CN109668543A - 基于激光雷达的倾斜度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于激光雷达的倾斜度测量方法，首先，将激光雷达正对待测量平面设置，激光雷达沿水平方向测量待测量平面获取激光雷达极坐标系下的角度信息θ₀，以激光雷达为极点、水平方向为极轴重新构建极坐标系W；然后，改变激光雷达的照射角度，使激光雷达沿垂直方向旋转扫描获取待测量平面在此垂直方向上的点的激光雷达极坐标系下极坐标，获得对应极坐标系W下的极坐标(ρ_i,β_i)；最后，将极坐标W下的点转换为直角坐标并将各直角坐标下的点连接成线，该线的斜率即为墙面倾斜度。本发明通过连线的斜率求出墙面倾斜度，计算更加精确，同时，设备简单，对环境要求不高。

Description

基于激光雷达的倾斜度测量方法

技术领域

本发明属于计量检测技术领域，具体为一种基于激光雷达的倾斜度测量方法。

背景技术

建筑工程项目是一个系统化复杂的施工过程，是从设计到施工和管理的一个系统化施工流程和施工管理模式，是一项涉及到多个学科和因素的过程，在施工中针对各个施工环节进行综合控制是确保施工管理和制度合理有效利用的基础。然而随着目前各种自然因素的影响，建筑物结构稳定性与安全也受到严重考验，因此对建筑物墙体倾斜度进行测量对于保障建筑结构整体性与建筑安全有着重要作用与意义。

全站仪也被称之为全站型电子速测仪，这种测量措施与测量方法是在传统的测量中人们已经提到过速测法的应用环节，主要是从仪器站同时测定某一点的平面位置和高层的施工应用方法，在有些时候，这种测试措施与方法也被称之为速测术、速测法。而速测仪则是这种测量方式中不可缺少的一部分，是根据速测法原理而设计的一种新型的测量模式和测量设备。最初的建筑倾斜度测量过程中常用的速测仪的距离是通过光学方法来实现的，我们也称之为光学速测仪，这种速测方式是通过带有视距丝的经纬仪以及相关需要测定的平面位置为基础记性确定，然后再根据高层和三角测量方法来进行深入总结和分析的过程。这种倾斜度测量的方法比较复杂，而且测量起来也稍显麻烦，精度也不高。

现在，激光三角法也被应用到倾斜度测量中。通过激光测距和墙面的高度差来求得墙面的倾斜度。可这种方法对于距离稍远的墙体来说就存在着标定的问题。对于远距离的标定，方法会复杂些，对于整个倾斜度测量的耗时会比较久。对于一些需要快速得到倾斜度的应用场景，这些方法都稍显麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于激光雷达的倾斜度测量方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于激光雷达的倾斜度测量方法，具体步骤为：

步骤1、将激光雷达正对待测量平面设置，激光雷达沿水平方向测量待测量平面获取激光雷达极坐标系下的角度信息θ₀，以激光雷达为极点、水平方向为极轴重新构建极坐标系W，构建的极坐标系W下的角度坐标与激光雷达极坐标系下的角度坐标之间的关系为β＝θ-θ₀；

步骤2、改变激光雷达的照射角度，使激光雷达沿垂直方向旋转扫描获取待测量平面在此垂直方向上的点的激光雷达极坐标系下极坐标(ρ_i，θ_i)，获得对应极坐标系W下的极坐标(ρ_i,β_i)，其中β_i＝θ_i-θ₀；

步骤3、将极坐标W下的点转换为直角坐标并将各直角坐标下的点连接成线，该线的斜率即为墙面倾斜度。

优选地，将极坐标变化为直角坐标的公式为：

x_i＝ρ_i*cosβ_i

y_i＝ρ_i*sinβ_i

式中，ρ_i为激光雷达到待测量平面被测点的距离。

优选地，步骤3中各直角坐标连接成的线为直线或曲线，曲线的斜率通过均值法获得。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明使用激光雷达扫描，获取墙面信息速度快；(2)本发明将墙面上接受垂直扫描的区域与激光雷达形成的极坐标式的位置关系转化为直角坐标系下的坐标关系，并用连线还原墙面，更加直观；(3)本发明通过连线的斜率求出墙面倾斜度，计算更加精确，同时，设备简单，对环境要求不高。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是基于激光雷达的倾斜度测量方法的实物结构图。

