CN102200437A - 一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，它利用移动通讯装置与参考平面对待测平面进行倾角量测。该移动通讯装置具有重力加速度感应器、显示单元与贴附平面，该参考平面垂直于重力方向。首先，使该移动通讯装置进入量测模式，再将该贴附平面放置于该待测平面上，藉以利用该重力加速度传感器侦测该贴附平面与该参考平面的至少一倾角，接着依据该倾角运算偏移坐标，最后于该显示单元中显示气泡影像对应至该偏移坐标。采用本发明的方法，不需藉由人为观察，仅需利用移动通讯装置，就可以准确且快速地完成待测平面的倾角量测，进而提升倾角量测的速度与效率，还可避免习知中不同操作员的操作方式与观察方式所造成的量测误差。

Description

一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法

技术领域

本发明涉及一种量测平面倾角的方法，尤其涉及一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法。

背景技术

随着数字科技的日新月异，移动通讯装置可藉由其所具备之硬件装置模拟出许多工具。举例而言，重力加速度感应器(G-sensor)已经成为近年来在移动通讯装置设计中，使用最为广泛的一种硬件装置。重力加速度感应器可藉由感知移动通讯装置朝向的变化，侦测出移动通讯装置之转动方向而形成自由空间中三轴(X、Y、Z)之重力加速度，使得移动通讯装置之一显示单元产生相对应之变化。例如，可以使得显示单元中所显示之图片转向，或者更换下一张图片。

然而，重力加速度感应器的功能仅是形成移动通讯装置于自由空间中三轴之重力加速度，因此，必须透过移动通讯装置中所具备之处理单元与运算单元，藉由处理重力加速度感应器所感知出三轴之重力加速度，以实现目前许多工具之应用功能。

另外，习知技术中量测待测物体之倾角，必须透过操作员藉由人工方式，利用气泡水平仪或是专业之角规工具，量测待测物体之倾角，并藉由眼睛观察藉以判断出待测物体之倾角。然而，不同操作员的操作方式与观察方式往往会造成误差，进而使得待测物体之倾角的判断不准确。

在此前提下，本案发明人深感实有必要开发出一种新的量测平面倾角的方法藉以同时改善上述种种问题。

发明内容

本发明所欲解决之技术问题与目的：

有鉴于习知技术中，透过人工方式量测待测物体之倾角，往往会因为不同操作员之操作方式与观察方式往往会造成误差，进而使得待测物体之倾角的判断不准确。另外，移动通讯装置中所具备之重力加速度感应器仅能形成移动通讯装置于自由空间中三轴之重力加速度。

缘此，本发明之主要目的在于提供一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其利用移动通讯装置中所具备的重力加速度感应器与重力加速度感应器所形成的参考平面对待测平面进行倾角量测。藉由重力加速度感应器对待测平面的感知，以形成重力加速度，并利用移动通讯装置中所具备的处理单元与运算单元对重力加速度进行运算，以取得待测平面的倾角，并使移动通讯装置显示出习知气泡水平仪的模拟画面于显示单元中，使得操作员可以取得更精准的倾角信息。藉此，可有效解决上述种种问题。

本发明解决问题之技术手段：

本发明为解决习知技术的问题，所采用的技术手段提供一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，系利用一移动通讯装置与一参考平面进行量测，该移动通讯装置具有一重力加速度感应器、一显示单元与一贴附平面，该参考平面垂直于重力方向，该利用移动通讯装置量测平面倾角的方法包含下列步骤：使该移动通讯装置进入一量测模式；将该贴附平面放置于一待测平面；该重力加速度感应器侦测该贴附平面与该参考平面之至少一倾角；依据该倾角运算一偏移坐标；以及于该显示单元中显示一模拟画面，该模拟画面包含一气泡影像，且该气泡影像位于该偏移坐标。

本发明对照先前技术之功效：

于本发明所揭露之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法中，系藉由移动通讯装置对待测平面进行倾角量测，且于倾角量测完成之后，移动通讯装置会藉由运算单元与处理单元显示出习知气泡水平仪的模拟画面于显示单元中，使得操作员得知待测平面的倾角。可避免习知中不同操作员之操作方式与观察方式所造成之误差。显而易见地，藉由本发明例所揭露之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，不需藉由人为观察，仅需利用移动通讯装置，就可以准确且快速地完成待测平面倾角量测，进而提升待测平面倾角量测的速度与效率。藉以有效解决以上所述的种种问题。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1为本发明较佳实施例之移动通讯装置的外观示意图；

