CN111412904A - 一种建筑物尺寸测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑检测技术领域,其目的在于提供一种建筑物尺寸测量系统及测量方法。本发明公开了一种建筑物尺寸测量系统,包括标靶和视觉检测装置,标靶设置在建筑物的待检测点上,标靶为多面体结构,视觉检测装置设置在基准点上。本发明还公开了一种建筑物尺寸测量方法,包括:使标靶与建筑物的待检测点对应,在标靶上预设多个特征点,得到标靶的各特征点之间的距离;使视觉检测装置与基准点对应;视觉检测装置测量标靶的各特征点的方位信息;得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿。本发明的建筑物尺寸测量系统具有测量效率高,可同时实现建筑物某待测点的位置和姿态的测量;建筑物尺寸测量方法可提升对建筑物的测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑检测技术领域,特别是涉及一种建筑物尺寸测量系统及测量方法。
背景技术
建筑工程中,为确保建筑质量与尺寸精度,需要定期定节点对建筑物的各种几何尺寸进行测量。根据测量结果,决定已经完成的工作是否合格,并对后一阶段的工程进行对应的调整。其测量的效率直接影响项目的工期,测量的精度决定了工程的质量。
现有技术中,一般使用经纬仪实现测量,测量时,利用固定的基准点对建筑物结构的其他关键尺寸进行测量。然而,由于建筑工程现场环节复杂,建筑物结构尺寸众多,难以依靠单一基准点完成测量工作,实际操作过程中,往往需要进行多次基准变换,造成测量效率低下,与此同时,由于每一次基准变换都会导致显著的误差累计,从而导致最终的测量精度降低,不利于准确掌握建筑物的真实数据。因此,有必要研究一种测量效率高的建筑物尺寸测量系统及测量方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题,本发明提供了一种建筑物尺寸测量系统及测量方法。
本发明采用的技术方案是:
一种建筑物尺寸测量系统,包括标靶和与标靶对应设置的视觉检测装置,所述标靶设置在建筑物的待检测点上,所述标靶为多面体结构,所述视觉检测装置设置在远离建筑物的任一基准点上。
优选地,所述标靶可移动地设置在建筑物上。
优选地,所述视觉检测装置设置有多个,多个所述视觉检测装置分散设置,多个所述视觉检测装置分别设置在远离建筑物的多个基准点上。
优选地,所述视觉检测装置包括激光雷达或超声波雷达。
一种根据上述的建筑物尺寸测量系统的测量方法,包括以下步骤:
使标靶与建筑物的待检测点对应,在标靶上预设多个特征点,得到标靶的各特征点之间的距离;
使视觉检测装置与远离建筑物的任一基准点对应;
视觉检测装置测量标靶的各特征点的方位信息;
根据标靶的各特征点之间的距离和标靶的各特征点的方位信息,得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿。
优选地,所述得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
移动标靶,使标靶与建筑物的另一待检测点对应;
视觉检测装置再次测量标靶的各特征点的方位信息;
根据标靶的各特征点之间的距离和再次测量到的标靶的各特征点的方位信息,得到标靶相对于视觉检测装置的第二位姿;
得到标靶相对于视觉检测装置的第二位姿;
根据视觉检测装置相对于标靶的第一位姿和视觉检测装置相对于标靶的第二位姿,得到标靶相对于视觉检测装置的平均位姿。
优选地,所述使标靶与建筑物的待检测点对应的步骤中,还包括以下步骤:
调整标靶的位置,使标靶的底面与水平面平行。
进一步优选地,所述根据标靶的各特征点之间的距离和标靶的各特征点的方位信息,得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿的步骤包括:
根据标靶的各特征点之间的距离和标靶的各特征点的方位信息,计算各特征点的坐标;
根据各特征点的坐标,得到标靶的体心的坐标;
根据标靶的体心的坐标,得到标靶绕指定轴的旋转角度;
根据标靶的体心的坐标和标靶绕指定轴的旋转角度,得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿。
