CN111156922A - 一种利用外形轮廓测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用外形轮廓测量的方法提出采用GPS/BDS等GNSS信号接收终端测量出待求物的外形轮廓的点轨迹，或用视觉摄像头/手机摄像功能测量出轮廓形状，测量获得这些特征数据以后，若把这些特征点数据通过网络或通信系统传输到计算平台，通过已建立的数学建模，进行优化运算，就能得到比较精确的不规则形状的面积值或复杂轮廓的体积值。

Description

一种利用外形轮廓测量的方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种利用外形轮廓测量的方法。
背景技术
随着科学技术的发展与进步，精准测量技术迅猛发展，得到较广泛的应用，但以往大多数应用往往囿于在较小的特定的场景空间里实施，如何能突破应用空间范围的限制，把精准测量从局部空间扩大到较大空间的工作场景中去，甚至扩大到广域空间中去，这是测量领域应用发展的需求，随着卫星导航系统建设的成功和不断完善，现在全球上空已发射布设了140多颗导航卫星，实现了广域覆盖，且这些卫星的轨道分布合理，轨道轨迹的位置精度又很高，加上所广播的伪距测量信号设计合理、测量精度高，从而为开展广域测量应用奠定了良好的基础。
利用这些卫星导航星座开展高精度的广域精准测量技术的拓展应用研究，主要集中在原理、算法、软件方面寻求突破，通过原理创新研制出新仪器，采用多元融合提高测量效率，推出新的智能测量系统，解决测量领域多年来存在的痛点难点，解决测不准和测不了的难题。如：不规则形状面积的快速精准测量、复杂轮廓形状体积的快速精准测量，特别是瞄准解决中等尺度，甚至广域范围里的多类精准测量问题，使高精度测量技术扩展应用到更多更广泛的应用范围，且测量精度高、测量的可靠性及实时性好，从而能保障建设项目的质量与安全性，能更好地满足国家与地方的战略建设需求，填补国内外市场上的空白，造福国家和人们的需求，意义深远。
发明内容
本发明的目的在于发明一种能够克服上述技术问题的一种利用外形轮廓测量的方法，所述利用外形轮廓测量的方法包括以下步骤：
步骤1，测量时，携带全球导航卫星系统终端，沿着待测量体底面形状四周行走一圈，获得待测量体底面的外围轮廓尺寸的轨迹图；
步骤2，对获得的待测量体底面的外围轮廓尺寸的轨迹图形进行剖分；
步骤3，对待测量体底面四周的外围轮廓尺寸的轨迹图形剖分的部分进行计算，获得待测量体的底面积；
步骤4，采用摄像设备沿待测量体四周拍摄待测量体各个方向外轮廓的形状曲线；
步骤5，对待测量体体积进行剖分；
步骤6，运用同步定位与建图SLAM(Simultaneous localization and mapping，)算法，用来获得待测量体轮廓上特征点以及目标点的坐标值；
步骤7，对待测量体体积剖分的部分进行计算，获得待测量体体积；
步骤8，利用待测体的体积与待测体的比重计算出待测体质量。
进一步的，步骤1在测量时使用星基增强或地基增强提高精测量准度。
进一步的，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1，在待测量体底面的外围轮廓中，选择一个或多个目标点；
步骤2.2，将在步骤2.1中选择的目标点与待测量体底面的外围轮廓上的点连接，形成若干个三角形。
进一步的，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1，在局部坐标系里，通过全球导航卫星系统终端在星基增强或地基增强下获得每个三角形的3个顶点的坐标P1(x1,y1)，P2(x2,y2)，P3(x3,y3)；
步骤3.2，通过三角形面积计算公式，如式(1)：
Figure BDA0002331606260000021
计算出每一个三角形的面积值Si；
步骤3.3，计算待测量体底面积S，如式(2)：
Figure BDA0002331606260000022
式(2)中，n为剖分的三角形的总数。
进一步的，步骤5包括以下步骤：
步骤5.1，在待测量体中，选择一个或多个目标点；
步骤5.2，将步骤5.1中选择的目标点与待测量体的外围轮廓上的点连接，将待测量体剖分成若干个三棱柱或三棱锥。
进一步的，步骤7包括以下步骤：
步骤7.1，在局部坐标系里，当剖分成三棱柱时，通过步骤6中的SLAM算法获得每个三棱柱的6个顶点的坐标，当剖分成三棱锥时，通过步骤6中的SLAM算法和精准测量终端的干涉处理算法获得每个三棱锥4个顶点的坐标；
