標系Η°的原點。坐標系Η°可以是球面極坐標系，控制器34使用坐標系Η°來解譯傳感器24的測值 和/或與場外系統36通信的其他機器12的測值。坐標系Η°中的點的坐標可以由H°(R°，
7θ°，φ°)的形式表示，其中，R°是從點0到所述點的距離，θ°是在χ°-γ°平面中從向量χ°至IJ 所述點的方位角，且Φ°是從向量z°到所述點的極角。9°角的範圍可以從ο度到360度。 Φ°角的範圍可以從0度到180度。此外，點0可以是坐標系W的原點。坐標系W可以是右手三維笛卡爾坐標系，控制器34使用坐標系W來解譯傳感器24 的測值和/或與場外系統36通信的其他機器12的測值。坐標系W可以具有軸向量Χ、Υ和 Ζ。坐標系W可以通過轉動變換與坐標系Wtl相關。坐標系W中的點的坐標可以由W(x，y，z) 的形式表示，其中，χ是從點0沿著軸向量X的距離，y是從點0沿著軸向量Y的距離，且ζ 是從點0沿著軸向量Z的距離。此外，點0可以是坐標系H的原點。坐標系H可以是球面極坐標系，控制器34使用坐標系H來解譯傳感器24的測值和 /或其他機器12的測值。坐標系H中的點的坐標可以由H(R，θ , φ)的形式表示，其中，R 是從點0到所述點的距離，θ是在X-Y平面中從向量X到所述點的方位角，且Φ是從向量 Z到所述點的極角。θ角的範圍可以從0度到360度。Φ角的範圍可以從0度到180度。每個傳感器24可以位於各自的點0』處。點0』可以是坐標系Α』的原點。控制器 34可以使用坐標系Α』來解譯傳感器24的測值。坐標系Α』可以具有軸向量X』、Y』和Ζ』。 坐標系Α』可以通過平移變換與坐標系W相關，以解釋坐標系Α』與坐標系W』之間的位置差。 坐標系Α』中的點的坐標可以由A』(x』，y』，z』)的形式表示，其中，χ』是從點0』沿著軸向 量X』到所述坐標系A』中的點的距離，r是從點0』沿著軸向量Y』到所述坐標系A』中的 點的距離，且ζ』是從點0』沿著軸向量V到所述坐標系A』中的點的距離。點0』也可以是 坐標系S的原點。坐標系S可以是球面極坐標系，傳感器24使用坐標系S來確定表面14上點的地 理位置。坐標系S中的點的坐標可以由S(R』，θ』，Φ，)的形式表示，其中，R』是從點0』 到所述坐標系S中的點的距離，θ 』是在X』 -Y』平面中從軸向量X』到所述坐標系S中的點 的方位角，且Φ 』是從軸向量Ζ』到所述坐標系S中的點的極角。θ 』角的範圍可以從負90 度到正90度。Φ，角的範圍可以從0度到180度。如圖3所示，每個傳感器24可以使用束流脈衝44來測量自身與表面14上的點E 之間的距離。每個傳感器24可以具有可以發射束流脈衝44的發射器(未示出)以及可以 接收點E所反射的束流脈衝44的接收器(未示出)。傳感器24可以測量束流脈衝發射和 接收之間的時間。該所測量的時間可以是束流脈衝44行進到達點Ε、被反射且從點E返回 所需要的時間。傳感器24可以將所測量的時間轉換為距離。該距離可以是在所發射的束 流脈衝44的方向上從點E到傳感器24的距離R』。束流脈衝44可以在固定的Φ 』角和改 變的θ 』角的方向上發射。Φ』角可以固定為大於90度的角。該角度可以足夠大以使得束 流脈衝44能夠從表面14的凹部上的點E處反射並且束流脈衝44的至少一部分返回至傳 感器24的接收器。θ，角可以在例如負90度和正90度之間變化。距離R』可以與Φ 』角 和θ 』角相關聯以完全限定點E在坐標系S中的地理位置。除所收集的關於表面14上的 特定點的其他屬性之外，傳感器24可以將表示該地理位置的信號發送至控制器34。替代地 或額外地，可以類似地同時收集點的群，作為「點雲」。圖4示出坐標系3^』、1、!1、!1°和1°之間的關係。控制器34可以將坐標系S中的 點E與其在其他坐標系中的位置聯繫起來。特別地，控制器34可以將坐標系S中的點E與 其在坐標系Α』中的位置聯繫起來。坐標系S與坐標系Α』之間的聯繫如下
