CN110618429A

CN110618429A - 一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法

Info

Publication number: CN110618429A
Application number: CN201910739499.0A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 刘永平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2019-12-27

Abstract

本发明公开了一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法。本发明中：主控板控制角度测量模块与激光测量模块的运行，角度测量模块与激光测量模块将数据信息传输至主控板，主控板将测量的数据信息通过触控显示屏显示；测量按键用于控制角度测量模块与激光测量模块进行单次测量；操作按键用于设置参数和数据查看。本发明通过激光测距仪可实现测点到目标点的距离和倾斜角度测量，并进一步实现顶板极差及地面极差的测量，且具备角度测量和距离测量两种测量方式；通过激光测距、勾股测量方法、顶板极差及地面极差测量计算方法、卡尔曼滤波数据处理方法在提高测量计算精度、减小误差等方面有突出作用。

Description

一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法

技术领域

本发明属于建筑器材技术领域，特别是涉及一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法。

背景技术

目前市场上的实测实量工具科技含量较低，利用传统工具测量需要的人工成本由居高不下；对于目前市场上的测量器，由于不具备角度测量功能，在测量过程中须多次交换使用激光标线仪和激光测距仪，容易出现人为误差，导致最终拼接安装完成的结构不符合设计要求，必须重新施工，造成材料损耗，增加资金浪费，耽误工期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法，通过激光测距仪可实现测点到目标点的距离和倾斜角度测量，并进一步实现顶板极差及地面极差的测量，且具备角度测量和距离测量两种测量方式，具有触控软件及液晶显示的功能；在测量过程中，测量精准、方便快捷；通过激光测距、勾股测量方法、顶板极差及地面极差测量计算方法、卡尔曼滤波数据处理方法在提高测量计算精度、减小误差等方面有突出作用。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种用于房屋测量的激光测距仪，包括测距仪本体，所述测距仪本体包括：角度测量模块、激光测量模块、主控板、触控显示屏、电源键、 USB接口、调试端口、测量按键、操作按键和排线；

所述主控板控制角度测量模块与激光测量模块的运行，所述角度测量模块与激光测量模块将数据信息传输至主控板，所述主控板将测量的数据信息通过触控显示屏显示；

其中，所述触控显示屏与主控板通过排线连接；

所述电源键用于控制测距仪本体的开关；所述USB接口用于测距仪本体充电和数据传输；所述调试接口用于下载程序或JTAG；所述测量按键用于控制角度测量模块与激光测量模块进行单次测量；所述操作按键用于设置参数和数据查看；

其中，所述激光测量模块用于房屋的水平距离测量、竖直距离测量、角度测量和极差测量；

其中，所述角度测量模块发送至上位机每帧数据分为三个数据包，分别为加速度包，角速度包和角度包，三个数据包顺序输出；波特率115200时每隔10ms输出1帧数据。

优选地，所述操作按键包括上、下按键。

一种用于房屋测量的激光测距仪的测距方法，包括以下步骤：

步骤一：在同一功能房间同一块板内选择四个角点和一个中点作为测量点；测量选取的五个点与同一水平基准线之间的距离，取得5个实测值的极差值；

其中，同一功能房间顶板作为1个实测区；使用激光测距仪器，在实测板跨内打出一条水平基准线；同一实测区距顶板天花线约30cm处位置选取4 个角点，以及板跨几何中心位；分别测量顶板与水平基准线之间的5个垂直距离；

以最低点为基准点，计算另外四点与最低点之间的偏差；其中，偏差值小于15mm时实测点合格；最大偏差值大于20mm时，5个偏差值(基准点偏差值以0计)的实际值作为判断该实测指标合格率的5个计算点

步骤二：并在梁板模板支设完成后、板钢筋绑扎之前，在模板板面再按照步骤一的方法测量一次；

步骤三：房屋浇筑过程中，在所测楼板下一层再按照步骤一的方法测量一次；并在支模完成后实测浇筑过程极差值；

步骤四：测量顶板极差，通过激光测距仪本体的角度测量模块测量夹角θ，通过激光测距仪本体的激光测量模块测量测点到目标点的距离l，

所述激光测距仪本体的主控板接收到数据信息后，通过卡尔曼滤波对测量数据进行数据处理后，再计算得出高度D＝l·sinθ。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过激光测距仪可实现测点到目标点的距离和倾斜角度测量，并进一步实现顶板极差及地面极差的测量，且具备角度测量和距离测量两种测量方式，具有触控软件及液晶显示的功能；在测量过程中，测量精准、方便快捷；通过激光测距、勾股测量方法、顶板极差及地面极差测量计算方法、卡尔曼滤波数据处理方法在提高测量计算精度、减小误差等方面有突出作用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种用于房屋测量的激光测距仪的结构示意图；

图2为顶板极差及地面极差测量示意图；

图3为测点到目标点的距离和倾斜角度测量示意图；

1-角度测量模块，；2-激光测量模块；3-主控板；4-触控显示屏；5-电源键；6-USB接口；7-调试端口；8-测量按键；9-操作按键；10-排线；12-测量点；13-目标点；14-夹角θ；15-测量测点到目标点的距离l；16-高度D。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法，包括测距仪本体，测距仪本体包括：角度测量模块1、激光测量模块2、主控板3、触控显示屏4、电源键5、USB接口6、调试端口7、测量按键8、操作按键9和排线10；

