CN116753899A - 一种平面结构的空间姿态检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面结构的空间姿态检测方法、装置、电子设备及存储介质。该方法由空间姿态检测设备执行，所述空间姿态检测设备包括测量器件；所述测量器件用于采集测量数据；该方法包括：通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。本技术方案解决了现有空间姿态检测方式成本高、测量复杂等问题，可以在实现空间姿态简便测量的同时，降低检测成本，提高平面结构空间姿态检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及空间结构定位技术领域，尤其涉及一种平面结构的空间姿态检测方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
目前，结构的空间姿态检测在建筑、工业自动化等领域应用广泛，主要用于实现对重点结构姿态的检测，结合其他硬件设备实现结构的空间定位。
对于空间姿态检测，现有技术通常采用雷达或全站仪等设备实现结构的空间姿态检测。对于雷达检测方式，适应性较强，能够适应大多数结构的空间姿态检测，检测结果以三维建模的方式呈现，比较直观。但设备成本较高，在使用过程中需要配合计算机，操作复杂，室外现场操作不便。对于全站仪检测方式，在检测过程中必须配合人工操作，难以实现全天候自动化检测。同时，全站仪检测结果无法直观呈现，获取测量结果复杂。
因此，亟需一种针对平面结构，测量简便、全天候自动化的空间姿态检测方法。
发明内容
本发明提供了一种平面结构的空间姿态检测方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有空间姿态检测方式成本高、测量复杂等问题，可以在实现空间姿态简便测量的同时，降低检测成本，提高平面结构空间姿态检测的准确性。
根据本发明的一方面，提供了一种平面结构的空间姿态检测方法，所述方法由空间姿态检测设备执行，所述空间姿态检测设备包括测量器件和自安平器件；所述测量器件用于采集测量数据，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线；所述方法包括：
通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；
根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；
根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
根据本发明的另一方面，提供了一种平面结构的空间姿态检测装置，所述装置配置于空间姿态检测设备，所述空间姿态检测设备包括测量器件和自安平器件；所述测量器件用于采集测量数据，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线；该装置包括：
距离数据获取模块，用于通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；
法向量确定模块，用于根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；
检测结果确定模块，用于根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的平面结构的空间姿态检测方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的平面结构的空间姿态检测方法。
本发明实施例的技术方案，通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。该方案解决了现有空间姿态检测方式成本高、测量复杂等问题，可以在实现空间姿态简便测量的同时，降低检测成本，提高平面结构空间姿态检测的准确性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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1A是根据本发明实施例一提供的一种平面结构的空间姿态检测方法的流程图；
图1B是根据本发明实施例一提供的一种空间姿态检测设备的结构示意图；
图2A是根据本发明实施例二提供的一种平面结构的空间姿态检测方法的流程图；
图2B是根据本发明实施例二提供的一种平面结构的空间姿态检测原理示意图；
图3是根据本发明实施例三提供的一种平面结构的空间姿态检测装置的结构示意图；
图4是实现本发明实施例的平面结构的空间姿态检测方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、设备、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
实施例一
图1A为本发明实施例一提供了一种平面结构的空间姿态检测方法的流程图，本实施例可适用于建筑、工业自动化等领域平面结构的空间姿态检测场景，该方法可以由平面结构的空间姿态检测装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该装置可配置于电子设备中。如图1A所示，该方法包括：
S110、通过测量器件获取三个测距单元的距离数据。
本方案可以由空间姿态检测设备执行，图1B是根据本发明实施例一提供的一种空间姿态检测设备的结构示意图。其中，图1B中左侧为空间姿态检测设备的主视图，右侧为空间姿态检测设备的侧视图。如图1B所示，空间姿态检测设备包括主体、悬臂、支座以及两个平衡舵。
