CN103392192A

CN103392192A - 集成地形建模系统

Info

Publication number: CN103392192A
Application number: CN2012800103257A
Authority: CN
Inventors: C·A·罗伯逊
Original assignee: Leica Geosystems AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-11-13
Also published as: EP2681719A4; CA2825406A1; AR085506A1; EP2681719B1; PE20141716A1; MX2013009926A; BR112013021073B1; US20140081611A1; EP2681719A1; CL2013002466A1; ZA201307054B; BR112013021073A2; MX338416B; WO2012116392A1; RU2013143782A; AU2012222851B2; RU2612625C2

Abstract

公开了一种集成地形建模系统。集成地形建模系统具有场地模块。该场地模块包括具有场地的地形模型的数据库。该集成地形建模系统具有：第一现场单元，该第一现场单元包括可操作为生成场地的被格式化为第一格式的大地测量数据的传感器。该系统还具有补充现场单元，该补充现场单元包括可操作为生成场地的被格式化为补充格式的大地测量数据的传感器。集成地形建模系统具有集成系统，该集成系统可操作为将第一现场单元和补充现场单元生成的大地测量数据处理为通用格式，由此在场地模块处提供大地测量数据的无缝集成以更新地形模型。

Description

集成地形建模系统

技术领域

本发明涉及集成地形建模系统。具体地，尽管本发明的非排它地涉及集成地形建模系统，其无缝地集成来自诸如GNSS测绘车（survey rover）、全站仪、激光扫描器、机械引导系统（machine guidance system）、自动机械、雷达装置和空中摄影测量设备等不同测量装置的大地测量数据。大地测量数据实时地或接近实时地更新矿场的数字地形模型。

背景技术

对正在变化的地形进行的地形建模在露天采矿业中是已知的。使用诸如激光扫描器和全站仪这样的矿场勘测设备时时地对矿场或其至少一部分进行勘测（通常在月末），以建立矿场的地形模型。地形模型由工程师和规划员使用以管理矿场并准确地确定被移动的材料的体积。

发明目的

本发明的目的是克服或至少减轻以上问题中一个或更多个和/或向消费者提供有用或经济的选择。

发明内容

按照一种形式，该形式无须是仅有的形式或是最宽泛的形式，本发明涉及一种集成地形建模系统，该系统包括：

场地模块，所述场地模块包括具有场地的地形模型的数据库；

第一现场单元，所述第一现场单元包括可操作为生成所述场地的被格式化为第一格式的大地测量数据的传感器；

补充现场单元，所述补充现场单元包括可操为生成所述场地的被格式化为补充格式的大地测量数据的传感器；

集成系统，所述集成系统可操作为将不同的现场单元的所述大地测量数据处理为通用格式，由此在所述场地模块提供所述大地测量数据的无缝集成以更新所述地形模型；以及

通信系统，所述通信系统适于经由网络在所述场地模块和所述现场单元之间提供数据通信。

该集成系统优选地包括位于所述现场单元上的转换模块，所述转换模块可操作为将所述现场单元生成的所述大地测量数据转换为所述通用格式。

所述转换模块可以位于中央服务器处，并且可操作为从不同的现场单元接收不同格式的大地测量数据并实时地或接近实时地在所述场地模块将所述大地测量数据转换为所述通用格式。

适当地，该集成系统被构造为在利用所述大地数据来更新所述地形模型时，在处理不同的现场单元的大地测量数据时，提供加权。

优选地，当所述大地数据在被转换为所述公共数据格式被用于更新场地的地形模型时，提供较高精度的大地测量数据的现场单元的大地测量数据将比提供较低精度的大地测量数据的现场单元的大地测量数据具有较高权重。

所述现场单元优选地包括GNSS测绘车、全站仪、激光扫描器、机械引导系统、自动机械、雷达装置和空中摄影测量设备。

所述场地模块优选地位于中央服务器处。

所述现场单元优选地包括存储地形模型的数据库，并且其中，所述集成地形建模系统包括分布式数据库管理系统以保持所述现场单元中的所述数据库中的所述地形模型为最新并保持所述场地模块中的所述地形模型为最新。

