地形图更新系统的制作方法

专利名称：地形图更新系统的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及地形绘图，更具体地，涉及一种工地地形图更新系统。
背景技术：
诸如矿场、垃圾填埋场、采石场、建筑工地等的工地通常通过在其上执行多种任务 的机器和/或工人而经历地理变更。例如，在煤矿场，推土机不断地将工地中的煤堆运送至 输送机上、斜槽中等，以准备对煤进行输送。同样，在挖掘工地，通过挖掘、平土、整平或以其 他方式将地形为多种用途进行准备而改变地形。在一些应用中，将地形绘图是有用的。例如，有利的是，将工地地形绘图以用于远 程帮助或控制挖掘、确定任务完成进度、计算材料出入、以及/或辨别工地低效或其他趋势。于2003年8月19日授权予Hinton等人的美国专利No. 6608913 (，913专利)中 说明了地形绘图系统的一个例子。’913专利说明了一种用于地下采矿应用中的自备式绘图 和定位系统。具体来说，说明了一种勘测系统，其包括激光扫描仪，该激光扫描仪连接至地 下的远程操作采矿车辆。随着车辆在矿井中行进，扫描仪对矿井进行扫描。所扫描的数据 被转换为表示矿井表面的点云数据(point cloud data)。然后，勘测系统将点云数据存储 在三维数据库中，三维数据库被用于在车辆通过矿井时为车辆导航。虽然’913专利的勘测系统可以适当地对矿井的表面进行绘图，但是它可能并不高 效。例如，如果在同一位置多次勘测矿井，三维数据库可能由冗余的点云数据进行更新，即 使矿井表面从上次扫描并未出现变化。此外，’913专利的勘测系统可能无法区别矿井表面 与矿井中的其他结构(例如其他矿井车辆)。如果被扫描了，这些结构可能被包含在三维数 据库中，使得矿井地形图不准确。本发明旨在克服上述一种或多种问题。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种地形绘图系统。该系统可以包括能够收集限定场地的 当前表面的多个当前点的至少一个传感器、以及包含限定场地的之前表面的多个之前收集 的点的数据库。该系统还可以包括与至少一个传感器通信的控制器。控制器能够将多个当 前点中的至少一个的高度与多个之前收集的点中的至少一个的高度进行比较，并且基于比 较确定是否授权更新数据库。控制器还可以被配置为如果确定授权更新，则更新数据库。本发明的另一个方面涉及一种地形绘图的方法。该方法可以包括收集限定场地的 当前表面的多个当前点、并且将当前点中的至少一个的高度与存储在数据库中并限定场地 的之前表面的多个之前收集的点中的相应的至少一个的高度相比较。该方法还可以包括基 于比较确定是否授权更新数据库，且如果确定授权更新，则更新数据库。本发明的另一个方面涉及另一种地形绘图系统。该系统可以包括能够收集限定场 地的表面的多个点的至少一个传感器、以及与至少一个传感器通信的控制器。控制器能够
4从所收集的多个点中识别出不限定地形的点，从所收集的多个点中过滤掉所识别的不限定 场地地形的点，并且基于经过过滤的所收集的多个点形成地形图。本发明的又一个方面涉及另一种地形绘图方法。该方法可以包括收集限定场地表 面的多个点，从所收集的多个点中识别出不限定场地地形的点，并且从所收集的多个点中 过滤掉所识别的不限定场地地形的点。该方法还可以进一步包括使用经过过滤的所收集的 多个点形成地形图。


图1是具有示例性公开的地形绘图系统的工地的示图；图2是用于图1的地形绘图系统的坐标系的示图；图3是与图2的坐标系相关的对工地表面上的点进行扫描的示图；图4是图2的坐标系之间关系的示图；图5是图1的地形绘图系统所扫描的工地的示图；图6是经过图1的地形绘图系统改善后的图5的工地表面扫描示图；图7是与工地的之前表面的比较的图6的改善后的工地表面扫描示图；以及图8是示出图1的地形绘图系统的示例性的操作的流程图。
具体实施例方式图1示出一种示例性的工地10。工地10可以是例如矿场、垃圾填埋场、采石场、建 筑工地、或在其上执行工作或劳动的其他类型的场地。在一种实施方式中，由于一个或多个 机器12在工地10上执行的工作，工地10可能经历地理变更。机器12可以在工地10上执 行例如采矿、材料收集、挖掘、或其他变更地理的任务。机器12可以是例如挖掘机、装载机、 推土机、自动平路机、托运卡车、和/或用于对工地10执行变更地理的任务的其他类型的设 备。工地10的表面14可以具有多个特征。这些特征可以包括例如实际的工地地形16 和物体18。地形16可以包括土地、岩石、矿石、矿床、煤炭、稀有金属、木材、废料、垃圾、或其 他类似的材料。