專利名稱：一種測距和測面積的測量輪及其測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量輪技術領域，涉及一種測距和測面積的測量輪及其測量方法。
背景技術：
測量輪又名測距輪或測距車，其基本功能實測距離。在實際使用中，經常要用現有測量輪測量地塊面積。在現有測量輪中，尚不能直接測量不規(guī)則地塊的面積，其原因之一是現有測量輪在有些不要求面積測量的領域內，運行良好，如電線布線作業(yè)領域等。電線布線作業(yè)領域只要求獲得距離參數，即可以預知需要多少的電線用于此項工程。然而在測量輪另一重要應用領域內，如土地面積測量、房地產開發(fā)面積估算、園林規(guī)劃、農村土地平整等，獲取面積值是使用測量輪的最終目的之一。但是使用現有測量輪， 只能獲取距離值，無法直接獲取面積值。如果需要獲取面積值，只能手動計算；如果所測地塊是正方形或者長方形或者圓形等有限的理想規(guī)則形狀，現有測量輪尚存在改進的機會以達到這個要求。比如測量標準矩形狀的地塊，現有測量輪可以先要求使用者測出長度，將此值存儲起來；然后再測量寬度，再跟根矩形的面積公式計算出來。但是，實際的農田大多是不規(guī)則的多邊形，如三角形、平行四邊形、普通的四邊形，還有少數靠近邊緣的極不規(guī)則形狀。現有的測量輪產品，無法大規(guī)模進入這些領域，是一個遺憾。對于測量面積的產品，常用的為GPS面積測量儀。該類產品是近年來興起的面積測量儀器，選用高精度的GPS接收模塊用來接收和處理信號，信號處理完成后，輸出當前位置的經緯度及海拔數據。該類測量儀器的優(yōu)點是測量方便，只需要圍繞被測地塊一周即可測出面積值。其缺陷是(1)民用GPS衛(wèi)星信號精度有限，一般認為民用GPS衛(wèi)星的單點定位精度是50米，適用范圍受到限制；( 由于高精度GPS接收模塊在某一較短時間內，相對定位精度還能滿足一些應用的要求，但是其存在如下缺點GPS信號受大氣環(huán)境等的影響， 定位精度受到影響，會出現較大的漂移現象。GPS面積測量儀，本身小巧，便于攜帶。但它的一個不足之處是耗電量較大。使用時經常需要更換電池。GPS面積測量儀整體上價格較高；特別是高精度的GPS接收模塊都需要進口，價格不菲。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有的技術存在上述問題，提出了一種測距和測面積的測量輪，該測量輪不僅能距離測量，同時也能直接、快速、準確地實現面積測量，該測量方法簡單方便，測量精度高。本發(fā)明通過下列技術方案來實現一種測距和測面積的測量輪，包括測量輪、設置在測量輪上的輪架和連接在輪架上的手柄，在手柄上設有操作顯示界面，其特征在于，在輪架上設有檢測測量輪轉動圈數的傳感器，在手柄內還設有中央處理器，上述的傳感器和操作顯示界面均與中央處理器連接，在手柄內還設有與中央處理器連接的存儲器和地磁傳感器，所述的中央處理器用于接收傳感器輸送來的圈數信號和接收地磁傳感器輸送來的角度信號，同時根據測量輪的周長、測量輪的轉動圈數和測量輪轉向角度計算出測量輪繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面顯示。本測量輪能用于測量面積和測量直線距離。在測量直線距離時，將測量輪沿著直線滾動，通過傳感器檢測到測量輪的轉動圈數，然后根據圈數和測量輪的周長即可計算直線距離。在測量面積時，將起始點為平面坐標系的原點，測量輪從起始點開始滾動，在測量輪轉向時通過地磁傳感器得出測量輪的轉向角，并記錄該轉向點的坐標值，依次按照這種方法分別記錄各轉向點的坐標和轉向角并存儲于存儲器中，在測量輪回到起始點時即可確定測量輪滾動一周所圍成的面積。在平面坐標系內相鄰兩點之間構成直線，通過轉向角和平面坐標系內的各個坐標點可計算出三角形的面積，并將這些三角形面積相加即可計算出所求的面積，計算出面積后通過中央處理器將面積值顯示到操作顯示界面上。操作顯示界面可以為帶控制按鈕的顯示屏或者是單純的顯示屏和按鍵。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的地磁傳感器為三軸地磁傳感器，其中地磁傳感器的X軸方向與測量輪滾動的方向一致。將地磁傳感器的X軸方向設置成與測量輪前進或者后退的方向一致，能夠提高檢測精度，簡化面積計算的公式。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的中央處理器上還連接有加速度傳感器，所述的加速度傳感器用于校正測量輪轉向時的角度誤差。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的加速度傳感器為三軸加速器傳感器， 其中加速度傳感器的X軸方向與地磁傳感器的X軸方向平行或者垂直。在測量輪前進的過程中會出現左右傾斜或者手柄上下擺動傾斜，通過加速度傳感器測出在X軸、Y軸或Z軸方向上的傾斜角度，然后通過中央處理器對地磁傳感器進行傾斜角補償，因此可以得到較為精確的角度值，特別是在轉向時產生的傾斜情況。