所述通信系统和所述集成系统优选地适于使所述场地模块处的所述地形模型根据在所述中央服务器处接收到的所述大地测量数据实时或接近实时地更新。

所述集成地形建模系统可以包括所述现场单元。

所述网络优选地是无线网络，并且所述通信系统优选地适于提供无线数据通信。

所述通信系统优选地包括位于所述中央服务器处的无线通信模块和位于各个所述现场单元处的无线通信模块。

在另一个形式中，本发明涉及一种更新场地的集成地形模型的方法，该方法包括：

从第一现场单元的测量装置生成所述场地的第一格式的大地测量数据；

从补充现场单元的测量装置生成所述场地的补充格式的大地测量数据，所述补充现场单元的所述测量装置具有与所述第一现场单元的所述测量单元不同的类型；

将不同格式的所述大地测量数据处理为通用格式；以及

集成所述通用格式的所述大地测量数据以无缝地更新所述地形模型。

该方法优选地包括：在向中央服务器发送所述大地测量数据之前，在所述现场单元上将所述大地测量数据处理为所述通用格式。

该方法可以包括：发送来自所述现场单元的不同格式的大地测量数据，并且接着在所述场地模块处将所述大地测量数据处理为所述通用格式。

该方法优选地包括：将来自所述场地模块的更新的集成地形模型分发到各现场单元。

在另一种形式中，本发明涉及一种转换模块，该转换模块位于生成第一格式的大地测量数据的现场单元上，所述转换模块可操作为实时或接近实时地将所述第一格式的大地测量数据格式化为能够与由补充现场单元生成的补充格式的大地测量数据集成。

在另一种形式中，本发明涉及一种转换模块，该转换模块位于中央服务器处并且可操作为从多个不同的现场单元接收不同格式的大地测量数据，所述转换模块可操作为将不同的现场单元的大地测量数据处理为通用格式，由此在所述场地模块提供所述大地测量数据的无缝集成以更新所述地形模型。

在进一步形式中，本发明涉及一种集成地形建模系统，该集成地形建模系统包括：

补充现场单元，所述补充现场单元包括可操作为生成所述场地的被格式化为补充格式的大地测量数据的传感器；以及

集成系统，所述集成系统可操作为将所述第一现场单元和所述补充现场单元生成的大地测量数据处理为通用格式，由此在所述场地模块处提供大地测量数据的无缝集成以更新所述地形模型。

在进一步形式中，本发明涉及一种更新场地的集成地形模型的方法，该方法包括：

在第一现场单元的测量装置处生成所述场地的至少一部分的第一格式的大地测量数据；

在补充现场单元的测量装置处生成所述场地的至少一部分的补充格式的大地测量数据，所述补充现场单元的所述测量装置；

将所述第一现场单元和所述补充现场单元生成的所述大地测量数据处理为均为通用格式；以及

集成所述通用格式的所述大地测量数据以在场地模块处无缝地更新集成地形模型。

附图说明

为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能够实际应用本发明，将参照附图仅通过示例来描述优选实施方式，其中：

图1示出根据本发明一个实施方式的集成地形建模系统的图；

图2示出图1的集成地形建模系统的GNSS测绘车的正视图；

图3示出图1的集成地形建模系统的全站仪的立体图；

图4示出图1的集成地形建模系统的激光扫描器的立体图；

图5示出包括图1的集成地形建模系统的精密机械引导系统的土方设备的侧视图；

图6示出图1的集成地形建模系统的一个实施方式的示意图和该集成地形建模系统中的数据的流程；

图7示出图1的集成地形建模系统的另一个实施方式的示意图和集成地形建模系统中的数据的流程；

图8示出根据本发明的实施方式的集成地形建模的方法的示意流程图；以及

图9示出从中央服务器向图1的集成地形建模系统的不同现场单元分发更新的集成地形模型的图。

具体实施方式

参照图1，集成地形建模系统10包括中央服务器20和四种类型的现场单元30。在本专利说明书中对现场单元的任何引用必须广义地理解为包括测绘车单元、自动机械、雷达装置和空中摄影测量设备。通过示例，图1所示的现场单元30的不同类型是GNSS测绘车200、全站仪300、激光扫描器400和精确机械引导系统500。不同类型的现场单元200、300、400、500中的每种类型被示出了两个。现场单元30经由无线网络50与中央服务器20的场地模块21进行无线通信。系统10包括位于中央服务器20的无线通信模块40，该线通信模块40用于帮助场地模块21和现场单元30之间的无线通信。无线通信可以通过Wi-Fi、CDMA、GSM、3G、4G中任意或其它网络进行。因此，无线通信模块40可以是数据调制解调器，并且现场单元30的无线通信模块也是数据调制解调器。

