CN106415669A

CN106415669A - 示出与矿山工地相关联的高程

Info

Publication number: CN106415669A
Application number: CN201580026891.0A
Authority: CN
Inventors: G·P·布兰卡德
Original assignee: Caterpillar of Australia Pty Ltd
Current assignee: Caterpillar of Australia Pty Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-02-15
Also published as: JP6538724B2; RU2681376C1; US10198534B2; US20150347637A1; AU2014202959B2; AU2014202959A1; JP2017521757A; WO2015179923A1

Abstract

本文公开了一种用于在对应于所关注区域的图像中示出高程的方法和计算系统，该所关注区域是矿山工地的至少一部分。该方法包括通过选择来确定包括多个高程值的第一数据集，该多个高程值定义第一所关注区域的高程地形。该方法还包括对于该第一数据集中的高程值的至少一部分中的每个高程值，根据颜色标度(500、600)确定用于示出高程值的对应颜色。该标度横跨定义的高度范围。标度中的每种颜色可由色相定义；以及用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数。颜色标度被定义为在所定义的高度范围上穿过色相的色谱。该方法还包括生成第一图像(700、800)，第一图像(700、800)描绘第一所关注区域的高程地形的至少三维非平面图，以对应的所确定的颜色示出第一数据集的高程值的至少一部分。

Description

示出与矿山工地相关联的高程

技术领域

本发明涉及用于示出与矿山工地相关联的高程的方法和系统。

背景技术

在采矿工业中，矿山经营者需要为车辆和设备接入以及运输矿石和其他材料准备基础设施。此类基础设施包括道路、钻孔和通过操纵工地地形而创建的其他特征部。创建此类基础设施涉及通过切除高于预期高程(高于标准)的工地的部分以及通过填充低于预期高程(低于标准)的工地的区域以满足设计的规范容差，为工地设计预期地形和操纵工地。然而，在实现该目的时，可能难以评估已经完成的或需要完成的工作的状态，因为与工地相关联的高程可能难以监测或了解。因此，存在对示出与矿山工地相关联的高度的新方法和/或系统的需求。

本说明书中对任何现有技术的引用不是承认或提示：该现有技术在任何管辖权范围内构成部分公知常识；或者可以合理预想本领域技术人员能够理解该现有技术，认为其是相关的，和/或将其与现有技术的其他例子相结合。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种在与所关注区域对应的图像中示出高程的方法，所述所关注区域是矿山工地的至少一部分。所述方法包括通过选择来确定包括多个高程值的第一数据集，所述高程值定义第一所关注区域的高程地形。所述方法进一步包括对于该第一数据集中的高程值的至少一部分中的每个高程值，根据颜色标度确定用于示出高程值的对应颜色。标度横跨定义的高度范围。标度中的每种颜色可由色相定义；以及用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数。颜色标度被定义为在所定义的高度范围内穿过色相的色谱。所述方法还包括生成描绘第一所关注区域的高程地形的至少一个三维非平面图的第一图像，所述三维非平面图以对应的所确定的颜色示出第一数据集的高程值的至少一部分。

本发明的另一方面提供了一种用于在与所关注区域对应的图像中示出高程的计算系统，所述所关注区域是矿山工地的至少一部分。计算系统系统包括：显示设备；用于存储计算机可执行指令的存储器系统；以及处理系统。处理系统配置为读取来自存储器系统的计算机可执行指令。在执行计算机可执行指令时，处理系统配置为通过选择来确定包括多个高程值的第一数据集，所述高程值定义第一所关注区域的高程地形。处理系统进一步配置为，对于第一数据集中的高程值的至少一部分中的每一个，根据颜色标度确定用于示出高程值的对应颜色。标度横跨定义的高度范围。标度中的每种颜色可由色相定义；以及用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数。颜色标度被定义为在所定义的高度范围内穿过色相的色谱。至少一个参数改变以在所定义的高度范围内以循环方式使颜色变亮和变暗。处理系统还配置为在显示设备上生成描绘第一所关注区域的高程地形的至少一个三维非平面图的第一图像，所述三维非平面图以对应的所确定的颜色示出第一数据集的高程值的至少一部分。

本发明的又一方面提供了另一种在与所关注区域对应的图像中示出高程的方法，所述所关注区域是矿山工地的至少一部分。所述方法包括确定包括多个高程值的数据集，所述高程值定义所关注区域的高程地形。所述方法进一步包括对于数据集中的高程值的至少一部分中的每个高程值，根据颜色标度确定用于示出高程值的对应颜色。标度横跨定义的高度范围。标度中的每种颜色可由色相定义；以及用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数。颜色标度被定义为在所定义的高度范围内穿过色相的色谱。至少一个参数改变以在所定义的高度范围内以循环方式使颜色变亮和变暗。所述方法还包括生成图像，所述图像描绘所关注区域的高程地形的至少一个三维非平面图，所述三维非平面图以对应的所确定的颜色示出数据集的高程值的至少一部分。所确定的数据集包括与记录数据和参考数据对应的高程值。记录数据表示所关注区域的矿山工地的表面的高程图，所述高程图基于所述表面的测量数据。参考数据表示所关注区域的参考高程地形。所述方法进一步包括基于所确定的数据集生成模型数据。模型数据定义了用于在图像中示出模型的三维视图的三维模型，所述图像通过示出重叠在参考高程地形上的高程图来描绘高程图与参考高程地形之间的偏差。高程图和参考高程地形用不同的对应的表面纹理来显示。