X'=化(cos 'XsiniZ ');y' = R'(sinθ')(sinφ『)；且ζ' =R' (cos Φ 『)。控制器34可以進一步地將坐標系S中的點E與坐標系W聯繫起來。坐標系Α』與 坐標系W之間的聯繫如下x = x' +w'；y = y' +w"；且z = z' +w〃 『。控制器34還可以進-與坐標系H之間的聯繫如下
-步地將坐標系S中的點E與坐標系H聯繫起來。坐標系W
R= (x2+y2+z2)1/2; θ = tan"1 (y/x)；且
與坐標系H°之間的聯繫如下
控制器34還可以進-
φ = COS'1 (z / R)。
-步地將坐標系S中的點E與坐標系Η°聯繫起來。坐標系H
R0 = R5 Θ0= θ+h'；且
φ° =(p + h，』。在上述公式中，h』和h」可以是已知的或已確定的值，分別表示坐標系S與坐標系 H0之間方位角偏差和極角偏差。此外，控制器34可以將坐標系S中的點E與坐標系W°聯繫起來。坐標系H°與坐 標系W°之間的聯繫如下
X0 =^0 (cos ^0 )(sin ^J0);/ = R0 (sin θ° )(sin φ°)；且ζ0 = R0(cos Φ0)。控制器34可以將點E在坐標系W°中的位置臨時地存儲在與控制器34相關聯的 存儲器中的臨時圖46中，以用於後續測值。可以理解，附加地或替代地，也可以使用其他方 法在多種坐標系之間進行轉換。例如，可以通過矩陣運算或本領域已知的其他適合的方法 進行轉換。圖5是在時刻T時傳感器24所收集的和臨時圖46中所存儲的表面14上的點的 示圖。可以想到，這些點中的一部分可能不代表實際的工地10的地形16。例如，點可以包 括在工地10和/或表面14的邊界外的無關的點48，以及在工地10上方的無關的點50。無 關的點48、50可能由於例如掉落的碎片、陽光的幹擾、噪聲、和/或在工地10的掃描過程中 產生的異常而引起。此外，臨時圖46可以包括限定工地10上的基礎設施的點52，和/或限 定表面14上的機器12的點54。但是，應當理解，臨時圖46可以包括表示工地10上可以找
9到的其他物體18的其他點。控制器34可以從臨時圖46中過濾出工地表面14的邊界外的無關的點48。例如， 控制器34可以將臨時圖46中x°和y°坐標分別大於或小於X°和Y0的最大或最小閾值(即 一定範圍之外的x°和y°坐標)的無關的點48捨棄。同樣，控制器34可以使用高度(Z°坐標)閾值從臨時圖46中過濾出無關的點 50 (即捨棄無關的點50)。因為表面14可以不是平的，所以直接的高度閾值可能是無意義 的。這樣，Z0閾值可以參照每個點的期望高度，每個點的期望高度由分別在x°和y°坐標處 沿著平行於軸向量X°和Y°的向量的三階擬合預測。通過這種方式，因為表面14的斜坡上 的點的實際高度與其期望高度(由三階擬合預測)應當非常接近地相匹配，所以可以被保 持在臨時圖46中。無關的點50由於其實際高度不能反映由三階擬合預測的期望高度(例 如掉落的碎片)，所以可以被從臨時圖46中去除並且被期望高度取代。換句話說，控制器 34可以捨棄無關的點50並且用基於周圍點的插值取代無關的點50。控制器34也可以分析臨時圖46以識別出工地10上不屬於地形16的物體18。控 制器34可以過濾和/或捨棄與這些所檢測的物體18相應的點。仍參照圖5所示的例子， 控制器34可以分析臨時圖46以識別並去除限定工地10上的基礎設施的點52以及限定工 地10上的機器12的點54。但是，應當理解，控制器34能夠從臨時圖46中檢測並去除工地 10上可以找到的任何物體18。在一個方面，控制器34可以識別出臨時圖46上由於點52、54所導致的不連續，以 檢測並去除由於工地10上的物體18所導致的點52、54。也就是說，控制器34可以檢測在 鄰近或鄰接的點之間的高度(即ζ0坐標)突變(後文將稱為「不連續」)。這種不連續可能 表示物體18的邊緣和/或地形16和物體18之間的邊界。此外，控制器34可以確定或估 計鄰接的邊緣和所限定的表面的相關聯的集(後文稱為「集」)的位置和定向，以對位於表 面14上的物體18進行識別或分類。也就是說，控制器34可以識別由點52、54限定的集。 例如，控制器34可以將臨時圖46中由點52、54限定的集與物體資料庫33中包含的模型對 比。