基于点云的表面施工制造技术

本发明专利技术公开了一种用于对使用多个传感器获得的点云数据进行滤波以生成表示表面并且与特定类型的传感器一起使用的数据的方法和设备，滤波允许使用某些机器和传感器类型以获取点云数据，并且在表面施工和修改过程中使用不同类型的传感器。该方法可以用于各种类型的机器控制和表面施工方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于点云的表面施工
技术介绍
本公开总体上涉及表面施工，并且更具体而言涉及基于点云的表面施工。表面施工(例如，道路施工)规范通常包括平滑度要求。平滑度要求确定了表面应该被施工成的平滑度，以确保表面将用于其预期的目的。例如，路面必须沿着表面的长度在一定高度上没有凹陷和隆起，以便允许车辆以期望的速度在表面上安全地行驶并且生成将具有期望寿命的表面。另外，表面施工规范可以包括关于表面必须如何适应诸如路缘和排水沟的外部参考的信息。使用各种方法构建表面以生成期望的结果(例如，以实现期望的平滑度)。在一种方法中，使用各种材料来构建表面以防止或最小化随着时间的推移表面的变化。通常在涂覆顶表面之前使用诸如砾石或沙子之类的底面材料。用于顶表面的材料可以是沥青、水泥、碎石等。测量用于构建表面的材料以确定材料的顶表面是否在特定范围内是平滑的(即，没有超过一定尺寸的凹陷和/或隆起)。如果表面在所期望范围内不平滑，则表面必须被修改。表面平滑度的测量可以在表面的整个施工过程中重复进行。如此，可以使用不同的机器和不同的传感器来测量表面的平滑度。
技术实现思路
在一个实施例中，一种方法包括从多个传感器接收表示表面的数据。点云基于该数据生成，并且然后基于特定的传感器类型进行滤波，以生成传感器特定数据。多个传感器可以包括但不限于高度传感器、全球导航卫星系统(GNSS)接收器、惯性测量传感器和车轮传感器。所述高度传感器可以包括基于激光的距离感测装置或基于声波的距离感测装置，并且所述特定的传感器类型可以是激光扫描仪的声波跟踪器。在一个实施例中，所述滤波基于高斯滤波器。所述传感器特定数据可以被传输到机器以用于修改表面。在一个实施例中，一种方法包括在具有高度传感器的机器处接收传感器特定数据。所述传感器特定数据基于表面的点云数据，并且基于所述高度传感器的特性对点云数据进行滤波。基于来自高度传感器的数据，与经滤波的云数据相比较以修改表面。在一个实施例中，所述经滤波的云数据被修改以反映期望的表面。所述高度传感器可以是声波跟踪器、光学传感器和/或激光扫描仪中的一个或多个。在一个实施例中，当扫描机器沿着表面行进时，基于从与所述扫描机器相关联的多个传感器接收的数据来生成所述表面的点云数据。在这里，还描述了用于实现上述方法的设备。附图说明图1示出了用于收集表面数据的车辆；图2示出了传感器和获取的传感器数据；图3示出了根据实施例的方法的流程图；以及图4示出了计算机的高级框图。具体实施方式本公开描述了用于将基于多个传感器生成的数据转换为可以结合具有已知特性的单个传感器或多个传感器使用的数据的方法和设备。表面施工(例如，道路建设)的各种方法使用机器来生成表面的表示。在一个实施例中，这种表示被称为点云并且基于从多个传感器接收的数据而生成。点云信息还可以包括关于表面必须如何适应诸如路缘和排水沟的外部参考的信息。具有能够感测表面以生成点云的多个传感器的机器在表面施工期间可能不是一直可用的。然而，也可以使用装配有一个或两个传感器的其他机器。由于点云数据是使用来自多个传感器的数据生成的表面表示，与点云数据相比，来自不同传感器配置的数据通常不会生成有意义的结果。因此，点云数据在与来自不同传感器配置的数据一起使用之前需要进行滤波。这种滤波允许使用某些机器和传感器类型以获取点云数据，并且允许在表面施工和修改过程中使用不同类型的传感器。例如，在表面信息的初始构建期间，可以使用具有激光扫描仪的机器以及附加传感器。必须对使用激光扫描仪和附加传感器获得的点云数据进行滤波(例如，转换)，以便与来自诸如声波跟踪器的单个传感器的数据一起使用。这里描述的方法可以用于各种类型的机器控制和表面施工方法。可以结合各种表面规范和施工方法使用二维(“2D”)或三维(“3D”)机器控制系统来完成表面施工。机器控制系统有助于根据表面规范对表面进行施工。表面规范可分为三种类型：松散要求、平滑度要求和严格的3D要求。具有松散要求的表面规范可能仅指定使用材料的量。对于具有松散要求的表面规范，可以在没有控制系统的情况下进行操作(例如，手动控制诸如用于去除表面材料的铣床以及用于添加和使材料成形的沥青摊铺机)。在一些情况下，针对具有松散要求的表面规范的操作使用传感器技术(例如，声波跟踪器)以复制表面并施加固定的偏移，以便使用特定厚度的附加材料覆盖表面。具有平滑度要求的表面规范通常涉及使用2D机器控制系统的操作。使用声波跟踪器或激光扫描仪的机械滑雪和/或非接触式平均装置，与2D机器控制系统一起使用，以实现期望的平滑度。表面的平滑度可以使用诸如断面测绘器的装置来确定，所述断面测绘器测量表面的不平坦度。具有严格的3D要求的表面规范可能需要各种传感器和装置，以实现高度准确性(elevationaccuracy)。为了实现严格的3D要求，可以使用附加的升级，例如弦线、基于全站仪的控制、以及基于GNSS和激光的控制。下面更详细地描述这些升级。