图2是激光雷达工作原理示意图。

图3是基于激光雷达的倾斜度测量方法的雷达扫描信息图。

图4是基于激光雷达的倾斜度测量方法的直角坐标系下的信息图。

具体实施方式

一种基于激光雷达的倾斜度测量方法，具体步骤为：

步骤1、将激光雷达正对待测量平面设置，激光雷达沿水平方向测量待测量平面获取激光雷达极坐标系下的角度信息θ₀，以激光雷达为极点、水平方向为极轴重新构建极坐标系W，即此时起始角度为0，根据获得的θ₀，则此时构构建的极坐标系W下的角度坐标与激光雷达极坐标系下的角度坐标之间的关系为β＝θ-θ₀；

步骤2、改变激光雷达的照射角度，使激光雷达沿垂直方向旋转扫描获取待测量平面在此垂直方向上的点的激光雷达极坐标系下极坐标(ρ_i，θ_i)，获得对应极坐标系W下的极坐标(ρ_i,β_i)，其中β_i＝θ_i-θ₀；

步骤3、将极坐标W下的点变化为直角坐标并将各直角坐标下的点连接成线，该线的斜率即为墙面倾斜度。

进一步的实施例中，将极坐标变化为直角坐标的公式为：

x_i＝ρ_i*cosβ_i

y_i＝ρ_i*sinβ_i

式中，ρ_i为激光雷达到待测量平面被测点的距离。

进一步的实施例中，步骤3中各直角坐标连接成的线为直线或曲线，曲线的斜率通过均值法获得。

实施例

如图1所示，实现本实施例的硬件结构主要分为两个模块：雷达扫描模块和后端处理模块。雷达扫描模块是由激光雷达和机架组成。将激光雷达正对待测量平面设置，激光雷达沿水平方向开始测量待测量平面获取待测量平面在垂直方向上的极坐标信息。后端处理模块使用ARM开发板和LINUX系统完成，主要是将激光雷达获取的距离信号和极坐标角度转换为直角坐标系下的二维信息。

如图2所示，通过激光雷达获取墙面信息，所用的激光雷达为RPLIDAR A1，采用三角测距法来获取墙面信息点。通过激光雷达扫描待测平面可获得如图3所示的位置信息关系，具体步骤为：

步骤1、对激光雷达进行标定，激光雷达沿水平方向测量待测量平面获取激光雷达极坐标系下的角度信息θ₀，以激光雷达为极点、水平方向为极轴重新构建极坐标系W，构建的极坐标系W下的角度坐标与激光雷达极坐标系下的角度坐标之间的关系为β＝θ-θ₀。

步骤2、改变激光雷达的照射角度，使激光雷达沿垂直方向旋转扫描获取待测量平面在此垂直方向上的点的激光雷达极坐标系下极坐标(ρ_i，θ_i)，获得对应极坐标系W下的极坐标(ρ_i,β_i)，其中β_i＝θ_i-θ₀；其中，将极坐标变化为直角坐标的公式为：

x_i＝ρ_i*cosβ_i

y_i＝ρ_i*sinβ_i

式中，ρ_i为激光雷达到待测量平面被测点的距离。

步骤3、如图4所示，将极坐标W下的点变化为直角坐标并将各直角坐标下的点连接成线，该线的斜率即为墙面倾斜度。获得的直角坐标下的墙面被扫描部分的关系曲线不一定是直线，由于扫描误差或者墙面本身的不平滑，可能得到的是不平滑的曲线。通过均值法求出这个曲线对应的直线的斜率，即为所测墙面的倾斜率。直线斜率即为墙面倾斜度。

Claims (3)

1.一种基于激光雷达的倾斜度测量方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1、将激光雷达正对待测量平面设置，激光雷达沿水平方向测量待测量平面获取激光雷达极坐标系下的角度信息θ₀，以激光雷达为极点、水平方向为极轴重新构建极坐标系W，构建的极坐标系W下的角度坐标与激光雷达极坐标系下的角度坐标之间的关系为β＝θ-θ₀；

步骤2、改变激光雷达的照射角度，使激光雷达沿垂直方向旋转扫描获取待测量平面在此垂直方向上的点的激光雷达极坐标系下极坐标(ρ_i，θ_i)，获得对应极坐标系W下的极坐标(ρ_i,β_i)，其中β_i＝θ_i-θ₀；

步骤3、将极坐标W下的点转换为直角坐标并将各直角坐标下的点连接成线，该线的斜率即为墙面倾斜度。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的倾斜度测量方法，其特征在于，将极坐标变化为直角坐标的公式为：

x_i＝ρ_i*cosβ_i

y_i＝ρ_i*sinβ_i

式中，ρ_i为激光雷达到待测量平面被测点的距离。

3.根据权利要求1所述的基于激光雷达的倾斜度测量方法，其特征在于，步骤3中各直角坐标连接成的线为直线或曲线，曲线的斜率通过均值法获得。