[发明专利]一种双曲面建筑物的红外线三维定位装置及方法

摘要

本发明公开了一种双曲面建筑物的红外线三维定位装置及方法，装置包括双曲面建筑、轴线所在曲面、红外线、横向和纵向红外线发射装置阵列、远程控制装置；红外线发射装置阵列均由n个红外线发射装置构成；红外线发射装置由红外线发射器、信号控制模块、数据处理模块和信号发射器或信号接收器构成；该装置能对曲面建筑的轴线进行精确定位，从而实时控制施工精度，方法简单，施工效率高；同时，也可以对建筑物的多个关键点进行定位，从而实现建筑物的三维重建。

主权项

1.一种双曲面建筑物的红外线三维定位方法，采用双曲面建筑物的红外线三维定位装置；所述装置包括红外线发射装置、远程控制装置(18)、活动机械臂(19)；所述若干红外线发射装置组成横向红外线发射装置阵列(4)，若干红外线发射装置组成纵向红外线发射装置阵列(5)；所述活动机械臂(19)为两个，方向相互垂直地设置在双曲面建筑(1)的两侧，其上分别固定设置有所述横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)；所述远程控制装置(18)用于控制红外线发射装置发射红外线(3)的角度，从而确保双曲面建筑(1)的轴线所在曲面(2)上每一点都能由两束红外线的交点确定；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：针对双曲面建筑(1)，其外部轮廓为双曲线：将双曲面放入三维坐标系中，其坐标原点为双曲面两个焦点所连线段的中点；横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)分别设置在y轴和x轴两侧，横向红外线发射装置阵列(4)中的红外线发射装置B1和纵向红外线发射装置阵列(5)中的红外线发射装置A1之间的距离为l；A1发射出的红外线与y轴的夹角为α1，B1发射出的红外线与x轴的夹角为β1；取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束红外线的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，长轴为a；解方程组(1)和(2)：l1‑l2＝2a    (1)；得：步骤2：当P点在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤1中确定的α1与β1的关系，绘制出β1随α1变化的曲线；步骤3：远程控制装置(18)通过红外线发射装置A1中的信号接收器(10)与A1中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，进而控制红外线发射装置A1发出红外线光束的偏角α1从0度变到α0，α0＜180°；由步骤2中的β1与α1的定量关系，能得到β1的大小，这个过程由数据处理模块(8)实现；然后，由红外线发射装置A1中的信号发射器(9)将计算出的β1的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过B1中的信号接收器(10)与B1中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，进而控制红外线发射装置B1发出红外线光束夹角β1的大小；步骤4：红外线发射装置A1和红外线发射装置B1发射光束的偏角分别为α1和β1时，它们的交点为P；随着α1的不断变化，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到双曲面建筑(1)的轴线；步骤5：设红外线发射装置A2发射的光束与y轴的夹角为α2，与z轴的夹角为γ2；红外线发射装置B2发射的光束与x轴的夹角为β2，与z轴的夹角为λ2；当z0≠0时，将P(x0,y0,z0)点在xoy平面内投影得到P′(x0,y0,0)；假定A2P′的长度为x1，B2P′的长度为x2；由余弦定理可得：其中，d表示横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)中相邻两个红外线发射装置之间的距离；l1表示A1P的长度；由正弦定理可得：即：同理，可得：此时，步骤6：当P点的投影点P′在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤5求出α2、β2、γ2和λ2的值；把不同的坐标点(α2,β2)绘制在分别以α2和β2为x轴和y轴的坐标系中，获得β2随α2变化的曲线；同理获得γ2随α2变化的曲线，λ2随α2变化的曲线；步骤7：远程控制装置(18)通过红外线发射装置A2中的信号接收器(10)与A2中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，进而控制红外线发射装置A2发出红外线光束的偏角α2从0度变到α0，α0＜180°；由步骤6中的β2与α2、γ2与α2、λ2与α2的定量关系，得到β2、γ2和λ2的大小，这个过程由数据处理模块(8)实现；然后，由红外线发射装置A2中的信号发射器(9)将计算出的β2、γ2和λ2的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过A2和B2中的信号接收器(10)与A2和B2中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，进而控制红外线发射装置A2发出红外线光束夹角γ2的大小和红外线发射装置B2发出红外线光束夹角β2和λ2的大小；步骤8：红外线发射装置A2发射的光束与红外线发射装置B2发射的光束交点为P，随着α2的不断变化，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到双曲面建筑在z＝z0平面内的轴线；步骤9：由横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)确定双曲面建筑轴线所在的曲面。