本发明的实施例可包括本文所述特征的任何组合。例如，在从属权利要求中列举的特征可以任何方式结合，并且并入到独立权利要求。

除上下文中另有要求，否则本文使用的术语“包含(comprise)”及其诸如“包含(comprising)”、“包含(comprises)”和“包含(comprised)”的变体，不意为排除其他附加物、组分、整体或步骤。

本发明的更多方面以及前面段落所述的方面的更多的实施例将从通过示例并且参照附图给出的以下描述中变得显而易见。

附图说明

图1是计算机实现方法的流程图，其用于示出矿山工地的所关注区域的高程和/或工作状态；

图2示出了用于执行图1的计算机实现方法的系统的概念图；

图3示出了用于软件程序的用户界面，所述用户界面示出了工地及其中所关注区域的平面图，预期地形设计用于所述工地；

图4示出了示出图3所示的所关注区域的二维平面图的用户界面；

图5示出了根据本发明的颜色标度的实施例；

图6示出了以图形形式描绘的、根据本发明的颜色标度的另一个实施例；

图7示出了根据本发明的实施例的图像，所述图像描绘了所关注区域的三维视图，所述三维视图示出了工地的高程图与参考高程地形之间的偏差；

图8示出了描绘所关注区域的另一个三维视图以示出偏差的图像，其中所关注区域内的高程按照根据本发明的颜色标度被涂上颜色；

图9示出了图8所示所关注区域的参考地形的三维视图；

图10示出了描绘类似于图8的三维视图的图像，但是针对的是位于不同高度的所关注区域和图8的高程梯度；以及

图11示出了描绘类似于图9和图10的三维视图的图像，但是针对的是具有高度范围的所关注区域，所示高度范围横跨颜色标度中的大部分高度。

具体实施方式

图1示出了用于执行计算机实现方法的示例性过程10，所示方法用于示出矿山工地的所关注区域的高程和工作状态。过程10衍生出用于比较所关注区域的两个输入高程模型之间的差异的三维(3D)模型。

第一个高程模型是一幅矿山工地表面的高程图。高程图是由基于对表面进行的测量的记录数据组成。因此高程图表示工地所具有的实际高程地形。记录数据包括高程值，每个高程值定义位置坐标网格中的对应位置的高度。例如，位置坐标可表示经度和纬度坐标或与参考位置的东/西和北/南距离。由高程值定义的高度可相对于诸如平均海平面的绝对参考高度来定义。在其他实施例中，高度相对于矿山特定位置而定义。因此高程图表示为矿山工地区域的数字高程模型，所述矿山工地至少包括与工作任务相关联的所关注区域。

第二高程模型是至少用于所关注区域的参考高程地形，所述所关注区域与第一高程图进行了对比。在一个实施例中，参考高程地形是意在用于所关注区域的设计的高程地形。这种设计的高程地形由计算机辅助设计(CAD)软件生成。然而，在替代性实施例中，参考高程地形可为至少用于所关注区域的第二高程图。第二高程图可基于区域地形的测量，所述测量在某时进行且与第一高程图的测量不同。

在过程10中的第一步骤12处，数据集确定为包括两个输入高程模型。为简单起见，两个高程模型在下文中示例为如上所述的基于测量的第一高程图和由设计数据定义的参考高程地形。例如，参考高程地形可表示用于拉铲挖土机的道路的预期地形模型。

高程图一般以定义矩阵值的矩形网格的光栅格式记录，网格位置对应于二维位置坐标(例如与参考位置相比较的北向和东向的米)。存储在各网格位置的值定义坐标处的高程。高程值可为直接测量数据或者可由其他测量高程数据内插或转换得出。记录高程图可具有10mm的精度。用于高程图的数据可由沿工地表面移动的一个或多个车辆收集，记录来自车辆上定位系统的车辆的位置坐标和高程。

参考高程地形通常存储为CAD文件，其定义了使用矢量的设计的高程地形。这种基于矢量的表示可为不规则三角网格(TIN)。

一旦确定了数据集，定义三维模型的模型数据就在步骤14处生成，所述三维模型包括两个输入模型之间的高程差异的至少一个表示。通过至少部分地从其中一个输入模型的中减去高程而从另一个中得到生成的模型。为准备减去数据，参考高程地形转化为光栅格式的一组高程值使得能够进行矩阵减法。在减法过程中，从其他矩阵的对应坐标值中减去一个矩阵中的每个坐标值。例如，用于参考高程地形的高程值可从用于记录高程图的高程值中减去，所述记录高程图对应于相同坐标。

减法的结果是表示为光栅矩阵的三维空间数据，并且其可定义将要示出的三维模型或可定义部分示出的模式。计算光栅矩阵定义覆盖所关注区域的坐标的二维矩阵或网格，每个坐标具有相关联的第三维值，所述第三维值表示两个输入模型之间的垂直偏差或高程偏差。因为参考高程地形从高程图中减去，输出光栅矩阵的正值表明矿山的表面具有高于参考高程地形的高度，然而负值表明矿山的表面具有低于参考高程地形的高度。在一个实施例中，输出光栅包括提供用于位置坐标测量的精确到10mm高程数据，所述位置坐标测量以1米的增量间隔开。输出光栅在此也称为“差异光栅”或“差异文件”。

如所讨论的，生成了用于示出两个输入模型之间的偏差的三维模型。生成的模型在此也称为可视化模型。可视化模型可仅由差异光栅所表示。在一些实施例中，可视化模型还将包括例如参考光栅(例如定义为参考地形)的另外的光栅信息，从而可在参考表面的背景中示出偏差。除了参考地形之外或者替代参考地形，可视化模型还可包括参考高程地形光栅。因此，除了显示来自计算差异的信息，可视化模型包括用于显示高程图或参考高程地形的高程值，或者包括同时显示两个输入模型(或者两个输入模型的部分)的混合高程地形。