控制器34可以識別出集的形狀和定向，將識別出的集的形狀和定向與模型資料庫中的 模型相聯繫，並確定它們之間的相互關係。如果找到相互關係，控制器34可以將點52、54識 別且/或歸類為物體18，並且將點52、54從臨時圖46中去除。但是，可以想到，不管點52、 54是否能夠通過物體資料庫33被具體地識別或歸類，控制器34都可以將點52、54從臨時 圖46中去除。換句話說，即使集不對應於物體資料庫33中的模型，也可以將它們去除。控制器34可以基於存儲在存儲器中、或通過其他方式可用或確定的期望休止角 來檢測並去除點52、54。休止角是鬆散的材料(例如煤炭或土)能夠保持就位而不滑動的 最大斜度。因此，表面14上斜度大於期望休止角的區域可能與表面14上的物體18相對 應。因此，控制器34可以使用包含在臨時圖46中的點的位置信息(即x°、y°和ζ°坐標) 來計算表面14的χ°位置處的梯度(即斜度及傾斜方向)。控制器34可以以限定表面14 的斜度所必要的任何解析度、以及適當的準確度和/或精度來計算表面14的梯度。然後， 控制器34可以從臨時圖46中過濾掉梯度幅值大於期望休止角的任何點。此外，控制器34 可以從臨時圖46中過濾掉梯度幅值大於期望休止角的點所包圍或圍繞的任何點(即χ°和 y°坐標位於由梯度幅值大於期望休止角的外圍點所限定的周界內)。應當理解，這些點(即 由梯度幅值大於期望休止角的點所圍繞的點)可以代表物體18上的點。例如，表面14上
10可能有一個大貨箱。與貨箱的豎直壁相應的點可以限定比期望休止角更大的梯度幅值。但 是，與貨箱的水平頂面相應的點的梯度幅值可以是零，或者小於期望休止角，並且在各自的 x°和y°坐標上可以被豎直壁的點圍繞。所有這些限定貨箱的點應當被從臨時圖46中過濾 掉。這樣，控制器34可以過濾梯度幅值大於期望休止角的點、以及在x°和y°坐標上被上述 點圍繞的點。在另一個方面，控制器34可以僅根據包含在模型資料庫33中的模型來檢測和去 除限定工地10上的基礎設施的點52。例如，控制器34可以從臨時圖46中去除所有的x° 和y0坐標與由包含在模型資料庫33中的基礎設施模型所限定的點相應的點52。如上文說 書，這些限定基礎設施的點可以預先確定並作為模型存儲在資料庫33中。在又一個方面，點54 (即機器12)的歸類、識別和/或去除可以通過從機器12或 工地10上的其他能夠通信的物體接收到的信息進行補充。例如，控制器34可以確定集的 時間位置和時間定向(即在特定時間的位置、傾斜度以及朝向)，並且將所確定的時間位置 和時間定向與從工地10上的機器12接收到的位置、定向和/或時間信息相比較。如果所 確定的集的時間位置和/或時間定向與從機器12中的任意一個接收到的位置、定向和/或 時間信息相應，則控制器34可以從臨時圖46中去除與該集相應的點54。換句話說，如果控 制器34確定機器12在時刻T時位於或靠近點54的位置處且所述點54限定機器12的形 狀和/或定向，則點54可以被去除。替代地或附加地，控制器34可以基於從機器12所接 收的識別信息從物體資料庫33中選擇適合的模型，並且在時刻T從機器12接收的時間位 置和時間定向處將模型重疊在臨時圖46上。然後，控制器34可以將模型所包含的(即落 在模型內)的所有點54捨棄。控制器34也可以基於一種或多種屬性(例如顏色)去除點52、54。例如，控制器 34可以從臨時圖46中去除具有黃色顏色屬性(即機器12)或不對應於地形16的其他顏 色屬性的點52、54。如果需要，基於屬性去除點52、54可以包含在上文所討論的任何方法 中。例如，顏色、以及幾何形狀、位置、定向等可以被用來識別與表面14上的物體18相應的 ；52 λ 54 ο如上文關於無關的點48所討論的，因為機器12下面可能仍然存在地形16，所以從 臨時圖46中去除的點54可以由在特定的χ°和y°位置處的期望高度或插值高度(即期望 的坐標)取代。相反，工地10上已知的代表基礎設施的點52不能被取代，因為這些位 置處沒有可用的地形16。