物体18可以包括基础设施，例如输送机、斜槽、起重机、和/或其他材料运 输装置；储存、精炼、和/或处理设施；工地总部或其他建筑物；和/或工地上普遍能找到的 其他结构或固定物。物体18也可以包括机器12、工人20、脚手架、工具、和/或在工地10 内移动且/或暂时出现在工地10内的其他物品。此外，工地10可以包括地形绘图系统22和/或与地形绘图系统22相关联，以扫 描工地表面14并对地形16进行绘图。在图1所示的实施方式中，系统22可以包括与控制 器34通信的一个或多个传感器24、地形图32、和物体数据库33。地形图32、物体数据库33 和/或控制器34可以包含在远离工地10的场外系统36中。替代地或附加地，系统22的 组成部件可以包括在一个或多个机器12上。控制器34能够与传感器24、地形图32、物体 数据库33以及工地10上的机器12通信，以发送、接收和/或回复与系统22的操作相关的 fn息ο传感器24可以定位在和/或安装在工地基础设施上。替代地或附加地，传感器24 可以包括定位在表面14上或表面14周围的单独的单元。传感器24可以扫描工地10以收集限定其表面14的信息。具体来说，传感器24可以确定传感器24到工地10的表面14 上的点的距离和方向。此外，如果需要，传感器24还可以收集关于表面14上的点的其他信 息，例如特定位置处的表面14的颜色。传感器24可以递增地对每个点独立地收集信息，以 及/或将点作为点集(即“点云”)地收集信息。传感器24的操作可以通过控制器34无线 控制或编程，使得每个传感器24扫描工地表面14的各自的部分。替代地或附加地，传感器 24能够自主地扫描表面14。传感器24所收集的关于表面14上的点的信息和/或与其相 关联的任何其他信息后文将被称为“点”。传感器24可以是LIDAR(光探测和测距)装置(例如激光扫描仪)、RADAR(无线 电探测和测距)装置、SONAR(声导航和测距)装置、照相机装置、和/或能够确定到物体的 射程(range)和方向以及/或物体属性的其他类型的装置。传感器24可以向控制器34发 送表示与所感测的点相关的射程、方向和/或其他信息或属性的信号。如果需要，可以使用 额外的传感器24以在更短的时间段内覆盖工地表面14。例如，在工地10中可以定位成对 的传感器(未示出)以立体地收集限定表面14的点。此外，传感器24可以安装在装备有 GPS和/或其他定位或定向装置的一个或多个机器12上，以对布置在工地10上的传感器 24的扫描进行补充。但是，可以使用任何布置、配置和/或数量的传感器24来以适合的方 式收集点。传感器24可以包括计时装置(未示出)，且/或可以与计时装置相联，以计算对于 传感器测值的时间位置。传感器24可以将该时间位置附加至各自的测值。也就是说，传感 器24可以将所收集的每个点与该点被收集的时间附连或通过其他方式相关联。时间位置 可以相对于格林威治标准时间、儒略日或其他类型的时间测量系统来测量。计时装置可以 是石英晶体振荡器、能够与时钟系统通信的电子接收器(例如从远程的源周期性地接收校 正更新)、或是可操作以接收或确定时间位置信息的其他装置。可以理解，在扫描表面14的过程中，传感器24可以对工地表面14上的在传感器 的扫描视野范围内的所有特征(包括地形16、物体18、和/或可以找到的任何其他物品)进 行检测并收集点。也就是说，除属于地形16的点之外，传感器24还检测并收集不属于(即 不限定)工地10的实际地形16的点。不经过进一步的处理、过滤、和/或分类，传感器24 自身不能够将地形16与在表面14上或周围所找到的其他物体18区分开。地形图32可以是包含之前收集的限定工地表面14的点的数据库。地形图32可 以，例如，将之前收集的点以矩阵的形式存储。每个点可以包括与工地10的表面14上的特 定点相关的位置(例如笛卡尔坐标、极坐标或球坐标数据)和/或其他属性(例如颜色)。 应当理解，当工地10经历地理变更(例如挖掘)时，表面14可能随时间变化。因此，地形 图32存储矩阵S、矩阵S—1包含的点限定最近扫描并存储的工地10的表面14。在一种实 施方式中，每个点可以具有(xm，ym，zm，tm)的形式，其中，x、y和ζ是工地10的表面14上的 特定点相对于坐标系(例如以下将讨论的坐标系W°)的位置；t是该点的时间位置；且m是 点的数值标识符(即，m的范围可以从1到所存储的限定表面14的点的总数)。每个点也 可以以am的形式包括工地10的表面14上的特定位置的一个或多个属性(例如颜色)，a即 表示属性。如果需要，地形图32可以存储额外的矩阵S_n，额外的矩阵S-“包含的点限定工 地10的其他过去的表面14。在一种实施方式中，点可以是传感器24之前收集的。替代地 或附加地，点可以是之前通过卫星图像、航空测绘、勘测、和/或本领域已知的其他地形绘
