CN108106600A - 一种基于陀螺仪的高差计算方法和高差计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于陀螺仪的高差计算方法，包括：具有陀螺仪的智能终端定位于待测目标的一侧，待测目标包括：具有待测高差X的高程起点和高程终点；以第一偏转角α偏转智能终端至第一位置，使显示表面延伸穿过待测目标的底部；陀螺仪计算第一偏转角α，计算智能终端至待测目标的水平距离L；以第二偏转角γ偏转智能终端至第二位置，使显示表面延伸穿过高程起点；陀螺仪计算第二偏转角γ，计算高程起点与智能终端的高差N；以第三偏转角δ偏转智能终端至第三位置，使显示表面延伸穿过高程终点；陀螺仪计算第三偏转角δ，计算高程终点与智能终端的高差H；基于高差N及高差H，计算待测高差X，弥补智能终端偏转不能测量某垂直高度差的缺陷。

Description

一种基于陀螺仪的高差计算方法和高差计算系统

技术领域

本发明涉及智能设备领域，尤其涉及一种基于陀螺仪的高差计算方法和高差计算系统。

背景技术

当前，智能终端如智能手机、平板电脑已经成为人们生活中必不可少的一部分，智能手机的功能也变得越来越强大，从以前的只能打电话、发短信到现在的播放音乐、播放视频、蓝牙、拍照、上网、阅读等，智能手机的功能变得越来越强大，对智能手机的耗电量也越来越高。但是当在生活中用户需要估算某一个物体的高度时，一般都是寻找参照物根据距离远近去估算，估算的方式脱离手机人为执行；但人为估算的方案，一方面精度较差外，另一方面不够方便，不同用户之间也不容易认可。

虽然，现在已有手机可以估算物体高度，但计算结果不仅不够精确，也被局限在只能估算物体的总高度，不能计算某一点到某一点的高度差。

因此，需要一种新型的高差计算方法，可精确地计算物体竖直方向上的总高度或高度差。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于陀螺仪的高差计算方法和高差计算系统，弥补了智能终端偏转不能测量某段垂直高度差的缺陷，其应用场景和功能更为丰富。

本发明公开了一种基于陀螺仪的高差计算方法，包括以下步骤：

一具有陀螺仪的智能终端定位于一待测目标的一侧，其中所述待测目标包括：具有待测高差X的高程起点和高程终点；

以一第一偏转角α偏转所述智能终端至一第一位置，使所述智能终端上具有显示界面的显示表面的所在平面延伸穿过所述待测目标的底部；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，并基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L；

以一第二偏转角γ偏转所述智能终端至一第二位置，使所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程起点；

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，并基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N；

以一第三偏转角δ偏转所述智能终端至一第三位置，使所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程终点；

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，并基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H；

基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X。

优选地，所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，并基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L的步骤包括：

将所述智能终端定位于用户的眼睛处，使所述智能终端具有一高度M；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α；

根据计算所述水平距离L。

优选地，所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，并基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N的步骤包括：

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ；

根据计算所述高差N。

优选地，所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，并基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H的步骤包括：

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ；

根据计算所述高差H；

基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X的步骤包括：

根据X＝H-N计算所述高差X。

优选地，所述高差计算方法还包括以下步骤：

将所述高程起点和高程终点设置于一竖直线上。

本发明又公开了一种基于陀螺仪的高差计算系统，包括具有互相连接的陀螺仪和处理器的智能终端及一待测目标；

所述智能终端定位于所述待测目标的一侧，其中所述待测目标包括：具有待测高差X的高程起点和高程终点；

以一第一偏转角α偏转所述智能终端至一第一位置，所述智能终端上具有显示界面的显示表面的所在平面延伸穿过所述待测目标的底部；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，所述处理器基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L；

以一第二偏转角γ偏转所述智能终端至一第二位置，所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程起点；

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，所述处理器基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N；

以一第三偏转角δ偏转所述智能终端至一第三位置，所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程终点；