空间姿态检测设备的测量器件布置于主体上，所述测量器件用于采集测量数据，所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线。悬臂、平衡舵A以及平衡舵B可以构成自安平器件，用于稳定测量器件姿态。通过悬臂，测量器件可以如图1B中箭头所示的两个轴转动。平衡舵A和平衡舵B与主体固定，通过调节两个平衡舵的质量、位置等属性，可以在重力作用下实现测量器件与参考平面相对姿态保持固定。其中，所述参考平面可以是水平面，即与大地重力方向垂直的平面。
空间姿态检测设备的主体内部可以部署处理器、存储器等器件，以实现信息处理、存储等作用。空间姿态检测设备可以通过测量器件测量三个测距单元的测量起点至测量终点的距离。其中，所述测量终点可以是测量单元的测量轴线在待测平面结构上的测距位置点，即测量单元的测量轴线与待测平面结构的交点。待测平面结构可以是待测物体的一个平面。测量单元可以是基于激光、超声波等测距原理实现距离测量的。
具体的，所述三个测距单元的距离数据包括第一测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，第二测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，以及第三测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离。
S120、根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量。
在得到三个测距单元的距离数据之后，空间姿态检测设备可以构建空间直角坐标系，根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，在空间直角坐标系中计算待测平面结构的法向量。空间姿态检测设备可以以三个测距单元共同的测距起点为原点，建立空间直角坐标系，确定待测平面结构上的三个测距位置点的坐标，进而根据三个不共线的测距位置点的坐标，确定待测平面结构的法向量。
S130、根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
在得到待测平面结构的法向量之后，空间姿态检测设备可以根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构与参考平面的平面夹角，进而得到待测平面的空间姿态检测结果。
本技术方案通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。该方案解决了现有空间姿态检测方式成本高、测量复杂等问题，可以在实现空间姿态简便测量的同时，降低检测成本，提高平面结构空间姿态检测的准确性。
实施例二
图2A为本发明实施例二提供了一种平面结构的空间姿态检测方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行细化。如图2A所示，该方法包括：
S210、通过测量器件获取三个测距单元的距离数据。
在本方案中，可选的，在通过测量器件获取三个测距单元的距离数据之后，所述方法还包括：
基于预先确定的校准系数，对三个测距单元的距离数据进行校准和更新；其中，所述校准系数是基于三个测距单元的三条测量轴线在两个平行平面下截得的线段长度确定的。
可以理解的，在空间姿态检测设备的测量器件中部署三个测距单元时，容易出现角度偏差，进而造成三个测距单元的测量轴线的测量起点不统一。因此，需要在获取三个测距单元的距离数据之后，对距离数据进行校准，以实现可靠的空间姿态检测。
具体的，空间姿态检测设备在进行安装之后可以进行自动化校准，确定校准系数。修正原理可以是三条共起点的射线被两个平行平面所截，截得线段长度成比例。在一个具体的方案中，三个测距单元的测量轴线被第一平面截得的长度分别为l1、l2和l3，被第二平面截得的长度分别为l1 ′、l2 ′和l3 ′,若三个测单元的测量轴线共起点，则l1、l2和l3与l1 ′、l2 ′和l3 ′存在比例关系：在实际应用过程中，若三个测距单元的测量轴线的测量起点不统一，则存在比例关系：/>其中，k2、k3分别是针对第二测距单元的距离数据、第三测距单元的距离数据的校准系数，/>为常数。根据上述公式k2＝(l2·l1 ′-l2 ′·l1)/(l1-l1 ′)，k3＝(l3·l1 ′-l3 ′·l1)/(l1-l1 ′)。同理，空间姿态检测设备也可以以第二测距单元或第三测距单元的距离数据为基准，确定其余两个测距单元的距离数据的校准系数。
S220、确定第一夹角、第二夹角和第三夹角。
其中，第一夹角为第一测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第二夹角为第二测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第三夹角为第三测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；所述参考坐标系的原点为三个测距单元的测量轴线的测量起点。目标坐标轴可以是参考坐标系中的X轴，图2B是根据本发明实施例二提供的一种平面结构的空间姿态检测原理示意图，第一夹角可以是如图2B所示的α角，第二夹角可以是如图2B所示的β1角，第三夹角可以是如图2B所示的β2角。
空间姿态检测设备可以预先建立如图2B所示参考坐标系，例如以三个测距单元的部署位置为原点，建立的空间直角坐标系。空间姿态检测设备可以使空间直角坐标系的一条坐标轴(例如X轴)与预先设置的两个平行平面垂直。空间姿态检测设备可以分别利用两个平行平面截取三个测距单元的测量轴线，并在各平面上标记测距位置点。容易理解的，空间姿态检测设备可以通过空间直角坐标系，在每个平面上得到一组坐标参数，每组坐标参数包括至少两个测距位置点的坐标值。由于两个平行平面存在一定的距离，两组坐标参数不同。根据两组坐标参数，空间姿态检测设备可以计算第一夹角、第二夹角和第三夹角。
