專利名稱：室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，是一種用于建筑完成時(shí)候驗(yàn)收房屋尺寸質(zhì)量的新方法。
背景技術(shù)：
房屋建造完成以后，需要按照在雙方合同和國家建筑的驗(yàn)收規(guī)范對(duì)房屋進(jìn)行檢測(cè)，滿足建造要求的房屋才能驗(yàn)收合格。其中需要測(cè)量房間的各邊的長度以及各個(gè)角的高度和房間的中心高度。測(cè)量這些參數(shù)必須滿足相關(guān)的要求和規(guī)范。到目前為止，完成這些測(cè)量的任務(wù)主要還是人工的方式完成。人工測(cè)量的方法如下測(cè)量人員主要使用手持式激光測(cè)距儀和水平儀等輔助設(shè)備，憑借自身的操作、經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范控制來完成測(cè)量任務(wù)。測(cè)量的過程如下操作人員使用手持式激光測(cè)距儀，用眼睛判斷掃描點(diǎn)，憑借手部的動(dòng)作小范圍的運(yùn)動(dòng)來掃描出一個(gè)最小值， 再反方向的掃描獲得兩組結(jié)果相加就認(rèn)為是所在邊的長度。這樣的測(cè)量的要求測(cè)量人員的掃描速度保證平穩(wěn)和運(yùn)動(dòng)緩慢(這個(gè)直接影響了測(cè)量的精度和效率，要獲得足夠高的精度， 掃描要求是非常緩慢和平穩(wěn)的)，同時(shí)只能用于所在邊夾在兩個(gè)相平行的平面間，就是房間需要是規(guī)則的矩形或者平行四邊形；高度測(cè)量，直接將測(cè)距儀底部放在地面，測(cè)量的結(jié)果就作為其高度值。再換到房屋的其他幾個(gè)角和中心處測(cè)量完成測(cè)量。最后對(duì)于外形較特殊的房間，只能使用卷尺等原始的工具進(jìn)行測(cè)量，需要的人員比較多，操作也比較繁瑣，最后獲得結(jié)果也不是很精確，難以服眾。因此也產(chǎn)生了很多不必要的糾紛。綜上，這種測(cè)量方法帶來的結(jié)果是①測(cè)量的結(jié)果的精度完全取決于人員的操作規(guī)范，實(shí)際中誤差很大和偶然因素也很明顯，重復(fù)精度很低，可信度較低測(cè)量效率和精度低丨_>只能用于較規(guī)則的房屋測(cè)量，測(cè)量對(duì)象局限。

發(fā)明內(nèi)容
為克服人工測(cè)量房屋尺寸存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種新的用于房屋尺寸測(cè)量的方法——室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法。該方法，完全改變了現(xiàn)在常用的測(cè)量原理，不再是采用最小值和最大值的判斷，借助于實(shí)現(xiàn)該方法的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可以快速的自動(dòng)的完成房屋的各種幾何尺寸的測(cè)量，效率大大提高，精度也遠(yuǎn)高于人為的測(cè)量方法，同時(shí)也可以適用于一些不規(guī)則的房屋尺寸測(cè)量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
首先房間進(jìn)行掃描的時(shí)候?qū)@取一系列的點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)坐標(biāo)系，進(jìn)行一個(gè)平面的掃描的時(shí)候，獲取了最初的幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，獲得一條當(dāng)前采樣的點(diǎn)的擬合直線。這樣就可以獲得一個(gè)平面的幾條邊的直線方程?；谶@個(gè)坐標(biāo)系可以獲得所有的關(guān)于這個(gè)平面的幾何信息，這也就是房間的尺寸信息。按照需要規(guī)劃不同平面的掃描就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)房間所需要的幾何信息的獲取了。對(duì)于局部的信息，可以在擬合的過程中進(jìn)行判斷和標(biāo)記。
基于上面的構(gòu)思，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 一種室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，其特征在于操作步驟如下
1)規(guī)劃掃描平面依據(jù)需求規(guī)劃室內(nèi)三維尺寸需要的掃描的平面； 根據(jù)建筑室內(nèi)的情況和掃描房間的機(jī)械平臺(tái)的位置和尺寸，建立一個(gè)平行于地面并與地面相距一定距離為D (D為掃描系統(tǒng)掃描口安裝位置中心距地面的高度)的平面和垂直與地面并接近墻角線的幾個(gè)平面(四邊形的房間則是對(duì)角一組平面，共兩個(gè)平面)。2)建立坐標(biāo)系根據(jù)掃描平面的第一個(gè)點(diǎn)向量和旋轉(zhuǎn)方向矢量來構(gòu)建坐標(biāo)系； 將構(gòu)建的如1)中所述的第一個(gè)平面，根據(jù)實(shí)際采樣該平面時(shí)候的控制順序，將在該平