如果下游处理配置为仅基于这些空间坐标来渲染3D图像，那么定义一个光栅或多个光栅的空间坐标可足以确定三维可视化模型。然而，在一些实施例中，三维可视化模型还将包括定义如何渲染来自空间坐标的三维图像的另外的信息。

一旦三维可视化模型生成，就执行可视化模型的三维可视化以使本领域技术人员能够容易地评估所关注区域中的位置，所述位置相对于参考高程地形分别是在标准之上、在标准之下或等于标准(on-grade)。可视化也提供了与在参考高程地形之下的工地材料的体积(更具体地说，高于标准标准的体积)相对比的在参考高程地形之上的工地材料(即土质材料)的体积(更具体地说，低于标准标准的体积)的可视指示。

在步骤16处，可视化模型发送至可视化系统以生成图像数据。在步骤17处，可视化系统接收包括其中定义的高程值的数据集的可视化模型，并且生成为相对于所关注区域的选定观察角度(水平之上或之下)和选定取向(通过改变经度/维度观察位置)描绘3D可视化模型的图像。图像通过为图像中的相应点确定颜色(步骤18)来渲染以描绘图像的三维方面并且可视化地表示分别对应于至少一些高程值的高度。在步骤19处，这种渲染处理导致诸如位图的图像数据的生成。在步骤20处，图像数据发送至图形硬件以处理和显示由图像数据表示的图像。可选地，生成图像仅可展示高程值的一个表示，因而忽略了可视化模型中的差异光栅。例如，图像可以可选地只示出参考高程地形。对于这种情况，在步骤14处的模型数据的生成是可选的。在这种情况下，用来示出高程的确定的数据集可以可选地限制为参考光栅。在这种情况下确定的数据集可通过步骤15发送至可视化系统，而不会生成包括差异光栅的3D模型。在其他实施例中，用来示出高程的确定的数据集仅可形成可视化模型的一部分。

图2示出了可用来实现过程10的示例性的计算环境200的框图。计算环境包括通过网络230与客户终端220通信的服务器系统210；例如互联网。服务器系统210包括形式为应用服务器212的处理系统和存储器系统，所述应用服务器212托管通过客户终端220访问的网页应用。例如网页应用可以是运行称作“Terrain”的软件组件的 Minestar^TM，所述软件组件是专门为管理钻井、拉铲挖土机、平整和装载操作而设计的。网页应用利用存储运行网页应用程序的信息的应用数据库214。应用服务器包括用于管理文件的层业务216，所述文件由通过应用服务器212操作的地理信息系统(GIS)利用。共享存储数据库219是可由层业务216和GIS 218访问，并且存储诸如两个输入高程模型以及可以可选地被选定、读取或更新的任何其他高程模型的地形数据和设计文件。因此，存储数据库219可包括定义工地或部分工地的当前高程图的光栅文件、定义预期设计的矢量文件和表示先前时间工地的基于测量的地形图的存档高程图。

一旦确定，存储数据库219就进一步存储光栅格式的差异文件。差异文件由GIS生成，一旦用户选定工作状态可视化基于的高程模型，所述GIS计算差异文件。应用数据库214和共享存储数据库服务器219可存储在应用服务器212的存储器系统上。在其他实施例中，至少共享存储数据库可驻留在单独的存储服务器中。

存储在数据库219上的文件可由客户通过诸如个人计算设备或膝上型计算机的客户终端220访问。在其他实施例中，平板计算机或智能电话可以充当客户终端。在图2示出的实施例中，客户终端220具有用于与应用服务器212通信的通信端口222和包括中央处理单元(CPU)226的处理器224，所述中央处理单元226用于操作网页浏览器与应用服务器212接口连接。客户终端220充当用于生成3D可视化模型的图像的可视化系统。然而，在其他实施例中，可视化系统可由生成3D可视化模型数据的同一个计算机执行。例如，在这种实施例中，客户终端220可包括服务器系统210的一些或所有部件，应用服务器的处理功能和存储功能由客户终端220的处理器224和存储器232执行。

客户终端220包括处理器224，也具有图形处理单元(GPU)228，为处理图形信息，二者集成在CPU芯片上或集成为辅助处理电路。GPU 228生成将显示在监视器230上的数据以提供网页浏览器的可视显示和浏览器上的3D可视化模型的图像。存储器232存储配置中央处理单元226的指令以操作网页浏览器和诸如Adobe Flash或Flex的插件软件，以使浏览器能够解释应用服务器212发送的图形信息。形式为存储在存储器232内的特定应用软件插件的3D架构也能够对图形进行解释。客户终端220也包括用户输入234，所述用户输入234使客户能够在网页浏览器上输入信息并与网页浏览器互相作用，允许用户选择工作状态分析的高程模型文件和选择可视化模型的3D生成图像的投影视图。

为了在计算环境200中操作过程10，用户使用客户终端220来访问由应用服务器212托管的网站上的网页应用。用户登录到该用户特定的账户，使他们访问记录高程图和设计地形文件以及已生成的任何所存储的差异文件。用户选择记录高程图和参考高程地形以在过程10中进行比较。应用服务器212接收识别所选文件的识别数据，并使用层业务216来识别文件的存储位置，并准备它们以供GIS 218访问。基于所识别的位置，GIS 218加载所选文件用于处理。如已经描述的，GIS 218减去由所选文件中的光栅网格数据定义的每个位置的高程值。然后将所得到的差异地形作为差异文件保存在共享存储数据库219上。差异文件还可以包括表示设计地形之上的地球总体积的数据，即基于差异文件中所有高程值的总和或平均值，这比指定的正公差更正。基于比指定负公差具有更负的负值的高程的平均值或总和，还计算需要填充的地球的总体积。