每一个现场单元30可操作为经由无线网络50向中央服务器20上传现场单元30生成的大地测量数据。大地测量数据可以实时或接近实时地上传，或者上传可以取决于无线通信连接。矿场可能不在整个场地具有网络覆盖。现场单元30所记录的大地测量数据可以存储在现场单元30上，直至与中央服务器20建立起无线连接的时刻为止，在该时刻，所存储的数据被发送到中央服务器20的场地模块21。

场地模块21包括具有现场单元30所工作的矿场的数字地形模型22的数据库。数字地形模型22在场地模块21的存储器中被保存在数据库中。如上所述，利用从现场单元30接收到的大地测量数据更新地形模块22。

每个现场单元30具有传感器形式的测量装置，该测量装置可操作为生成通常具有点数据的形式的原始大地测量数据。不同类型的现场单元具有不同类型的传感器，这些传感器生成不同格式的大地测量数据。点数据通常是未经处理的XYZ坐标，这些坐标被格式化和/或转换成一个或多个不同格式的大地测量数据。不同格式的大地测量数据不容易集成。由于这个原因，系统10在每个现场单元30处都包括数据转换模块24。数据转换模块24可操作为将不同格式的大地测量数据实时或接近实时地转换为通用格式的可集成数据以更新地形模块22。数据转换模块24一起形成了集成系统的一部分，该部分可操作为将不同格式的大地测量数据实时或接近实时地处理为通用格式以更新地形模块22。下面参照GNSS测绘车200、全站仪300、激光扫描器400和精确机械引导系统500更具体描述不同类型的现场单元30的大地测量数据的转换。

图2示出GNSS测绘车200的正视图。GNSS测绘车200包括GNSS接收器202形式的传感器、控制器204、无线通信模块206和数据转换模块24。GNSS接收器202可操作为从GNSS卫星接收GNSS信号。GNSS信号被传递到控制器204，在控制器204，信号被使用以生成测绘车200的准确的位置点数据。位置点数据被格式化为例如dbx格式的大地测量数据。大地测量数据被所描述的转换模块24转换并且被无线通信模块206发送到中央服务器20。dbx格式可以是用于现场单元30的通用格式，在此情况下，大地测量数据不被转换模块24进一步转换。

控制器204包括具有存储了场地的地形模型的数据库的存储器。地形模型通过测绘车200测绘到的位置点数据并通过从服务器20接收到的更新的地形模型数据而更新。

图3示出全站仪300的立体图。全站仪300包括电子经纬仪和电子测距装置（EDM）302形式的传感器。全站仪300用于确定从全站仪300到要测绘的点的角度和距离。利用三角函数的帮助，可以使用角度和距离按绝对值来计算被测绘点的点数据（x、y和z或者北距、东距和仰角）形式的未处理过的大地测量数据。全站仪300还包括控制器304、无线通信模块306和数据转换模块24。点数据通常被格式化为dbx格式作为大地测量数据。大地测量数据经由无线通信模块306被上传到中央服务器20。大地测量数据在被发送之前被转换模块24转换为通用格式。如果用于数据集成的通用格式是dbx格式，则转换模块可以不转换大地测量数据。

控制器304包括存储了场地的地形模型的存储器。地形模型通过全站仪300测绘到的点数据而更新，并且还通过从服务器20接收到的更新的地形模型数据而更新。在一个示例中，全站仪300是Leica TPS1200+型全站仪。

图4示出激光扫描器400的立体图。激光扫描器400具有旋转头402的形式的传感器，其可操作为扫描矿场来收集旋转头402的视场内的表面有关的距离信息。扫描器400生成点云格式的大地测量数据。点云被格式化为pts3D点云数据格式。扫描器400包括控制器404、无线通信模块406和数据转换模块24。pts格式的数据被数据转换模块24转换为通用格式。大地测量数据通过无线网络50被发送到中央服务器20。在一个示例中，激光扫描器400是专门针对矿场测绘而开发的Leica HDS4400扫描器。

控制器404包括具有存储了场地的地形模型的数据库的存储器。地形模型通过扫描器400生成的点云数据而更新，并且还通过从中央服务器20接收到的更新的地形模型数据而更新。