优选地,所述视觉检测装置设置有多个,多个所述视觉检测装置分散设置,多个所述视觉检测装置分别设置在远离建筑物的多个基准点上;所述得到标靶相对于视觉检测装置的第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
得到各视觉检测装置之间的位置信息;
其他视觉检测装置测量标靶的各特征点的方位信息;
根据各视觉检测装置之间的位置信息和标靶的各特征点的方位信息,得到标靶相对于其他视觉检测装置的第一位姿;
得到标靶相对于其他视觉检测装置的第一位姿;
根据标靶相对于视觉检测装置的第一位姿、标靶相对于其他视觉检测装置的第一位姿和各视觉检测装置之间的位置信息,得到标靶相对于所有视觉检测装置的平均第一位姿。
进一步优选地,所述得到标靶相对于所有视觉检测装置的平均第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
采用最小二乘法对标靶相对于所有视觉检测装置的平均第一位姿进行误差修正。
本发明的有益效果为:
1)建筑物尺寸测量系统具有测量效率高,可同时实现建筑物某待测点的位置和姿态的测量。具体来说,由于标靶设置为多面体结构,便于在标靶上预设多个特征点,从而可在仅设置一个标靶的情况下,即可实现对建筑物的待测点的位置和姿态的测量;与此同时,由于仅需使视觉检测装置检测一个标靶,实现了单点检测,使得检测速度有效提升。另外,将标靶设置在建筑物的待检测点处,使得本实施例在安装过程中方便快捷;
2)建筑物尺寸测量方法可提升对建筑物的测量效率。具体来说,在测量过程中,只需在将视觉检测装置设置在远离建筑物的基准点上,然后将标靶设置在建筑物的待检测点处,然后通过视觉检测装置测量标靶的各特征点的方位信息,即可得出建筑物的待检测点相对于视觉检测装置的位姿,测量过程方便快捷,有效提升了对建筑物的测量效率。
附图说明
图1是本发明中一种建筑物尺寸测量系统在实施过程中的测量示意图;
图2是图1中视觉检测装置和标靶的俯视图;
图3是图1中视觉检测装置和标靶的后视图;
图4是本发明中一种建筑物尺寸测量系统中存在视觉检测装置被障碍物遮挡时的测量示意图;
图5是本发明中一种建筑物尺寸测量系统的测量原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。
实施例1:
本实施例提供一种建筑物尺寸测量系统,用于测量建筑物3尺寸数据,如图1至3所示,包括标靶2和与标靶2对应设置的视觉检测装置1,标靶2设置在建筑物3的待检测点上,标靶2为多面体结构,和/或标靶2各方向的形状不同、标靶2各方向的尺寸不同、标靶2各方向有易于确定的显著标记,视觉检测装置1设置在远离建筑物3的任一基准点上,图中的视觉检测装置1-1、视觉检测装置1-2为设置在不同位置的视觉检测装置1。需要说明的是,在安装过程中,可以但不仅限于使标靶2的重心与建筑物3的待检测点对应,可以但不仅限于使视觉检测装置1的信号发射点与远离建筑物33的任一基准点对应。
本实施例中的建筑物尺寸测量系统具有测量效率高、可同时实现建筑物3某待测点的位置和姿态的测量。具体来说,由于标靶2设置为多面体结构,便于在标靶2上预设多个特征点,从而可在仅设置一个标靶2的情况下,即可实现对建筑物3的待测点的位置和姿态的测量;与此同时,由于仅需使视觉检测装置1检测一个标靶2,实现了单点检测,使得检测速度有效提升。另外,将标靶2设置在建筑物3的待检测点处,使得本实施例在安装过程中方便快捷。
本实施例中,标靶2的底面与水平面平行。需要说明的是,如此设置,可便于计算标靶2相对于视觉检测装置1的位姿。
进一步地,标靶2可移动地设置在建筑物3上。需要说明的是,标靶2可移动地设置在建筑物3上,可通过对比分析视觉检测装置1检测的标靶2在不同待检测点测量的结果,从而显著提高检测精度;另外,使标靶2位于不同的待检测点,其中两个待检测点可构成一测量线,三个待检测点可构成一测量面,四个及以上非共面待检测点可构成一测量多面体,从而可实现对建筑物3某一测量线、某一测量面或测量多面体的检测,使得本实施例对建筑物3的检测范围更广。
进一步地,视觉检测装置1设置有多个,多个视觉检测装置1分散设置,多个视觉检测装置1分别设置在远离建筑物3的多个基准点上。
