CN109764802B - 基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***及方法，通过在建筑面关键位置设置无线信号发射装置，通过与便携式智能终端设备连接的多通道信号接收装置采集无线信号强弱、及信号源与多通道信号接收装置的夹角，进而对每个无线信号发射装置进行定位，从而对建筑面进行定位，建立起整个建筑的三维模型，简单高效，可以为设计师节省大量的测量和画图时间，利用此方法获得的空间模型数据精确，与实际空间数据一致，数据真实没有误差；对于每面墙体，最少只需定位四个顶角位置，即可模拟出该墙面的三维模型，并且能模拟出门窗位置，高效便捷；本发明的建模方法直接在便携式移动设备上成像，操作简便，无需专业的制图知识，受众广泛。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模领域，尤其涉及一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***及方法。
背景技术
目前，在建筑空间测量领域，为了得到建筑物内外的三维空间模型，采用的方法一般是，先人工测量墙体长宽尺寸和墙体厚度，再制作平面户型图，然后将平面户型图虚拟渲染成3D立体建筑空间模型图，或通过VR软件进行虚拟模拟房型数据。以上操作手工环节太多，且后续处理工作量较大，效率低下。
无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，综合了传感技术、微电子技术、网络技术、无线通信技术、嵌入式技术、分布式计算处理技术等多种技术的交叉学科，涉及的范围十分广泛，因而相关的研究内容也十分丰富，目前世界各国均对其各方面开展了研究。
随着微电子机械***、功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术、微型传感器技术及集成电路技术的飞速发展和日益成熟，使得由大量低成本、低功耗、小体积、短距离通信多功能的微型传感器通过无线链路自组织为无线传感器网络(WSN)成为现实。WSN已经广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域，在当前国际上备受关注，涌现了许多研究热点领域。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，包括若干个无线信号发射装置(1)、一多通道信号接收装置(2)和一便携式智能终端设备(3)，无线信号发射装置(1)和便携式智能终端设备(3)分别与多通道信号接收装置(2)信号连接，其中，
无线信号发射装置(1)，设置于建筑面关键位置，并发射无线信号给多通道信号接收装置(2)；
多通道信号接收装置(2)，接收无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角数据发送给便携式智能终端设备(3)；
便携式智能终端设备(3)，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离；以多通道信号接收装置(2)所在位置为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离和夹角，定位无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置；对无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置依次连线，生成代表建筑面的平面模型；依次建立地面、墙面和顶面的平面模型，并组合，得到整个建筑的三维空间模型。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述建筑面关键位置包括墙面或者地面的顶角位置、门窗顶角位置。
在以上技术方案的基础上，优选的，无线信号发射装置(1)设置有四个，分别设置于建筑面的四个顶角位置。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述无线信号发射装置(1)采用ZigBee节点，多通道信号接收装置(2)采用Zigbee网络协调器。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述无线信号发射装置(1)采用UWB标签，多通道信号接收装置(2)采用UWB定位信号接收机。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述无线信号发射装置(1)采用蓝牙发射模块，多通道信号接收装置(2)采用蓝牙接收模块。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述多通道信号接收装置(2)和便携式智能终端设备(3)集成设置，或者通过数据线连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，便携式智能终端设备(3)包括智能手机或者平板电脑。
在以上技术方案的基础上，优选的，多通道信号接收装置(2)，包括依次信号连接的信号接收模块(21)、电路调理模块(22)、数/模转换模块(23)、处理模块(24)和通信模块(25)，其中，
信号接收模块(21)，接收无线信号并产生模拟信号；
电路调理模块(22)，将模拟信号进行放大、滤波后发送给数/模转换模块(22)；
数/模转换模块(23)，将模拟信号转变为数字信号并发送给处理模块(24)；
处理模块(24)，识别数字信号，并计算无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角数据通过通信模块(25)发送给便携式智能终端设备(3)。
第二方面，本发明提供了一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的方法，包括以下步骤，
