CN102506683A

CN102506683A - 一种测距和测面积的测量轮及其测量方法

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Publication number: CN102506683A
Application number: CN2011102976221A
Authority: CN
Inventors: 林忠仁; 连加军; 李文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明提供了一种测距和测面积的测量轮及其测量方法，属于测量轮技术领域。它解决了现有测量轮不能直接测量面积的问题。该测距和测面积的测量轮包括测量轮、设置在测量轮上的轮架和连接在轮架上的手柄，在手柄上设有操作显示界面，在轮架上设有检测测量轮转动圈数的传感器，在手柄内还设有中央处理器，传感器和操作显示界面均与中央处理器连接，在手柄内还设有与中央处理器连接的存储器和地磁传感器，中央处理器用于接收圈数信号和角度信号，同时根据测量轮的周长、测量轮的转动圈数和测量轮转向角度计算出测量轮绕地滚动一周所围成的面积并输送结果给操作显示界面显示。本测量轮不仅能距离测量也能直接、快速、准确地实现面积测量。

Description

一种测距和测面积的测量轮及其测量方法

技术领域

本发明属于测量轮技术领域，涉及一种测距和测面积的测量轮及其测量方法。

背景技术

测量轮又名测距轮或测距车，其基本功能实测距离。在实际使用中，经常要用现有测量轮测量地块面积。在现有测量轮中，尚不能直接测量不规则地块的面积，其原因之一是现有测量轮在有些不要求面积测量的领域内，运行良好，如电线布线作业领域等。电线布线作业领域只要求获得距离参数，即可以预知需要多少的电线用于此项工程。

然而在测量轮另一重要应用领域内，如土地面积测量、房地产开发面积估算、园林规划、农村土地平整等，获取面积值是使用测量轮的最终目的之一。但是使用现有测量轮，只能获取距离值，无法直接获取面积值。如果需要获取面积值，只能手动计算；如果所测地块是正方形或者长方形或者圆形等有限的理想规则形状，现有测量轮尚存在改进的机会以达到这个要求。比如测量标准矩形状的地块，现有测量轮可以先要求使用者测出长度，将此值存储起来；然后再测量宽度，再跟根矩形的面积公式计算出来。但是，实际的农田大多是不规则的多边形，如三角形、平行四边形、普通的四边形，还有少数靠近边缘的极不规则形状。现有的测量轮产品，无法大规模进入这些领域，是一个遗憾。

对于测量面积的产品，常用的为GPS面积测量仪。该类产品是近年来兴起的面积测量仪器，选用高精度的GPS接收模块用来接收和处理信号，信号处理完成后，输出当前位置的经纬度及海拔数据。该类测量仪器的优点是测量方便，只需要围绕被测地块一周即可测出面积值。其缺陷是(1)民用GPS卫星信号精度有限，一般认为民用GPS卫星的单点定位精度是50米，适用范围受到限制；(2)由于高精度GPS接收模块在某一较短时间内，相对定位精度还能满足一些应用的要求，但是其存在如下缺点：GPS信号受大气环境等的影响，定位精度受到影响，会出现较大的漂移现象。GPS面积测量仪，本身小巧，便于携带。但它的一个不足之处是耗电量较大。使用时经常需要更换电池。GPS面积测量仪整体上价格较高；特别是高精度的GPS接收模块都需要进口，价格不菲。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种测距和测面积的测量轮，该测量轮不仅能距离测量，同时也能直接、快速、准确地实现面积测量，该测量方法简单方便，测量精度高。

本发明通过下列技术方案来实现：一种测距和测面积的测量轮，包括测量轮、设置在测量轮上的轮架和连接在轮架上的手柄，在手柄上设有操作显示界面，其特征在于，在轮架上设有检测测量轮转动圈数的传感器，在手柄内还设有中央处理器，上述的传感器和操作显示界面均与中央处理器连接，在手柄内还设有与中央处理器连接的存储器和地磁传感器，所述的中央处理器用于接收传感器输送来的圈数信号和接收地磁传感器输送来的角度信号，同时根据测量轮的周长、测量轮的转动圈数和测量轮转向角度计算出测量轮绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面显示。