6图方法收集的。物体数据库33可以包含关于至少一些物体18的信息。信息可以是例如物体18 的几何模型，例如CAD渲染或限定物体18的独特特征(例如边缘)的其他示意性的模型。 模型可以包括长度、宽度、高度、和/或限定物体18的形状的其他尺寸。此外，模型可以包 括关于物体18的其他的非几何属性，例如颜色和标识(例如机器12、输送机、或工人20)。在一个方面，物体数据库33中可以包括工地基础设施(例如储存设施、输送机、斜 槽、起重机、建筑物、和/或其他持久地布置在工地10上的其他物体18)的模型。除上面所 讨论的信息之外，这些基础设施模型还可以包括基础设施在工地10上的位置和定向，以及 它们相对于彼此的位置关系(例如，工地基础设施的三维地图)。因为工地基础设施的持久 性，所以可以知道或容易地(例如从工地示意图或工地扫描)获取这一信息。在另一个方面，物体数据库33也可以包括用于可以在工地10上移动的物体 18 (例如机器12、工人20等)的模型。物体数据库33可以被预先配置为包括预定的模型。 替代地或附加地，可以基于工地10的扫描、工地10的勘测、(例如从场外系统36)上载和/ 或下载模型等来更新或生成物体数据库33。控制器34可以是能够响应于所接收的和/或存储的数据而执行和/或输出指令 信号以实现这里所公开的地形绘图应用等的任何处理器。控制器34可以包括用于对信息 进行监控、记录、存储、编入索引、处理和/或通信的任何装置。这些装置可以包括组成元 件，例如存储器、一个或多个数据存储装置、中央处理器或能够用于运行应用程序的任何其 他组成元件。此外，虽然本发明的各个方面可以大致作为存储在存储器中的来说明，但是本 领域技术人员将理解，这些方面也可以存储在与控制器34相关联的不同类型的计算机程 序产品或计算机可读媒介(例如计算机芯片和辅助存储装置，包括硬盘、软盘、光学媒介、 CD-ROM、或其他形式的ROM或RAM)上或从不同类型的计算机程序产品或计算机可读媒介读 取。控制器34可以与传感器24通信以接收其所收集的限定表面14的点；与地形图 32、模型数据库33和/或机器12关于下文讨论的绘图测值进行通信。该信息可以被存储 在计算机可读媒介中以用于后续测值。控制器34可以通过时间位置将传感器24的测值和/或与传感器24通信的其他 机器12的测值联系起来。然后，控制器34可以使用相关联的测值计算工地10的表面14 上的点的地理位置。每个地理位置可以表示为与三维坐标系相关联的三个坐标以及代表其 时间位置的第四坐标。此外，每个地理位置可以与关于传感器24所收集的表面14上的特 定点的其他属性(例如颜色)相关联。这些参数(即，四个坐标)以及所收集的任何其他 属性可以共同表示在特定位置处限定表面14的点。图2示出了控制器34可以使用的示例性的坐标系43。特别地，当存储点的坐标时， 控制器34可以使用坐标系W°。坐标系W°的原点在地理上可以位于点0处。坐标系W°可以 是右手三维笛卡尔坐标系，具有轴向量X°、Y0和Z°。坐标系W°中的点的坐标可以由W°(x°， y°，z°)的形式表示，其中，χ°是从点0沿着轴向量X°的距离，y°是从点0沿着轴向量Y°的 距离，且是从点0沿着轴向量Ζ°的距离。点0也可以是坐标系Η°的原点。坐标系Η°可以是球面极坐标系，控制器34使用坐标系Η°来解译传感器24的测值 和/或与场外系统36通信的其他机器12的测值。坐标系Η°中的点的坐标可以由H°(R°，
7θ°，φ°)的形式表示，其中，R°是从点0到所述点的距离，θ°是在χ°-γ°平面中从向量χ°至IJ 所述点的方位角，且Φ°是从向量z°到所述点的极角。9°角的范围可以从ο度到360度。 Φ°角的范围可以从0度到180度。此外，点0可以是坐标系W的原点。坐标系W可以是右手三维笛卡尔坐标系，控制器34使用坐标系W来解译传感器24 的测值和/或与场外系统36通信的其他机器12的测值。坐标系W可以具有轴向量Χ、Υ和 Ζ。坐标系W可以通过转动变换与坐标系Wtl相关。坐标系W中的点的坐标可以由W(x，y，z) 的形式表示，其中，χ是从点0沿着轴向量X的距离，y是从点0沿着轴向量Y的距离，且ζ 是从点0沿着轴向量Z的距离。此外，点0可以是坐标系H的原点。坐标系H可以是球面极坐标系，控制器34使用坐标系H来解译传感器24的测值和 /或其他机器12的测值。坐标系H中的点的坐标可以由H(R，θ , φ)的形式表示，其中，R 是从点0到所述点的距离，θ是在X-Y平面中从向量X到所述点的方位角，且Φ是从向量 Z到所述点的极角。