圖6示出在T時刻可以存儲在臨時圖46中的工地10的表面14上的點在執行了 上文所討論的過濾之後(即之前收集的限定實際地形16的點)的示例性的示圖。圖7示 出了可存儲在地形圖32中的代表t時刻(早於T時刻)的工地10的表面14的點(即之 前收集的限定工地10的先前表面的點)疊在可存儲在臨時圖46中限定表面14的點的上 方的示圖。控制器34可以將存儲在臨時圖46中的新收集的點與存儲在地形圖32中的相應 的之前收集的點(即之前繪圖的表面)相比較。控制器34可以基於對比確定是否授權更 新地形圖32。特別地，控制器34可以將存儲在臨時圖46中的點的高度與存儲在地形圖32 中的相應的點的高度進行比較。圖7示出在各個x°-y°坐標對處地形圖32和臨時圖46之 間的高度差△的圖示。每個高度差△可以授權或不授權更新地形圖32。應當理解，低於
11一定高度幅值閾值λ的高度差Δ (正或者負)可以不授權更新地形圖32。例如，如果將 少量的材料從工地10的表面14移除或添加至工地10的表面14導致僅數釐米的高度變化 Δ，可能不授權更新地形圖32。在這種情況下更新地形圖32例如可能導致對系統22的過 度處理負擔。相反地，大於數釐米或其他表示工地地形16顯著變化的幅值λ的高度變化 Δ可以授權更新地形圖32。這樣，控制器34可以具有用於幅值閾值λ的存儲值。該值可 以基於具體應用預先設置，或者是可配置的，以允許系統22的使用者調整系統22的繪圖靈 敏度。通過這種方法，幅值大於(或等於)λ的高度差Δ可以被包含在地形圖32中。也 就是說，地形圖32可以被更新以反映幅值大於λ的高度變化。具體來說，控制器34可以 將與幅值大於λ的高度差相關聯的地形圖的每個點由臨時圖46中相應的點替代，從而更 新地形圖32以反映在T時刻工地10的表面14。相反地，幅值小於λ的高度差Δ可以不 被包含在地形圖32中。也就是說，控制器34可以不更新地形圖32以反映幅值小於高度λ 的高度差△。本領域技術人員將理解，通過這種方法，僅需要更新地形圖32以反映對工地 10的表面14的實質的和/或顯著的改變。通過這種方法，因為控制器34可以不多餘地更 新地形圖32以反映從一次掃描到下一次掃描具有大致相同高度的地形16，所以可以節約 系統22的計算資源。參照圖1，場外系統36可以表示與機器12相關聯的營業單位(例如製造商、經銷 商、零售商、業主、或產生、保持、發送和/或接收與一個或多個機器12的操作相關聯的信息 的任何其他主體)的一個或多個計算系統。所述一個或多個計算系統可以包括例如筆記本 電腦、工作站、個人數字助理、主機、以及本領域已知的其他計算系統。計算系統可以包括用 於對信息進行監控、記錄、存儲、編入索引、處理和/或通信的任何裝置。這些裝置可以包括 中央處理器(CPU)；隨機存取存儲器(RAM)；只讀存儲器(ROM)；輔助存儲裝置，包括硬碟、 軟盤、光學媒介、⑶-ROM;用戶界面；網絡接口。但是，可以想到，場外系統36可以包括與上 文所列出的相比額外的、更少的、和/或不同的組成部件。工業實用性所公開的系統對於地形繪圖任務可能是有用的。特別地，該系統可以檢測和去除 不屬於地形的一部分的物體。由此形成的地形圖在下述應用中可能更加有用，例如，遠程幫 助或控制挖掘、確定任務完成進度、計算材料出入、辨別工地低效或趨勢、以及/或需要將 在繪圖過程中可能被掃描的場地表面上的物體排除的準確地形圖。此外，因為地形圖僅需 要被更新以反映幅值大於可配置閾值λ的地形高度變化，所以可以節約計算資源。參照圖 8，現在將說明系統22的操作60。首先，系統22可以掃描工地10 (步驟62)，如前文所述。也就是說，安裝在一個或 多個機器12上和/或工地10的已知位置處的一個或多個傳感器24可以收集限定工地10 的表面14的點。所收集的點可以被發送至控制器34。所收集的點可以被存儲在臨時圖46 中以用於進一步處理，如前文所述。與掃描步驟62同時或在掃描步驟之後，控制器34可以從臨時圖46中過濾無關的 點(步驟64)。例如，控制器34可以從地形圖46中去除位於工地邊界外的無關的點48和 /或在工地10上方的點50，以及/或由於異常情況所形成的點，如前文所討論的。