本测量轮能用于测量面积和测量直线距离。在测量直线距离时，将测量轮沿着直线滚动，通过传感器检测到测量轮的转动圈数，然后根据圈数和测量轮的周长即可计算直线距离。在测量面积时，将起始点为平面坐标系的原点，测量轮从起始点开始滚动，在测量轮转向时通过地磁传感器得出测量轮的转向角，并记录该转向点的坐标值，依次按照这种方法分别记录各转向点的坐标和转向角并存储于存储器中，在测量轮回到起始点时即可确定测量轮滚动一周所围成的面积。在平面坐标系内相邻两点之间构成直线，通过转向角和平面坐标系内的各个坐标点可计算出三角形的面积，并将这些三角形面积相加即可计算出所求的面积，计算出面积后通过中央处理器将面积值显示到操作显示界面上。操作显示界面可以为带控制按钮的显示屏或者是单纯的显示屏和按键。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的地磁传感器为三轴地磁传感器，其中地磁传感器的X轴方向与测量轮滚动的方向一致。将地磁传感器的X轴方向设置成与测量轮前进或者后退的方向一致，能够提高检测精度，简化面积计算的公式。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的中央处理器上还连接有加速度传感器，所述的加速度传感器用于校正测量轮转向时的角度误差。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的加速度传感器为三轴加速器传感器，其中加速度传感器的X轴方向与地磁传感器的X轴方向平行或者垂直。

在测量轮前进的过程中会出现左右倾斜或者手柄上下摆动倾斜，通过加速度传感器测出在X轴、Y轴或Z轴方向上的倾斜角度，然后通过中央处理器对地磁传感器进行倾斜角补偿，因此可以得到较为精确的角度值，特别是在转向时产生的倾斜情况。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的传感器为两个并排设置的霍尔元件，在测量轮上按圆周方向均布有若干永磁体，且所述的每个永磁体均能与上述的两个霍尔元件相对，两个霍尔元件处于不同的开关状态。两个霍尔元件处于不同的状态可判断出测量轮的前进或者后退。在一个永磁体先后经过两个霍尔元件的信号分别为开关，则判定为前进方向，那么永磁体先后经过两个霍尔元件的信号分别为关开，则判定为后退方向。通过前进后退方向的判断，使得两个相反的路程叠加后相互抵消，因此在测量轮沿直线滚动时如偏离方向可进行重新滚动，提高了实用性。通过每个永磁体经过霍尔元件均记录为转动圈数。若为5个永磁体，则每个信号记为五分之一的圈数。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的车架上设有用于指向测量轮行进方向的指向装置。通过指向装置能增加测量轮沿着直线滚动的准确性，提高滚动方向的精度。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的指向装置包括若干节依次连接成直线并水平设置的指向杆，每节指向杆活动连接，第一节指向杆连接在轮架上，其余指向杆能收缩在相邻的下一节指向杆内。在使用时将指向干拉出连接成直线，不使用时将指向干收缩在相邻的下一节指向杆内，如伸缩天线的结构。

在上述的测距和测面积的测量轮中，所述的指向装置为激光瞄准器。

一种上述测量轮的测量方法，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：在测量轮手柄的操作显示界面上按下启动键，等待系统准备好后按下初始坐标记录键，在原地左右晃动测量轮的手柄使中央处理器通过地磁传感器快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的转向角并存储于存储器中；按照预定的直线路线进行滚动直到再次转向时按下转向键记录该点的坐标，并再次左右晃动测量轮的手柄使中央处理器通过地磁传感器快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的另一个转向角并存储于存储器中；在测量轮回到终点时，按下终止键，结束测量；中央处理器根据测量轮的周长、测量轮的转动圈数和测量轮转向角度计算出测量轮绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面显示。

在上述的测量轮的测量方法中，所述的左右晃动测量轮的幅度为0～5度。

现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本测量轮通过使用地磁传感器和中央处理器将只能测量直线的测量轮改进成能够测量面积的测量轮，使得该测量轮的实用性增加，且方便了面积测量，相较于GPS等测量装置及测量方法更加方便。

2、本测量轮还增加了加速度传感器，用于校正测量的偏差，并采用平面坐标系内三角形面积计算法计算面积，计算精度得到提高。

3、本测量轮采用双霍尔元件的结构不仅用于计数测量轮的转动圈数，还用于抵消测量轮的前进后退的直线路程，在直线路线走弯时能够重走。

4、本测量轮的测量方法能够将各个转向点进行精确定向，另外加上在测量轮上还装有加速度传感器来校正转向偏差，使得转向角的精度得到极大的提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电路原理结构示意图。