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，所述处理器基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H；

所述处理器基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X。

优选地，所述智能终端定位于用户的眼睛处，使所述智能终端具有一高度M；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α；

所述处理器根据计算所述水平距离L。

优选地，所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ；

所述处理器根据计算所述高差N。

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ；

所述处理器根据计算所述高差H；

所述处理器根据X＝H-N计算所述高差X。

优选地，所述高程起点和高程终点设置于一竖直线上。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.竖直方向上任意两点的高程差的计算更为精确；

2.用户使用原有的手机便可实现，减少了额外的成本。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中水平距离L的计算方式示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中高差N的计算方式示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中高差H及高差X的计算方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1-图3，为对一待测目标进行高差的计算，可通过以下步骤实现：

首先，需将一智能终端放置在该待测目标的任意一侧，其中该智能终端具有陀螺仪。陀螺仪为一种用于测量角度以及手持方向的设备，基于角动量守恒原理。当智能终端变换方位时，元件外围的三个圆形物会随之改变。在陀螺仪正中心位置有个最核心的部件，即所谓的“陀螺”。设计时基于惯性原理，让它免受其它物体的干扰。这种设计能很精确地检测手机当前的姿态。而这三个圆形物组件所在的轴，也就是通常意义下的三轴陀螺仪里面的X轴、Y轴、Z轴。这些轴共同围成一个立体空间，可以识别出用户某些动作，因此，陀螺仪的最主要用途是测量角速度。但其在测量角速度的过程中，需要首先测量智能终端倾斜时，相较于水平方向的偏转角。

因此，为对待测目标上的高程起点和高程终点间的高差X进行计算，将智能终端以一偏转角α偏转，其中，智能终端的偏向方向需朝向待测目标，例如待测目标在智能终端的左侧，则将智能终端逆时针旋转，若待测目标在智能终端的右侧，则将智能终端顺时针旋转，旋转时需注意，将智能终端具有显示界面的显示表面朝上，以观测陀螺仪所测量的第一偏转角α的角度值。智能终端以该第一偏转角α旋转直至第一位置，在该第一位置处，智能终端的显示表面所在的平面穿过待测目标的底部，也就是说，该显示表面所在的平面，恰好是智能终端所在位置与待测目标的底部的连接线所在的平面。此时，陀螺仪记录下第一偏转角α的角度，并利用该第一偏转角α计算得到智能终端到待测目标的水平距离L。

参阅图1，在一优选实施例中，该水平距离L通过以下步骤计算：

将智能终端放置在用户的眼睛处，使得智能终端具有一高度M。该高度可由用户手输入，或用户输入自身的身高值，根据从用户的头部到眼睛将近10cm的常规长度相减得到该高度M。或是将智能终端放置在用户的任意位置处，由用户手动输入当前的高度M。例如，一身高为170cm的用户将智能终端放置在眼睛处，其将自身的身高输入至智能终端内，智能终端将根据经验减去头部到眼睛的常规长度10cm，即将160cm作为高度M。再一实施例中，用户也可将智能终端放置在任何高度处，如肩部，胸前等，后自行向智能终端输入高度M。在前一实施例中，可在智能终端内配置存储用户输入的身高，后续再使用该功能时，均自动调用存储的身高值计算高度M。在具有了高度M后，陀螺仪将计算智能终端相对于水平面的偏转角，即第一偏转角α的具体数值，而后，利用内错角相等的原理，该第一偏转角α同时也是智能终端到待测目标的水平距离L与智能终端的显示表面与待测目标的底部连线作为斜边的夹角，从而根据计算所述水平距离L。