面上的第一個(gè)采樣點(diǎn)與掃描系統(tǒng)中心構(gòu)建成石向量，中心點(diǎn)為0，指向采樣點(diǎn)的方向構(gòu)建
成Ot的方向，控制掃描該平面的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)90°，構(gòu)建吁，垂直皿與砂的向上的矢量
作為完成了該平面的坐標(biāo)系的建立，標(biāo)記為1。對(duì)于這個(gè)平面的點(diǎn)而言其G方向值恒為0。其他平面相同的方法建立，標(biāo)記為2、3等。而每個(gè)平面間的關(guān)系都是已知的，后一個(gè)平面基于前一個(gè)平面其坐標(biāo)原點(diǎn)沒動(dòng)，只是發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，第一個(gè)平面是水平的，第二個(gè)平面
就是第一個(gè)平面繞G軸旋轉(zhuǎn)了 90°，而第三個(gè)平面是第二個(gè)平面上繞$旋轉(zhuǎn)了 ^ (掃描
過程中第一個(gè)墻角垂直面與相鄰墻角垂直面到中心點(diǎn)形成的角度，掃描中角度是已知的)， 則相鄰坐標(biāo)系可通過坐標(biāo)系關(guān)系轉(zhuǎn)換到最初的第一個(gè)坐標(biāo)系下這樣就統(tǒng)一了坐標(biāo)系。對(duì)于每一個(gè)平面而言其2 = 0 ；后面坐標(biāo)表達(dá)在單個(gè)平面內(nèi)忽略，涉及多個(gè)平面關(guān)系時(shí)則必須考慮。其中坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式如下
點(diǎn)^3(XiAA),標(biāo)記3表示是第三個(gè)坐標(biāo)系下的值，繞G軸反向旋轉(zhuǎn)了礙則轉(zhuǎn)
換到標(biāo)記2坐標(biāo)系下的值，
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，其特征在于操作步驟是a.規(guī)劃掃描平面依據(jù)需求規(guī)劃室內(nèi)三維尺寸需要的掃描的平面；b.建立坐標(biāo)系根據(jù)掃描平面的第一個(gè)點(diǎn)向量和旋轉(zhuǎn)方向矢量來構(gòu)建坐標(biāo)系；c.采樣按照掃描規(guī)劃獲得角度和距離值，轉(zhuǎn)換到構(gòu)建坐標(biāo)系后獲得采樣點(diǎn)的坐標(biāo)；d.擬合對(duì)采樣點(diǎn)基于最小二乘法進(jìn)行實(shí)時(shí)的直線擬合，利用擬合直線進(jìn)行實(shí)時(shí)墻壁質(zhì)量判斷，同時(shí)可獲得平面的邊的多條擬合直線方程；e.求解依據(jù)擬合的多條直線方程和掃描平面的坐標(biāo)關(guān)系，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和空間解析幾何的方法來求解室內(nèi)三維尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，其特征在于所述步驟a規(guī)劃平面的方法是根據(jù)建筑室內(nèi)的情況和掃描房間的機(jī)械平臺(tái)的位置和尺寸，建立一個(gè)平行于地面并與地面相距一定距離為D的平面，D為掃描系統(tǒng)掃描口安裝位置中心距地面的高度，并建立垂直于地面并接近墻角線的幾個(gè)平面四邊形的房間則是對(duì)角一組平面，共兩個(gè)平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，其特征在于所述步驟b建立坐標(biāo)系的構(gòu)建方法是將所述建立平行于地面的平面，根據(jù)實(shí)際采樣該平面時(shí)候的控制順序，將在該平面上的第一個(gè)采樣點(diǎn)與掃描系統(tǒng)中心構(gòu)建成 G向量，中心點(diǎn)力指向采樣點(diǎn)的方向構(gòu)建成5的方向，控制掃描該平面的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)90°，構(gòu)建垂直石與&的向上的矢量作為完成了該平面的坐標(biāo)系的建立，標(biāo)記為1 ；對(duì)于這個(gè)平面的點(diǎn)而言其G方向值恒為0;其他平面相同的方法建立，標(biāo)記為2、3等； 而每個(gè)平面間的關(guān)系都是已知的，后一個(gè)平面基于前一個(gè)平面其坐標(biāo)原點(diǎn)沒動(dòng)，只是發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，第一個(gè)平面是水平的，第二個(gè)平面就是第一個(gè)平面繞G軸旋轉(zhuǎn)了 