图3是本发明的传感器和永磁体的结构示意图。

图中，1、测量轮；2、轮架；3、手柄；4、操作显示界面；5、传感器；6、中央处理器；7、存储器；8、永磁体；9、指向装置；91、指向杆；92、S型固定结构；10、地磁传感器；11、加速度传感器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2和图3所示，本测距和测面积的测量轮，包括测量轮1、设置在测量轮1上的轮架2和连接在轮架2上的手柄3，在手柄3上设有操作显示界面4，该测量轮1能够实现面积测量。

具体来说，在轮架2上设有检测测量轮1转动圈数的传感器5，在手柄3内还设有中央处理器6，中央处理器6采用STM8L152C6，传感器5和操作显示界面4均与中央处理器6连接，操作显示界面4可以为带控制按钮的显示屏或者是单纯的显示屏和按键。在手柄3内还设有与中央处理器6连接的存储器7和地磁传感器10，地磁传感器10采用HMC5883，该地磁传感器10为三轴地磁传感器，其中地磁传感器10的X轴方向与测量轮1滚动的方向一致。地磁传感器10布置在线路板上，在布局时，应当远离对磁性敏感的物料，如铁质的螺丝等，同时布线时也应远离大电流的导线。

方位角的计算公式是：

Hy＝Ym×cos(θ)+Xm×sin(θ)sin(Ψ)-Zm×cos(Ψ)sin(θ)---

计算地磁水平y分量

Hx＝Xm×cos(Ψ)+Zm×sin(Ψ) ---计算地磁水平x分量

Heading＝actan(Hy/Hx)。 ---计算转向角

中央处理器6上还连接有加速度传感器11，加速度传感器11为ADXL345，为三轴加速器传感器，其中加速度传感器11的X轴方向与地磁传感器10的X轴方向平行或者垂直，用于校正测量轮1转向时的角度误差。中央处理器6与地磁传感器10和加速度传感器11之间是通过I2C或SPI接口连接的。上述的中央处理器6等均有蓄电池进行供电。中央处理器6用于接收传感器5输送来的圈数信号和接收地磁传感器10输送来的角度信号，同时根据测量轮1的周长、测量轮1的转动圈数和测量轮1转向角度计算出测量轮1绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面4显示。

中央处理器6、地磁传感器10和加速度传感器11均设置在同一块线路板上，该线路板设置在手柄3内。静止时，加速度传感器11与地磁传感器10以及整个线路板都有同样的倾斜角。加速度传感器11与地磁传感器10一样，具备三个轴的检测能力。通过x，y，z轴三个方向的静态加速度值，通过反三角函数公式即可计算出加速度传感器11倾斜时与x轴的夹角及与y轴的夹角。

传感器5为两个并排设置的霍尔元件，在测量轮1上按圆周方向均布有若干永磁体8，且所述的每个永磁体8均能与两个霍尔元件相对，两个霍尔元件处于不同的开关状态。

车架上设有用于指向测量轮1行进方向的指向装置9。指向装置9包括若干节依次连接成直线并水平设置的指向杆91，每节指向杆91活动连接，第一节指向杆91连接在轮架2上，其余指向杆91能收缩在相邻的下一节指向杆91内，第一节指向杆91转动连接，在轮架2上设置有S型的指向杆固定结构92，当不使用方向指向装置时，可将其端部置入S型固定结构92中。指向装置还可以为激光瞄准器，以适用更高精度的方向描准。在激光瞄准器中，使用一只激光发射二极管。

这种测量轮1的测量方法包括如下步骤：在测量轮1手柄3的操作显示界面4上按下启动键，等待系统准备好后按下初始坐标记录键，在原地左右晃动测量轮1的手柄3使中央处理器6通过地磁传感器10快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的转向角并存储于存储器7中，其中左右晃动的幅度为0～5度；按照预定的直线路线进行滚动直到再次转向时按下转向键记录该点的坐标，并再次左右晃动测量轮1的手柄3使中央处理器6通过地磁传感器10快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的另一个转向角并存储与存储器7中；在测量轮1回到终点时，按下终止键，结束测量；中央处理器6根据测量轮1的周长、测量轮1的转动圈数和测量轮1转向角度计算出测量轮1绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面4显示。

