利用智能手机进行室内地图现场补测的方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术具有方便、快速、精确和成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地图测绘方法，尤其是涉及一种利用智能手机进行室内地图现场 补测的方法。
技术介绍
[000引人们80%W上的时间都在室内环境中度过，因此，围绕室内地图和导航所开展的 应用，是一个有着巨大需求和发展潜力的市场。室内地图作为信息的载体，不仅将我们所处 的环境图形化，直观的呈现给我们，而且基于地图还可W进行兴趣点搜索、路径引导、辅助 手机传感器定位等。由此可见，室内地图扮演着至关重要的角色。 室内地图一般分为两类；标量格式地图和矢量格式地图。其中标量地图是指图片 格式的建筑物平面图，如PDF、JPG、PNG等格式。通常我们见到建筑物内有一些示意图，女口 贴在办公楼墙壁上的疏散线路图，或者商场里面的平面导购图、展览馆里的导览图等，如果 将该些示意图进行数字化，就成为了标量地图。所有标量地图都是W像素为单位进行存储 的，它们的一个共同特点是放大后会变模糊，该是因为对像素进行重采样造成的，是不可避 免的。矢量地图是W点、线、面等矢量形式保存的，常见的如ArcGIS的shapefile、AutoCAD 的dwg格式等。矢量地图的优点是可W无限级别的缩放，其占用的存储空间也通常比标量 地图要小，因此室内地图应该选择矢量格式。 获取矢量地图的最理想的方式是由建筑单位直接提供dwg格式的建筑设计图或 者竣工验收图。但是受到职责和权限的约束，通常我们很难获得该种dwg格式的图，而只能 得到标量格式的平面图，因此我们要对它进行矢量化，利用专业的制图软件生成我们需要 的矢量格式地图。 当矢量地图生成之后，经常存在一个问题：那就是地图与现场不一致。产生该个问 题的原因主要有两个；（1)我们无法获取最新的标量格式的平面图，或者由于施工误差， 即使最新的平面图也与现场存在不一致。（2)建筑物竣工后，由于房屋装修，改变了原有的 隔断，该个是最常见的情况，特别是在一些大型商场，在装修过程中经常会对隔断进行拆除 或重新设定。 因此要进行现场补测，使得地图与现场相符。室内环境中可W采用的测图手段非 常有限。众所周知，在室外，GI^S是常用的测绘手段，一般的地籍测量设备都依靠GI^S进行测 量和制图，例如申请号为200910045401. 8的中国专利公开了一种基于GI^S定位的数字地图 自动生成方法，但是由于在室内环境中GI^S信号很微弱，或者完全没有信号，因此该些设备 都无法使用。全站仪也是常有的测绘设备，但是它需要给定控制点，且全站仪携带不方便， 效率低。而且该方法设备国语鹿大，甚至需要计算机的介入，并且基于中国普通居民的流量 套餐一般都较少的现状，利用云计算远程计算机实现地图测绘也不现实。 国外学者提出一种方案，称为SLAM(simultaneouslocalizationandmapping, 即时定位与地图构建），该种方式利用搭载在机器人上面的相机和IMU等传感器，在室内环 境中一边定位，一边制图。该种制图方式精度高，但是成本高昂，适应于某些特定场合下使 用。 近年来智能手机飞速发展，其硬件配置越来越高。很多智能手机上已经配置了相 机、加速度计、巧螺仪、磁力计等传感器，为室内地图的测绘提供了可能。但是如何利用智能 手机中该些已有的传感器，来实现室内地图制作功能成为当前解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快捷方便的利 用智能手机进行室内地图现场补测的方法。 本专利技术的目的可W通过W下技术方案来实现： 一种，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 亥IJ，同时依靠内置于智能手机中的加速度计、巧螺仪、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；该方法基于W下一个简单事 实：当使用者将相机对准房屋转角点拍照时，使用者的眼睛、手机屏幕中也、房屋转角点该 H点近似的位于同一直线上；该方法具体包括W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 度计和巧螺仪的观测数据，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，在该个测图周期中，所有传感器的观测数据都记录下来，包括加 速度计、巧螺仪、磁力计W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1)具体为： 传感器检校，当使用者将手机静止放置30s，记录加速度计和巧螺仪的观测数据， 计算H轴加速度计零偏和H轴巧螺仪零偏： 其中，g为重力加速度，5*、和單分别加速度计测得H个方向数据的均值， 两、叹和巧分别是3〇S内巧螺仪测得S个方向数据的均值，bAccEW、bACCE(y)和bACCE(z)分别为 H轴加速度计H个方向的零偏，bcyt。W、bcy"W和bcyab)分别为H轴巧螺仪H个方向的零偏。 所述步骤2)具体为： 21)当使用者对准房屋的第一个转角点进行拍照时，系统记录下该一时刻； 22)计算一砂钟内加速度计数据和磁力计数据的均值和磁力计数据的均值： 其中f表示加速度计和磁力计的输出频率，馬、馬和馬分别磁力计测得H个方向 数据的均值； 然后计算麻和j的向量积，记为巧 宵=窃xl 再计算名与#的向量积，记为S 左=iK巧 再将H个向量巧，1，J都进行单位化 利用H个单位矢量便可W构建出初始姿态矩阵，如下：多组传感器的观测数据W拍照时的时刻作为标签进行区分。 所述步骤4)具体为： 31)经过系统初始化W后，确定了手机的初始姿态，初始姿态矩阵写成如下的形 式：[003引其中，R。~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0的表达式如下： 其中，At表示巧螺仪数据的采样间隔，分别表示巧螺仪的H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W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，怒把W表示矩阵公的第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巧〇-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 理等公式计算得到测图结果：[005引其中，Li和L2分别为使用者与墙角A和B的水平距离，ei为对墙角A和B两次当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍岳，周发根，
申请(专利权)人：李巍岳，周发根，
类型：发明
国别省市：山东;37