图2为本发明较佳实施例之移动通讯装置的功能方块示意图；

图3A至图3D为本发明较佳实施例的操作示意图；

图4为本发明较佳实施例的模拟画面示意图；以及

图5为本发明较佳实施例的流程图。

【主要组件符号说明】

移动通讯装置1

贴附平面10

显示单元11

模拟画面111

输入单元12

重力加速度G

重力加速度感应器13

运算单元14

倾角运算程序141

坐标运算程序142

阻尼振动模拟程序143

处理单元15

待测平面F

参考平面S

气泡影像b

模式选择参数P1a

精度参数P1b

偏移坐标参数P2

阻尼振动参数P3

第一倾角ρ

第二倾角Ψ

第三倾角θ

偏移位置(OffsetX’，OffsetY’)

偏移坐标(Fx’，Fy’)

移动方向D

宽V

高H

中心位置O

原点位置Z

步骤：S100～S150

具体实施方式

本发明系揭露一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，可广泛运用于各种具有重力加速度感应器之电子装置。以下兹列举一个较佳实施例以说明本发明，而且相关之组合实施方式更是不胜枚举，故在此不再一一赘述。然熟习此项技艺者皆知此仅为举例，而并非用以限定发明本身。有关此较佳实施例之内容详述如下。

请参阅图1与图2，图1为本发明较佳实施例之移动通讯装置的外观示意图，图2为本发明较佳实施例之移动通讯装置的功能方块示意图。一移动通讯装置1可包含一贴附平面10、一显示单元11、一输入单元12、一重力加速度感应器13、一运算单元14与一处理单元15。

贴附平面10可设置于移动通讯装置1之一侧面，贴附平面10为一平整板面。显示单元11与输入单元12可设置于移动通讯装置1之另一侧面。显示单元11可用以显示一模拟画面111，模拟画面111可包含一气泡影像b(标示于图4)，显示单元11可为一液晶显示面板。输入单元12可用以输入一模式选择参数P1a与一精度参数P1b，输入单元12可为一键盘。

重力加速度感应器13可形成一与重力方向垂直之参考平面S(标示于图3A)，并藉由侦测移动通讯装置1的方向变化产生一重力加速度G，并传送出重力加速度G。

运算单元14电性连接于重力加速度感应器13，运算单元14可包含一倾角运算程序141、一坐标运算程序142与一阻尼振动模拟程序143。倾角运算程序141可藉由接收重力加速度G以运算出至少一倾角，坐标运算程序142可藉由该等倾角以运算出一偏移坐标，并传送出偏移坐标参数P2。阻尼振动模拟程序142可藉由接收重力加速度G以模拟出一阻尼振动，并传送出阻尼振动参数P3。

处理单元15电性连接于显示单元11、输入单元12与运算单元14。并用以接收输入单元12所输入的模式选择参数P1a与精度参数P1b。处理单元15藉由模式选择参数P1a可使得移动通讯装置1进入一量测模式，并传送精度参数P1b至运算单元14。处理单元15可接收偏移坐标参数P2与阻尼振动参数P3并传送至显示单元11。

于本发明较佳实施例中，藉由将移动通讯装置1放置于一待测平面F(标示于图3A)，并使得贴附平面10放置并贴附于待测平面F上，使得贴附平面10重合于待测平面F，再利用重力加速度感应器13所形成的参考平面S，运算出贴附平面10与参考平面S所夹持的至少一倾角，藉以推算出待测平面F的倾角方向，并于移动通讯装置1的显示单元11中以气泡影像b显示出待测平面F的倾角方向。

在进行本发明所揭露之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法时，首先，由一操作员(图未示)藉由输入单元12输入模式选择参数P1a，并传送模式选择参数P1a至处理单元15，处理单元15可依据模式选择参数P1a使得移动通讯装置1进入量测模式以进行平面倾角量测。

当移动通讯装置1进入量测模式后，操作员可再次藉由输入单元12输入精度参数P1b，精度参数P1b即表示移动通讯装置1处于一倾角时，显示单元11所显示的气泡影像b所移动的一个单位长度。于本较佳实施例中，精度参数P1b可为0.01mm/m，即代表移动通讯装置1的贴附平面上每1公尺会产生0.01公厘的高度差。

接着，操作员可将移动通讯装置1放置于待测平面F上，并使得移动通讯装置1的贴附平面10紧密贴附于待测平面F上，藉以更加精确的运算出待测平面F的倾角。请参阅图3A至图3D，图3A至图3D为本发明较佳实施例的操作示意图，并请一并参阅图1与图2。