θ角的范围可以从0度到360度。Φ角的范围可以从0度到180度。每个传感器24可以位于各自的点0’处。点0’可以是坐标系Α’的原点。控制器 34可以使用坐标系Α’来解译传感器24的测值。坐标系Α’可以具有轴向量X’、Y’和Ζ’。 坐标系Α’可以通过平移变换与坐标系W相关，以解释坐标系Α’与坐标系W’之间的位置差。 坐标系Α’中的点的坐标可以由A’(x’，y’，z’)的形式表示，其中，χ’是从点0’沿着轴向 量X’到所述坐标系A’中的点的距离，r是从点0’沿着轴向量Y’到所述坐标系A’中的 点的距离，且ζ’是从点0’沿着轴向量V到所述坐标系A’中的点的距离。点0’也可以是 坐标系S的原点。坐标系S可以是球面极坐标系，传感器24使用坐标系S来确定表面14上点的地 理位置。坐标系S中的点的坐标可以由S(R’，θ’，Φ，)的形式表示，其中，R’是从点0’ 到所述坐标系S中的点的距离，θ ’是在X’ -Y’平面中从轴向量X’到所述坐标系S中的点 的方位角，且Φ ’是从轴向量Ζ’到所述坐标系S中的点的极角。θ ’角的范围可以从负90 度到正90度。Φ，角的范围可以从0度到180度。如图3所示，每个传感器24可以使用束流脉冲44来测量自身与表面14上的点E 之间的距离。每个传感器24可以具有可以发射束流脉冲44的发射器(未示出)以及可以 接收点E所反射的束流脉冲44的接收器(未示出)。传感器24可以测量束流脉冲发射和 接收之间的时间。该所测量的时间可以是束流脉冲44行进到达点Ε、被反射且从点E返回 所需要的时间。传感器24可以将所测量的时间转换为距离。该距离可以是在所发射的束 流脉冲44的方向上从点E到传感器24的距离R’。束流脉冲44可以在固定的Φ ’角和改 变的θ ’角的方向上发射。Φ’角可以固定为大于90度的角。该角度可以足够大以使得束 流脉冲44能够从表面14的凹部上的点E处反射并且束流脉冲44的至少一部分返回至传 感器24的接收器。θ，角可以在例如负90度和正90度之间变化。距离R’可以与Φ ’角 和θ ’角相关联以完全限定点E在坐标系S中的地理位置。除所收集的关于表面14上的 特定点的其他属性之外，传感器24可以将表示该地理位置的信号发送至控制器34。替代地 或额外地，可以类似地同时收集点的群，作为“点云”。图4示出坐标系3^’、1、!1、!1°和1°之间的关系。控制器34可以将坐标系S中的 点E与其在其他坐标系中的位置联系起来。特别地，控制器34可以将坐标系S中的点E与 其在坐标系Α’中的位置联系起来。坐标系S与坐标系Α’之间的联系如下
X'=化(cos 'XsiniZ ');y' = R'(sinθ')(sinφ‘)；且ζ' =R' (cos Φ ‘)。控制器34可以进一步地将坐标系S中的点E与坐标系W联系起来。坐标系Α’与 坐标系W之间的联系如下x = x' +w'；y = y' +w"；且z = z' +w〃 ‘。控制器34还可以进-与坐标系H之间的联系如下
-步地将坐标系S中的点E与坐标系H联系起来。坐标系W
R= (x2+y2+z2)1/2; θ = tan"1 (y/x)；且
与坐标系H°之间的联系如下
控制器34还可以进-
φ = COS'1 (z / R)。
-步地将坐标系S中的点E与坐标系Η°联系起来。坐标系H
R0 = R5 Θ0= θ+h'；且
φ° =(p + h，’。在上述公式中，h’和h”可以是已知的或已确定的值，分别表示坐标系S与坐标系 H0之间方位角偏差和极角偏差。此外，控制器34可以将坐标系S中的点E与坐标系W°联系起来。坐标系H°与坐 标系W°之间的联系如下
X0 =^0 (cos ^0 )(sin ^J0);/ = R0 (sin θ° )(sin φ°)；且ζ0 = R0(cos Φ0)。控制器34可以将点E在坐标系W°中的位置临时地存储在与控制器34相关联的 存储器中的临时图46中，以用于后续测值。可以理解，附加地或替代地，也可以使用其他方 法在多种坐标系之间进行转换。例如，可以通过矩阵运算或本领域已知的其他适合的方法 进行转换。图5是在时刻T时传感器24所收集的和临时图46中所存储的表面14上的点的 示图。可以想到，这些点中的一部分可能不代表实际的工地10的地形16。例如，点可以包 括在工地10和/或表面14的边界外的无关的点48，以及在工地10上方的无关的点50。无 关的点48、50可能由于例如掉落的碎片、阳光的干扰、噪声、和/或在工地10的扫描过程中 产生的异常而引起。此外，临时图46可以包括限定工地10上的基础设施的点52，和/或限 定表面14上的机器12的点54。但是，应当理解，临时图46可以包括表示工地10上可以找
