CN110864663B - 一种基于无人机技术的房屋面积测量方法 - Google Patents

一种基于无人机技术的房屋面积测量方法 Download PDF

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CN110864663B CN201911173753.1A CN201911173753A CN110864663B CN 110864663 B CN110864663 B CN 110864663B CN 201911173753 A CN201911173753 A CN 201911173753A CN 110864663 B CN110864663 B CN 110864663B
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Abstract

本发明涉及一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，涉及建筑测绘的技术领域，其包括如下步骤：S100：读取待测房屋互成90度夹角的两个方向上的各自的最大长度a与b；S200：准备移动运输装置，取a与b的对角线长度的一半为半径r，取a与b的对角线的中点为圆心，设置此圆周为移动运输装置的移动路径；S300：在移动运输装置上装载测距仪，再驱动移动运输装置匀速前进，同时驱动测距仪匀速转动；S400：测量并记录一次与房屋的间距数值c；S500：d=r‑c，以多项数值d为半径坐标建立极坐标系；S600：将极坐标系上的坐标点两两相连以形成闭合的图形，得出房屋的水平面积。本发明具有能测量外部结构复杂的房屋的水平面积以减少人力的耗费。

Description

一种基于无人机技术的房屋面积测量方法
技术领域
本发明涉及建筑测绘的技术领域，尤其是涉及一种基于无人机技术的房屋面积测量方法。
背景技术
测绘即测量和绘图。测绘以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础，以全球导航卫星定位系统(GNSS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等为技术核心，将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，以此用于工程建设的规划设计和行政管理。
目前，房屋等建筑在测量占地面积时也会用到测绘技术，由于房屋的价值较高，因此测算结果精度需要达到一定的要求。现有的测算方式主要是通过人工并借助卷尺、测距仪等仪器围绕房屋进行测量，并将实际得到的尺寸绘制在电脑端的图纸上，再通过软件等计算实际的面积。上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在测量过程中操作人员需要不停的变换位置，当遇到外部结构复杂的房屋时需要耗费大量的人力。
公开号为CN107514982A的中国发明公开了一种房屋面积精确测量计算方法，该方法包括以下步骤：1）准备测量材料，所述测量材料包括角测量装置、激光发射器、信号接收装置和上位机；2）在铺设电缆的起点处架设激光发射器，在铺设电缆的终点处架设信号接收装置；3）通过上位机对激光发射器和信号接收装置初步设置，统一设备内部的时间；4）起点处的激光发射器向终点处的信号接收装置发出光信号，上位机记录起始时间；接收装置收到信号后将收到信号的时间反馈给上位机；5）通过上位机获得起始和收到信号的时间差，计算获得起点处及终点处的距离。该发明通过测量待测房屋的长度和宽度等数值计算房屋面积；再通过角测量装置判断房间是否为矩形，如不为矩形，总面积减去差值以得到最终数值，从而计算出房屋的面积。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，能测量外部结构复杂的房屋的水平面积，减少人力的耗费。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，包括如下步骤：
S100：在待测房屋的同一水平面上建立直角坐标系，读取待测房屋互成90度夹角的两个方向上的最大长度a与b，通过勾股定理算出对角线的长度；
S200：准备移动运输装置，取a与b的对角线长度的一半为半径r，取a与b的对角线的中点为圆心，设置此圆周为移动运输装置的移动路径；
S300：在移动运输装置上装载测距仪，测距仪与移动运输装置转动连接，再驱动移动运输装置在同一水平面上沿圆周移动路径匀速前进，同时驱动测距仪匀速转动，使得测距仪的的测量方向始终与移动运输装置的航线的圆心正对，测距仪自首次检测到与房屋的间距数值开始转动；