然後，控制器34可以從臨時圖46中過濾掉限定表面14上的物體18的點(步驟66)。步驟66可以包括過濾與工地10上的基礎設施相應的點52 (步驟68)以及與表面14 上的機器12相應的點54(步驟70)，以及/或不屬於地形16的一部分的任何其他物體18， 如前文所述。此外，步驟66可以包括過濾在表面14上找到的任何其他物體18。在步驟66完成之後，控制器34可以將剩餘在已過濾的地形圖46中的點與包含在 地形圖32中的限定之前的表面14(例如最近掃描並存儲的表面)的之前掃描並存儲的相 應的點進行比較(步驟72)。具體來說，控制器34可以比較x°-y°坐標對處地形圖32與臨 時圖46之間的高度差。然後，控制器34可以基於步驟72中的比較結果確定是否授權改變地形圖32 (步 驟74)。具體來說，控制器34確定在x°-y°坐標對處地形圖32與臨時圖46之間的高度差 的幅值是否大於高度幅值閾值λ。如前文所述，閾值λ可以是固定的，且/或可以由系統 22的用戶配置以允許改變系統22的繪圖靈敏度。在一個例子中，控制器34可以在步驟74中確定在一個或多個x°-y°坐標對(即工 地10的表面14上的一個或多個位置處)處的高度差幅值小於閾值λ。例如，工地表面14 的這些部分從工地10的之前的掃描開始並沒有基本的地理變化，且高度差可以小於閾值 λ (即從工地10的上一次掃描開始高度變化小於λ)。在這種情況下，控制器34可以捨棄 這些點並且返回步驟62。在另一個例子中，控制器34可以在步驟74中確定在一個或多個x°-y°坐標對(即 工地10的表面14上的一個或多個位置處)處的高度差大於閾值λ。例如，工地表面14 的這些部分由於工人20和/或機器12挖掘待建造的建築物的地基可產生了地理變化。這 樣，相應的x°_y°坐標對之間的高度差的幅值可以大於λ (即從工地10的上一次掃描開始 高度變化大於λ)。在這種情況下，控制器34可以更新地形圖32(步驟76)。特別地，控制 器34可以將地形圖中每個與幅值大於高度λ的高度差相關聯的點用相應的臨時圖46中 的點取代，如前文所述。通過使用所公開的方法和系統，即使在機器和/或工人在工地上工作的情況下掃 描工地，也可以形成排除工地表面的物體的地形圖。此外，可以僅當地形表面上的至少一個 點的高度變化大於高度幅值閾值λ時，由最新收集的點更新地形圖。否則，可以捨棄最新 收集的點。通過這種方法，地形表面不會被冗餘地繪圖並且可以節約計算資源。本領域技術人員將很清楚，說明書中所示出的過程可以以多種方法執行，並且可 以包括彼此在功能上相互關聯的其他模塊、程序、應用、腳本、過程、進程、或代碼段以實現 上文所說明的每個模塊、腳本和後臺程序各自的任務。例如，可以使用商業可用的軟體工 具；使用由C++ 程式語言或Visual Basic 程式語言編寫的面向對象的自定義代碼；使用 Java 程式語言編寫的應用程式；或使用獨立的電氣部件或作為為該目的自定義設計的一 個或多個硬體線路的(hardwired)特定用途集成電路(ASIC)來執行這些程序模塊。所說明的實施可以包括特定的網絡配置，但是本發明的實施方式可以使用提供處 理功能的軟體、硬體或硬體和軟體的組合在多種數據通信網絡環境中執行。本領域技術人員將很清楚，對本發明的方法和系統可以進行多種修正和變型。考 慮到本發明的說明書和實踐，本領域技術人員將很清楚所公開的方法和系統的其他實施方 式。說明書僅意於作為示例性的，本發明的真正範圍由權利要求書及其等價物表示。
權利要求