9到的其他物体18的其他点。控制器34可以从临时图46中过滤出工地表面14的边界外的无关的点48。例如， 控制器34可以将临时图46中x°和y°坐标分别大于或小于X°和Y0的最大或最小阈值(即 一定范围之外的x°和y°坐标)的无关的点48舍弃。同样，控制器34可以使用高度(Z°坐标)阈值从临时图46中过滤出无关的点 50 (即舍弃无关的点50)。因为表面14可以不是平的，所以直接的高度阈值可能是无意义 的。这样，Z0阈值可以参照每个点的期望高度，每个点的期望高度由分别在x°和y°坐标处 沿着平行于轴向量X°和Y°的向量的三阶拟合预测。通过这种方式，因为表面14的斜坡上 的点的实际高度与其期望高度(由三阶拟合预测)应当非常接近地相匹配，所以可以被保 持在临时图46中。无关的点50由于其实际高度不能反映由三阶拟合预测的期望高度(例 如掉落的碎片)，所以可以被从临时图46中去除并且被期望高度取代。换句话说，控制器 34可以舍弃无关的点50并且用基于周围点的插值取代无关的点50。控制器34也可以分析临时图46以识别出工地10上不属于地形16的物体18。控 制器34可以过滤和/或舍弃与这些所检测的物体18相应的点。仍参照图5所示的例子， 控制器34可以分析临时图46以识别并去除限定工地10上的基础设施的点52以及限定工 地10上的机器12的点54。但是，应当理解，控制器34能够从临时图46中检测并去除工地 10上可以找到的任何物体18。在一个方面，控制器34可以识别出临时图46上由于点52、54所导致的不连续，以 检测并去除由于工地10上的物体18所导致的点52、54。也就是说，控制器34可以检测在 邻近或邻接的点之间的高度(即ζ0坐标)突变(后文将称为“不连续”)。这种不连续可能 表示物体18的边缘和/或地形16和物体18之间的边界。此外，控制器34可以确定或估 计邻接的边缘和所限定的表面的相关联的集(后文称为“集”)的位置和定向，以对位于表 面14上的物体18进行识别或分类。也就是说，控制器34可以识别由点52、54限定的集。 例如，控制器34可以将临时图46中由点52、54限定的集与物体数据库33中包含的模型对 比。控制器34可以识别出集的形状和定向，将识别出的集的形状和定向与模型数据库中的 模型相联系，并确定它们之间的相互关系。如果找到相互关系，控制器34可以将点52、54识 别且/或归类为物体18，并且将点52、54从临时图46中去除。但是，可以想到，不管点52、 54是否能够通过物体数据库33被具体地识别或归类，控制器34都可以将点52、54从临时 图46中去除。换句话说，即使集不对应于物体数据库33中的模型，也可以将它们去除。控制器34可以基于存储在存储器中、或通过其他方式可用或确定的期望休止角 来检测并去除点52、54。休止角是松散的材料(例如煤炭或土)能够保持就位而不滑动的 最大斜度。因此，表面14上斜度大于期望休止角的区域可能与表面14上的物体18相对 应。因此，控制器34可以使用包含在临时图46中的点的位置信息(即x°、y°和ζ°坐标) 来计算表面14的χ°位置处的梯度(即斜度及倾斜方向)。控制器34可以以限定表面14 的斜度所必要的任何分辨率、以及适当的准确度和/或精度来计算表面14的梯度。然后， 控制器34可以从临时图46中过滤掉梯度幅值大于期望休止角的任何点。此外，控制器34 可以从临时图46中过滤掉梯度幅值大于期望休止角的点所包围或围绕的任何点(即χ°和 y°坐标位于由梯度幅值大于期望休止角的外围点所限定的周界内)。应当理解，这些点(即 由梯度幅值大于期望休止角的点所围绕的点)可以代表物体18上的点。例如，表面14上
10可能有一个大货箱。与货箱的竖直壁相应的点可以限定比期望休止角更大的梯度幅值。但 是，与货箱的水平顶面相应的点的梯度幅值可以是零，或者小于期望休止角，并且在各自的 x°和y°坐标上可以被竖直壁的点围绕。所有这些限定货箱的点应当被从临时图46中过滤 掉。这样，控制器34可以过滤梯度幅值大于期望休止角的点、以及在x°和y°坐标上被上述 点围绕的点。在另一个方面，控制器34可以仅根据包含在模型数据库33中的模型来检测和去 除限定工地10上的基础设施的点52。例如，控制器34可以从临时图46中去除所有的x° 和y0坐标与由包含在模型数据库33中的基础设施模型所限定的点相应的点52。如上文说 书，这些限定基础设施的点可以预先确定并作为模型存储在数据库33中。在又一个方面，点54 (即机器12)的归类、识别和/或去除可以通过从机器12或 工地10上的其他能够通信的物体接收到的信息进行补充。