S400：移动运输装置每运行一段时间测距仪即测量并记录一次与房屋的间距数值c，当移动运输装置循环一周后测距仪停止读取与房屋的间距数值c；
S500：将测距仪内的多项间距数值c上传至电脑端，移动运输装置的半径r减去测距仪测到的与房屋的间距数值c并得到多项数值d，即d=r-c，以单位时间内移动运输装置相对其航线的圆心移动的角度为角坐标，以多项数值d为半径坐标建立极坐标系，以测距仪首次测量到的与房屋的间距数值的坐标点为起点；
S600：将极坐标系上相邻夹角的对应间距数值c的坐标点两两相连以形成闭合的图形，以此形成房屋的轮廓图，通过电脑端的软件计算出轮廓图的面积以得出房屋的水平面积。
通过采用上述技术方案，通过a、b算出其对角线的长度，以此确定移动运输装置的航线，以此通过移动运输装置运载测距仪进行匀速航行，测距仪测量与房屋的间距数值c，以此得到多项连续的数值，再通过极坐标系实现数据的具象化，以此显示出房屋的轮廓，且对应间距数值c的坐标点连成的闭合图形的面积即房屋的水平面积，以此方便软件通过计算闭合图形的面积得出房屋的面积，从而测量外部结构复杂的房屋的水平面积，减少人力的耗费。
本发明进一步设置为：所述步骤S100还包括：
S110：准备移动载具，在移动载具上装载测距仪，测距仪的测量范围大于房屋的最大宽度，测距仪的测量方向设置成与移动载具的前进方向垂直；
S120：记录移动载具的初始位置，在测距仪上装载计时器，操控移动载具以恒定速度V1前进，当测距仪的测量路径首次被房屋外部结构遮挡时计时器记录一次时间节点，当房屋外部结构首次脱离测距仪的测量路径后计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间差为t1；
S130：操控移动载具朝房屋侧转弯90度并继续以恒定速度V1前进；当测距仪的测量路径再次被房屋外部结构遮挡时触发计时器，计时器记录一次时间节点，当房屋外部结构再次脱离测距仪的测量路径后，计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间节点的时间差为t2；
S140：通过V1、t1、t2计算a、b的数值，并得出移动运输装置的航线半径以及航线的圆心所在处。
通过采用上述技术方案，通过移动载具测量a、b的数值，以此减少人工测量确定移动运输装置的航线半径的工作量，避免移动运输装置的航线半径过大而导致测量时间过长或占用场地过大的情况，同时避免移动运输装置的航线半径过小而导致移动运输装置移动时与房屋外壁碰撞，从而平衡测量时间与安全性，提高测量效率。
本发明进一步设置为：所述步骤S120还包括：
S121：在移动载具转弯前先操控移动载具以恒定速度V1前进设定时间t3后再转弯。
通过采用上述技术方案，操控移动载具先保持恒定速度V1前进设定时间t3，以此避免移动载具直接转弯而与房屋的边缘碰撞，以此避免移动载具损坏而影响房屋面积的测量。
本发明进一步设置为：所述步骤S130还包括：
S131：在移动载具转弯后通过测角仪对移动载具的朝向进行校准，拨正移动载具使其转弯后的前进方向与转弯前的前进方向呈90度。
通过采用上述技术方案，通过测角仪对移动载具进行角度拨正，以此减少移动载具运行时的角度偏移，从而提高测量数据的准确度。
本发明进一步设置为：所述步骤S140还包括：
S141：a=V1*t1；b= V1*t2。
通过采用上述技术方案，通过计算公式得出a、b的值，以此方便计算移动运输装置的航线半径，从而确定移动运输装置的航线，提高测量数据的准确度。
本发明的第二目的是提供一种移动运输装置，能减少外部因素对测距数据准确性的影响，提高检测的精度。
本发明进一步设置为：所述移动运输装置采用无人机，测距仪装载于无人机上，预设无人机的飞行高度在地面的障碍物以上。
通过采用上述技术方案，无人机飞行在空中，不与地面直接接触，以此减少地形条件对无人机的约束，减少路面上的石块、植被等障碍物对测距仪的影响；且无人机始终保持在同一水平面上进行测量，以此减少高度变化对测距仪的数据准确性的影响。
本发明进一步设置为：在所述无人机上装载风速传感器，风速传感器的感应面朝向水平方向，当风速传感器检测到水平方向的气流扰动时输出电信号至无人机的驱动板以控制无人机停止航行并向无人机的遥控终端发出提示信号。
通过采用上述技术方案，当无人机遇到气流影响时，其航行轨迹容易出现偏移而导致测量数据失真，因此通过风速传感器检测气流且当气流产生扰动时控制无人机停止继续航行，当气流消失后提示信号中断，此时操作人员控制无人机重新定位，回到原来航线的停止点重新开始运行，从而减少气流扰动对无人机测量数据的影响。