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的傳感器為兩個并排設置的霍爾元件， 在測量輪上按圓周方向均布有若干永磁體，且所述的每個永磁體均能與上述的兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關狀態(tài)。兩個霍爾元件處于不同的狀態(tài)可判斷出測量輪的前進或者后退。在一個永磁體先后經過兩個霍爾元件的信號分別為開關，則判定為前進方向，那么永磁體先后經過兩個霍爾元件的信號分別為關開，則判定為后退方向。通過前進后退方向的判斷，使得兩個相反的路程疊加后相互抵消，因此在測量輪沿直線滾動時如偏離方向可進行重新滾動，提高了實用性。通過每個永磁體經過霍爾元件均記錄為轉動圈數。若為5個永磁體，則每個信號記為五分之一的圈數。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的車架上設有用于指向測量輪行進方向的指向裝置。通過指向裝置能增加測量輪沿著直線滾動的準確性，提高滾動方向的精度。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的指向裝置包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設置的指向桿，每節(jié)指向桿活動連接，第一節(jié)指向桿連接在輪架上，其余指向桿能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿內。在使用時將指向干拉出連接成直線，不使用時將指向干收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿內，如伸縮天線的結構。在上述的測距和測面積的測量輪中，所述的指向裝置為激光瞄準器。一種上述測量輪的測量方法，其特征在于，該測量方法包括如下步驟在測量輪手柄的操作顯示界面上按下啟動鍵，等待系統(tǒng)準備好后按下初始坐標記錄鍵，在原地左右晃動測量輪的手柄使中央處理器通過地磁傳感器快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值， 作為這次測量的轉向角并存儲于存儲器中；按照預定的直線路線進行滾動直到再次轉向時
4按下轉向鍵記錄該點的坐標，并再次左右晃動測量輪的手柄使中央處理器通過地磁傳感器快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值，作為這次測量的另一個轉向角并存儲于存儲器中；在測量輪回到終點時，按下終止鍵，結束測量；中央處理器根據測量輪的周長、測量輪的轉動圈數和測量輪轉向角度計算出測量輪繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面顯示。在上述的測量輪的測量方法中，所述的左右晃動測量輪的幅度為0 5度?，F有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本測量輪通過使用地磁傳感器和中央處理器將只能測量直線的測量輪改進成能夠測量面積的測量輪，使得該測量輪的實用性增加，且方便了面積測量，相較于GPS等測量裝置及測量方法更加方便。2、本測量輪還增加了加速度傳感器，用于校正測量的偏差，并采用平面坐標系內三角形面積計算法計算面積，計算精度得到提高。3、本測量輪采用雙霍爾元件的結構不僅用于計數測量輪的轉動圈數，還用于抵消測量輪的前進后退的直線路程，在直線路線走彎時能夠重走。4、本測量輪的測量方法能夠將各個轉向點進行精確定向，另外加上在測量輪上還裝有加速度傳感器來校正轉向偏差，使得轉向角的精度得到極大的提高。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的電路原理結構示意圖。圖3是本發(fā)明的傳感器和永磁體的結構示意圖。圖中，1、測量輪；2、輪架；3、手柄；4、操作顯示界面；5、傳感器；6、中央處理器；7、 存儲器；8、永磁體；9、指向裝置；91、指向桿；92、S型固定結構；10、地磁傳感器；11、加速度傳感器。
具體實施例方式以下是本發(fā)明的具體實施例，并結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述， 但本發(fā)明并不限于這些實施例。如圖1、圖2和圖3所示，本測距和測面積的測量輪，包括測量輪1、設置在測量輪1 上的輪架2和連接在輪架2上的手柄3，在手柄3上設有操作顯示界面4，該測量輪1能夠實現面積測量。具體來說，在輪架2上設有檢測測量輪1轉動圈數的傳感器5，在手柄3內還設有中央處理器6，中央處理器6采用STM8L152C6，傳感器5和操作顯示界面4均與中央處理器 6連接，操作顯示界面4可以為帶控制按鈕的顯示屏或者是單純的顯示屏和按鍵。在手柄3 內還設有與中央處理器6連接的存儲器7和地磁傳感器10，地磁傳感器10采用HMC5883， 該地磁傳感器10為三軸地磁傳感器，其中地磁傳感器10的X軸方向與測量輪1滾動的方向一致。地磁傳感器10布置在線路板上，在布局時，應當遠離對磁性敏感的物料，如鐵質的螺絲等，同時布線時也應遠離大電流的導線。方位角的計算公式是