图5示出具有精密机械引导系统500的土方车辆550的侧视图。精密机械引导系统500包括GNSS接收器、控制器、无线通信模块和数据转换模块。引导系统500具有存储了动态表面（称为“完工表面（as bulit surface）”）形式的地形模型的数据库的存储器，所述动态表面在车辆550经过完工表面时被更新。引导系统生成并存储订制（custom）的ASCII数据输出格式的点数据。ASCII格式的数据被机械引导系统500的数据转换模块转换为通用格式。大地测量数据通过无线网络50被发送到中央服务器20。

动态表面通过GNSS接收器生成的点云数据而更新，并且还通过从中央服务器20接收到的更新的地形模型数据而更新。

引导系统500的GNSS接收器202、EDM302和旋转头402以及GNSS接收器是全部不同类型的传感器。

参照图6，示出了集成地形建模系统10的框图和系统10的数据的流程。在步骤602，第一类型的现场单元30.1生成第一格式的大地测量数据。在步骤604，第一格式的大地测量数据被转换模块24执行第一类型的现场单元30.1上的数据格式转换所处理。第一格式的大地测量数据被转换为通用格式以便更新地形模型22。类似地，在步骤606，第二类型的现场单元30.2生成第二格式的大地测量数据。在步骤608，第二格式的大地测量数据被转换模块24执行第二类型的现场单元30.2上的数据格式转换所处理。第二格式的未经处理的大地测量数据被转换为通用格式的数据以便更新地形模型22。

第一格式的大地测量数据由GNSS测绘车200、全站仪300、激光扫描器400或机械引导系统500中的任意一种所生成。第二格式的大地测量数据由GNSS测绘车200、全站仪300、激光扫描器400或者机械引导系统500中的与生成了第一格式的大地测量数据的大地测量数据生成设备不同的一种所生成。应理解，尽管仅参照图6描述了两种格式的大地测量数据，各种类型的现场单元30可以生成与不同类型的传感器不同格式的大地测量数据。

两种不同类型的大地测量数据生成设备30.1、30.2的可集成数据无线地发送到中央服务器20，如框610、612分别指示的那样。

在步骤614，当在中央服务器20接收到两种不同类型的现场单元30.1、30.2的通用格式的数据时，集成地形模型22被实时或接近实时地更新。

图6的框图参照现场单元30上的大地测量数据转换描述了集成地形模型系统10。本领域技术人员将理解，可以在中央服务器20上将大地测量数据转换为可无缝集成的通用格式。

图7示出包括转换模块26的中央服务器20的框图，转换模块26在中央服务器20将不同格式的大地测量数据转换为通用格式的可集成数据。

在步骤602，第一类型的现场单元30.1生成第一格式的大地测量数据。

在步骤604，第一格式的大地测量数据被转换模块24执行第一类型的现场单元30.1上的数据格式转换所处理。在步骤606，第二类型的现场单元30.2生成第二格式的大地测量数据。在没有在30.1、30.2上处理的情况下，不同格式的大地测量数据被无线地发送611、613到中央服务器20。大地测量数据在中央服务器20的转换模块26被接收到，在该转换模块26，大地测量数据被处理为通用格式。在步骤614，通用格式的大地测量数据更新集成地形模型。

图8是更新集成地形模型22的方法700的示意流程图。

方法700包括：在步骤702，生成第一格式的大地测量数据。使用图6和图7中的第一类型的现场单元30.1生成第一格式的大地测量数据。

在步骤704，生成第二格式的大地测量数据。使用图6和图7中的第二类型的现场单元30.2生成第二格式的大地测量数据。

在步骤706，第一格式和第二格式的大地测量数据通过数据格式转换被处理为通用格式的可集成的大地测量数据。如参照图6描述的那样，可以在各个现场单元30.1和30.2上处理不同格式的大地测量数据，或者如参照图7描述的那样，可以在中央服务器20上进行处理。

当在服务器20接收到大地测量数据时，集成地形模型22在中央服务器20被通用格式的大地测量数据无缝地更新。

在步骤712，被更新的更新的地形模型22被从中央服务器20分发回到每个现场单元30。分发可以是调度的或者是由事件触发的。

在中央服务器22上的集成地形模型22是主地形模型，它被复制到现场单元30。中央服务器20包括分布式数据库管理系统，该系统管理主地形模型22（或者其一部分）到现场单元30的分发以及中央服务器20的集成地形模型的更新。地形模型22到所有现场单元30的分发使得所有现场单元30中的地形模型是最新的。

