一種基於智慧型手機的空間測距方法
2023-07-03 03:35:21 1
一種基於智慧型手機的空間測距方法
【專利摘要】一種基於智慧型手機的空間測距方法，通過間接距離數據採集、數據處理和數學計算三大步驟實現，本發明的優點是：(1)採用一個雷射測距模塊分次進行間接測量的方法,獲得空間測距所需要的參數,避免同類產品採用多雷射測距模塊同時測距帶來的設備成本增加；(2)通過獨創的單臂定肩定位法,實現了兩次測距避免造成測距起點發生位移的影響,同時避免了同類方法採用旋轉固定支架來獲取角度變化帶來的複雜操作，使得空間測量更簡單便利。
【專利說明】一種基於智慧型手機的空間測距方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空間測距方法，尤其涉及一種基於智慧型手機的空間測距方法。
【背景技術】
[0002]雷射測距是把雷射器作為光源來測距的，根據雷射工作的方式可分為連續雷射器和脈衝雷射器。氦氖、氪鎘、氬離子等氣體雷射器工作在連續輸出狀態，用於相位式雷射測距；雙異質砷化鎵半導體雷射器，用於紅外測距；紅寶石、釹玻璃等固體雷射器，用於脈衝式雷射測距。雷射測距儀因為雷射亮度高、方向性好和單色性等優點，再加上電子線路半集成化、導體化，與光電測距儀相比，既可以日夜作業、又能提高測距精度，明顯減少功耗和重量。但是上述雷射測距技術對電子器件的要求極高，因此造成雷射測距儀的製造成本居高不下，限制了大範圍推廣使用，另一方面，該雷射測距技術實現的是接觸式測距，即測量兩點距離必須有一點為測距設備所在點，很大程度上無法滿足用戶的需求。
[0003]目前智慧型手機應用軟體生態系統不斷擴展，傳感器這類與用戶互動必備的東西功不可沒，本發明主要使用了兩類傳感器，分別是加速度傳感器和方向傳感器。加速度傳感器又叫G-sensor,返回x、y、z三軸的加速度數值,該數值包含地心引力的影響，單位是m/s~2，加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備，加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力-重力。加速力可以是個常量，也可以是變量，因此其測量範圍比重力感應器要大。方向傳感器簡稱為Ο-sensor，返回三軸的角度數據，方向數據的單位是角度。手機方向傳感器是指安裝在手機上用以檢測手機本身處於何種方向狀態的部件。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種基於智慧型手機的空間測距方法，該測距方法利用了手機內置的多種傳感器及計算能力，解決了某些對測量精度要求不高、被測點無法達到、測量點之間受到阻礙、測量不規則物體面積等問題，攜帶方便、操作簡單快捷。
[0005]本發明是按照以下技術方案來實現的，其特徵是方法步驟為:
(O間接距離數據採集，使用雷射測距模塊通過單臂定肩定位法測量設備分別到待測點的直線距離；
(2)數據處理，在第一步的測量過程中經過降噪聲預處理之後得到智慧型手機內部的三軸加速度傳感器和方向傳感器返回的y軸加速度分量和設備與正北的夾角，通過數學關係轉化得到設備與水平面的夾角和兩次測量過程在水平面上映射的角度。
[0006](3)數學計算，通過對該測距方法建模得到公式:
;其中AB表示目標測量空間兩點距離，AO表示設備所在點O到測量點A的直線距離，BO表示設備所在點O到測量點B的直線距離，Z a表示第一次時測量設備與水平面OCD的夾角Z AOC, Z b表示第二次測量時設備與水平面O⑶的夾角Z BOD, Z c表示兩次測量過程在水平面OCD上映射到角度Z C0D。[0007]本發明所述雷射測距模塊是特製的專業測距儀，其和手機可拆卸緊密固定、支持藍牙連接和採集間接距離數據的雷射測距儀。
本發明所述智慧型手機，通過藍牙和雷射測距模塊實現無線數據通信和通過結合手機APP實現手機端對雷射測距模塊端的數據採集和控制處理。
[0008]本發明所述手機APP是基於智慧型手機OS (Android和ios)編寫的運行在智慧型手機上的移動應用，是測距方案的數據處理端，並對業務邏輯提供統一的接口，主要功能為處理來自雷射測距模塊的數據通過數學計算推導、誤差分析處理等過程得到最終所需距離信息；並發送指令信息給雷射測距模塊，令其進行數據採集等動作。
[0009]本發明所述降噪聲預處理，其通過卡爾曼濾波算法對傳感器多次採樣處理掉樣本值中的高斯白噪聲，提高測量數據的穩定性。
[0010]本發明所述的單臂定肩定位法，其特徵是步驟如下:
(1)手臂伸直，並指向第一個測量點；
(2)手臂伸直，以肩關節為頂點轉動手臂至第二個測量點。
[0011]本發明的優點是:⑴採用一個雷射測距模塊分次進行間接測量的方法，獲得空間測距所需要的參數，避免同類產品採用多雷射測距模塊同時測距帶來的設備成本增加；
(2)通過獨創的單臂定肩定位法，實現了兩次測距避免造成測距起點發生位移的影響，同時避免了同類方法採用旋轉固定支架來獲取角度變化帶來的複雜操作，使得空間測量更簡單便利；(3)傳感器數據計算前的降噪聲預處理，和結合多種傳感器數據對測量誤差進行補償，傳感器帶來的誤差優化在可控範圍之內；(4)計算模型同時對因測距位置而帶來的不可避免誤差，進行數學分析，使得用戶能了解測距的可信度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的空間測距示例圖。
[0013]圖2為本發明的空間測距原理圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明採用的技術方案中雷射測距模塊、智慧型手機和手機APP組成了兩個子系統，即數據服務子系統和目標測距子系統:數據服務子系統由智慧型手機和手機APP組成，主要功能為通過測距算法把雷射測距模塊提供的數據轉化為目標距離信息，向客戶端提供距離信息服務；目標測距子系統由雷射測距模塊和智慧型手機組成，主要功能是通過雷射測距儀測得目標測距所需間接信息並通過藍牙傳入智慧型手機端。
[0015]如圖1、圖2所示，本發明的測距流程為:使用單臂定肩定位法分別測得設備到所測目標兩點的直線距離，通過手機內部三軸加速度傳感器和方向傳感器分別得到y軸的加速度分量和設備與正北的夾角，採用卡爾曼濾波算法對傳感器多次採樣處理掉樣本值中的高斯白噪聲，提高測量數據的穩定性。建立空間測距計算模型，將測得的y軸加速度分量轉化為設備與水平面的夾角，將測得的兩次設備與正北夾角轉化為兩次測量過程在水平面上映射的角度
通過該公式:
其中AB表示目標測量空間兩點距離，AO表示設備所在點O到測量點A的直線距離，BO表示設備所在點O到測量點B的直線距離，廣a表示第一次時測量設備與水平面OCD的夾角Z AOC, Z b表示第二次測量時設備與水平面O⑶的夾角Z BOD, Z c表示兩次測量過程在水平面OCD上映射到角度Z C0D。
【權利要求】
1.一種基於智慧型手機的空間測距方法，其特徵是方法步驟為: (1)間接距離數據採集，使用雷射測距模塊通過單臂定肩定位法測量設備分別到待測點的直線距離； (2)數據處理，在第一步的測量過程中經過降噪聲預處理之後得到智慧型手機內部的三軸加速度傳感器和方向傳感器返回的y軸加速度分量和設備與正北的夾角，通過數學關係轉化得到設備與水平面的夾角和兩次測量過程在水平面上映射的角度； (3)數學計算，通過對該測距方法建模得到公式: ;其中AB表示目標測量空間兩點距離，AO表示設備所在點O到測量點A的直線距離，BO表示設備所在點O到測量點B的直線距離，Z a表示第一次時測量設備與水平面OCD的夾角Z AOC, Z b表示第二次測量時設備與水平面O⑶的夾角Z BOD, Z c表示兩次測量過程在水平面OCD上映射到角度Z C0D。
2.根據權利要求1所述的一種基於智慧型手機的空間測距方法，其特徵在於:所述雷射測距模塊是專業測距儀，其和手機可拆卸緊密固定、支持藍牙連接和採集間接距離數據的雷射測距儀。
3.根據權利要求1所述的一種基於智慧型手機的空間測距方法，其特徵在於:所述智慧型手機，通過藍牙和雷射測距模塊實現無線數據通信和通過結合手機APP實現手機端對雷射測距模塊端的數據採集和控制處理。
4.根據權利要求1或3所述的一種基於智慧型手機的空間測距方法，其特徵在於:所述手機APP是基於智慧型手機OS編寫的運行在智慧型手機上的移動應用，是測距方案的數據處理端，並對業務邏輯提供統一的接口，處理來自雷射測距模塊的數據，發送指令信息給雷射測距模塊，令其進行數據採集等動作。
5.根據權利要求1所述的一種基於智慧型手機的空間測距方法，其特徵在於:所述單臂定肩定位法步驟如下: (1)手臂伸直，並指向第一個測量點； (2)手臂伸直，以肩關節為頂點轉動手臂至指向第二個測量點。
【文檔編號】G01C3/00GK103604413SQ201310583811
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】桂巧, 李匯康, 安宇豪, 陳宇斌, 石晶, 丘施佛, 曾子璇 申請人:南昌航空大學