例如，控制器34可以确定集的 时间位置和时间定向(即在特定时间的位置、倾斜度以及朝向)，并且将所确定的时间位置 和时间定向与从工地10上的机器12接收到的位置、定向和/或时间信息相比较。如果所 确定的集的时间位置和/或时间定向与从机器12中的任意一个接收到的位置、定向和/或 时间信息相应，则控制器34可以从临时图46中去除与该集相应的点54。换句话说，如果控 制器34确定机器12在时刻T时位于或靠近点54的位置处且所述点54限定机器12的形 状和/或定向，则点54可以被去除。替代地或附加地，控制器34可以基于从机器12所接 收的识别信息从物体数据库33中选择适合的模型，并且在时刻T从机器12接收的时间位 置和时间定向处将模型重叠在临时图46上。然后，控制器34可以将模型所包含的(即落 在模型内)的所有点54舍弃。控制器34也可以基于一种或多种属性(例如颜色)去除点52、54。例如，控制器 34可以从临时图46中去除具有黄色颜色属性(即机器12)或不对应于地形16的其他颜 色属性的点52、54。如果需要，基于属性去除点52、54可以包含在上文所讨论的任何方法 中。例如，颜色、以及几何形状、位置、定向等可以被用来识别与表面14上的物体18相应的 ；52 λ 54 ο如上文关于无关的点48所讨论的，因为机器12下面可能仍然存在地形16，所以从 临时图46中去除的点54可以由在特定的χ°和y°位置处的期望高度或插值高度(即期望 的坐标)取代。相反，工地10上已知的代表基础设施的点52不能被取代，因为这些位 置处没有可用的地形16。图6示出在T时刻可以存储在临时图46中的工地10的表面14上的点在执行了 上文所讨论的过滤之后(即之前收集的限定实际地形16的点)的示例性的示图。图7示 出了可存储在地形图32中的代表t时刻(早于T时刻)的工地10的表面14的点(即之 前收集的限定工地10的先前表面的点)叠在可存储在临时图46中限定表面14的点的上 方的示图。控制器34可以将存储在临时图46中的新收集的点与存储在地形图32中的相应 的之前收集的点(即之前绘图的表面)相比较。控制器34可以基于对比确定是否授权更 新地形图32。特别地，控制器34可以将存储在临时图46中的点的高度与存储在地形图32 中的相应的点的高度进行比较。图7示出在各个x°-y°坐标对处地形图32和临时图46之 间的高度差△的图示。每个高度差△可以授权或不授权更新地形图32。应当理解，低于
11一定高度幅值阈值λ的高度差Δ (正或者负)可以不授权更新地形图32。例如，如果将 少量的材料从工地10的表面14移除或添加至工地10的表面14导致仅数厘米的高度变化 Δ，可能不授权更新地形图32。在这种情况下更新地形图32例如可能导致对系统22的过 度处理负担。相反地，大于数厘米或其他表示工地地形16显著变化的幅值λ的高度变化 Δ可以授权更新地形图32。这样，控制器34可以具有用于幅值阈值λ的存储值。该值可 以基于具体应用预先设置，或者是可配置的，以允许系统22的使用者调整系统22的绘图灵 敏度。通过这种方法，幅值大于(或等于)λ的高度差Δ可以被包含在地形图32中。也 就是说，地形图32可以被更新以反映幅值大于λ的高度变化。具体来说，控制器34可以 将与幅值大于λ的高度差相关联的地形图的每个点由临时图46中相应的点替代，从而更 新地形图32以反映在T时刻工地10的表面14。相反地，幅值小于λ的高度差Δ可以不 被包含在地形图32中。也就是说，控制器34可以不更新地形图32以反映幅值小于高度λ 的高度差△。本领域技术人员将理解，通过这种方法，仅需要更新地形图32以反映对工地 10的表面14的实质的和/或显著的改变。通过这种方法，因为控制器34可以不多余地更 新地形图32以反映从一次扫描到下一次扫描具有大致相同高度的地形16，所以可以节约 系统22的计算资源。参照图1，场外系统36可以表示与机器12相关联的营业单位(例如制造商、经销 商、零售商、业主、或产生、保持、发送和/或接收与一个或多个机器12的操作相关联的信息 的任何其他主体)的一个或多个计算系统。所述一个或多个计算系统可以包括例如笔记本 电脑、工作站、个人数字助理、主机、以及本领域已知的其他计算系统。计算系统可以包括用 于对信息进行监控、记录、存储、编入索引、处理和/或通信的任何装置。这些装置可以包括 中央处理器(CPU)；随机存取存储器(RAM)；只读存储器(ROM)；辅助存储装置，包括硬盘、 软盘、光学媒介、⑶-ROM;用户界面；网络接口。但是，可以想到，场外系统36可以包括与上 文所列出的相比额外的、更少的、和/或不同的组成部件。