在获得了水平距离L后，继续偏转智能终端，在该步骤中，需注意的是，智能终端的偏转方向应当与首次偏转时相反，首次偏转使得智能终端的显示表面所在的平面穿过待测目标的底部，而在此偏转后，智能终端的显示表面所在的平面将向上旋转，直至穿过高程起点。此时，记录下智能终端所在的一第二位置处的一第二偏转角γ，该第二偏转角γ为显示表面所在的平面与水平面的夹角，而非智能终端自第一位置旋转至第二位置的角度。具有了该第二偏转角γ后，陀螺仪计算其大小值，并基于第二偏转角γ和水平距离L计算高程起点与智能终端的高差N。

具体地，参阅图2，在一优选实施例中，该高差N通过以下步骤计算：

将智能终端维持在用户的眼睛处不动，并逐渐旋转智能终端，通过陀螺仪计算第二偏转角γ，而后在已经获得了水平距离L的基础上，以水平距离L视为一直角三角形的直角边，高程起点与智能终端所在水平高度间的高差N视为同一直角三角形的另一条直角边，根据计算高差N。

在获得了高差N后，继续偏转智能终端，在该步骤中，需注意的是，智能终端的偏转方向应当与前次获得高差N时偏转方向相同，也就是说，在前次获得高差N的偏转基础上继续偏转智能终端，而在此偏转后，智能终端的显示表面所在的平面将继续向上旋转，直至穿过高程终点。此时，记录下智能终端所在的一第三位置处的一第三偏转角δ，该第三偏转角δ为显示表面所在的平面与水平面的夹角，而非智能终端自第二位置旋转至第三位置的角度。具有了该第三偏转角δ后，陀螺仪计算其大小值，并基于第三偏转角δ和水平距离L计算高程终点与智能终端的高差H。

具体地，参阅图3，在一优选实施例中，该高差H通过以下步骤计算：

将智能终端维持在用户的眼睛处不动，并逐渐旋转智能终端，通过陀螺仪计算第三偏转角δ，而后在已经获得了水平距离L的基础上，以水平距离L视为一直角三角形的直角边，高程终点与智能终端所在水平高度间的高差H视为同一直角三角形的另一条直角边，根据计算高差N。

可以理解的是，两步骤中，获得的高差N和高差H分别是高程起点到智能终端所在平面的高差和高程终点到智能终端所在平面的高差，高差N与高差H的差值，即为高程起点和高程终点间的高差X，也就是说，根据X＝H-N便可计算高差X，高程起点与高程终点间的高差X也便获知。

在上述任一实施例中，为应用到的公式进行计算，需保证高程起点和高程终点设置在同一竖直线上，同时，地面保持水平面，用户与地面呈基本正交，待测目标也与地面呈基本正交为佳，以保证最为精确的计算结果。

本发明还公开了一种基于陀螺仪的高差计算系统，包括具有互相连接的陀螺仪和处理器的智能终端及一待测目标；智能终端放置在该待测目标的任意一侧，其内具有的陀螺仪为一种用于测量角度以及手持方向的设备，基于角动量守恒原理。当智能终端变换方位时，元件外围的三个圆形物会随之改变。在陀螺仪正中心位置有个最核心的部件，即所谓的“陀螺”。设计时基于惯性原理，让它免受其它物体的干扰。这种设计能很精确地检测手机当前的姿态。而这三个圆形物组件所在的轴，也就是通常意义下的三轴陀螺仪里面的X轴、Y轴、Z轴。这些轴共同围成一个立体空间，可以识别出用户某些动作，因此，陀螺仪的最主要用途是测量角速度。但其在测量角速度的过程中，需要首先测量智能终端倾斜时，相较于水平方向的偏转角。

因此，为对待测目标上的高程起点和高程终点间的高差X进行计算，将智能终端以一偏转角α偏转，其中，智能终端的偏向方向需朝向待测目标，例如待测目标在智能终端的左侧，则将智能终端逆时针旋转，若待测目标在智能终端的右侧，则将智能终端顺时针旋转，旋转时需注意，将智能终端具有显示界面的显示表面朝上，以观测陀螺仪所测量的第一偏转角α的角度值。智能终端以该第一偏转角α旋转直至第一位置，在该第一位置处，智能终端的显示表面所在的平面穿过待测目标的底部，也就是说，该显示表面所在的平面，恰好是智能终端所在位置与待测目标的底部的连接线所在的平面。此时，陀螺仪记录下第一偏转角α的角度，并利用该第一偏转角α计算得到智能终端到待测目标的水平距离L。