本测量轮1能用于测量面积和测量直线距离。在测量直线距离时，将测量轮1沿着直线滚动，通过传感器5检测到测量轮1的转动圈数，然后根据圈数和测量轮1的周长即可计算直线距离。在测量面积时，将起始点设为平面坐标系的原点，测量轮1从起始点开始滚动，在测量轮1转向时通过地磁传感器10得出测量轮1的转向角，并记录该转向点的坐标值，依次按照这种方法分别记录各转向点的坐标和转向角并存储于存储器7中，在测量轮1回到起始点时即可确定测量轮1绕地滚动一周所围成的面积。在平面坐标系内相邻两点之间构成直线，通过转向角和平面坐标系内的各个坐标点可计算出三角形的面积，并将这些三角形面积相加即可计算出所求的面积，计算出面积后通过中央处理器6将面积值显示到操作显示界面4上。按照上述的操作过程，每一个拐点都能在显示屏建立的坐标系上准确地绘制出来，也就具备了实时计算地块面积的条件。

计算公式为：

S＝1/2*(∑[(Xn+1-Xn)*(Yn+1+Yn)]-Xn+1*Yn+1)

(Xn，Yn)为将每一个拐点坐标化后的坐标值。

通过这种测量方法能够将各个转向点进行精确定向，另外加上在测量轮1上还装有加速度传感器11来校正转向偏差，使得转向角的精度得到极大的提高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了测量轮1、轮架2、手柄3、操作显示界面4、传感器5、中央处理器6、存储器7、永磁体8、指向装置9、指向杆91、S型固定结构92等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种测距和测面积的测量轮，包括测量轮(1)、设置在测量轮(1)上的轮架(2)和连接在轮架(2)上的手柄(3)，在手柄(3)上设有操作显示界面(4)，其特征在于，在轮架(2)上设有检测测量轮(1)转动圈数的传感器(5)，在手柄(3)内还设有中央处理器(6)，上述的传感器(5)和操作显示界面(4)均与中央处理器(6)连接，在手柄(3)内还设有与中央处理器(6)连接的存储器(7)和地磁传感器(10)，所述的中央处理器(6)用于接收传感器(5)输送来的圈数信号和接收地磁传感器(10)输送来的角度信号，同时根据测量轮(1)的周长、测量轮(1)的转动圈数和测量轮(1)转向角度计算出测量轮(1)绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面(4)显示。

2.根据权利要求1所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的地磁传感器(10)为三轴地磁传感器(10)，其中地磁传感器(10)的X轴方向与测量轮(1)滚动的方向一致。

3.根据权利要求1或2所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的中央处理器(6)上还连接有加速度传感器(11)，所述的加速度传感器(11)用于校正测量轮(1)转向时的角度误差。

4.根据权利要求3所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的加速度传感器(11)为三轴加速器传感器(5)，其中加速度传感器(11)的X轴方向与地磁传感器(10)的X轴方向平行或者垂直。

5.根据权利要求4所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的传感器(5)为两个并排设置的霍尔元件，在测量轮(1)上按圆周方向均布有若干永磁体(8)，且所述的每个永磁体(8)均能与上述的两个霍尔元件相对，两个霍尔元件处于不同的开关状态。

6.根据权利要求5所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的车架上设有用于指向测量轮(1)行进方向的指向装置(9)。

7.根据权利要求6所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的指向装置(9)包括若干节依次连接成直线并水平设置的指向杆(91)，每节指向杆(91)活动连接，第一节指向杆(91)连接在轮架(2)上，其余指向杆(91)能收缩在相邻的下一节指向杆(91)内。

8.根据权利要求6所述的测距和测面积的测量轮，其特征在于，所述的指向装置(9)为激光瞄准器。

9.一种上述测量轮的测量方法，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：在测量轮(1)手柄(3)的操作显示界面(4)上按下启动键，等待系统准备好后按下初始坐标记录键，在原地左右晃动测量轮(1)的手柄(3)使中央处理器(6)通过地磁传感器(10)快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的转向角并存储于存储器(7)中；按照预定的直线路线进行滚动直到再次转向时按下转向键记录该点的坐标，并再次左右晃动测量轮(1)的手柄(3)使中央处理器(6)通过地磁传感器(10)快速采样转向角并计算出转向角的平均值，作为这次测量的另一个转向角并存储于存储器(7)中；在测量轮(1)回到终点时，按下终止键，结束测量；中央处理器(6)根据测量轮(1)的周长、测量轮(1)的转动圈数和测量轮(1)转向角度计算出测量轮(1)绕地滚动一周所围成的面积，并输送结果给操作显示界面(4)显示。

10.根据权利要求9所述的测量轮的测量方法，其特征在于，所述的左右晃动测量轮(1)的幅度为0～5度。