工业实用性所公开的系统对于地形绘图任务可能是有用的。特别地，该系统可以检测和去除 不属于地形的一部分的物体。由此形成的地形图在下述应用中可能更加有用，例如，远程帮 助或控制挖掘、确定任务完成进度、计算材料出入、辨别工地低效或趋势、以及/或需要将 在绘图过程中可能被扫描的场地表面上的物体排除的准确地形图。此外，因为地形图仅需 要被更新以反映幅值大于可配置阈值λ的地形高度变化，所以可以节约计算资源。参照图 8，现在将说明系统22的操作60。首先，系统22可以扫描工地10 (步骤62)，如前文所述。也就是说，安装在一个或 多个机器12上和/或工地10的已知位置处的一个或多个传感器24可以收集限定工地10 的表面14的点。所收集的点可以被发送至控制器34。所收集的点可以被存储在临时图46 中以用于进一步处理，如前文所述。与扫描步骤62同时或在扫描步骤之后，控制器34可以从临时图46中过滤无关的 点(步骤64)。例如，控制器34可以从地形图46中去除位于工地边界外的无关的点48和 /或在工地10上方的点50，以及/或由于异常情况所形成的点，如前文所讨论的。然后，控制器34可以从临时图46中过滤掉限定表面14上的物体18的点(步骤66)。步骤66可以包括过滤与工地10上的基础设施相应的点52 (步骤68)以及与表面14 上的机器12相应的点54(步骤70)，以及/或不属于地形16的一部分的任何其他物体18， 如前文所述。此外，步骤66可以包括过滤在表面14上找到的任何其他物体18。在步骤66完成之后，控制器34可以将剩余在已过滤的地形图46中的点与包含在 地形图32中的限定之前的表面14(例如最近扫描并存储的表面)的之前扫描并存储的相 应的点进行比较(步骤72)。具体来说，控制器34可以比较x°-y°坐标对处地形图32与临 时图46之间的高度差。然后，控制器34可以基于步骤72中的比较结果确定是否授权改变地形图32 (步 骤74)。具体来说，控制器34确定在x°-y°坐标对处地形图32与临时图46之间的高度差 的幅值是否大于高度幅值阈值λ。如前文所述，阈值λ可以是固定的，且/或可以由系统 22的用户配置以允许改变系统22的绘图灵敏度。在一个例子中，控制器34可以在步骤74中确定在一个或多个x°-y°坐标对(即工 地10的表面14上的一个或多个位置处)处的高度差幅值小于阈值λ。例如，工地表面14 的这些部分从工地10的之前的扫描开始并没有基本的地理变化，且高度差可以小于阈值 λ (即从工地10的上一次扫描开始高度变化小于λ)。在这种情况下，控制器34可以舍弃 这些点并且返回步骤62。在另一个例子中，控制器34可以在步骤74中确定在一个或多个x°-y°坐标对(即 工地10的表面14上的一个或多个位置处)处的高度差大于阈值λ。例如，工地表面14 的这些部分由于工人20和/或机器12挖掘待建造的建筑物的地基可产生了地理变化。这 样，相应的x°_y°坐标对之间的高度差的幅值可以大于λ (即从工地10的上一次扫描开始 高度变化大于λ)。在这种情况下，控制器34可以更新地形图32(步骤76)。特别地，控制 器34可以将地形图中每个与幅值大于高度λ的高度差相关联的点用相应的临时图46中 的点取代，如前文所述。通过使用所公开的方法和系统，即使在机器和/或工人在工地上工作的情况下扫 描工地，也可以形成排除工地表面的物体的地形图。此外，可以仅当地形表面上的至少一个 点的高度变化大于高度幅值阈值λ时，由最新收集的点更新地形图。否则，可以舍弃最新 收集的点。通过这种方法，地形表面不会被冗余地绘图并且可以节约计算资源。本领域技术人员将很清楚，说明书中所示出的过程可以以多种方法执行，并且可 以包括彼此在功能上相互关联的其他模块、程序、应用、脚本、过程、进程、或代码段以实现 上文所说明的每个模块、脚本和后台程序各自的任务。例如，可以使用商业可用的软件工 具；使用由C++ 编程语言或Visual Basic 编程语言编写的面向对象的自定义代码；使用 Java 编程语言编写的应用程序；或使用独立的电气部件或作为为该目的自定义设计的一 个或多个硬件线路的(hardwired)特定用途集成电路(ASIC)来执行这些程序模块。所说明的实施可以包括特定的网络配置，但是本发明的实施方式可以使用提供处 理功能的软件、硬件或硬件和软件的组合在多种数据通信网络环境中执行。本领域技术人员将很清楚，对本发明的方法和系统可以进行多种修正和变型。考 虑到本发明的说明书和实践，本领域技术人员将很清楚所公开的方法和系统的其他实施方 式。说明书仅意于作为示例性的，本发明的真正范围由权利要求书及其等价物表示。
