CN116659451A - 一种测量距离的方法及系统 - Google Patents

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张熙若
邱明月
于晓晴
乔磊
焦道伟
刘岩
赵紫鹏
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Abstract

本申请涉及一种测量距离的方法及系统，应用于测距系统，测距系统包括测距机构和辅助机构，其方法包括建立直角坐标系；获取测距机构在直角坐标系行的第一初始坐标和辅助机构在直角坐标系上的第二初始坐标；根据第一初始坐标和第二初始坐标计算测距机构和辅助机构的初始距离；调取初始图像和最终图像，初始图像为测距机构采集辅助机构的图像，所述最终图像为测距机构采集辅助机构移动后的图像；基于预设比例公式，根据初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构移动后与测距机构的最终距离；获取测距机构的转动夹角；基于预设三角函数公式，根据初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构的移动距离。本申请具有减小测量所需时间的效果。

Description

一种测量距离的方法及系统
技术领域
本申请涉及距离测量的领域，尤其是涉及一种测量距离的方法及系统。
背景技术
全站仪，即全站型电子测距仪(Electronic Total Station)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
目前，使用全站仪进行测量坐标时，需要人工搬运棱镜配合测量，同时需要工作人员手动计算两点距离，需要耗费大量的时间。
发明内容
为了减小测量所需时间，本申请提供一种测量距离的方法及系统。
本申请的目的一是提供一种测量距离的方法、本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种测量距离的方法，应用于测距系统，所述测距系统包括测距机构和辅助机构，其特征在于：包括；
建立直角坐标系；
获取所述测距机构在直角坐标系行的第一初始坐标和辅助机构在直角坐标系上的第二初始坐标；
根据所述第一初始坐标和第二初始坐标计算测距机构和辅助机构的初始距离；
调取初始图像和最终图像，所述初始图像为测距机构采集辅助机构的图像，所述最终图像为测距机构采集辅助机构移动后的图像；
基于预设比例公式，根据所述初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构移动后与测距机构的最终距离；
获取测距机构的转动夹角；
基于预设三角函数公式，根据所述初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构的移动距离。
通过采用上述技术方案，通过测距机构的第一初始坐标和辅助机构的第二初始坐标能够计算出测距机构和辅助机构的初始距离，基于预设比例公式，通过初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构移动后与测距机构的最终距离，最后，根据初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构的移动距离，并不需要人工计算两点距离，从而达到减小测量所需时间的效果。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括；
基于预设计算公式，根据所述移动距离、转动夹角和第二初始坐标确定移动坐标，所述移动坐标为辅助机构移动后的坐标。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述预设比例公式为；
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二初始坐标包括第二横坐标和第二竖坐标，所述移动坐标包括横极坐标和竖极坐标；
所述预设计算公式为；
本申请的目的二是提供一种测量距离的系统。
本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种测量距离的系统，用于执行上述一种测量距离的方法，包括测距机构和辅助机构；
所述测距机构包括底座、支撑组件、固定板、机身和追踪镜头，所述支撑组件固定安装在底座顶端，所述固定板安装在支撑组件背离底座的一端，所述固定板底端与支撑组件转动连接，所述机身安装在固定板的顶端，所述机身与固定板转动连接，所述追踪镜头固定安装在机身上；所述辅助机构包括上位机、显示器、支撑杆和识别球，所述上位机分别与显示器和追踪镜头连接，所述支撑杆一端与上位机固定连接，另一端与识别球固定连接。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述测距机构还包括水平仪，所述水平仪安装在机身顶端。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述固定板底端固定安装有耳板，所述支撑组件包括固定管、伸长杆、连接杆和锁紧螺栓，所述固定管与底座固定连接，所述伸长杆滑动安装在固定管内，所述锁紧螺栓穿过固定管外壁且与伸长杆抵接，所述连接杆固定安装在伸长杆远离底座的一端，所述连接杆与耳板转动连接。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述耳板上设置有锁紧钉，所述锁紧钉穿过耳板外壁且与连接杆抵接。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述固定板顶端标刻有刻度。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述上位机包括壳体和控制器，所述控制器位于壳体内部，所述控制器与显示器连接，所述控制器与追踪镜头无线连接。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