使用分布式数据库系统的优点是当现场单元在中央服务器20的通信范围之外时，现场单元30能够按照要求继续更新它们自己的数据库中的地形模型。地形模型20仅按照要求从中央服务器20更新到现场单元30以减少不必要的数据重复。

图9示出中央服务器20的数据库中保存的更新的地形模型22如何通过复制而被分发到现场单元30的图。地形模型22被无线地发送到测绘车200、全站仪300、激光扫描器400和机械引导系统500中的每一个。更新的地形模型22被保存在各个现场单元30的数据库中。

集成地形建模系统10在办公室和现场之间提供实时或者接近实时的大地测量数据的数据交换。这样的优点是持续地维持了准确的经过更新的数字地形模型22，这取消了对月末测绘的需要。利用对地形模型22的更新，可以实时地计算矿场的容积生产率（volumetric productivity）。来自现场单元的大地测量数据集被实时或接近实时地无缝合成，而不是如目前已知的那样对不同格式的多个数据集进行不方便且耗时的人工合成。地形模型22被分发到现场单元30以允许现场操作员、规划员、工程师和测绘员具有矿场的最新的信息。

在仍落入本文件的其它形式中，集成系统被构造为在使用大地测量数据来更新地形模型时，在处理不同现场单元的大地测量数据时提供加权。

优选地，当被转换为通用数据格式的大地测量数据被用于更新场地的地形模型时，现场单元的提供较高精度的大地测量数据的具有比现场单元的提供较低精度的大地测量数据的大地测量数据高的权重。例如，航空摄影测量可以仅被用于每月更新矿场模型一次，但却被分配了较高的权重，例如，来自车辆等的位置信息。

在本说明书中，用语“包括”或者类似用语旨在表示非排它的包括，使得包括一系列要素的系统、方法或者设备不仅包括这些要素，而且还包括未列出的其它要素。

在本说明书中对任何相关技术的引用并不且不应被认为是对现有技术形成了公知常识的一部分的认可或任何形式的暗示。

Claims

1.一种集成地形建模系统，该集成地形建模系统包括：

2.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，该集成地形建模系统还包括位于每一个所述现场单元上的转换模块，所述转换模块可操作为将各个现场单元生成的大地测量数据处理为所述通用格式。

3.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，该集成地形建模系统还包括位于所述场地模块处的转换模块，所述转换模块可操作为接收所述第一格式的大地测量数据和所述补充格式的大地测量数据并且在所述场地模块实时地或接近实时地将所述大地测量数据转换为所述通用格式。

4.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，该集成地形建模系统还包括通信系统，所述通信系统适于提供所述场地模块、所述第一现场单元和所述补充现场单元之间的数据通信。

5.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，其中，所述现场单元具有GNSS测绘车、全站仪、激光扫描器或机械引导系统中的一种的形式。

6.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，该集成地形建模系统还包括一个或更多个所述补充现场单元。

7.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，其中，所述场地模块位于所述集成地形建模系统的中央服务器处。

8.根据权利要求1所述的集成地形建模系统，其中，各个现场单元包括存储地形模型的数据库，并且其中，所述集成地形建模系统包括分布式数据库管理系统，所述分布式数据库管理系统被构造为保持所述现场单元中的各数据库中的地形模型最新并且还被构造为保持场地模块中的所述场地的地形模型最新。

9.一种对场地的集成地形模型进行更新的方法，该模型包括以下步骤：

将所述第一现场单元和所述补充现场单元生成的大地测量数据处理为均为通用格式；以及

集成所述通用格式的大地测量数据以在场地模块处更新所述集成地形模型。

10.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤：在集成所述通用格式的大地测量数据以更新所述集成地形模型之前，将被处理为所述通用格式的大地测量数据传递到所述场地模块。

11.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤：在将大地测量数据处理为所述通用格式之前，将来自所述第一现场单元的所述第一格式的大地测量数据和来自所述补充现场单元的所述补充格式的大地测量数据传递到所述场地模块。

12.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤：将来自所述场地模块的更新的集成地形模型传递到所述现场单元中的每一个。