在另一个可行的方案中，空间姿态检测设备也可以设置一个投影平面，截取三个测距单元的测量轴线，在该平面上标记测距位置点。以垂直于投影平面的方向为一条坐标轴，分别取该坐标轴上的两个位置作为原点，建立两个空间直角坐标系。通过两个空间直角坐标系读取的两组坐标参数，计算第一夹角、第二夹角和第三夹角。
在一个具体的方案中，投影平面上的三个测距位置点分别为A、B和C。空间姿态检测设备可以使三个测距位置点中的一个，例如A点，位于垂直于投影平面方向的坐标轴上，例如X轴。在两个空间直角坐标系中，分别得到两组坐标参数，即B点在两个坐标系下的坐标值以及C点在两个坐标系下的坐标值。例如可以是B：(xb1,yb1,zb1),(xb2,yb2,zb2)；C：(xc1,yc1,zc1),(xc2,yc2,zc2)。
根据A点位置，B点和C点的两组坐标值，空间姿态检测设备可以得到三个测距单元的测量轴线的方向向量。例如可以是
根据三条测量轴线的方向向量，空间姿态检测设备可以得到基于测量轴线a和测量轴线b确定的平面XOY的法向量进而可以确定测量轴线c在平面XOY上的投影向量，即：/>
根据第三测量轴线的方向向量基于第一测量轴线和第二测量轴线确定的平面的法向量/>以及第三测量轴线在基于第一测量轴线和第二测量轴线确定的平面上的投影向量/>空间姿态检测设备可以计算第一夹角α的正弦值，即
根据第一测量轴线的方向向量以及第三测量轴线在基于第一测量轴线和第二测量轴线确定的平面上的投影向量/>空间姿态检测设备可以计算第二夹角β1的余弦值，即/>
根据第二测量轴线的方向向量以及第三测量轴线在基于第一测量轴线和第二测量轴线确定的平面上的投影向量/>空间姿态检测设备可以计算第三夹角β2的余弦值，即/>
容易理解的，根据第一夹角α的正弦值，空间姿态检测设备可以确定第一夹角；根据第二夹角β1的余弦值，空间姿态检测设备可以确定第二夹角；根据第三夹角β2的余弦值，空间姿态检测设备可以确定第三夹角。
S230、根据三个测距单元的距离数据、第一夹角、第二夹角以及第三夹角，确定待测平面结构的法向量。
如图2B所示，待测平面结构上的三个测距位置点分别为L1、L2和L3。三个测距单元分别测得测量起点至各测距单元匹配的测距位置点之间的距离为l1、l2和l3，待测平面结构在参考坐标系下的法向量可以表示为其中，x＝(l1cosβ1-l2cosβ2)·l3·sinα；
y＝(l1sinβ1+l2sinβ2)·l3·sinα；
z＝l1·l2·sin(β1+β2)-l2·l3·sinβ2·cosα-l1·l3·sinβ1·cosα。
S240、根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
在一个可行的方案中，所述空间姿态检测设备还包括自安平器件，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；所述参考平面的法向量的确定过程，包括：
通过自安平器件使测量器件静止于预设姿态时，确定第一平面和第二平面；其中，第一平面和第二平面均与参考平面垂直，并且第一平面和第二平面不平行；
确定第一平面的法向量和第二平面的法向量，并根据第一平面的法向量和第二平面的法向量，确定参考平面的法向量。
空间姿态检测设备通过自安平器件使测量器件与参考平面的相对姿态稳定时，基于参考平面确定第一平面和第二平面。其中，参考平面可以是水平面，第一平面和第二平面均与参考平面垂直，并且第一平面和第二平面不平行。
空间姿态检测设备可以根据第一平面中两条相交直线的方向向量，确定第一平面的法向量。同理，空间姿态检测设备可以根据第二平面中两条相交直线的方向向量，确定第二平面的法向量。
由于第一平面和第二平面均与参考平面垂直，并且第一平面和第二平面不平行，根据第一平面的法向量和第二平面的法向量，空间姿态检测设备可以确定参考平面的法向量。具体的，第一平面的法向量可以表示为第二平面的法向量可以表示为/>参考平面的法向量可以表示为/>
在本实施例中，可选的，所述空间姿态检测结果包括待测平面结构与参考平面的夹角；所述根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果，包括：
根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构与参考平面的夹角的余弦值；
根据余弦值，确定待测平面结构与参考平面的夹角。
在得到待测平面结构的法向量以及参考平面的法向量之后，空间姿态检测设备可以根据待测平面结构的法向量以及参考平面的法向量，计算待测平面结构与参考平面的夹角的余弦值，即根据余弦值，基于余弦函数，空间姿态检测设备可以确定待测平面结构与参考平面的夹角。
在一个优选的方案中，所述空间姿态检测设备还包括角度感知器件；
在确定待测平面结构与参考平面的夹角之后，所述方法还包括：
通过角度感知器件确定测量器件姿态与预设姿态的比较结果；
根据比较结果，对待测平面结构与参考平面的夹角进行修正，得到修正夹角。
可以理解的，由于振动、测量任务变化等因素，测量器件在测距过程中姿态可能发生变化，测量器件在测距过程中并不是总能够保持在预设姿态。因此，空间姿态检测设备可以通过角度感知器件获取测量器件姿态，将测量器件姿态与预设姿态进行比较，根据比较结果，对待测平面结构与参考平面的夹角进行修正。其中，所述比较结果可以包括测量器件姿态偏离预设姿态的方位和角度。空间姿态检测设备可以根据测量器件姿态偏离预设姿态的方位和角度，对待测平面结构与参考平面的夹角进行补偿，从而得到准确的修正夹角。