差异光栅以及可选地在差异光栅中比较的一个或两个输入光栅被发送到客户终端220上的网页浏览器。最初，由光栅表示的地形信息在监视器230上呈现为工地或由光栅表示的工地的部分的二维平面图。图3示出了示出二维视图的用户界面300。由记录高程图表示的工地的区域用用户界面上的第一彩色地图区域310(例如紫色)表示。与设计地形对应的工地的区域用第二地图区域312表示，其在图3中为矩形。第二地图区域312中的任何部分314(其中以差异光栅表示的高度大于设计高度之上的最大允许高度)被表示为高于标准并以第二颜色(例如红色)示出。在第二地图区域312内的任何部分316(其中，此处，矿山工地的高度低于设计高度之下的最大指定高度)由第三颜色(例如蓝色)表示，因为它们在标准以下。第二地图区域312内的任何部分318(其中差异文件确定在设计之上的最大指定高度和设计之下的最大指定高度之间)被确定为“等于标准”并以第四颜色(例如绿色)表示。使用第五颜色或颜色范围来示出设计地形区域的没有差异信息可用的任何部分319(例如，因为这些区域可能在高程图中没有记录的高程)。第五颜色从根据本发明的颜色标度中选择，以描绘高度。在图3的示例中，该颜色是浅绿色。

用户可以配置应用服务器212以进入3D可视化模式，以通过选择3D图标320向用户呈现3D可视化设计区域。图4中示出了3D模式中的初始视图400。视图400示出了所关注区域410，其对应于与所设计的地形相关联的区域。所关注区域410显示在背景420上，背景通常是黑色的，但也可以是不同的指定颜色。该初始视图400仍然是所关注区域的二维平面图，但是可以由用户操纵以呈现所关注区域410的所确定的3D模型的三维投影。3D模式使用与关于图3中的2D模式所描述的相同的着色方案。因此，以红色示出的部分414表示工地的高程高于标准的区域，蓝色部分416示出了工地的具有低于标准的高程的区域，而绿色部分418示出了工地的等于标准的区域。在该视图中，预期设计和实际工地表面的三维形状是不可见的，因为投影透视在平面图中，因此看起来是平的。尽管如此，对于工地的预期设计在所显示的图像中以区别颜色(例如，浅绿色)表示。然而，在图4中，浅绿色颜色仅在高程数据从工地的高程图中丢失时是可见的，如在419处所示。可选地，所示的预期设计根据用于描绘与预期设计对应的高度或高度范围的颜色标度来着色，如本文所述。因此，在图4中，颜色浅绿色表示由颜色标度定义的某一高度。

在该视图400中还呈现了颜色图例422，以示出哪些颜色对应于标准之上的部分、等于标准的部分和标准之下的部分。上述标准部分表示根据设计规范，需要从工地切割出的对于等于标准的工地的土地区域。标准之上的总体积由差异光栅确定并且表示为切割体积424。类似地，在设计之下且在设计和工地表面之间的体积表示需要填充以建立工地表面达到指定等级水平的土地区域。该体积被表示为填充体积426，并且类似地从差异光栅确定。对于高程数据丢失的总区域由丢失的覆盖区域428表示。导航图标430使得用户能够将视图旋转远离平面图，以呈现3D模型的3D视图。

3D模型以来自差异文件的光栅化差异数据的形式呈现给客户终端220。还呈现了用于在用户请求的3D模型中进行说明可能需要的任何高程图或设计地形光栅。根据所请求的可视化，3D模型中的高程图或设计地形光栅的存在是可选的。通常，至少参考地形(例如设计地形)将设有差异光栅。以这种方式，可以在设计地形的上下文中观察到与差异光栅相关联的高程的偏差。然而，可选地，所显示的3D模型可以仅基于差异光栅，使得所显示的3D模型示出了相对于设计表面地形的归一化或平坦化表示的偏差。

为了实现3D模型的3D渲染，应用服务器还向客户发送索引缓冲区和顶点缓冲区，以定义如何在三维中解释光栅信息，并且因此如何渲染3D图像以根据客户的可视化请求呈现3D可视化。

最初，客户CPU 226将由所提供的光栅定义的高度映射信息转换成由共同形成多边形网格的顶点和边缘定义的三角形集合。网页浏览器上的插件软件提供了用于解释从应用服务器发送的顶点缓冲区、索引缓冲区和着色器程序的库，以定义如何渲染3D对象，从而创建3D可视化图像。3D模型包括用于每个顶点的元数据以指示每个顶点表示什么，使得着色器可通过确定图像中的每个点的颜色而相应地渲染图像。

对于每种类型的着色器，CPU 226向GPU 228发送对应的顶点缓冲器和索引缓冲器，以生成定义每个像素的颜色的数据，以便格式化监视器230以显示适当的3D可视化。每个像素的颜色通常由根据红色、绿色和蓝色(RGB)颜色模型定义颜色的红色、绿色和蓝色参数共同确定。然而，颜色也可以由其他颜色模型表示，诸如色相、饱和度、亮度(HSB)颜色模型(也称为色相、饱和度、值颜色、HSV、颜色模型)或色相、饱和度、亮度(HSL)颜色模型。在HSB和RGB颜色模型的框架内讨论颜色通常是方便的。然而，转换是本领域中众所周知的，以将给定颜色从一个颜色模型转换为另一个颜色模型。为了避免混淆，本文使用的术语“亮度”应以一般意义上的明亮度来理解，而不必限于HSL模型中使用的亮度参数的技术定义。