本发明的第三目的是提供一种移动载具，能减少外部因素对测距数据准确性的影响，提高检测的精度。
本发明进一步设置为：所述移动载具采用遥控车，测距仪装载于遥控车上。
通过采用上述技术方案，通过遥控车运载测距仪进行a、b数值测量，以此减少人工测量的工作量，提高测量效率。
本发明进一步设置为：所述遥控车上设置有导向环，一细绳穿过导向环且与水平面平行，所述细绳的一端与遥控车航行起点处的地面固定，其另一端与遥控车前进的延伸方向处固定。
通过采用上述技术方案，通过细绳与导向环对遥控车进行导向，以此减少遥控车的路径偏移，提高数据测量的准确度。
本发明进一步设置为：所述遥控车的顶部可拆卸连接有云台，所述测距仪安装于云台上。
通过采用上述技术方案，云台具有稳定测距仪的功能，减少遥控车的振动对测距仪的影响，从而提高测距仪的测量准确度，提高数据的真实性。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.移动运输装置运载测距仪进行匀速航行，测距仪测量与房屋的间距数值c，以此得到多项连续的数值，再通过极坐标系实现数据的具象化，以此显示出房屋的轮廓，且对应间距数值c的坐标点连成的闭合图形的面积即房屋的水平面积，以此方便软件通过计算闭合图形的面积得出房屋的面积，从而测量外部结构复杂的房屋的水平面积，减少人力的耗费；
2.通过移动载具测量a、b的数值，以此减少人工测量确定移动运输装置的航线半径的工作量，以此得出适合移动运输装置航行的路线，平衡测量时间与安全性，提高测量效率；
3.通过风速传感器检测气流且当气流产生扰动时控制无人机停止继续航行，当气流消失后提示信号中断，此时操作人员控制无人机重新定位，回到原来航线的停止点重新开始运行，从而减少气流扰动对无人机测量数据的影响。
附图说明
图1是本实施例的原理示意图，主要展示a、b的测量方法；
图2是本实施例的移动载具的整体结构示意图；
图3是本实施例的原理示意图，主要展示移动运输装置的航线；
图4是本实施例的闭合图形的极坐标系示意图。
附图标记：1、房屋；2、遥控车；21、导向环；22、云台；3、测距仪；4、无人机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，包括如下步骤：S100：在待测房屋1的同一水平面上建立直角坐标系，读取待测房屋1互成90度夹角的两个方向上的最大长度a与b。实际测量a与b的具体步骤如下：S110：准备移动载具，移动载具优选为遥控车2，例如具有良好稳定性的型号为6255的遥控四驱车。
在遥控车2的顶部通过螺钉固定一云台22，云台22采用可用于摄像机的AK4000三轴稳定器，在云台22上装载测距仪3，以此减少遥控车2的振动对测距仪3的影响，从而提高测距仪3的测量准确度。测距仪3采用型号为Z5的测距望远镜，其最远测量范围为1.5公里，远大于房屋1的最大宽度。测距仪3安装完后将测距仪3的测量方向设置成与移动载具的前进方向垂直，以此使测距仪3的测量方向与房屋1相对。
S120：记录移动载具的初始位置，在测距仪3上装载计时器，计时器采用DM1-1型号。之后操作人员操控移动载具以恒定速度V1前进。计时器与测距仪3电连接，且当测距仪3的测量路径首次被房屋1外部结构遮挡时触发计时器，此时计时器记录一次时间节点，当房屋1外部结构首次脱离测距仪3的测量路径计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间差为t1，房屋1外部结构是否遮挡测距仪3的测量路径可通过数值变化判断。
S121：当房屋1外部结构首次脱离测距仪3的测量路径后，操作人员操控遥控车2以恒定速度V1再前进设定时间t3后转变方向，以此避免遥控车2直接转向而与房屋1的边缘碰撞，以此避免遥控车2损坏而影响房屋1面积的测量。
S130：在遥控车2上通过螺钉固定有导向环21，导向环21呈圆环状，一细绳穿过导向环21且与水平面平行，细绳采用具有良好韧性且表面光滑的鱼线，以此对遥控车2进行导向，减少遥控车2的路径偏移，从而提高测距仪3数据测量的准确度。细绳的一端与遥控车2航行起点处的地面固定，其另一端与遥控车2前进的延伸方向处固定，且细绳的长度大于遥控车2单向前进的最大方向。
之后操作人员操控遥控车2朝房屋1侧转弯90度并继续以恒定速度V1前进。S131：在移动载具转弯后通过测角仪对移动载具的朝向进行校准，当遥控车2的朝向偏移时，通过遥控车2的遥控终端控制遥控车2转向，以此拨正遥控车2，使其转弯后的前进方向与转弯前的前进方向呈90度。