本技术方案通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。该方案解决了现有空间姿态检测方式成本高、测量复杂等问题，可以在实现空间姿态简便测量的同时，降低检测成本，提高平面结构空间姿态检测的准确性。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种平面结构的空间姿态检测装置的结构示意图。所述装置配置于空间姿态检测设备，所述空间姿态检测设备包括测量器件，所述测量器件用于采集测量数据；所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线。如图3所示，该装置包括：
距离数据获取模块310，用于通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；
法向量确定模块320，用于根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；
检测结果确定模块330，用于根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
在本方案中，可选的，所述三个测距单元的距离数据包括第一测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，第二测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，以及第三测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离。
在上述方案的基础上，可选的，所述法向量确定模块320，具体用于：
确定第一夹角、第二夹角和第三夹角；其中，第一夹角为第一测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第二夹角为第二测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第三夹角为第三测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；所述参考坐标系的原点为三个测距单元的测量轴线的测量起点；
根据三个测距单元的距离数据、第一夹角、第二夹角以及第三夹角，确定待测平面结构的法向量。
在一个优选的方案中，所述距离数据获取模块310，还用于基于预先确定的校准系数，对三个测距单元的距离数据进行校准和更新；其中，所述校准系数是基于三个测距单元的三条测量轴线在两个平行平面下截得的线段长度确定的。
在一个可行的方案中，所述空间姿态检测设备还包括自安平器件，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；所述装置还包括参考法向量确定模块，用于：
通过自安平器件使测量器件静止于预设姿态时，确定第一平面和第二平面；其中，第一平面和第二平面均与参考平面垂直，并且第一平面和第二平面不平行；
确定第一平面的法向量和第二平面的法向量，并根据第一平面的法向量和第二平面的法向量，确定参考平面的法向量。
本实施例中，可选的，所述空间姿态检测结果包括待测平面结构与参考平面的夹角；
所述检测结果确定模块330，具体用于：
根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构与参考平面的夹角的余弦值；
根据余弦值，确定待测平面结构与参考平面的夹角。
在上述方案的基础上，所述空间姿态检测设备还包括角度感知器件；
所述装置还包括夹角修正模块，用于：
通过角度感知器件确定测量器件姿态与预设姿态的比较结果；
根据比较结果，对待测平面结构与参考平面的夹角进行修正，得到修正夹角。
本发明实施例所提供的平面结构的空间姿态检测装置可执行本发明任意实施例所提供的平面结构的空间姿态检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图4示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备410的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图4所示，电子设备410包括至少一个处理器411，以及与至少一个处理器411通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)412、随机访问存储器(RAM)413等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器411可以根据存储在只读存储器(ROM)412中的计算机程序或者从存储单元418加载到随机访问存储器(RAM)413中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 413中，还可存储电子设备410操作所需的各种程序和数据。处理器411、ROM 412以及RAM 413通过总线414彼此相连。输入/输出(I/O)接口415也连接至总线414。
电子设备410中的多个部件连接至I/O接口415，包括：输入单元416，例如键盘、鼠标等；输出单元417，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元418，例如磁盘、光盘等；以及通信单元419，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元419允许电子设备410通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器411可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器411的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器411执行上文所描述的各个方法和处理，例如平面结构的空间姿态检测方法。