在本发明中，着色器被配置为对所生成的图像的至少一部分着色，从而以代表其高度的颜色来描绘高程值。现在描述由着色器控制的颜色的选择。

用于示出高程的颜色标度

如已经讨论的，图2的处理器224从服务器系统224接收针对矿山工地中所关注区域的可视化模型的高程值。处理器224还从服务器系统210接收着色程序。利用该信息，处理器224通过根据颜色的标度或“颜色标度”500确定颜色来确定高程值的颜色，如图5所示。颜色标度500将定义的高度范围映射到在高度范围内连续且平滑变化的颜色调色板。以这种方式，每个高程值或高度具有对应的颜色。定义的范围可以在定义的较低绝对高度和定义的较高绝对高度之间。在颜色标度500中，定义的范围从0到1400米。

在颜色标度中，每种颜色可通过(i)色相和(ii)用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数来定义，例如HSB颜色模型中的饱和度和/或亮度。颜色标度被定义为在所定义的高度范围内穿过色相的色谱。在图5所示的示例性实施例中，颜色由沿着高度范围均匀间隔的28个颜色坐标定义。这些坐标如下表1中所示：

表1：颜色标度坐标

在表1中，列出的颜色名称仅作为颜色的一般指示来提供，以帮助解释标度。由于这些名称可以以许多不同的方式解释，实际的颜色通过RGB坐标或等效的HSB坐标精确地定义。颜色坐标之间的颜色通过在RGB空间中的RGB坐标之间线性内插来得出，以产生颜色标度500。在其他实施例中，内插可以位于诸如HSB颜色空间的另一颜色空间中，如图6所示。在另外的实施例中，内插可以是非线性的。在图6中，用于颜色标度600的色相、饱和度和亮度参数相对于X轴上的高度在Y轴上图形表示。颜色标度600与颜色标度500相同，但是在28个颜色坐标之间的HSB空间中而不是在RGB空间中具有线性插值。在许多硬件和软件实施例中，根据RGB坐标来处理颜色。因此，在实践中，程序可以实现仅指RGB坐标的标度500或600，记住每种颜色是仍可按照HSB坐标来表示的。

在0米的高度处，颜色标度500中的颜色对应于深炭黑，其接近黑色(饱和度为0且亮度为20)。由于饱和度为0，所以色相未定义。在接下来的50米，颜色逐渐进展为紫红色，色相值为280度(色相在0度和360度之间测量)。从50米到1300米，色相逐渐进展，在1050米处没有值为0(等于360)的不连续性。然后，色相从360度继续减小，在1200米处没有返回通过300度值的不连续性，总体完成了整个色相色谱的转换。从1300米到1400米，颜色从粉色，通过灰色转换到黑色，因为饱和度为0，所以色相未定义为灰色和黑色。在该实施例中，颜色标度500开始和结束于色相色谱的紫罗兰色端，但是在其他示例中，色相谱可以旋转以在色谱的不同部分开始和结束。

如表1所示，颜色在浅色和深色(分别对应于图5中的510和520)之间振荡。随着颜色穿过完整的360度色相色谱，颜色的亮度由于颜色模型中的至少一个其它参数的变化而在浅色和深色之间波动。换句话说，至少一个参数改变以在所定义的高度范围内以循环方式使颜色变亮和变暗。在一些实施例中，颜色变亮和变暗的一个循环对应于100米到300米之间的高度变化。然而，对于图5所示的颜色标度500，颜色变亮和变暗的循环对应于为200米的高度变化。这意味着每200米，有一个颜色亮度的峰值，且每200米，亮度峰值之间的间隔是颜色亮度的谷值(即颜色暗度的峰值)。亮度峰值不会进展到白色，亮度峰值之间的那些暗度峰值也不会进展到黑色。以这种方式，每个亮度和暗度峰值具有其自身的独特颜色，使得它可以在亮度或暗度中在视觉上区别于其它峰值。

通过随着色相变化在浅色和深色之间振荡，与单独改变色相可获得的颜色相比，在颜色标度中存在更多的颜色。这提供了具有增加的分辨率的颜色标度，用于示出与由标度覆盖的相对较大高度范围相比的较小高度变化。

从相对于高度跟踪亮度的图6可看出，亮度参数在高度范围内交替地间隔开的第一峰值610和第一谷值620之间反复地增加和减小。饱和参数在高度范围内交替地间隔开的第二峰值640和第二谷值660之间增加和减小。对于颜色标度中的高度范围的至少一部分，存在亮度参数的多个增加和减小循环，其中每个循环持续第一时段，并且同时，饱和度参数根据为第一时段的一半的第二时段增加和减小期间。这在图6中针对0和600米之间的高度示出。在示例性颜色标度500和600中，定义的颜色标度高度范围跨越0和1400米之间，因为已经发现这为在采矿中的计划应用提供了足够的分辨率。这些高度可以相对于海平面或一些其它参考高度。通过将这些范围边界输入到客户终端220中，可配置定义颜色标度500、600中的高度范围的最小高度和最大高度。在一些实施例中，可能需要提供拉伸或缩短版本的颜色标度。在这样的实施例中，高度可以简单地乘以适当的缩放因子。例如，对于覆盖X米的跨度的标度，可以将本文示例中所指的高度乘以X/1400。