当角度校准完成后，操控遥控车2继续以恒定速度V1移动，当测距仪3的测量路径再次被房屋1外部结构遮挡时计时器记录一次时间节点，当房屋1外部结构再次脱离测距仪3的测量路径后，计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间节点的时间差为t2。
S140：通过V1、t1、t2计算a、b的数值，测量a、b的计算公式为：S141：a=V1*t1；b=V1*t2。
S200：参照图3，准备移动运输装置，移动运输装置采用无人机4，优选型号为X1-00四轴飞行器，预设无人机4的飞行高度在地面的障碍物以上，避免无人机4与障碍物碰撞。无人机4飞行在空中，不与地面直接接触，以此减少地形条件对无人机4的约束，减少路面上的石块、植被等障碍物对测距仪3的影响。
遥控车2自初始位置至首次被房屋1外部结构遮挡的位置经过的时间为t0，通过测算遥控车2的速度与时间得出遥控车2首次被房屋1外部结构遮挡时所在的位置。再通过其他计时设备，如手表等记录遥控车2的停止位置，以此通过遥控车2的速度以及时间节点差，得出房屋1外部结构二次脱离测距仪3的测量路径时遥控车2的所在位置，从而确定图3中对应a值与对应b值的线段的位置，得到两者对角线的中点。
遥控车2之后取a与b的对角线长度的一半为半径r，取a与b的对角线的中点为圆心，设置此圆周为无人机4的航行路径。通过a、b的计算公式可以方便得出无人机4的航线半径以及航线的圆心所在处，以此方便计算无人机4的航线半径，从而确定无人机4的航线，提高测量数据的准确度。通过计算遥控车2两次的触发与截止时间得出a、b对角线两端点的位置，以此方便操作人员根据对角线调整无人机4的初始角度，从而确定其航线路径。
S300：在无人机4上装载测距仪3，因无人机4始终保持在同一水平面上进行测量，以此减少高度变化对测距仪3的数据准确性的影响。测距仪3与移动运输装置转动连接，无人机4上通过螺钉固定有驱动测距仪3匀速转动的伺服电机。操作人员再驱动无人机4在同一水平面上沿圆周移动路径匀速前进，同时驱动测距仪3匀速转动，使得测距仪3的的测量方向始终与无人机4的航线的圆心正对，且测距仪3自首次检测到与房屋1的间距数值开始转动。
S400：无人机4每运行一段时间测距仪3即测量并记录一次与房屋1的间距数值c，当无人机4循环一周后测距仪3停止读取与房屋1的间距数值c，以此在测距仪3完成测量后得出多项与房屋1的间距数值c。
当无人机4遇到气流影响时，其航行轨迹容易出现偏移而导致测量数据失真，因此在无人机4上装载风速传感器。风速传感器采用型号为JXBS-3001的风速仪，风速传感器的感应面朝向水平方向，以此检测无人机4周围的水平气流变化。
当风速传感器检测到水平方向的气流扰动时输出电信号至无人机4的驱动板以控制无人机4停止航行并向无人机4的遥控终端发出提示信号，提示操作人员无人机4受到气流扰动，方便操作人员及时进行控制。当气流消失后提示信号中断，此时操作人员控制无人机4重新定位，回到原来航线的停止点重新开始运行，从而减少气流扰动对无人机4测量数据的影响。
S500：参照图3、图4，之后将测距仪3内的多项间距数值c上传至电脑端，无人机4的半径r减去测距仪3测到的与房屋1的间距数值c，以此得到多项数值d，即d=r-c。之后以多项数值d为半径坐标，以单位时间内无人机4相对其航线的圆心移动的角度为角坐标，即角速度，建立极坐标系，且以测距仪3首次测量到与房屋1的间距数值的坐标点为起点。其中角速度可以通过无人机4的线速度换算得出。
S600：将极坐标系上相邻夹角的对应间距数值c的坐标点两两相连以形成闭合的图形，以此形成房屋1的轮廓图，通过电脑端的软件计算出轮廓图的面积以得出房屋1的水平面积。
本实施例的实施原理为：遥控车2测量a、b的数值，以此减少人工测量确定移动运输装置的航线半径的工作量，避免无人机4的航线半径过大而导致测量时间过长或占用场地过大的情况，同时避免移动运输装置的航线半径过小而导致移动运输装置移动时与房屋1外壁碰撞，从而平衡测量时间与安全性，提高测量效率。
之后操作人员再通过a、b算出其对角线的长度，以此确定无人机4的航线，以此通过无人机4运载测距仪3进行匀速航行，测距仪3测量与房屋1的间距数值c，以此得到多项连续的数值，再通过极坐标系实现数据的具象化，以此显示出房屋1的轮廓，且对应间距数值c的坐标点连成的闭合图形的面积即房屋1的水平面积，以此方便软件通过计算闭合图形的面积得出房屋1的面积，从而测量外部结构复杂的房屋1的水平面积，减少人力的耗费。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
S100：在待测房屋(1)的同一水平面上建立直角坐标系，读取待测房屋(1)互成90度夹角的两个方向上的最大长度a与b，通过勾股定理算出对角线的长度；