参阅图1，在一优选实施例中，该水平距离L通过以下步骤计算：

将智能终端放置在用户的眼睛处，使得智能终端具有一高度M。该高度可由用户手输入，或用户输入自身的身高值，根据从用户的头部到眼睛将近10cm的常规长度相减得到该高度M。或是将智能终端放置在用户的任意位置处，由用户手动输入当前的高度M。例如，一身高为170cm的用户将智能终端放置在眼睛处，其将自身的身高输入至智能终端内，智能终端将根据经验减去头部到眼睛的常规长度10cm，即将160cm作为高度M。再一实施例中，用户也可将智能终端放置在任何高度处，如肩部，胸前等，后自行向智能终端输入高度M。在前一实施例中，可在智能终端内配置存储用户输入的身高，后续再使用该功能时，均自动调用存储的身高值计算高度M。在具有了高度M后，陀螺仪将计算智能终端相对于水平面的偏转角，即第一偏转角α的具体数值，而后，利用内错角相等的原理，该第一偏转角α同时也是智能终端到待测目标的水平距离L与智能终端的显示表面与待测目标的底部连线作为斜边的夹角，从而根据计算所述水平距离L。

在获得了水平距离L后，继续偏转智能终端，在该步骤中，需注意的是，智能终端的偏转方向应当与首次偏转时相反，首次偏转使得智能终端的显示表面所在的平面穿过待测目标的底部，而在此偏转后，智能终端的显示表面所在的平面将向上旋转，直至穿过高程起点。此时，记录下智能终端所在的一第二位置处的一第二偏转角γ，该第二偏转角γ为显示表面所在的平面与水平面的夹角，而非智能终端自第一位置旋转至第二位置的角度。具有了该第二偏转角γ后，陀螺仪计算其大小值，并基于第二偏转角γ和水平距离L计算高程起点与智能终端的高差N。

具体地，参阅图2，在一优选实施例中，该高差N通过以下步骤计算：

将智能终端维持在用户的眼睛处不动，并逐渐旋转智能终端，通过陀螺仪计算第二偏转角γ，而后在已经获得了水平距离L的基础上，以水平距离L视为一直角三角形的直角边，高程起点与智能终端所在水平高度间的高差N视为同一直角三角形的另一条直角边，根据计算高差N。

在获得了高差N后，继续偏转智能终端，在该步骤中，需注意的是，智能终端的偏转方向应当与前次获得高差N时偏转方向相同，也就是说，在前次获得高差N的偏转基础上继续偏转智能终端，而在此偏转后，智能终端的显示表面所在的平面将继续向上旋转，直至穿过高程终点。此时，记录下智能终端所在的一第三位置处的一第三偏转角δ，该第三偏转角δ为显示表面所在的平面与水平面的夹角，而非智能终端自第二位置旋转至第三位置的角度。具有了该第三偏转角δ后，陀螺仪计算其大小值，并基于第三偏转角δ和水平距离L计算高程终点与智能终端的高差H。

具体地，参阅图3，在一优选实施例中，该高差H通过以下步骤计算：

将智能终端维持在用户的眼睛处不动，并逐渐旋转智能终端，通过陀螺仪计算第三偏转角δ，而后在已经获得了水平距离L的基础上，以水平距离L视为一直角三角形的直角边，高程终点与智能终端所在水平高度间的高差H视为同一直角三角形的另一条直角边，根据计算高差N。