步骤7.2，通过三棱柱体积计算公式或锥体体积计算公式计算出每一个三棱柱的体积或四棱锥的体积Vj；
步骤7.3计算待测量体体积V，如式(2)：
Figure BDA0002331606260000031
式(2)中，m为剖分的三棱柱或三棱锥的总数。
进一步的，步骤3.1中当三角形的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三角形的3个顶点坐标。
进一步的，步骤7.1中当三棱柱或三棱锥的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三角体的6个顶点坐标或者锥体的4个顶点坐标。
进一步的，基于所述步骤3得到的底面积，对底面内所种植物株距进行采样，分析计算种植物数量。
相对于现有技术，本发明所述安装支架具有以下显著的优越效果：
1.本发明所述利用外形轮廓测量的方法提出采用GPS/BDS等GNSS信号接收终端测量出待求物的外形轮廓的点轨迹，或用视觉摄像头/手机摄像功能测量出轮廓形状，测量获得这些特征数据以后，若把这些特征点数据通过网络或通信系统传输到计算平台，通过已建立的数学建模，进行优化运算，就能得到比较精确的不规则形状的面积值或复杂轮廓的体积值。
附图说明
图1为本发明所述方法不规则形状面积剖分示意图A。
图2为本发明所述方法不规则形状面积剖分示意图B。
图3为本发明所述方法不规则形状面积剖分示意图C。
图4为本发明所述方法复杂轮廓形状体积物剖分示意图。
图5为本发明所述方法三棱锥体小单元示意图。
图6为本发明所述方法三棱柱小单元示意图。
附图标记说明：1-目标点；2-外围轮廓；3-三角形；5-三棱锥；6-三棱柱。
具体实施方式
实施例1：
如图1-6所示，所述利用外形轮廓测量的方法包括以下步骤：
步骤1，测量时，携带全球导航卫星系统终端，沿着待测量体底面形状四周行走一圈，获得待测量体底面的外围轮廓2尺寸的轨迹图；
步骤2，对获得的待测量体底面的外围轮廓2尺寸的轨迹图形进行剖分；
步骤2.1，在待测量体底面的外围轮廓2中，选择一个或多个目标点1；
步骤2.2，将在步骤2.1中选择的目标点与待测量体底面的外围轮廓上的点连接，形成若干个三角形。
步骤3，对待测量体底面四周的外围轮廓2尺寸的轨迹图形剖分的部分进行计算，获得待测量体的底面积；
步骤3.1，在局部坐标系里，通过全球导航卫星系统终端在星基增强或地基增强下获得每个三角形3的3个顶点的坐标P1(x1,y1)，P2(x2,y2)，P3(x3,y3)；
步骤3.2，通过三角形面积计算公式，如式(1)：
Figure BDA0002331606260000041
计算出每一个三角形3的面积值Si；
步骤3.3，计算待测量体底面积S，如式(2)：
Figure BDA0002331606260000042
式(2)中，n为剖分的三角形3的总数。
步骤4，采用摄像设备沿待测量体四周拍摄待测量体各个方向外轮廓的形状曲线；
步骤5，对待测量体体积进行剖分；
步骤5.1，结合待测量体底面的外围轮廓2，在待测量体中，选择一个或多个目标点1；
步骤5.2，将步骤5.1中选择的目标点1与待测量体的外围轮廓2上的点连接，将待测量体剖分成若干个三棱柱6或三棱锥5。
步骤6，运用同步定位与建图SLAM(Simultaneous localization and mapping，)算法，用来获得待测量体外围轮廓2及目标点1的坐标值，其中SLAM算法为机器人在未知环境运动时的定位与地图构建问题的算法；
步骤7，对待测量体体积剖分的部分进行计算，获得待测量体体积；
步骤7.1，在局部坐标系里，当剖分成三棱柱6时，通过步骤6中的SLAM算法获得每个三棱柱6的6个顶点的坐标，当剖分成三棱锥5时，通过步骤6中的SLAM算法和精准测量终端的干涉处理算法获得每个三棱锥5的4个顶点的坐标；
步骤7.2，通过三棱柱体积计算公式或锥体体积计算公式计算出每一个三棱柱6的体积或三棱锥5的体积Vj；
步骤7.3计算待测量体体积V，如式(2)：
Figure BDA0002331606260000051
式(2)中，m为剖分的三棱柱6或三棱柱5的总数。
步骤8，利用待测体的体积与待测体的比重计算出待测体质量。
进一步的，步骤1在测量时使用星基增强或地基增强提高精测量准度。
进一步的，步骤3.1中当三角形3的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三角形的3个顶点坐标。