如前所述，可以使用2D机器控制根据表面规范施工表面。2D机器控制通常用于表面施工，并且可以包括沿垂直调整(例如，第二维度)自动化的表面(例如，第一维度)移动的机器。应该指出，垂直调整可以被手动控制。当手动控制垂直调整时，操作者通过目视来监控垂直距离(例如，偏移)，或者可以使用传感器输出(例如，声波跟踪器)来监控垂直距离。在使用表面规范来指示沿着表面的多个垂直距离的操作中，可以使用2D机器控制。所述2D机器控制跟踪表面并控制机器的垂直方面，以使表面的形状与某一偏移相匹配。操作者根据基于表面规范提供的数字来调整偏移。这些数字可以在已经开始修改表面之前被写在表面上。当机器沿着表面行进时，操作机器的用户可以看到这些数字。2D机器控制可以与平均系统一起使用。平均系统可以是机械类型的系统，基于声波的距离感测系统和/或基于激光的距离感测系统。应该注意的是，不管使用哪种类型的平均系统，具有平均系统的2D机器控制都不跟踪实际的表面，而是跟踪表面的平均表示。如果已经以足够的间隔(在纵向方向上)对表面进行了测量并且如果也捕获了横向上的所有断线，则可以使用3D机器控制。当使用3D机器控制时，机器的精整部分(即，将修改或创建表面的顶部的部分，诸如熨平板、鼓或叶片)的位置必须在诸如X、Y和Z的三维上已知；或纬度、经度和海拔是已知的；平移、偏移和海拔是已知的等等。该位置可以相对于已知的局部点或者使用投影系统(例如，3D坐标系)来计算。当机器移动时，机器的精整部分的位置被连续地计算并与表面设计信息进行比较。机器控制系统连续地进行调整，以尝试并使精整部分的位置与沿表面的每个位置处的表面规范(例如，表面设计)相匹配。多个全球导航卫星系统(“GNSS”)接收器可以与3D机器控制结合使用。但是，GNSS的精度有限，特别是在海拔方面。这种有限的精度可能不足以达到表面施工的期望结果。GNSS接收器的海拔不精准性可以使用外部参考设备来克服。全站仪可以跟踪安装在机器精整部分的棱镜。使用棱镜确定的位置信息被传输到机器上的控制系统，在该机器上控制机器的精整部分的海拔以匹配从机器位置处的表面的设计数据连续被提取的海拔。另一种使用外部参考的方法是在GNSS天线附近的机器上跟踪的已知点发射激光束。来自激光发射器的具有精确海拔数据的水平位置信息可以由控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：从多个传感器接收数据，所述数据表示表面；基于所述数据生成点云；以及基于特定传感器类型对所述点云进行滤波以生成传感器特定数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.12 US 14/825,1251.一种方法，包括：从多个传感器接收数据，所述数据表示表面；基于所述数据生成点云；以及基于特定传感器类型对所述点云进行滤波以生成传感器特定数据。2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个传感器包括高度传感器、GNSS接收器、惯性测量传感器和车轮传感器。3.如权利要求2所述的方法，其中所述高度传感器包括基于激光的距离感测装置。4.如权利要求2所述的方法，其中所述高度传感器包括基于声波的距离感测装置。5.如权利要求3所述的方法，其中所述特定传感器类型是基于声波的距离感测装置。6.如权利要求4所述的方法，其中所述特定传感器类型是基于激光的距离感测装置。7.如权利要求2所述的方法，其中所述高度传感器包括基于机械的距离感测装置。8.如权利要求2所述的方法，其中所述高度传感器包括相机。9.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波基于高斯滤波器。10.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述传感器特定数据传输到机器以用于修改所述表面。11.一种方法，包括：在包括高度传感器的机器处接收传感器特定数据，所述传感器特定数据基于表面的点云数据，基于所述高度传感器对所述点云数据进行滤波；以及基于来自所述高度传感器的数据与经滤波的点云数据相比较来修改所述表面。12.如权利要求11所述的方法，其中修改所述经滤波的点云数据以反映期望的表面。13.如权利要求11所述的方法，其中所述高度传感器是基于声波的距离感测装置。14.如权利要求11所述的方法，其中所述高度传感器是基于激光的距离感测装置。15.如权利要求11所述的方法，其中所述高度传感器是基于机械的距离感测装置。16.如权利要求11所述的方法，其中所述高度传感器是相机。17.如权利要求11所述的方法，其中当扫描机器沿着所述表面行进时，基于从与所述扫描机器相关联的多个传感器接收到的数据来生成所述表面的所述点云数据。18.一种设备，包括：处理器；以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序指令，当在所述处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·门尼恩科，V·J·布拉贝茨，
申请(专利权)人：拓普康定位系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US