Hy = YmX cos ( θ ) +XmX sin ( θ ) sin (Ψ) -ZmX cos (Ψ) sin ( θ )---計算地磁水平y(tǒng)分量Hx = XmX cos (Ψ)+ZmX sin (Ψ)—計算地磁水平 χ 分量Heading = actan (Hy/Hx)。一計算轉向角中央處理器6上還連接有加速度傳感器11，加速度傳感器11為ADXU45，為三軸加速器傳感器，其中加速度傳感器11的X軸方向與地磁傳感器10的X軸方向平行或者垂直，用于校正測量輪1轉向時的角度誤差。中央處理器6與地磁傳感器10和加速度傳感器 11之間是通過I2C或SPI接口連接的。上述的中央處理器6等均有蓄電池進行供電。中央處理器6用于接收傳感器5輸送來的圈數信號和接收地磁傳感器10輸送來的角度信號，同時根據測量輪1的周長、測量輪1的轉動圈數和測量輪1轉向角度計算出測量輪1繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面4顯示。中央處理器6、地磁傳感器10和加速度傳感器11均設置在同一塊線路板上，該線路板設置在手柄3內。靜止時，加速度傳感器11與地磁傳感器10以及整個線路板都有同樣的傾斜角。加速度傳感器11與地磁傳感器10—樣，具備三個軸的檢測能力。通過x，y， ζ軸三個方向的靜態(tài)加速度值，通過反三角函數公式即可計算出加速度傳感器11傾斜時與 X軸的夾角及與y軸的夾角。傳感器5為兩個并排設置的霍爾元件，在測量輪1上按圓周方向均布有若干永磁體8，且所述的每個永磁體8均能與兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關狀態(tài)。車架上設有用于指向測量輪1行進方向的指向裝置9。指向裝置9包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設置的指向桿91，每節(jié)指向桿91活動連接，第一節(jié)指向桿91連接在輪架2上，其余指向桿91能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿91內，第一節(jié)指向桿91轉動連接， 在輪架2上設置有S型的指向桿固定結構92，當不使用方向指向裝置時，可將其端部置入S 型固定結構92中。指向裝置還可以為激光瞄準器，以適用更高精度的方向描準。在激光瞄準器中，使用一只激光發(fā)射二極管。這種測量輪1的測量方法包括如下步驟在測量輪1手柄3的操作顯示界面4上按下啟動鍵，等待系統(tǒng)準備好后按下初始坐標記錄鍵，在原地左右晃動測量輪1的手柄3使中央處理器6通過地磁傳感器10快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值，作為這次測量的轉向角并存儲于存儲器7中，其中左右晃動的幅度為0 5度；按照預定的直線路線進行滾動直到再次轉向時按下轉向鍵記錄該點的坐標，并再次左右晃動測量輪1的手柄3使中央處理器6通過地磁傳感器10快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值，作為這次測量的另一個轉向角并存儲與存儲器7中；在測量輪1回到終點時，按下終止鍵，結束測量沖央處理器6根據測量輪1的周長、測量輪1的轉動圈數和測量輪1轉向角度計算出測量輪1 繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面4顯示。本測量輪1能用于測量面積和測量直線距離。在測量直線距離時，將測量輪1沿著直線滾動，通過傳感器5檢測到測量輪1的轉動圈數，然后根據圈數和測量輪1的周長即可計算直線距離。在測量面積時，將起始點設為平面坐標系的原點，測量輪1從起始點開始滾動，在測量輪1轉向時通過地磁傳感器10得出測量輪1的轉向角，并記錄該轉向點的坐標值，依次按照這種方法分別記錄各轉向點的坐標和轉向角并存儲于存儲器7中，在測量輪1回到起始點時即可確定測量輪1繞地滾動一周所圍成的面積。在平面坐標系內相鄰兩點之間構成直線，通過轉向角和平面坐標系內的各個坐標點可計算出三角形的面積，并將這些三角形面積相加即可計算出所求的面積，計算出面積后通過中央處理器6將面積值顯示到操作顯示界面4上。按照上述的操作過程，每一個拐點都能在顯示屏建立的坐標系上準確地繪制出來，也就具備了實時計算地塊面積的條件。計算公式為S = 1/2*( Σ [(Xn+I-Xn)*(Yn+1+Yn)]-Χη+1*Υη+1)(Xn, Yn)為將每一個拐點坐標化后的坐標值。通過這種測量方法能夠將各個轉向點進行精確定向，另外加上在測量輪1上還裝有加速度傳感器11來校正轉向偏差，使得轉向角的精度得到極大的提高。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了測量輪1、輪架2、手柄3、操作顯示界面4、傳感器5、中央處理器6、存儲器7、永磁體8、指向裝置9、指向桿91、S型固定結構92等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權利要求