进一步的，步骤7.1中当三棱柱6或者三棱柱5的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三棱柱6的6个顶点坐标或者三棱柱5的4个顶点坐标。
进一步的，基于步骤3得到的底面积，对底面内所种植物株距进行采样，分析计算种植物数量。
在上述实施例中，能够将待测量体剖分成任意几何体并通过插值的方法获得几何体的各个顶点的坐标。
在上述实施例中，步骤5中通过干涉处理算法获得待测量体轮廓2上特征点的坐标值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，测量时，携带全球导航卫星系统终端，沿着待测量体底面形状四周行走一圈，获得待测量体底面的外围轮廓尺寸的轨迹图；
步骤2，对获得的待测量体底面的外围轮廓尺寸的轨迹图形进行剖分；
步骤3，对待测量体底面四周的外围轮廓尺寸的轨迹图形剖分的部分进行计算，获得待测量体的底面积；
步骤4，采用摄像设备沿待测量体四周拍摄待测量体各个方向外轮廓的形状曲线；
步骤5，对待测量体体积进行剖分；
步骤6，运用同步定位与建图SLAM(Simultaneous localization and mapping，)算法，用来获得待测量体轮廓上特征点以及目标点的坐标值；
步骤7，对待测量体体积剖分的部分进行计算，获得待测量体体积；
步骤8，利用待测体的体积与待测体的比重计算出待测体质量。
2.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤1在测量时使用星基增强或地基增强提高精测量准度。
3.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1，在待测量体底面的外围轮廓中，选择一个或多个目标点；
步骤2.2，将在步骤2.1中选择的目标点与待测量体底面的外围轮廓上的点连接，形成若干个三角形。
4.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1，在局部坐标系里，通过全球导航卫星系统终端在星基增强或地基增强下获得每个三角形的3个顶点的坐标P1(x1,y1)，P2(x2,y2)，P3(x3,y3)；
步骤3.2，通过三角形面积计算公式，如式(1)：
Figure FDA0002331606250000011
计算出每一个三角形的面积值Si；
步骤3.3，计算待测量体底面积S，如式(2)：
Figure FDA0002331606250000021
式(2)中，n为剖分的三角形的总数。
5.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤5包括以下步骤：
步骤5.1，在待测量体中，选择一个或多个目标点；
步骤5.2，将步骤5.1中选择的目标点与待测量体的外围轮廓上的点连接，将待测量体剖分成若干个三棱柱或三棱锥。
6.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤7包括以下步骤：
步骤7.1，在局部坐标系里，当剖分成三棱柱时，通过步骤6中的SLAM算法获得每个三棱柱的6个顶点的坐标，当剖分成三棱锥时，通过步骤6中的SLAM算法和精准测量终端的干涉处理算法获得每个三棱锥4个顶点的坐标；
步骤7.2，通过三棱柱体积计算公式或锥体体积计算公式计算出每一个三棱柱的体积或四棱锥的体积Vj；
步骤7.3计算待测量体体积V，如式(2)：
Figure FDA0002331606250000022
式(2)中，m为剖分的三棱柱或三棱锥的总数。
7.根据权利要求4中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤3.1中当三角形的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三角形的3个顶点坐标。
8.根据权利要求6中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，步骤7.1中当三棱柱或三棱锥的顶点坐标值不是测量点时，能够通过插值的方法获得三角体的6个顶点坐标或者锥体的4个顶点坐标。
9.根据权利要求1中所述的利用外形轮廓测量的方法，其特征在于，基于所述步骤3得到的底面积，对底面内所种植物株距进行采样，分析计算种植物数量。
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