[发明专利]利用智能手机进行室内地图现场补测的方法

摘要

本发明涉及一种利用智能手机进行室内地图现场补测的方法，包括以下步骤：1)传感器检校，将智能手机屏幕朝下放在水平桌面上，静止设定时间后，记录加速度计和陀螺仪的观测数据，计算相应的零偏；2)系统初始化，当用户对准房屋的第一个转角点进行拍照时，系统进行初始化，利用加速度计和磁力计的观测数据计算手机的初始姿态；3)观测数据记录，所有传感器的观测数据都记录下来，包括加速度计、陀螺仪、磁力计以及对每个转角点拍照的时刻；4)测量结果计算，利用上一步记录的所有传感器数据，进行融合，计算出待测房屋的每条边长、转角和面积。与现有技术相比，本发明具有方便、快速、精确和成本低等优点。

主权项

1.一种利用智能手机进行室内地图现场补测的方法，其特征在于，用户站在房屋内部的地面上，利用相机对准房屋的转角点，每个转角点拍照一次，系统将记录相机的拍照时刻，同时依靠内置于智能手机中的加速度计、陀螺仪、磁力计获取观测数据，然后进行相应的运算和数据融合，计算出待测房屋的每条边长、转角和面积；该方法具体包括以下步骤：1)传感器检校，将智能手机屏幕朝下放在水平桌面上，静止设定时间后，记录加速度计和陀螺仪的观测数据，计算相应的零偏；2)系统初始化，当用户对准房屋的第一个转角点进行拍照时，系统进行初始化，利用加速度计和磁力计的观测数据计算手机的初始姿态；3)观测数据记录，从相机对准第一个转角点拍照到对准最后一个转角点拍照的整个过程，为一次测图周期，在这个测图周期中，所有传感器的观测数据都记录下来，包括加速度计、陀螺仪、磁力计以及对每个转角点拍照的时刻；4)测量结果计算，利用上一步记录的所有传感器数据，进行融合，计算出待测房屋的每条边长、转角和面积；所述步骤4)具体为：31)经过系统初始化以后，确定了手机的初始姿态，初始姿态矩阵写成如下的形式：其中，R₁₁～R₃₃为初始姿态矩阵中的元素；采用四元数算法进行姿态矩阵更新，其初始值计算公式：四元数的更新算法如下：上式中，I表示4阶的单位矩阵，S阵和θ的表达式如下：其中，Δt表示陀螺仪数据的采样间隔，ω_x,ω_y,ω_z分别表示陀螺仪的三轴输出数据，即角速度，角速度经过零偏误差的补偿后，即可代入以上两式进行计算，得到每个采样时刻的四元数的值；32)姿态提取，先由四元数求取对应的姿态矩阵，然后进行姿态角提取，公式如下：其中，表示矩阵的第x行第y列的元素；33)距离计算，系统根据高度H和俯仰角p运用正弦函数计算出使用者与墙角之间的水平距离L：L＝H·tan(90‑p)34)系统根据使用者与各墙角之间的水平距离L和航向角运用余弦定理和正弦定理公式计算得到测图结果：其中，L₁和L₂分别为使用者与墙角A和B的水平距离，e₁为对墙角A和B两次拍照对应的夹角，|AB|为AB边的边长；房屋的转角，其中墙角B的转角∠ABC：其中，|BC|为AB边的边长，e₂为对墙角B和C两次拍照对应的夹角；房屋的面积分成几个三角形之和，其中三角形AOB面积：其中，S_ΔAOB为三角形AOB的面积。