主控板3控制角度测量模块1与激光测量模块2的运行，角度测量模块 1与激光测量模块2将数据信息传输至主控板3，主控板3将测量的数据信息通过触控显示屏4显示；

其中，触控显示屏4与主控板3通过排线10连接；

电源键5用于控制测距仪本体的开关；USB接口6用于测距仪本体充电和数据传输；调试接口7用于下载程序或JTAG；测量按键8用于控制角度测量模块1与激光测量模块2进行单次测量；操作按键9用于设置参数和数据查看；

其中，激光测量模块2用于房屋的水平距离测量、竖直距离测量、角度测量和极差测量；

其中，角度测量模块1发送至上位机每帧数据分为三个数据包，分别为加速度包，角速度包和角度包，三个数据包顺序输出；波特率115200时每隔 10ms输出1帧数据。

优选地，操作按键9包括上、下按键。

如图3所示，其中，同一功能房间顶板作为1个实测区；使用激光测距仪器，在实测板跨内打出一条水平基准线；同一实测区距顶板天花线约30cm 处位置选取4个角点，以及板跨几何中心位；分别测量顶板与水平基准线之间的5个垂直距离；

步骤四：测量顶板极差，如图3所示，为实现测点到目标点的距离和倾斜角度测量，通过激光测距和勾股测量方法；通过激光测距仪本体的角度测量模块1测量夹角θ，通过激光测距仪本体的激光测量模块2测量测点到目标点的距离l，

激光测距仪本体的主控板3接收到数据信息后，通过卡尔曼滤波对测量数据进行数据处理后，再计算得出高度D＝l·sinθ。

实施例一：本实施中为一种用于房屋测量的激光测距仪的测距方法中使用的算法的具体内容；

(1)激光测距算法：

激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离L可用下列表示： L＝ct/2；

(2)勾股测量方法：

勾股测量条件是：已知的直角三角形，测量斜边长度l和夹角度数θ，再通过勾股定理和三角函数计算夹角的另外一条边长度：D＝l·sinθ；

(3)数据处理过程的卡尔曼滤波算法：

卡尔曼滤波算法是利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统。当测量一个值时，同时具有模型估计和直接测量两种方式，但由于两种方式均不准确，所以用卡尔曼增益系数分配两种方式的可信度权重，以得出新估计值，并以新估计值为基础，更新卡尔曼增益系数重新分配权重，逐步迭代逼近真实值。本实例中采用的常规卡尔曼滤波五大方程如下：

X(k|k-1)＝PHI·X(k-1|k-1)+δ·U(k)

上式中，k为现在系统状态，X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果， X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果，U(k)为现在状态的控制量(若无控制量可为0)，PHI和δ为系统参数(多模型系统中为矩阵)。

P(k|k-1)＝PHI·P(k-1|k-1)·PHI′+Q

上式中，P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的方差，P(k-1|k一1)是X(k-1|k-1)对应的方差，PHI′表示PHI的转置矩阵，Q是系统过程的方差。

X(k|k)＝X(k|k-1)+K_g(k)·(Z(k)-H·X(k|k-1))

上式中，X(k|k)是现在状态的最优化估算值，K_g(k)为卡尔曼增益，Z(k)＝HX(k)+V(k)为k时刻系统的测量值，H为测量系统的参数(多模型系统中为矩阵)，V(k)为测量的噪声，其协方差为R。

K_g(k)＝P(k|k-1)·H′/(H·P(k|k-1)·H′+R)

上式中，H″表示H的转置矩阵。

P(k|k)＝(I-K_g(k)·H)·P(k|k-1)

式中，I为单位矩阵(单模型单测量系统中I＝1)，当系统进入k+1状态时，P(k|k)则变为P(k-1|k-1)，如此，算法可依次迭代。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种用于房屋测量的激光测距仪，包括测距仪本体，其特征在于，所述测距仪本体包括：角度测量模块(1)、激光测量模块(2)、主控板(3)、触控显示屏(4)、电源键(5)、USB接口(6)、调试端口(7)、测量按键(8)、操作按键(9)和排线(10)；

所述主控板(3)控制角度测量模块(1)与激光测量模块(2)的运行，所述角度测量模块(1)与激光测量模块(2)将数据信息传输至主控板(3)，所述主控板(3)将测量的数据信息通过触控显示屏(4)显示；

其中，所述触控显示屏(4)与主控板(3)通过排线(10)连接；

所述电源键(5)用于控制测距仪本体的开关；所述USB接口(6)用于测距仪本体充电和数据传输；所述调试接口(7)用于下载程序或JTAG；所述测量按键(8)用于控制角度测量模块(1)与激光测量模块(2)进行单次测量；所述操作按键(9)用于设置参数和数据查看；

其中，所述激光测量模块(2)用于房屋的水平距离测量、竖直距离测量、角度测量和极差测量；

其中，所述角度测量模块(1)发送至上位机每帧数据分为三个数据包，分别为加速度包，角速度包和角度包，三个数据包顺序输出；波特率115200时每隔10ms输出1帧数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于房屋测量的激光测距仪及其方法，其特征在于，所述操作按键(9)包括上、下按键。

3.据权利要求1-2任意一所述的一种用于房屋测量的激光测距仪的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

其中，同一功能房间顶板作为1个实测区；使用激光测距仪器，在实测板跨内打出一条水平基准线；同一实测区距顶板天花线约30cm处位置选取4个角点，以及板跨几何中心位；分别测量顶板与水平基准线之间的5个垂直距离；

步骤四：测量顶板极差，通过激光测距仪本体的角度测量模块(1)测量夹角θ，通过激光测距仪本体的激光测量模块(2)测量测点到目标点的距离l，

所述激光测距仪本体的主控板(3)接收到数据信息后，通过卡尔曼滤波对测量数据进行数据处理后，再计算得出高度D＝l·sinθ。