根据颜色标度示出高度

利用颜色标度500或600，可以在与矿山工地的所关注区域对应的图像中示出高程值。可以从数据范围内的包括多个高程值的数据生成图像，所述高程值定义所关注区域的高程地形。该图像描绘了高程地形并且根据颜色标度示出了高程值的至少一部分。通过从数据库中选择来确定由一些或所有数据组成的第一数据集，实现了这种图像的生成。第一数据集的多个高程值定义了矿山工地的第一所关注区域的高程地形。多个高程值在跨越所定义范围的少数的第一数据范围内。该选择还可以包括通过输入用于定义范围的最小和最大高度来定义所定义的高度范围。在替代性实施例中，所定义的高度范围可在确定第一数据集之前定义，或者可以是固定的。

对于高程值的至少一部分中的每一个高程值，根据颜色标度来确定颜色，以在视觉上指示高程值。然后，对应于第一所关注区域生成图像。更具体地，客户终端220接收高程值并从这些值生成多边形网格。多边形网格的顶点包括元数据，元数据中包括高程值。可替代地，如果高程值需要转换到某一其他参考系，则元数据可以包括绝对高度参数，以代替高程值本身。例如，如果相对于矿场中的参考系测量高程值，但是期望高度相对于不同的参考系(例如海平面)示出，则可能是这种情况。

然后，基于颜色标度，着色程序解释如何对元数据中的高度信息(由高程值定义或相对于高程值定义)进行着色。颜色标度可以用于所有的高程值。然而，在一些实施例中，只有一些顶点将需要显示高程值，因此颜色标度可以仅应用于3D模型中的高程值的一部分。例如，在图7中，参考地形712仅在未被红色、蓝色或绿色块状条覆盖的情况下可见，因此仅需要在参考地形可见的位置使用颜色标度。这对应于图3、图4中的部分319和419。在一些实施例中，如图8-图10所示，3D模型在模型的整个表面上示出了至少一个高程模型或者混合或两个高程模型。对于这些实施例，可以基于颜色标度来对整个3D模型进行阴影化。

工业实用性

图7示出了图4中2D平面图所示的3D模型的3D可视化的示例性实施例。如图7中可更清楚地看到，该模型是基于由GIS计算的、叠加有光栅数据的、用于所设计的高程地形712的光栅化数据，该光栅化数据表示所设计的高程地形和工地的高程图之间的高程差异。3D投影的渲染图像700通过示出从所设计的表面712延伸的块状线条来示出所测量的高程图和参考(所设计的)高程地形之间的偏差。所设计的表面712的地形在图像700中进行描绘。在不能直接看到所设计的表面712的情况下，可以由如图像所示的偏差信息来暗示。在可看到的情况下，所设计的表面根据颜色标度(例如在这种情况下是颜色标度500)用颜色标示，以指示所设计的表面的高度。向上延伸的线条714表示其中工地高程大于所设计的高程的位置。这些线条的长度(即高度)表示所确定的高程差异的大小。然而，根据3D投影的透视图(即，远离所投影的观察位置的线条比更靠近观察位置的线条要短)，线条的高度也被考虑在内。表示差异大于设计高程的指定正偏差的线条用红色指示，如716所示，以便表示这些差异高于标准。同样，设计表面以下的与偏离出设计高程负偏差极限以上的高程差异相对应的线条用蓝色指示，如718所示。其大小在这些正和负高程偏差极限之间的线条由绿色线条720指示。可以通过将光标放在线条上来浏览对应于每个线条的地理信息。无论矿场高程是否高于标准(需要切割)、等于标准或低于标准(需要填充)，线条显示地理信息概况722。地理信息概况722还显示相关的位置坐标和工地相对于与工地相关的位置参照系的高程。概况722还显示所需的高程变化(例如，通过切割或填充工地)，所述概况722需让工地高程位于被认为是等于标准的指定的偏差内。

由于叠加在参考高程上的差异高程等于实际的工地高程，图像700实际上同时显示彼此叠加的参考地形和所记录的高程图。参考地形712的图示包括间隔线标记724以指示所显示的模型的比例。在图例727中的726处指示了相邻线标记之间的距离。虽然存在参考表面，但为了使正偏差和负偏差能被同时看到，参考表面712呈现为半透明表面。图8示出了矿山工地的高程地形与参考设计地形之间的偏差的可选三维可视化。同样，图像800显示叠加在参考地形812上的矿山工地810的高程图。然而，与图7相比，通过将不同组的顶点缓冲，索引缓冲和遮影应用于发送到客户终端220的光栅数据来示出高程图810。这组顶点和索引缓冲以及遮影对3D模型的图像进行渲染以用粗糙纹理化和连续渲染来描绘工地的表面视图，而不是图7所示的一系列离散间隔的垂直线条。如在820处可以看到的，通过参考地形812的半透明可视化可以看到参考地形812下方的工地表面810的地区。参考表面和所测量的高程图之间的偏差的3D可视化使用户能够了解土料相对于所设计地形的分布，使用户能够确定工作的当前状态。通过示出完成所需的工作，用户可以确定如何有效地移动土料，例如，从哪个地区到哪个地区，并如何确定是否有足够的土料可以从等于标准区域或高于标准区域切割和移走，以填充低于标准区域。在图7中，对于被认为是等于标准(绿色线条720)的区域偏差的描绘使用户能够确定材料是否可以被切割、多少材料可以被切割或者被添加到等于标准位置，而不使该位置处的高程超出需保持的等于标准高程的指定的偏差极限。

