手機傳感器建筑測量實用算法與思想

趙新月 李志鵬 侯誠超 曹建濤 杜澤坤

(石家莊鐵道大學，河北 石家莊 050043)

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，手機的智能化速度亦是超乎了我們的想象，從先前極少數(shù)人擁有一部手機，到現(xiàn)在智能手機在不同人群中隨處可見，僅經(jīng)歷了短短幾年。說起智能手機之所以如此受歡迎，這與手機的智能化給人們帶來的便利是密不可分的，當然與智能手機的賣價能夠讓買家接受也有很大關(guān)系。對于我們測繪生而言，很多時候，當我們想知道某建筑物體的尺寸，如長、寬、高等值時，還要帶著重重的儀器去測量，不僅浪費了人力，還浪費了時間。對于其他人來說，也難免會遇到類似的情況，想要知道距離卻難耐現(xiàn)實的阻礙。由此，將智能手機與測距相結(jié)合，通過隨身攜帶的手機即可解決測量問題，不僅減少了工作量，更是十分便捷了測量操作。

1 手機坐標系

在開發(fā)前，首先要明白手機中的坐標系(如圖1所示)和慣性坐標系(如圖2所示)是不同的，手機中，x軸是朝向右的，y軸是豎直向上的，z軸是垂直于手機屏幕正面指向外的，也就是說手機的背面是z的負半軸。具體區(qū)別如下。

2 傳感器的介紹

手機測距要通過手機中的傳感器，相信很多人對傳感器一詞還是很陌生的，也不禁會發(fā)出疑問，小小的手機還裝著傳感器嗎，我怎么沒有體會到。首先，傳感器是一種檢測裝置，它的體積很小，一部小小的手機中就存在好多傳感器；數(shù)字化，智能化的程度高，功能種類也非常豐富，比如溫度傳感器，加速度傳感器，磁傳感器等等，這些傳感器就像人的感覺器官一樣，能夠感知外界環(huán)境的變化，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。相信很多手機用戶都發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，當我們撥打或接聽電話時，將手機靠近臉部，耳旁進行說話時，我們的手機屏幕會變黑，而當我們通話結(jié)束，將手機遠離時，屏幕又會自動的亮起來，這就是手機中的光敏傳感器在搞怪，這樣就可以大大節(jié)省電量，延長手機待機時間。接下來，讓我們了解一下可用于測量的傳感器。

陀螺儀傳感器，也叫角加速度傳感器，通過調(diào)用這個傳感器，我們可以測量手機轉(zhuǎn)動，或者偏轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角速度，但還要將手機坐標系下測得的數(shù)值轉(zhuǎn)換成慣性坐標系的數(shù)值。當角速度、旋轉(zhuǎn)軸已知，用四元數(shù)算法構(gòu)造旋轉(zhuǎn)矩陣，隨后通過轉(zhuǎn)換，求得慣性系下的各軸加速度，相應(yīng)的角度值也就解決了。

3 豎直高度測量與測量者到測量物距離測量

高度測量原理圖見圖3。

具體算法：

在三角形ABE中，依據(jù)正弦定理得：

(1)

e=c-a

(2)

由式(1)，式(2)解得：

(3)

在三角形AEF中，依據(jù)正弦定理得：

(4)

將式(3)代入式(4)解得：

BC=BE·cos(c-90°) (即可得到測量者距測量物的距離)。

4 水平距離測量與測量者到測量物距離測量

水平距離測量原理圖見圖4。

具體算法：

在三角形ABE中，依據(jù)正弦定理得：

(5)

e=c-a

(6)

由式(5)，式(6)解得：

(7)

在三角形AEF中，依據(jù)正弦定理得：

(8)

將式(7)代入式(8)解得：

BC=BE·cos(c-90°) (即可得到測量者距測量物的距離)。

5 通過安卓手機陀螺儀測角度相應(yīng)代碼

安卓手機調(diào)用陀螺儀測角度相應(yīng)代碼見圖5。

6 結(jié)語

手機陀螺儀傳感器具有的功能十分強大，不單單是測量，除此之外，手機的定位也與此傳感器有關(guān)，因此，加強對此傳感器的理解與應(yīng)用會有很多益處，未來基于傳感器的APP開發(fā)將會有很多。希望讀者看了這篇文章能夠?qū)Υ藗鞲衅髟跍y量上的應(yīng)用有更深一步的了解；此數(shù)學算法依據(jù)正余弦定理，相對來說簡單易懂，希望給那些想要研發(fā)測量APP的朋友提供最直接的實現(xiàn)原理；文章所附的代碼需要有需求的人親自測試，僅提供一個參考的作用；最后希望這篇文章能幫助到需要這方面知識的人。