通过测距机构的第一初始坐标和辅助机构的第二初始坐标能够计算出测距机构和辅助机构的初始距离，基于预设比例公式，通过初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构移动后与测距机构的最终距离，最后，根据初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构的移动距离，并不需要人工计算两点距离，从而达到减小测量所需时间的效果。
附图说明
图1是本申请实施例测距机构的结构示意图。
图2是本申请实施例支撑组件的爆炸图。
图3是本申请实施例辅助机构的结构示意图。
图4是本申请实施例的系统图。
图5是本申请实施例的流程图。
附图标记说明：1、测距机构；11、底座；12、支撑组件；121、固定管；122、伸长杆；123、连接杆；124、锁紧螺栓；13、固定板；131、耳板；1311、锁紧钉；132、刻度；14、机身；15、追踪镜头；16、水平仪；2、辅助机构；21、上位机；211、壳体；212、控制器；22、显示器；23、支撑杆；24、识别球。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
快速准确的距离测量在工程上是必不可少，目前，在，在已知当前坐标点的情况下，通常采用GPS测量仪进行其余坐标点的测量，GPS测量仪采用GPS全球卫星定位系统，得出各个点的坐标，再通过数学方法计算出距离、面积等数据。然而，GPS测量仪仪器售价较高，小型工程使用时较为浪费，同时，GPS测量仪受信号、网速等因素影响，测量出来的点位可能存在偏差。还有使用全站仪进行测量坐标时，需要人工搬运棱镜配合测量，同时需要工作人员手动计算两点距离，需要耗费大量的时间。
为此本申请实施例提供一种测量距离的方法及系统，其能够减小测量所需时间。
参参照图1、图2和图3，一种测量距离的系统包括测距系统，测距系统包括测距机构1和辅助机构2。
其中，测距机构1包括底座11、支撑组件12、固定板13、机身14、追踪镜头15和水平仪16。底座11可以为正方体状，也可以为长方体状，底座11水平放置在地面上。支撑组件12可以伸长和缩短，支撑组件12设置有四个，四个支撑组件12分别位于底座11顶端的四个边缘处，四个支撑组件12呈由四周向中间靠拢的状态，支撑组件12的一端与底座11固定连接，另一端与固定板13底端转动连接。固定板13顶端刻有刻度132，固定板13底端固定安装有八个耳板131，两个耳板131对应一个支撑组件12。机身14位于固定板13的顶端，机身14与固定板13转动连接，转动轴竖直放置，转动方向为机身14自转，机身14转动完成后，根据固定板13上的刻度132，可以知道机身14的转动角度的度数。追踪镜头15固定安装在机身14的外壁上。水平仪16固定安装在机身14的顶端，用于测量机身14是否水平放置。
支撑组件12包括固定管121、伸长杆122、连接杆123和锁紧螺栓124。固定管121倾斜放置，固定管121的一端与底座11固定连接。伸长杆122滑动安装在固定管121内，伸长杆122能够从固定管121远离底座11的一端滑出。锁紧螺栓124穿过固定管121外壁且与伸长杆122抵接。连接杆123固定安装在伸长杆122远离底座11的一端，连接杆123与耳板131转动连接，转动轴为连接杆123本身，转动方向为连接杆123自转。耳板131上设置有锁紧钉1311，当伸长杆122伸长之后，锁紧钉1311穿过耳板131的外壁与连接杆123抵接。
参照图3和图4，辅助机构2包括上位机21、显示器22、支撑杆23和识别球24。上位机21包括壳体211和控制器212，壳体211为长方体状，控制器212位于壳体211内部，控制器212与追踪镜头15无线连接。显示器22固定安装在壳体211上，且显示器22为可触屏显示器22，显示器22与控制器212连接。支撑杆23位于壳体211顶端，支撑杆23一端与壳体211固定连接，另一端与识别球24固定连接。
参照图1、图3和图5，一种测量距离的方法，应用于上述控制器212。
步骤S100：建立直角坐标系。
具体的，以地面为平面，建立直角坐标系，测距机构1和辅助机构2位于直角坐标系的任意两点上。
步骤S200：获取测距机构1在直角坐标系行的第一初始坐标和辅助机构2在直角坐标系上的第二初始坐标。
具体的，直角坐标系建立完成后，在显示器22上输入测距机构1的第一初始坐标和辅助机构2的第二初始坐标，也就是追踪镜头15的第一初始坐标和识别球24的第二初始坐标，并将第一初始坐标和第二初始坐标发送至控制器212。
可以知道的是，第一初始坐标包括第一横坐标和第一竖坐标，第二初始坐标包括第二横坐标和第二竖坐标。
步骤S300：根据第一初始坐标和第二初始坐标计算测距机构1和辅助机构2的初始距离。
具体的，上述已知第一初始坐标的第一横坐标和第一竖坐标，第二初始坐标的第二横坐标和第二竖坐标，进而计算测距机构1和辅助机构2的初始距离，计算公式为：
步骤S400：调取初始图像和最终图像。
参具体的，初始图像为测距机构1采集辅助机构2的图像，最终图像为测距机构1采集辅助机构2移动后的图像。
需要知道的是，初始图像和最终图像均是由追踪镜头15采集并发送给控制器212，追踪镜头15在采集初始图像和最终图像时，均是使镜头对准识别球24，使识别球24位于图像的中心位置。
步骤S500：基于预设比例公式，根据初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构2移动后与测距机构1的最终距离。