S200：准备移动运输装置，取a与b的对角线长度的一半为半径r，取a与b的对角线的中点为圆心，设置此圆周为移动运输装置的移动路径；
S300：在移动运输装置上装载测距仪(3)，测距仪(3)与移动运输装置转动连接，再驱动移动运输装置在同一水平面上沿圆周移动路径匀速前进，同时驱动测距仪(3)匀速转动，使得测距仪(3)的测量方向始终与移动运输装置的移动路径的圆心正对，测距仪(3)自首次检测到与房屋(1)的间距数值开始转动；
S400：移动运输装置每运行一段时间测距仪(3)即测量并记录一次与房屋(1)的间距数值c，当移动运输装置循环一周后测距仪(3)停止读取与房屋(1)的间距数值c；
S500：将测距仪(3)内的多项间距数值c上传至电脑端，移动运输装置的半径r减去测距仪(3)测到的与房屋(1)的间距数值c并得到多项数值d，即d=r-c，以单位时间内移动运输装置相对其移动路径的圆心移动的角度为角坐标，以多项数值d为半径坐标建立极坐标系，以测距仪(3)首次测量到与房屋(1)的间距数值的坐标点为起点；
S600：将极坐标系上角坐标相邻的对应间距数值c的坐标点两两相连以形成闭合的图形，以此形成房屋(1)的轮廓图，通过电脑端的软件计算出轮廓图的面积以得出房屋(1)的水平面积。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述S100还包括：
S110：准备移动载具，在移动载具上装载测距仪(3)，测距仪(3)的测量范围大于测距仪(3)至房屋(1)之间的最大距离，测距仪(3)的测量方向设置成与移动载具的前进方向垂直；
S120：记录移动载具的初始位置，在测距仪(3)上装载计时器，操控移动载具以恒定速度V1前进，当测距仪(3)的测量路径首次被房屋(1)外部结构遮挡时计时器记录一次时间节点，当房屋(1)外部结构首次脱离测距仪(3)的测量路径后计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间差为t1；
S130：操控移动载具朝房屋(1)侧转弯90度并继续以恒定速度V1前进；当测距仪(3)的测量路径再次被房屋(1)外部结构遮挡时触发计时器，计时器记录一次时间节点，当房屋(1)外部结构再次脱离测距仪(3)的测量路径后，计时器再次记录一次时间节点，两次记录的时间节点的时间差为t2；
S140：通过V1、t1、t2计算a、b的数值，并得出移动运输装置的移动路径半径以及移动路径的圆心所在处。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述S120还包括：
S121：当房屋(1)外部结构首次脱离测距仪(3)的测量路径后，操控移动载具以恒定速度V1前进设定时间t3后再转弯。
4.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述S130还包括：
S131：在移动载具转弯后通过测角仪对移动载具的朝向进行校准，拨正移动载具使其转弯后的前进方向与转弯前的前进方向呈90度。
5.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述S140还包括：
S141：a=V1*t1；b= V1*t2。
6.一种移动运输装置，其运用于权利要求1-5中任一项所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述移动运输装置采用无人机(4)，测距仪(3)装载于无人机(4)上，预设无人机(4)的飞行高度在地面的障碍物以上。
7.根据权利要求6所述的一种移动运输装置，其特征在于：所述无人机(4)上装载风速传感器，风速传感器的感应面朝向水平方向，当风速传感器检测到水平方向的气流扰动时输出电信号至无人机(4)的驱动板以控制无人机(4)停止航行并向无人机(4)的遥控终端发出提示信号。
8.一种移动载具，其运用于权利要求2-5中任一项所述的一种基于无人机技术的房屋面积测量方法，其特征在于：所述移动载具采用遥控车(2)，测距仪(3)装载于遥控车(2)上。
9.根据权利要求8所述的一种移动载具，其特征在于：所述遥控车(2)上设置有导向环(21)，一细绳穿过导向环(21)且与水平面平行，所述细绳的一端与遥控车(2)航行起点处的地面固定，其另一端与遥控车(2)前进的延伸方向处固定。
10.根据权利要求8所述的一种移动载具，其特征在于：所述遥控车(2)的顶部可拆卸连接有云台(22)，所述移动载具对应的所述测距仪(3)安装于云台(22)上。
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