90°，而第三個(gè)平面是第二個(gè)平面上繞^旋轉(zhuǎn)了礙，掃描過程中第一個(gè)墻角垂直面與相鄰墻角垂直面到中心點(diǎn)形成的角度，掃描中角度是已知的，則相鄰坐標(biāo)系可通過坐標(biāo)系關(guān)系轉(zhuǎn)換到最初的第一個(gè)坐標(biāo)系下這樣就統(tǒng)一了坐標(biāo)系；對(duì)于每一個(gè)平面而言其Z = O ；后面坐標(biāo)表達(dá)在單個(gè)平面內(nèi)忽略，涉及多個(gè)平面關(guān)系時(shí)則必須考慮；其中坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式如下點(diǎn),標(biāo)號(hào)3表示是第三個(gè)坐標(biāo)系下的值，則轉(zhuǎn)換到標(biāo)號(hào)2坐標(biāo)系下的值，COSQq O Slil O^O 1 O —sm Oq O cos o0-1Aoo,-1系下則拽1Wa,Mhwif ；將點(diǎn)轉(zhuǎn)換到標(biāo)號(hào)1坐標(biāo)Ni2(K^yitZi)N^(Xiry^zf ;利用這兩組坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就可以將全部坐標(biāo)、1 0 Oj.系統(tǒng)一到最初建立的標(biāo)號(hào)1坐標(biāo)系下；如果多余的坐標(biāo)系其本身也是標(biāo)號(hào)3坐標(biāo)系建立方法建立的，其轉(zhuǎn)換方程相同只是^角不同而已。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法，其特征在于所述步驟c采樣的方法是每隔一個(gè)5°角度，采樣一次距離數(shù)據(jù)；則每次獲得值為閑>4), 4為2)中所述的坐標(biāo)系下單個(gè)平面上旋轉(zhuǎn)方向上的累積角度；轉(zhuǎn)換到直角坐標(biāo)系cos象4 sm捫，記為 Ni(Wi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)三維測(cè)量方法，其特征在于所述步驟d擬合的方法是按所述步驟c采樣的方法，先采樣獲得幾個(gè)點(diǎn)風(fēng)(‘凡),JVr1(X1A)Jyu2X^(X3J3)來，基于最小二乘法的直線擬合，其公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)三維測(cè)量方法，其特征在于所述步驟e求解的方法是所述獲得每個(gè)平面的邊在當(dāng)前坐標(biāo)系下的描述，在一個(gè)平面內(nèi)，獲得了幾條邊的方程，hy =，AjJ = k^ + b,，h2y = k2x+b2，將相鄰的兩個(gè)方程聯(lián)立方程組，可解得交點(diǎn)坐標(biāo)巧O^力)、/ = 0Λ2，3 ;按步驟2)所述的方法統(tǒng)一到第一個(gè)坐標(biāo)系下，整個(gè)房間的各個(gè)角的角點(diǎn)，第一個(gè)水平面的各邊交點(diǎn)全部都獲取了，按記錄為 = =表示該點(diǎn)原坐標(biāo)系下的平面，j表示該平面下交點(diǎn)的編號(hào)；根據(jù)距離公式
全文摘要
本發(fā)明提出了一種室內(nèi)三維尺寸測(cè)量方法。它通過建立室內(nèi)三維空間中的坐標(biāo)系，依據(jù)采樣點(diǎn)的距離和角度信息，轉(zhuǎn)換并描述出采樣點(diǎn)的坐標(biāo)；采用基于最小二乘法的曲線擬合，來對(duì)采樣的點(diǎn)進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合的結(jié)果來實(shí)時(shí)判斷測(cè)量方向上的墻面的質(zhì)量，通過不同掃描層面的組合，可以構(gòu)建出室內(nèi)空間的幾何框架，根據(jù)需要計(jì)算出對(duì)應(yīng)的三維尺寸，完成測(cè)量。此方法具有能夠快速準(zhǔn)確的完成對(duì)室內(nèi)三維尺寸(包括不規(guī)則幾何形狀)的測(cè)量，精度和效率高，對(duì)機(jī)械平臺(tái)，硬件，運(yùn)動(dòng)控制和編程要求不高，容易實(shí)現(xiàn)，很適合智能儀器和相關(guān)應(yīng)用延伸、開發(fā)和使用的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/03GK102230785SQ20111016956
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者丁婷, 劉亮, 孫春宇, 張小根, 王敏, 邵利明 申請(qǐng)人:上海大學(xué)