在一些实施例中，平面结构的空间姿态检测方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元418。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 412和/或通信单元419而被载入和/或安装到电子设备410上。当计算机程序加载到RAM 413并由处理器411执行时，可以执行上文描述的平面结构的空间姿态检测方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器411可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行平面结构的空间姿态检测方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种平面结构的空间姿态检测方法，其特征在于，所述方法由空间姿态检测设备执行，所述空间姿态检测设备包括测量器件，所述测量器件用于采集测量数据；所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线；所述方法包括：
通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；
根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；
根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三个测距单元的距离数据包括第一测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，第二测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离，以及第三测距单元的测量轴线的测量起点至待测平面结构上匹配的测距位置点的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量，包括：
确定第一夹角、第二夹角和第三夹角；其中，第一夹角为第一测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第二夹角为第二测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；第三夹角为第三测距单元的测量轴线与预先构建的参考坐标系的目标坐标轴夹角；所述参考坐标系的原点为三个测距单元的测量轴线的测量起点；
根据三个测距单元的距离数据、第一夹角、第二夹角以及第三夹角，确定待测平面结构的法向量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过测量器件获取三个测距单元的距离数据之后，所述方法还包括：
基于预先确定的校准系数，对三个测距单元的距离数据进行校准和更新；其中，所述校准系数是基于三个测距单元的三条测量轴线在两个平行平面下截得的线段长度确定的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间姿态检测设备还包括自安平器件，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；
所述参考平面的法向量的确定过程，包括：
通过自安平器件使测量器件静止于预设姿态时，确定第一平面和第二平面；其中，第一平面和第二平面均与参考平面垂直，并且第一平面和第二平面不平行；
确定第一平面的法向量和第二平面的法向量，并根据第一平面的法向量和第二平面的法向量，确定参考平面的法向量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空间姿态检测结果包括待测平面结构与参考平面的夹角；
所述根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果，包括：
根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构与参考平面的夹角的余弦值；
根据余弦值，确定待测平面结构与参考平面的夹角。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述空间姿态检测设备还包括角度感知器件；
在确定待测平面结构与参考平面的夹角之后，所述方法还包括：
通过角度感知器件确定测量器件姿态与预设姿态的比较结果；
根据比较结果，对待测平面结构与参考平面的夹角进行修正，得到修正夹角。
8.一种平面结构的空间姿态检测装置，其特征在于，所述装置配置于空间姿态检测设备，所述空间姿态检测设备包括测量器件和自安平器件；所述测量器件用于采集测量数据，所述自安平器件用于稳定测量器件姿态；所述测量器件包括三个测距单元，三个测距单元的测量轴线的测量起点为同一位置点，三个测距单元中每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，三个测距单元在待测平面结构上的三个测距位置点不共线；所述装置包括：
距离数据获取模块，用于通过测量器件获取三个测距单元的距离数据；
法向量确定模块，用于根据三个测距单元的距离数据以及每两个测距单元的测量轴线之间的预置夹角，确定待测平面结构的法向量；
检测结果确定模块，用于根据待测平面结构的法向量以及预先确定的参考平面的法向量，确定待测平面结构的空间姿态检测结果。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的平面结构的空间姿态检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的平面结构的空间姿态检测方法。
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