权利要求
一种地形绘图系统(22)，包括至少一个传感器(24)，所述至少一个传感器能够收集限定场地(10)的当前表面(14)的多个当前点(46)；数据库(32)，所述数据库包含限定所述场地的之前表面的多个之前收集的点；控制器(34)，所述控制器与所述至少一个传感器通信，所述控制器能够将所述多个当前点中的至少一个的高度与所述多个之前收集的点中的相应的至少一个的高度进行比较；基于所述比较，确定是否授权更新所述数据库；以及如果确定授权更新，则更新所述数据库。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述比较包括计算所述多个当前点中的至少一个与所述多个之前收集的点中的相应 的至少一个之间的高度差(Δ)以与阈值(λ)进行比较；确定是否授权更新所述数据库包括确定所述高度差的幅值是否大于或等于所述阈值；以及更新所述数据库包括将所述多个之前收集的点中的至少一个由所述多个当前点中的 至少一个取代。
3.—种地形绘图方法，包括收集限定场地(10)的当前表面(14)的多个当前点(46)；将所述多个当前点中的至少一个的高度与多个之前收集的点中的相应的至少一个的 高度进行比较，所述多个之前收集的点限定所述场地的之前表面并且存储在数据库(32) 中；基于所述比较，确定是否授权更新所述数据库；以及 如果确定授权更新，则更新所述数据库。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述比较包括计算所述多个当前点中的至少一个与所述多个之前收集的点中的相应 的至少一个之间的高度差(Δ)以与阈值(λ)进行比较；确定是否授权更新所述数据库包括确定所述高度差的幅值是否大于或等于所述阈值；以及更新所述数据库包括将所述多个之前收集的点中的至少一个由所述多个当前点中的 至少一个取代。
5.一种地形绘图系统(22)，包括至少一个传感器(24)，所述至少一个传感器能够收集限定场地(10)的表面(14)的多 个点(46)；以及控制器(34)，所述控制器与所述至少一个传感器通信，所述控制器能够 从所收集的所述多个点中识别出不限定所述场地的地形(16)的点(48，50，52，54)； 从所收集的所述多个点中过滤出被识别出的不限定所述场地的地形的点；以及 使用经过过滤的所收集的多个点生成地形图(32)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还能够接收在所述场地上的至少一 个物体(18)的至少一个特征，其中，所述识别基于所述至少一个物体且基于所述至少一个特征。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器与所述物体中的至少一个物体通信 并且能够从所述至少一个物体接收所述至少一个特征。
8.—种地形绘图方法，包括收集限定场地(10)的表面(14)的多个点(46)；从所收集的所述多个点中识别出不限定所述场地的地形(16)的点(48，50，52，54)； 从所收集的所述多个点中过滤出被识别出的不限定所述场地的地形的点；以及 使用经过过滤的所收集的多个点生成地形图(32)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括接收所述场地上的至少一个物体(18)的至少一 个特征，其中，所述识别是基于所述至少一个特征的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述控制器与所述物体中的至少一个物体通 信，并且能够从所述至少一个物体接收所述至少一个特征。
全文摘要
公开了一种地形绘图系统(22)。该系统(22)具有至少一个传感器(24)和数据库(32)，所述至少一个传感器能够收集限定场地(10)的当前表面(14)的多个当前点(46)，所述数据库(34)包含限定场地的之前表面的多个之前收集的点。该系统(22)还具有与传感器(24)通信的控制器(34)。控制器(34)能够将多个当前点中的至少一个的高度与多个之前收集的点中的相应的至少一个的高度相比较，并根据比较确定是否授权更新数据库(32)。控制器(34)还被配置为如果确定授权更新，则更新数据库(32)。
文档编号G06F19/00GK101946250SQ200980104977
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月12日 优先权日2008年2月13日
发明者A·J·古达特, J-j·克拉, K·L·斯特拉顿, 林一峰 申请人:卡特彼勒公司