需要说明的是,对于复杂的地形、环境,可以标定多个基准点,并一次性在多个基准点匹配布置多个视觉检测装置1,从而可在检测过程中大幅提升视觉检测装置1的视野可达范围,如图4所示,当任一视觉检测装置1-1、视觉检测装置1-2被障碍物4遮挡时,还有其他视觉检测装置1-3可保证标靶2位于检测范围内,由此避免测量死角,使本实施例受环境的影响较小。另外,设置多个视觉检测装置1,同时使多个视觉检测装置1组网,如此可通过彼此对比多个视觉检测装置1测量的结果,从而显著提高检测精度。
本实施例中,视觉检测装置1包括激光雷达或超声波雷达。需要说明的是,激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达,超声波雷达是一种运用超声波定位的雷达,其在使用过程中,可向标靶2上预设的特征点发射探测信号激光束或超声波,然后将接收到的从标靶2上预设特征点反射回来的信号目标回波与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得标靶2上预设特征点的方位信息。
进一步地,视觉检测装置1还包括支架,激光雷达或超声波雷达固定设置在支架上;在实施过程中,可先将支架放置在建筑物3的待检测点附近,然后将激光雷达或超声波雷达固定设置在支架上,并使得激光雷达或超声波雷达的位置与建筑物3的基准点对应设置。
视觉检测装置1的水平扫描角度为360°;视觉检测装置1的竖直扫描角度为180°,如此设置,使得视觉检测装置1的检测范围广,便于测量不同位置的标靶2。
实施例2:
本实施例提供一种基于实施例1中建筑物尺寸测量系统的测量方法,包括以下步骤:
S1.使标靶2与建筑物3的待检测点对应,即将标靶2设置在建筑物3的待检测点,在标靶2上预设多个特征点,得到标靶2的各特征点之间的距离;
具体地,如图5所示,当标靶2设置为正方体时,调整标靶2的位置,使标靶2的底面与水平面平行;在标靶2上预设多个特征点,本实施例中,设置标靶2的多个顶点为特征点(A点、B点、C点、D点、E点、F点),得到标靶2的相邻特征点之间的距离k;
S2.使视觉检测装置1与远离建筑物3的任一基准点对应,即将视觉检测装置1设置在远离建筑物3的任一基准点上;
S3.视觉检测装置1测量标靶2的各特征点的方位信息;
具体地,如图5所示,以视觉检测装置1所在的待检测点为原点O,建立直角坐标系O-XYZ;各特征点的方位信息为各特征点相对于OXY面的角度、各特征点相对于OXZ面的角度和各特征点相对于OYZ面的角度,如A点与OXY面的夹角γA、B点与OXY面的夹角γB、A点和B点与OXZ面的夹角α、A点和B点与OYZ面的夹角β,等;其中,A点和B点构成的AB线段在OXY面的投影为H点,H点和O点的连线OH为A点和B点与Z轴的距离;
具体地,根据标靶2的各特征点之间的距离和标靶2的各特征点的方位信息,得到标靶2相对于视觉检测装置1的第一位姿的步骤包括:
S401.根据标靶2的各特征点之间的距离和标靶2的各特征点的方位信息,计算各特征点的坐标;
具体地,由A点和B点的距离k、A点的方位信息和B点的方位信息可知:
HA=HB+k
由此可得:
S402.根据各特征点的坐标,得到标靶2的体心的坐标;
具体地,因为AD是正方体的体对角线,设标靶2的体心为M点,M点的坐标为AD的中点,则标靶2的体心的坐标,即M点的坐标为M(Mx,My,Mz),其中:
S403.根据标靶2的体心的坐标M(Mx,My,Mz),得到标靶2绕指定轴的旋转角度;
具体地,本实施例中,指定轴为Z轴,设标靶2绕Z轴的旋转角度为θ,设E点指向A点为Y轴正向,E点指向C点为X轴正向,则在水平面上C与D点的坐标值相同,因此用D来代替C,理论上与X轴正向夹角为135°,则当前与X轴正向夹角θ′为:
若以右手螺旋法则作为标靶2绕Z轴旋转的正向,则标靶2绕Z轴的旋转角度θ为:
S404.根据标靶2的体心的坐标和标靶2绕指定轴的旋转角度,得到标靶2相对于视觉检测装置1的第一位姿。
具体地,本实施例采用齐次变换矩阵描述位姿,根据标靶2的体心的坐标M(Mx,My,Mz)和标靶2绕指定轴的旋转角度θ可知,标靶2相对于视觉检测装置1的第一位姿为:
在测量过程中,只需在将视觉检测装置1设置在远离建筑物3的基准点上,然后将标靶2设置在建筑物3的待检测点处,然后通过视觉检测装置1测量标靶2的各特征点的方位信息,即可得出建筑物3的待检测点相对于视觉检测装置1的位姿,测量过程方便快捷,有效提升了对建筑物3的测量效率。
实施例3:
在实施例2的基础上,一种建筑物尺寸测量方法还包括以下步骤:
S5.移动标靶2,使标靶2与建筑物3的另一待检测点对应,即将标靶2设置在建筑物3的待检测点上;
设实施例2中,标靶2设置在建筑物3的待检测点O1上,此时以待测点O1为原点建立了直角坐标系O1-XYZ,本实施例中,标靶2先后设置在建筑物3的待检测点O2与待检测点O3上,并分别以待检测点O2与待检测点O3为原点,建立直角坐标系O2-XYZ和O3-XYZ,此时以待检测点O1所在的坐标系O1-XYZ作为参考坐标系,则待检测点O2所在的坐标系O2-XYZ与待检测点O3所在的坐标系O3-XYZ相对于参考坐标系的齐次变换矩阵分别为:
其中,δ12为坐标系O2-XYZ相对于参考坐标系绕Z轴的旋转角度,δ13为坐标系O3-XYZ相对于参考坐标系绕Z轴的旋转角度,x12为坐标系O2-XYZ相对于参考坐标系的X轴坐标值,x13为坐标系O3-XYZ与O3坐标系相对于参考坐标系的X轴坐标值,y12、y13、z12和z13的定义以此类推。
S6.视觉检测装置1再次测量标靶2的各特征点的方位信息;
S7.根据标靶2的各特征点之间的距离和再次测量到的标靶2的各特征点的方位信息,得到标靶2相对于视觉检测装置1的第二位姿;
具体地,根据实施例2可知,在基准坐标系中,标靶2相对于视觉检测装置1的第一位姿为:
同理可知,在坐标系O2-XYZ和坐标系O3-XYZ中,标靶2相对于视觉检测装置1的第二位姿分别为:
S8.得到标靶2相对于视觉检测装置1的第二位姿,此即为建筑物3的另一待检测点相对于视觉检测装置1所在的基准点的位姿;
具体地,根据实施例2可知,在基准坐标系中标靶2的体心M1的坐标,在坐标系O2-XYZ中标靶2的体心M2,在坐标系O3-XYZ中标靶2的体心M3,将体心M2与体心M3齐次变换矩阵转换至基准坐标系中:
同理,绕Z轴的旋转角度也取三个点的平均值θ0:
综上,由M1、M2和M3为顶点构成的三角形的重心M相对于基准坐标系的位姿,即标靶2相对于视觉检测装置1的平均位姿为:
其中:
需要说明的是,本实施例中,标靶2可移动地设置在建筑物3上,如此设置,便于视觉检测装置1测量建筑物3不同待测点的位姿信息,然后通过对比得到标靶2相对于视觉检测装置1的平均位姿,便于避免单次测量可能造成的测量误差,提升检测精度。
实施例4:
在实施例3的基础上,为进一步减小测量误差,本实施例作出以下改进:
SA1.得到各视觉检测装置1之间的位置信息;
SA2.其他视觉检测装置1测量标靶2的各特征点的方位信息;
SA3.根据各视觉检测装置1之间的位置信息和标靶2的各特征点的方位信息,得到标靶2相对于其他视觉检测装置1的第一位姿;
SA4.得到标靶2相对于其他视觉检测装置1的第一位姿;
SA5.根据标靶2相对于视觉检测装置1的第一位姿、标靶2相对于其他视觉检测装置1的第一位姿和各视觉检测装置1之间的位置信息,得到标靶2相对于所有视觉检测装置1的平均第一位姿。
SA6.采用最小二乘法对标靶2相对于所有视觉检测装置1的平均第一位姿进行误差修正。需要说明的是,如此设置,可进一步减小测量误差。
需要说明的是,在视觉检测装置1的数量为两个时,标靶2相对于所有视觉检测装置1的平均第一位姿为标靶2相对于两个视觉检测装置1的中点的位姿;在视觉检测装置1的数量为三个时,标靶2相对于所有视觉检测装置1的平均第一位姿为标靶2相对于三个视觉检测装置1的重心的位姿;在视觉检测装置1的数量为四个及以上时,标靶2相对于所有视觉检测装置1的平均第一位姿为标靶2相对于多个视觉检测装置1的体心的位姿。
本发明不局限于上述可选的实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制,本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准,并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种建筑物尺寸测量系统,其特征在于:包括标靶(2)和与标靶(2)对应设置的视觉检测装置(1),所述标靶(2)设置在建筑物(3)的待检测点上,所述标靶(2)为多面体结构,所述视觉检测装置(1)设置在远离建筑物(3)的任一基准点上。