参考表面812与图7的参考表面712相同，因此同样是根据颜色标度822(等同于颜色标度500)用颜色标示来指示跨越表面的高度。颜色标度还应用于与高程图810相关联的高程值，以同样提供高度的颜色指示。图像800还包括颜色标度822，使观察参考表面812的人可以很容易确定高度。在这个实施例中，可以从颜色标度822读取颜色以确定所示高程图810和参考地形812的高度大约为700米。虽然参考表面812和工地表面810的颜色均基于相同的颜色标度，但可以修改颜色来表示各自具有不同表面纹理的表面812和810。具体地说，通过使全部所示高程值(除了在线标记处的那些高程值)具有相同的颜色，为参考表面812提供了平滑表面。通过使颜色高程值，在表面810上的图案或随机分布变暗和变亮，为工地表面810提供了粗糙的表面纹理。根据表面相对于理论光源的取向，表面810的高程值颜色进一步变暗或变亮，颜色在其面向光源的路径的地区变亮，或者在其背离光源的地区变暗。

在其他实施例中，可以将当前地形与先前时间所记录的地形进行比较，而不是将矿山工地的当前高程地形与参考设计进行比较。以这种方式，差异信息示出了从先前时间记录处到当前时间记录处的地形，已经进行了多少工作以及工作进行到何处，以将矿井朝着所期望的地形进展。

在一些情况下，可能期望的是仅看到参考地形的高程信息。因此，如图9所示，图像900可以仅提供参考地形912的高程地形的视图，以及颜色标度922的展示。除了示出地形912的绝对高度之外，所显示的地形912的高度变化可以由地形912的图像中的颜色变化来表示。这通过由颜色标度822提供的高色彩分辨率来实现。

所显示的地形内的高度差异在图10中的图像1000中更加显而易见。图像1000包括高程地形1002的非平面图，其包括参考地形1010和高程图1020。在所显示的地形1002的左端1022处，高程值被显示为绛红色，其对应于大约1150米的高度。在右端1024，所显示的地形是浅橙色，其对应于大约1050米。图像1000示出了左端和右端之间的渐变，通过浅阴影过渡到靠近地形1002中部的地区1026的桃红色。这使观察者能够了解图像1000所显示的矿场的所关注区域的任何高程梯度在其中所关注区域是矿场内的特定道路的实施例中，观察者可以根据颜色来确定作为整体的道路总高度和道路梯度的指示。通过包括线标记(如图7中的724)可以进一步辅助梯度评估。

另外，颜色标度还可以指示参考地形1010和高程图1020之间的高程差异。例如，在位置1030处，高程图1020略微低于参考地形1010上的对应位置1032。这反映在各自颜色的差异中，因为与位置1032的桃红/绛红色相比，位置1030更偏向于是浅橙色这种颜色差异可以进一步有助于对建筑道路的工作状态进行评估。其中图像中所示的高程值范围横跨多个主要和次要颜色(即红色、黄色、绿色、青色、蓝色和绛红色中的至少两种颜色)的实施例中，这种颜色差异将会最显而易见，因为对于相对小的高度差异，使用颜色标度将产生最明显的颜色差异。

例如，图11中的图像示出了参考地形1110和高程图1120。所显示的颜色范围从图的左端1114处的绛红色，到青色(对于参考地形)，到图的右端1116处的淡蓝色(对于高程图)。如图例1124所示的颜色标度在0-140米的范围内。图例1124示出了颜色标度使用与颜色标度500和600相同的颜色分布，但是分布在颜色标度500、600(即0-1400米)所定义的高度的10％范围内。因此，参照表1，并且将这个10％范围的差异考虑在内，可以推断的是，青色对应于相对于参考高度的约35米的高度，淡蓝色对应于相对于参考高度的约30米的高度。因此，通过颜色差异可以看出，高程图在图11的右端1116处的参考高程地形的下方约5米处。

考虑图10和图11中的示例，可以理解的是，通过在不同高度用不同颜色来描绘的非平面图中显示参考地形1010、1110和/或高程图1020、1120，人们可以很好地了解参考地形1010、1110和/或高程图1020、1120中的高程变化。首先，非平面图投影定性描绘了所显示的表面中的高程变化其次，颜色标度所提供的不同颜色增加了高程变化的这种定性描绘的详细信息。此外，如果参照颜色图例观看颜色，那么表面中的颜色变化还定量描绘了在表面内或者在两个或两个以上比较表面之间的高度变化。通过如本文所述的使非平面图与颜色标度进行组合来示出高程信息的精细细节，可以对正在使用图示来评估与矿山中所示区域相关的当前、未来或过去工作任务的人员提供帮助。

在一些实施例中，如图7-图10所示，根据颜色标度用颜色标示的高程值的范围可以跨越颜色标度中所定义的总高度范围的一小部分。在采矿业中为此使用这个可视化的受监控的工作任务可能涉及相对较小的高度变化的高程评估，例如由道路梯度所定义的高度变化。然而，高程的绝对值可以是在高度范围内的任何地区，该高度范围的数量级可能大于道路梯度中的这些小变化的数量级。因此，图像中所示的高度范围可能跨越颜色标度所涵盖的范围的一小部分。例如，在一些情况下，所示的高度范围将会在颜色标度内颜色变淡和变暗的一个周期内(或在一些情况下2个周期内)，该颜色标度包括6个和8个周期，或在颜色标度500的情况下包括7个周期，变化为1400米左右。比较图8和图10，图像800、1000都能够通过改变颜色来示出道路梯度。然而，颜色在这些图像之间变化，因为与这些图像相对应的地形的绝对高度是不同的。如果相同的颜色标度500、600被配置为对于两个图像都是相同的，那么颜色的差异使人们能够立即识别出这两个图像对应于同一个矿山内或甚至来自完全不同矿山的不同所关注区域，跨越不同的高度。根据各个图像中颜色的差异，可以识别出相应所关注区域的相对高度位置。同时管理针对跨越不同高度的多个所关注区域的其他工作，所显示的图像之间的颜色差异避免了对正在观察的所关注区域的混淆。可以通过所显示的图像的颜色立即识别所关注区域。此外，由于客户终端220仅需要生成矿山内的所关注区域的图像(由所选的数据集所定义)，所以可以以有效的方式实现图像的渲染。