具体的，将初始图像、最终图像和初始距离均带入预设比例公式中，能够确定辅助机构2移动后与测距机构1的最终距离，也就是识别球24与追踪镜头15的最终距离。
预设比例公式为：
这样将辅助机构2移动到该地面任意位置都可以知道识别球24与追踪镜头15的最终距离，在本申请实施例中，预设比例系数根据实际情况而设定。
步骤S600：获取测距机构1的转动夹角。
具体的，通过固定板13上的刻度132，能够知道机身14的转动角度，即追踪镜头15的转动夹角，工作人员将转动夹角通过显示屏输入到控制器212内。
步骤S700：基于预设三角函数公式，根据初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构2的移动距离。
具体的，将始距离、最终距离和转动夹角带入预设三角函数公式内，能够计算出辅助结构的移动距离。
预设三角函数公式为：
基于预设计算公式，根据移动距离、转动夹角和第二初始坐标确定移动坐标，移动坐标为辅助机构2移动后的坐标。移动坐标包括横极坐标和竖极坐标。
预设计算公式为：
如，已知追踪镜头15的第一横坐标为X1，第一竖坐标为Y1,识别球24的第二黄坐标为X2，第二竖坐标为Y2,因此可以计算出追踪镜头15和识别球24的初始距离D1；
已知识别球24移动后与追踪镜头15的最终距离为D2，同时知道D1和D2的夹角为a°，因此可以知道识别球24移动前后两点之间的移动距离D3；
同时可以计算出识别球24移动后的横极坐标X3和竖极坐标Y3；
当然，本申请实施例中仅公开一种实施方式以作参考，但不对所有步骤的顺序进行限定。
综上所述，通过测距机构1的第一初始坐标和辅助机构2的第二初始坐标能够计算出测距机构1和辅助机构2的初始距离，基于预设比例公式，通过初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构2移动后与测距机构1的最终距离，最后，根据初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构2的移动距离，并不需要人工计算两点距离，从而达到减小测量所需时间的效果。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种测量距离的方法，应用于测距系统，所述测距系统包括测距机构(1)和辅助机构(2)，其特征在于：包括；
建立直角坐标系；
获取所述测距机构(1)在直角坐标系行的第一初始坐标和辅助机构(2)在直角坐标系上的第二初始坐标；
根据所述第一初始坐标和第二初始坐标计算测距机构(1)和辅助机构(2)的初始距离；
调取初始图像和最终图像，所述初始图像为测距机构(1)采集辅助机构(2)的图像，所述最终图像为测距机构(1)采集辅助机构(2)移动后的图像；
基于预设比例公式，根据所述初始图像、最终图像和初始距离确定辅助机构(2)移动后与测距机构(1)的最终距离；
获取测距机构(1)的转动夹角；
基于预设三角函数公式，根据所述初始距离、最终距离和转动夹角确定辅助机构(2)的移动距离。
2.根据权利要求1所述的一种测量距离的方法，其特征在于：还包括；
基于预设计算公式，根据所述移动距离、转动夹角和第二初始坐标确定移动坐标，所述移动坐标为辅助机构(2)移动后的坐标。
3.根据权利要求1所述的一种测量距离的方法，其特征在于：所述预设比例公式为；
4.根据权利要求2所述的一种测量距离的方法，其特征在于：所述第二初始坐标包括第二横坐标和第二竖坐标，所述移动坐标包括横极坐标和竖极坐标；
所述预设计算公式为；
一种测量距离的系统，用于执行上述权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于：包括测距机构(1)和辅助机构(2)；
所述测距机构(1)包括底座(11)、支撑组件(12)、固定板(13)、机身(14)和追踪镜头(15)，所述支撑组件(12)固定安装在底座(11)顶端，所述固定板(13)安装在支撑组件(12)背离底座(11)的一端，所述固定板(13)底端与支撑组件(12)转动连接，所述机身(14)安装在固定板(13)的顶端，所述机身(14)与固定板(13)转动连接，所述追踪镜头(15)固定安装在机身(14)上；所述辅助机构(2)包括上位机(21)、显示器(22)、支撑杆(23)和识别球(24)，所述上位机(21)分别与显示器(22)和追踪镜头(15)连接，所述支撑杆(23)一端与上位机(21)固定连接，另一端与识别球(24)固定连接。
5.根据权利要求5所述的一种测量距离的系统，其特征在于：所述测距机构(1)还包括水平仪(16)，所述水平仪(16)安装在机身(14)顶端。
6.根据权利要求5所述的一种测量距离的系统，其特征在于：所述固定板(13)底端固定安装有耳板(131)，所述支撑组件(12)包括固定管(121)、伸长杆(122)、连接杆(123)和锁紧螺栓(124)，所述固定管(121)与底座(11)固定连接，所述伸长杆(122)滑动安装在固定管(121)内，所述锁紧螺栓(124)穿过固定管(121)外壁且与伸长杆(122)抵接，所述连接杆(123)固定安装在伸长杆(122)远离底座(11)的一端，所述连接杆(123)与耳板(131)转动连接。
7.根据权利要求7所述的一种测量距离的系统，其特征在于：所述耳板(131)上设置有锁紧钉(1311)，所述锁紧钉(1311)穿过耳板(131)外壁且与连接杆(123)抵接。
8.根据权利要求5所述的一种测量距离的系统，其特征在于：所述固定板(13)顶端标刻有刻度(132)。
9.根据权利要求5所述的一种测量距离的系统，其特征在于：所述上位机(21)包括壳体(211)和控制器(212)，所述控制器(212)位于壳体(211)内部，所述控制器(212)与显示器(22)连接，所述控制器(212)与追踪镜头(15)无线连接。
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