可以理解的是，两步骤中，获得的高差N和高差H分别是高程起点到智能终端所在平面的高差和高程终点到智能终端所在平面的高差，高差N与高差H的差值，即为高程起点和高程终点间的高差X，也就是说，根据X＝H-N便可计算高差X，高程起点与高程终点间的高差X也便获知。

在上述任一实施例中，为应用到的公式进行计算，需保证高程起点和高程终点设置在同一竖直线上，同时，地面保持水平面，用户与地面呈基本正交，待测目标也与地面呈基本正交为佳，以保证最为精确的计算结果。

智能终端可以以各种形式来实施。例如，本发明中描述的终端可以包括诸如移动电话、智能电话、笔记本电脑、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、导航装置等等的智能终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。下面，假设终端是智能终端。然而，本领域技术人员将理解的是，除了特别用于移动目的的元件之外，根据本发明的实施方式的构造也能够应用于固定类型的终端。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于陀螺仪的高差计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

一具有陀螺仪的智能终端定位于一待测目标的一侧，其中所述待测目标包括：具有待测高差X的高程起点和高程终点；

以一第一偏转角α偏转所述智能终端至一第一位置，使所述智能终端上具有显示界面的显示表面的所在平面延伸穿过所述待测目标的底部；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，并基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L；

以一第二偏转角γ偏转所述智能终端至一第二位置，使所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程起点；

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，并基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N；

以一第三偏转角δ偏转所述智能终端至一第三位置，使所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程终点；

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，并基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H；

基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X。

2.如权利要求1所述的高差计算方法，其特征在于，

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，并基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L的步骤包括：

将所述智能终端定位于用户的眼睛处，使所述智能终端具有一高度M；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α；

根据计算所述水平距离L。

3.如权利要求1所述的高差计算方法，其特征在于，

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，并基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N的步骤包括：

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ；

根据计算所述高差N。

4.如权利要求1所述的高差计算方法，其特征在于，

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，并基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H的步骤包括：

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ；

根据计算所述高差H；

基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X的步骤包括：

根据X＝H-N计算所述高差X。

5.如权利要求1-4任一项所述的高差计算方法，其特征在于，

所述高差计算方法还包括以下步骤：

将所述高程起点和高程终点设置于一竖直线上。

6.一种基于陀螺仪的高差计算系统，其特征在于，包括具有互相连接的陀螺仪和处理器的智能终端及一待测目标；

所述智能终端定位于所述待测目标的一侧，其中所述待测目标包括：具有待测高差X的高程起点和高程终点；

以一第一偏转角α偏转所述智能终端至一第一位置，所述智能终端上具有显示界面的显示表面的所在平面延伸穿过所述待测目标的底部；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α，所述处理器基于所述第一偏转角α计算所述智能终端至所述待测目标的水平距离L；

以一第二偏转角γ偏转所述智能终端至一第二位置，所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程起点；

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ，所述处理器基于所述第二偏转角γ和水平距离L计算所述高程起点与所述智能终端的高差N；

以一第三偏转角δ偏转所述智能终端至一第三位置，所述显示表面的所在平面延伸穿过所述高程终点；

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ，所述处理器基于所述第三偏转角δ和水平距离L计算所述高程终点与所述智能终端的高差H；

所述处理器基于所述高差N及高差H，计算所述待测高差X。

7.如权利要求6所述的高差计算系统，其特征在于，

所述智能终端定位于用户的眼睛处，使所述智能终端具有一高度M；

所述陀螺仪计算所述第一偏转角α；

所述处理器根据计算所述水平距离L。

8.如权利要求1所述的高差计算系统，其特征在于，

所述陀螺仪计算所述第二偏转角γ；

所述处理器根据计算所述高差N。

9.如权利要求1所述的高差计算系统，其特征在于，

所述陀螺仪计算所述第三偏转角δ；

所述处理器根据计算所述高差H；

所述处理器根据X＝H-N计算所述高差X。

10.如权利要求1所述的高差计算系统，其特征在于，

所述高程起点和高程终点设置于一竖直线上。