其中，平行于参考平面S可延伸出一X轴与一Y轴，且垂直于参考平面S可延伸出一Z轴，而X轴、Y轴与Z轴分别相互垂直。另外，平行于贴附平面10可延伸出一X’轴与一Y’轴，且垂直于贴附平面10可延伸出一Z’轴，而X’轴、Y’轴与Z’轴分别相互垂直。

由图3A可以得知，参考平面S与贴附平面10相互重合，亦即X轴、Y轴与Z轴分别重合于X’轴、Y’轴与Z’轴，故待测平面F不具有倾角。

由图3B可以得知，参考平面S不与贴附平面10相互重合，亦即X轴与Z轴分别不重合于X’轴与Z’轴，而Y轴可重合于Y’轴，故贴附平面10的X’轴与参考平面S的X轴可形成一第一倾角ρ；而贴附平面10的Z’轴与参考平面S的Z轴亦可形成一第三倾角θ，此时第一倾角ρ可等于第三倾角θ，故参考平面S与贴附平面10间的倾角包含第一倾角ρ与第三倾角θ。

由图3C可以得知，参考平面S不与贴附平面10相互重合，亦即Y轴与Z轴分别不重合于Y’轴与Z’轴，而X轴可重合于X’轴，故贴附平面10的Y’轴与参考平面S的Y轴可形成一第二倾角Ψ；而贴附平面10的Z’轴与参考平面S的Z轴亦可形成第三倾角θ，此时第二倾角Ψ可等于第三倾角θ，故参考平面S与贴附平面10间的倾角包含第二倾角Ψ与第三倾角θ。

由图3D可以得知，参考平面S不与贴附平面10相互重合，亦即X轴、Y轴与Z轴分别不重合于X’轴、Y’轴与Z’轴，故贴附平面10的X’轴与参考平面S的X轴可形成第一倾角ρ；且贴附平面10的Y’轴与参考平面S的Y轴可形成第二倾角Ψ；而贴附平面10的Z’轴与参考平面S的Z轴亦可形成第三倾角θ，故参考平面S与贴附平面10间的倾角包含第一倾角ρ、第二倾角Ψ与第三倾角θ。

经由上述可知，当参考平面S不与贴附平面10相互重合时，至少可形成第一倾角ρ与第二倾角Ψ中至少一者，而一定会产生第三倾角θ。

以图3D为例，当移动通讯装置1放置于待测平面F后，重力加速度感应器13可侦测出参考平面S与贴附平面10的倾角，并藉由倾角产生重力加速度G，其中，重力加速度G可包含一X’轴重力加速度Gx、一Y’轴重力加速度Gy与一Z’轴重力加速度Gz。重力加速度感应器13藉由倾角产生重力加速度G为习知技术，故于此不多加赘述。

接下来，重力加速度感应器13可将重力加速度G传送至运算单元14，运算单元14可依据重力加速度G所包含的X’轴重力加速度Gx、Y’轴重力加速度Gy与Z’轴重力加速度Gz，并利用倾角运算程序141分别计算出第一倾角ρ、第二倾角Ψ与第三倾角θ。倾角运算程序141可具有以下方程式：

$\mathrm{\ρ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Gx}}{\sqrt{{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}}\right)$

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Gy}}{\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}}\right)$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2}}{\mathrm{Gz}}\right)$

接着，运算单元14可依据倾角运算程序141所运算出的第一倾角ρ、第二倾角Ψ与第三倾角θ，并利用坐标运算程序142分别运算出气泡影像b偏离显示单元11中心点的偏移位置(OffsetX’，OffsetY’)(标示于图4)。坐标运算程序142可利用下列方程式运算出气泡影像b偏离显示单元11中心点的偏移位置(OffsetX’，OffsetY’)：

${\mathrm{OffsetX}}^{\′}=\frac{\sin \left(\mathrm{\ρ}\right)*1000}{P1b}$

$\mathrm{Offset}{Y}^{\′}=\frac{\sin \left(\mathrm{\φ}\right)*1000}{P1b}$

藉由上述方程式所运算出的偏移位置(OffsetX’，OffsetY’)是以精度参数P1b为单位的坐标刻度，而一般显示单元11多为一具有像素的液晶屏幕，因此显示单元11所显示的模拟画面111可形成一像素坐标系统。故坐标运算程序142必须再经由下列方程式之转换，将偏移位置(OffsetX’，OffsetY’)转换为适合于显示单元11显示的偏移坐标(Fx’，Fy’)(标示于图4)。其中，假设显示单元11尺寸大小为高H×宽V，显示单元11的高H(标示于图4)可视为Y’轴，显示单元11的宽V(标示于图4)可视为X’轴。