1.一種測距和測面積的測量輪，包括測量輪(1)、設置在測量輪(1)上的輪架( 和連接在輪架( 上的手柄(3)，在手柄C3)上設有操作顯示界面G)，其特征在于，在輪架O) 上設有檢測測量輪(1)轉動圈數的傳感器(5)，在手柄(3)內還設有中央處理器(6)，上述的傳感器( 和操作顯示界面(4)均與中央處理器(6)連接，在手柄(3)內還設有與中央處理器(6)連接的存儲器(7)和地磁傳感器(10)，所述的中央處理器(6)用于接收傳感器(5)輸送來的圈數信號和接收地磁傳感器(10)輸送來的角度信號，同時根據測量輪(1)的周長、測量輪(1)的轉動圈數和測量輪(1)轉向角度計算出測量輪(1)繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面(4)顯示。
2.根據權利要求1所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的地磁傳感器(10)為三軸地磁傳感器(10)，其中地磁傳感器(10)的X軸方向與測量輪(1)滾動的方向一致。
3.根據權利要求1或2所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的中央處理器(6)上還連接有加速度傳感器(11)，所述的加速度傳感器(11)用于校正測量輪(1)轉向時的角度誤差。
4.根據權利要求3所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的加速度傳感器(11)為三軸加速器傳感器(5)，其中加速度傳感器(11)的X軸方向與地磁傳感器(10)的 X軸方向平行或者垂直。
5.根據權利要求4所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的傳感器(5)為兩個并排設置的霍爾元件，在測量輪(1)上按圓周方向均布有若干永磁體(8)，且所述的每個永磁體(8)均能與上述的兩個霍爾元件相對，兩個霍爾元件處于不同的開關狀態(tài)。
6.根據權利要求5所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的車架上設有用于指向測量輪⑴行進方向的指向裝置(9)。
7.根據權利要求6所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的指向裝置(9)包括若干節(jié)依次連接成直線并水平設置的指向桿(91)，每節(jié)指向桿(91)活動連接，第一節(jié)指向桿(91)連接在輪架( 上，其余指向桿(91)能收縮在相鄰的下一節(jié)指向桿(91)內。
8.根據權利要求6所述的測距和測面積的測量輪，其特征在于，所述的指向裝置(9)為激光瞄準器。
9.一種上述測量輪的測量方法，其特征在于，該測量方法包括如下步驟在測量輪(1) 手柄C3)的操作顯示界面(4)上按下啟動鍵，等待系統(tǒng)準備好后按下初始坐標記錄鍵，在原地左右晃動測量輪(1)的手柄C3)使中央處理器(6)通過地磁傳感器(10)快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值，作為這次測量的轉向角并存儲于存儲器(7)中；按照預定的直線路線進行滾動直到再次轉向時按下轉向鍵記錄該點的坐標，并再次左右晃動測量輪(1) 的手柄⑶使中央處理器(6)通過地磁傳感器(10)快速采樣轉向角并計算出轉向角的平均值，作為這次測量的另一個轉向角并存儲于存儲器(7)中；在測量輪(1)回到終點時，按下終止鍵，結束測量；中央處理器(6)根據測量輪(1)的周長、測量輪(1)的轉動圈數和測量輪(1)轉向角度計算出測量輪(1)繞地滾動一周所圍成的面積，并輸送結果給操作顯示界面(4)顯示。
10.根據權利要求9所述的測量輪的測量方法，其特征在于，所述的左右晃動測量輪 (1)的幅度為O 5度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測距和測面積的測量輪及其測量方法，屬于測量輪技術領域。它解決了現有測量輪不能直接測量面積的問題。該測距和測面積的測量輪包括測量輪、設置在測量輪上的輪架和連接在輪架上的手柄，在手柄上設有操作顯示界面，在輪架上設有檢測測量輪轉動圈數的傳感器，在手柄內還設有中央處理器，傳感器和操作顯示界面均與中央處理器連接，在手柄內還設有與中央處理器連接的存儲器和地磁傳感器，中央處理器用于接收圈數信號和角度信號，同時根據測量輪的周長、測量輪的轉動圈數和測量輪轉向角度計算出測量輪繞地滾動一周所圍成的面積并輸送結果給操作顯示界面顯示。本測量輪不僅能距離測量也能直接、快速、準確地實現面積測量。
文檔編號G01B7/32GK102506683SQ20111029762
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者李文, 林忠仁, 連加軍 申請人:林忠仁