2.根据权利要求1所述的一种建筑物尺寸测量系统,其特征在于:所述标靶(2)可移动地设置在建筑物(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种建筑物尺寸测量系统,其特征在于:所述视觉检测装置(1)设置有多个,多个所述视觉检测装置(1)分散设置,多个所述视觉检测装置(1)分别设置在远离建筑物(3)的多个基准点上。
4.根据权利要求2所述的一种建筑物尺寸测量系统,其特征在于:所述视觉检测装置(1)包括激光雷达或超声波雷达。
5.一种建筑物尺寸测量方法,其是基于权利要求2-4任一项所述的一种建筑物尺寸测量系统作出的,其特征在于:包括以下步骤:
使标靶(2)与建筑物(3)的待检测点对应,在标靶(2)上预设多个特征点,得到标靶(2)的各特征点之间的距离;
使视觉检测装置(1)与远离建筑物(3)的任一基准点对应;
视觉检测装置(1)测量标靶(2)的各特征点的方位信息;
根据标靶(2)的各特征点之间的距离和标靶(2)的各特征点的方位信息,得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿。
6.根据权利要求5所述的一种建筑物尺寸测量方法,其特征在于:所述得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
移动标靶(2),使标靶(2)与建筑物(3)的另一待检测点对应;
视觉检测装置(1)再次测量标靶(2)的各特征点的方位信息;
根据标靶(2)的各特征点之间的距离和再次测量到的标靶(2)的各特征点的方位信息,得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第二位姿;
得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第二位姿;
根据视觉检测装置(1)相对于标靶(2)的第一位姿和视觉检测装置(1)相对于标靶(2)的第二位姿,得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的平均位姿。
7.根据权利要求5所述的一种建筑物尺寸测量方法,其特征在于:所述使标靶(2)与建筑物(3)的待检测点对应的步骤中,还包括以下步骤:
调整标靶(2)的位置,使标靶(2)的底面与水平面平行。
8.根据权利要求7所述的一种建筑物尺寸测量方法,其特征在于:所述根据标靶(2)的各特征点之间的距离和标靶(2)的各特征点的方位信息,得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿的步骤包括:
根据标靶(2)的各特征点之间的距离和标靶(2)的各特征点的方位信息,计算各特征点的坐标;
根据各特征点的坐标,得到标靶(2)的体心的坐标;
根据标靶(2)的体心的坐标,得到标靶(2)绕指定轴的旋转角度;
根据标靶(2)的体心的坐标和标靶(2)绕指定轴的旋转角度,得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿。
9.根据权利要求5或6所述的一种建筑物尺寸测量方法,其特征在于:所述视觉检测装置(1)设置有多个,多个所述视觉检测装置(1)分散设置,多个所述视觉检测装置(1)分别设置在远离建筑物(3)的多个基准点上;所述得到标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
得到各视觉检测装置(1)之间的位置信息;
其他视觉检测装置(1)测量标靶(2)的各特征点的方位信息;
根据各视觉检测装置(1)之间的位置信息和标靶(2)的各特征点的方位信息,得到标靶(2)相对于其他视觉检测装置(1)的第一位姿;
得到标靶(2)相对于其他视觉检测装置(1)的第一位姿;
根据标靶(2)相对于视觉检测装置(1)的第一位姿、标靶(2)相对于其他视觉检测装置(1)的第一位姿和各视觉检测装置(1)之间的位置信息,得到标靶(2)相对于所有视觉检测装置(1)的平均第一位姿。
10.根据权利要求9所述的一种建筑物尺寸测量方法,其特征在于:所述得到标靶(2)相对于所有视觉检测装置(1)的平均第一位姿的步骤后,还包括以下步骤:
采用最小二乘法对标靶(2)相对于所有视觉检测装置(1)的平均第一位姿进行误差修正。
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