${\mathrm{Fx}}^{\′}=\frac{V}{2}+\mathrm{Offset}{X}^{\′}$

${\mathrm{Fy}}^{\′}=\frac{H}{2}+\mathrm{Offset}{Y}^{\′}$

请参阅图4，图4为本发明较佳实施例的模拟画面示意图。假设显示单元11的高H可为640像素，显示单元的宽V可为480像素，即表示显示单元11所显示的模拟画面111可具有640×480个像素的像素坐标系统。其中，模拟画面111的中心位置O所对应的像素坐标为(320，240)，而模拟画面111的原点位置Z位于模拟画面111的左上角，原点位置Z所对应的像素坐标为(0，0)。

故，藉由坐标运算程序142运算出偏移坐标(Fx’，Fy’)后，坐标运算程序142可传送出一包含偏移坐标(Fx’，Fy’)的偏移坐标参数P2至处理单元15，处理单元15可依据偏移坐标(Fx’，Fy’)使得显示单元11模拟出具有气泡影像b的模拟画面111。且气泡影像b将于模拟画面111中由中心位置O沿着移动方向D移动至偏移坐标(Fx’，Fy’)。然而为了使气泡影像b更加逼真于在真实水中移动的气泡，则必须要考虑气泡影像b移动时受到重力加速度G的变化所引起的浮力变化与气泡影像b受压变形的影响。藉以模拟出一阻尼振动，阻尼振动是指使气泡影像b沿移动方向D移动至偏移坐标(Fx’，Fy’)后，会不断摆动最终达到平衡的一个过程。

为了完成上述的阻尼振动，于本发明中仅考虑一般状况之下，浮力所导致的加速度恒定，然后气泡影像b与偏移坐标(Fx’，Fy’)之间的距离不断递减。同时，假设气泡影像b沿移动方向D移动超过偏移坐标(Fx’，Fy’)后，则气泡影像b与偏移坐标(Fx’，Fy’)之间的距离递减会转为负值，即沿移动方向D的反方向加速，如此一来，气泡影像b就会在偏移坐标(Fx’，Fy’)进行反复来回摆动，与此同时，再对气泡影像b的移动速度以等比例递减，进而使气泡影像b的摆动过程逐渐停止。

另外，为了模拟气泡影像b受压变形的过程，本发明中依据气泡影像b当前的加速度，依据一线性公式进行等比例的椭圆形压缩。为了完成上述的阻尼振动，阻尼振动模拟程序143可利用下列方程式，运算出阻尼振动参数P3，并传送至处理单元15以模拟气泡影像b沿移动方向D移动至偏移坐标(Fx’，Fy’)后，并不断摆动最终达到平衡的一个过程。

首先，依据上述倾角运算程序141所计算出第一倾角ρ与第二倾角Ψ，并可藉由模拟画面111所形成的像素坐标系统的1像素视为1单位长度，且于一般情况之下，重力加速度G可近似于10m/s²，故阻尼振动模拟程序143可先藉由下列方程式运算出气泡影像b在模拟画面111中X’轴与Y’轴的像素加速度(PAx’，PAy’)，像素加速度(PAx’，PAy’)的单位为像素/s²。

PAx′＝10*1000*sin(ρ)

PAy′＝10*1000*sin(φ)

接着，阻尼振动模拟程序143会依据上述的像素加速度(PAx’，PAy’)计算出气泡影像b速度变化，进而推算出气泡影像b的位置变化。其中，(x1’，y1’)为气泡影像b目前所在位置，(x2’，y2’)为气泡影像b经过时间t后的所在位置，(Vx1’，Vy1’)为气泡影像b目前的移动速度，(Vx2’，Vy2’)为气泡影像b经过时间t后的移动速度。

Vx2′＝Vx1′+t*PAx′

Vy2′＝Vy1′+t*PAy′

x2′＝x1′+t*(Vx1′+Vx2′)/2

y2′＝y1′+t*(Vy1′+Vy2′)/2′

接着，当运算程序141所计算出第一倾角ρ与第二倾角Ψ的变化很小时，可视为移动通讯装置1已于待测平面F放置稳定，接着像素加速度(PAx’，PAy’)可依据下列方程式模拟出像素加速度(PAx’，PAy’)不断递减，且像素加速度(PAx’，PAy’)的递减程度依据气泡影像b与偏移坐标(Fx’，Fy’)逐渐减少而相对减少，直到气泡影像b沿移动方向D移动超越偏移坐标(Fx’，Fy’)后，则像素加速度(PAx’，PAy’)的递减转为负值，如此一来，当气泡影像b沿移动方向D移动超越偏移坐标(Fx’，Fy’)后，就会以移动方向D的反方向偏移回偏移坐标(Fx’，Fy’)。其中，(PAx”，PAy”)为递减后的像素加速度。