一種地形繪圖系統(22)，包括至少一個傳感器(24)，所述至少一個傳感器能夠收集限定場地(10)的當前表面(14)的多個當前點(46)；資料庫(32)，所述資料庫包含限定所述場地的之前表面的多個之前收集的點；控制器(34)，所述控制器與所述至少一個傳感器通信，所述控制器能夠將所述多個當前點中的至少一個的高度與所述多個之前收集的點中的相應的至少一個的高度進行比較；基於所述比較，確定是否授權更新所述資料庫；以及如果確定授權更新，則更新所述資料庫。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述比較包括計算所述多個當前點中的至少一個與所述多個之前收集的點中的相應 的至少一個之間的高度差(Δ)以與閾值(λ)進行比較；確定是否授權更新所述資料庫包括確定所述高度差的幅值是否大於或等於所述閾值；以及更新所述資料庫包括將所述多個之前收集的點中的至少一個由所述多個當前點中的 至少一個取代。
3.—種地形繪圖方法，包括收集限定場地(10)的當前表面(14)的多個當前點(46)；將所述多個當前點中的至少一個的高度與多個之前收集的點中的相應的至少一個的 高度進行比較，所述多個之前收集的點限定所述場地的之前表面並且存儲在資料庫(32) 中；基於所述比較，確定是否授權更新所述資料庫；以及 如果確定授權更新，則更新所述資料庫。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述比較包括計算所述多個當前點中的至少一個與所述多個之前收集的點中的相應 的至少一個之間的高度差(Δ)以與閾值(λ)進行比較；確定是否授權更新所述資料庫包括確定所述高度差的幅值是否大於或等於所述閾值；以及更新所述資料庫包括將所述多個之前收集的點中的至少一個由所述多個當前點中的 至少一個取代。
5.一種地形繪圖系統(22)，包括至少一個傳感器(24)，所述至少一個傳感器能夠收集限定場地(10)的表面(14)的多 個點(46)；以及控制器(34)，所述控制器與所述至少一個傳感器通信，所述控制器能夠 從所收集的所述多個點中識別出不限定所述場地的地形(16)的點(48，50，52，54)； 從所收集的所述多個點中過濾出被識別出的不限定所述場地的地形的點；以及 使用經過過濾的所收集的多個點生成地形圖(32)。
6.根據權利要求5所述的系統，其中，所述控制器還能夠接收在所述場地上的至少一 個物體(18)的至少一個特徵，其中，所述識別基於所述至少一個物體且基於所述至少一個特徵。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述控制器與所述物體中的至少一個物體通信 並且能夠從所述至少一個物體接收所述至少一個特徵。
8.—種地形繪圖方法，包括收集限定場地(10)的表面(14)的多個點(46)；從所收集的所述多個點中識別出不限定所述場地的地形(16)的點(48，50，52，54)； 從所收集的所述多個點中過濾出被識別出的不限定所述場地的地形的點；以及 使用經過過濾的所收集的多個點生成地形圖(32)。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括接收所述場地上的至少一個物體(18)的至少一 個特徵，其中，所述識別是基於所述至少一個特徵的。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述控制器與所述物體中的至少一個物體通 信，並且能夠從所述至少一個物體接收所述至少一個特徵。
全文摘要
公開了一種地形繪圖系統(22)。該系統(22)具有至少一個傳感器(24)和資料庫(32)，所述至少一個傳感器能夠收集限定場地(10)的當前表面(14)的多個當前點(46)，所述資料庫(34)包含限定場地的之前表面的多個之前收集的點。該系統(22)還具有與傳感器(24)通信的控制器(34)。控制器(34)能夠將多個當前點中的至少一個的高度與多個之前收集的點中的相應的至少一個的高度相比較，並根據比較確定是否授權更新資料庫(32)。控制器(34)還被配置為如果確定授權更新，則更新資料庫(32)。
文檔編號G06F19/00GK101946250SQ200980104977
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月12日 優先權日2008年2月13日
發明者A·J·古達特, J-j·克拉, K·L·斯特拉頓, 林一峰 申請人:卡特彼勒公司