应当理解的是，本说明书所公开并定义的本发明可以包括两个或两个以上独立特征的所有可替代组合，这些独立特征从上下文或附图中提及或变得显而易见。所有这些不同的组合构成本发明的各个可替代方面。

Claims

1.一种在与所关注区域对应的图像中示出高程的方法，所述所关注区域是矿山工地的至少一部分，所述图像由包括多个高程值的数据生成，所述高程值定义所述所关注区域的高程地形，所述图像描绘所述高程地形并且根据颜色的标度(500、600)示出所述高程值的至少一部分，所述标度跨越所定义的高度范围，所述标度中的每种颜色能够通过以下来定义：

色相；以及

用于影响颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数，

其中所述颜色标度(500、600)被定义为在所定义的高度范围内穿过色相的色谱，其中所述至少一个参数改变以在所定义的高度范围内以循环方式使所述颜色变亮和变暗，

所述方法包括以下步骤：

(a)通过选择来确定所述数据的第一数据集(12)，其中所述第一数据集的所述多个高程值定义第一所关注区域(410)的高程地形；

(b)对于所述第一数据集中的所述高程值的至少一部分中的每个高程值，根据所述颜色标度(500、600)确定用于示出所述高程值的对应颜色(18)；并且

(c)生成描绘所述第一所关注区域的高程地形的至少三维非平面图的第一图像(700、800)，所述图像以所述对应的所确定的颜色示出所述第一数据集的所述高程值的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定的第一数据集包括对应于以下的高程值：

记录数据，其中所述记录数据表示所述所关注第一区域的矿山工地的表面的高程图(810)，所述高程图基于所述表面的测量数据；以及

参考数据，其中所述参考数据表示所述第一所关注区域的参考高程地形(812)；并且

所述方法包括：基于所确定的数据集来生成模型数据(14)，定义用于在所述第一图像(800)中示出所述模型的三维视图的三维模型，通过示出重叠到所述参考高程地形上的高程图来描绘所述高程图和所述参考高程地形之间的偏差。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法包括：修改对应于所述参考高程地形(812)的高程值的所确定的颜色中的至少一些颜色以便看起来是半透明的，其中所述高程图(810)能够通过所述参考高程地形看到。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：修改所述高程值中的至少一些值的所确定的颜色，以相对于理想光源生成所述第一图像(800)的渲染并描绘粗糙表面纹理。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括定义所述定义的高度范围为跨越在所述矿山工地中的最大高度和最小高度之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

(a)通过选择来确定所述数据的第二数据集，其中所述第二数据集的所述多个高程值定义第二所关注区域的高程地形，其中所述第一和第二所关注区域对应于所述矿山工地的不同部分；

(b)对于所述第二数据集中的所述高程值的至少一部分中的每个高程值，根据所述颜色标度来确定用于示出所述高程值的对应颜色；并且

(c)生成描绘所述第二所关注区域的高程地形的至少三维非平面图的第二图像，所述第二图像以对应的所确定的颜色示出了所述第二数据集的所述高程值的至少一部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个参数的改变包括在色相、饱和度、亮度颜色模型中的亮度参数的反复增加和减少，其中所述亮度参数在所述高度范围内隔开的第一峰值和第一谷值之间周期性地增加和减小。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述颜色标度包括多个颜色亮度的峰值(610)，其中所述颜色亮度的峰值对应于在视觉上能够彼此区分的颜色。

9.一种在对应于所关注区域的图像中示出高程的计算系统(200)，所述所关注区域是矿山工地的至少一部分，所述图像由包括多个高程值的数据生成，所述高程值定义所述所关注区域的高程地形，所述图像描绘所述高程地形并且根据颜色的标度(500、600)示出所述高程值的至少一部分，所述标度跨越所定义的高度范围，所述标度中的每种颜色能够通过以下来定义：

色相；以及

用于影响所述颜色的亮度和暗度中的至少一个的至少一个参数，

其中所述计算系统包括：

显示设备(230)；

用于存储计算机可执行指令的存储器系统(232、214)；

处理系统(224、212)，其被配置为从所述存储器系统读取所述计算机可执行指令，其中在执行所述计算机可执行指令时，所述处理系统被配置为进行以下步骤：

(a)通过选择确定所述数据的第一数据集(12)，其中所述第一数据集的所述多个高程值定义第一所关注区域(410)的高程地形；

(c)在所述显示设备上生成描绘所述第一所关注区域的高程地形的至少三维非平面图的第一图像(700、800)，所述第一图像以对应的所确定的颜色示出所述第一数据集的所述高程值的至少一部分。

10.根据权利要求9所述的计算系统，其中所述确定的第一数据集包括对应于以下的高程值：

记录数据，其中所述记录数据表示所述所关注第一区域的矿山工地的表面的高程图，所述高程图(810)基于所述表面的测量数据；以及

参考数据，其中所述参考数据表示所述第一所关注区域的参考高程地形(812)；

其中所述处理系统还被配置为：

基于所确定的数据集来生成模型数据(14)，定义用于在所述第一图像(800)中示出所述模型的三维视图的三维模型，通过示出重叠到所述参考高程地形上的高程图来描绘所述高程图和所述参考高程地形之间的偏差。