PAx″＝(1-x1′/Fx′)*PAx′

PAy″＝(1-y1′/Fy′)*PAy′

最后，当像素加速度(PAx’，PAy’)递减之后，依据能量守恒定律，气泡影像b将会在偏移坐标(Fx’，Fy’)附近无止境的摆动，因此，必须模拟摩擦力的影响，使得气泡影像b得以静止于偏移坐标(Fx’，Fy’)。于本发明中，藉由阻尼振动模拟程序143不断根据时间依比例减少气泡影像b经过时间t后的移动速度，因此当气泡影像b之移动速度小于一默认值之后，且当气泡影像b经过偏移坐标(Fx’，Fy’)时，阻尼振动模拟程序143会将气泡影像b的移动速度设置为0，藉以使得气泡影像b停止于偏移坐标(Fx’，Fy’)已达到稳定。

请参阅图5，为了进一步推广本发明所揭露的技术，以下将进一步将本发明较佳实施例所揭露之技术汇整为简易流程图，以便在所属技术领域中具有通常知识者更容易记忆。下列组件标号，请参阅图2至图4。

使移动通讯装置1进入量测模式并设定精度参数P1b(步骤S100)。

将移动通讯装置1之贴附平面10放置于待测平面F(步骤S110)。

重力加速度感应器13藉由侦测贴附平面10与参考平面S的第一倾角ρ、第二倾角Ψ与第三倾角θ，形成重力加速度G。(步骤S120)。

倾角运算程序141依据重力加速度G中所包含的X’轴重力加速度Gx、Y’轴重力加速度Gy与Z’轴重力加速度Gz推算出第一倾角ρ、第二倾角Ψ与第三倾角θ(步骤S130)。

坐标运算程序142依据第一倾角ρ、第二倾角Ψ、第三倾角θ与精度参数P1b推算出气泡影像b的偏移坐标(Fx’，Fy’)(步骤S140)。

阻尼振动模拟程序143使气泡影像b模拟阻尼振动，之后停止于该偏移坐标(步骤S150)。

于本发明所揭露之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法中，藉由移动通讯装置对待测平面进行倾角量测，且于倾角量测完成之后，移动通讯装置会藉由运算单元与处理单元显示出习知气泡水平仪的模拟画面于显示单元中，使得操作员得知待测平面的倾角。可避免习知中不同操作员的操作方式与观察方式所造成的误差。显而易见地，藉由本发明所揭露之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，不需藉由人为观察，仅需利用移动通讯装置，就可以准确且快速地完成待测平面倾角量测，进而提升待测平面倾角量测的速度与效率。藉以有效解决以上所述的种种问题。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，利用一移动通讯装置与一参考平面进行量测，该移动通讯装置具有一重力加速度感应器、一显示单元与一贴附平面，该参考平面垂直于重力方向，其特征在于，该方法包含下列步骤：

(a)使该移动通讯装置进入一量测模式；

(b)将该贴附平面放置于一待测平面；

(c)该重力加速度感应器侦测该贴附平面与该参考平面的至少一倾角；

(d)依据该倾角运算一偏移坐标；以及

(e)于该显示单元中显示一模拟画面，该模拟画面包含一气泡影像，该气泡影像位于该偏移坐标。

2.如权利要求1所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该步骤(a)更包含一步骤(a0)，用于预设一精度参数。

3.如权利要求2所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该贴附平面延伸一X’轴与一Y’轴，该参考平面延伸一X轴与一Y轴，其中该X轴与X’轴不重合时，该步骤(c)更包含一步骤(c0)，用于侦测该贴附平面的X’轴与该参考平面的X轴的夹角，以作为一第一倾角。

4.如权利要求3所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该步骤(d)更包含一步骤(d0)，用于依据该精度参数与该第一倾角运算该偏移坐标。

5.如权利要求3所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该Y轴与该Y’轴不重合时，该步骤(c)更包含一步骤(c1)，用于侦测该贴附平面的Y’轴与该参考平面的Y轴的夹角，以作为一第二倾角。

6.如权利要求5所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该步骤(d)更包含一步骤(d1)，用于依据该精度参数、该第一倾角与该第二倾角运算该偏移坐标。

7.如权利要求1所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该步骤(e)更包含一步骤(e0)，该模拟画面具有一像素坐标系统，该偏移坐标位于该像素坐标系统。

8.如权利要求1所述之利用移动通讯装置量测平面倾角的方法，其特征在于，该步骤(e)更包含一步骤(e1)，该气泡影像模拟一阻尼振动，之后停止于该偏移坐标。

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