S1，将多个无线信号发射装置(1)分别设置于建筑面关键位置；
S2，通过多通道信号接收装置(2)，接收无线信号发射装置(1)发射的无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角；
S3，通过便携式智能终端设备(3)，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离；以多通道信号接收装置(2)所在位置为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离和夹角，定位无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置；
S4，对无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置依次连线，生成代表建筑面的平面模型；
S5，依次建立地面、墙面和顶面的平面模型，并组合，得到整个建筑的三维空间模型。
本发明的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在建筑面关键位置设置无线信号发射装置，通过与便携式智能终端设备连接的多通道信号接收装置采集无线信号强弱、及信号源与多通道信号接收装置的夹角，进而对每个无线信号发射装置进行定位，从而对建筑面进行定位，建立起整个建筑的三维模型，简单高效，可以为设计师节省大量的测量和画图时间，利用此方法获得的空间模型数据精确，与实际空间数据一致，数据真实没有误差；
(2)对于每面墙体，最少只需定位四个顶角位置，即可模拟出该墙面的三维模型，并且能模拟出门窗位置，高效便捷；
(3)采用ZigBee、UWB或者蓝牙定位技术，定位精度高，能耗低；
(4)本发明的建模方法直接在便携式移动设备上成像，操作简便，无需专业的制图知识，受众广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，包括若干个无线信号发射装置1、一多通道信号接收装置2和一便携式智能终端设备3，无线信号发射装置1和便携式智能终端设备3分别与多通道信号接收装置2信号连接。
无线信号发射装置1，设置于建筑面关键位置，并发射无线信号给多通道信号接收装置2。具体的，无线信号发射装置1采用ZigBee节点，其中，所述建筑面关键位置包括墙面或者地面的顶角位置、门窗顶角位置。具体的，无线信号发射装置1设置有四个，分别设置于建筑面的四个顶角位置。如此，通过对四个顶角位置的定位，即可模拟出整面墙体的三维模型。具体的，无线信号发射装置1的空中传输速率达到250K BPS，有效实时数据传输率达到4K SPS，有效室内通讯距离可达100米。
多通道信号接收装置2，接收无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的夹角数据发送给便携式智能终端设备3。具体的，多通道信号接收装置2采用Zigbee网络协调器。其中，多通道信号接收装置2包括依次信号连接的信号接收模块21、电路调理模块22、数/模转换模块23、处理模块24和通信模块25，其中，
信号接收模块21，接收无线信号并产生模拟信号；
电路调理模块22，将模拟信号进行放大、滤波后发送给数/模转换模块23；
数/模转换模块23，将模拟信号转变为数字信号并发送给处理模块24；
处理模块24，识别数字信号，并计算无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的夹角数据通过通信模块25发送给便携式智能终端设备3。
多通道信号接收装置2的设计特点：a)采用超低功耗设计；b)无线信号发射装置1在不发射无线信号的时候自动关闭电源或置于睡眠模式；c)信号接收模块21采用BEETECH无线传感器，可实现“同时”睡眠，“同时”醒来；d)多通道信号接收装置2电源采用微型振动发电机与太阳能双重供电模式；e)多通道信号接收装置2采用的LED红、绿两色微光指示灯；f)多通道信号接收装置2外壳采用信号及光透过率极强的ZnSe或金刚石材料。
便携式智能终端设备3，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的距离；以多通道信号接收装置2所在位置为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的距离和夹角，定位无线信号发射装置1在空间坐标系上的位置；对无线信号发射装置1在空间坐标系上的位置依次连线，生成代表建筑面的平面模型；依次建立地面、墙面和顶面的平面模型，并组合，得到整个建筑的三维空间模型。具体的，便携式智能终端设备3包括智能手机或者平板电脑。所述多通道信号接收装置2和便携式智能终端设备3集成设置，或者通过数据线连接。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的无线信号发射装置1采用UWB标签，多通道信号接收装置2采用UWB定位信号接收机。
实施例3,
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的无线信号发射装置1采用蓝牙发射模块，多通道信号接收装置2采用蓝牙接收模块。
如图2所示，本发明的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的方法，包括以下步骤，
S1，将多个无线信号发射装置1分别设置于地面四个顶角位置，分别标记为A1、A2、A3和A4；
S2，多通道信号接收装置2，位置标记为O，接收无线信号发射装置1发射的无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的夹角；
S3，通过便携式智能终端设备3，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的距离，即OA1、OA2、OA3和OA4；以多通道信号接收装置2所在位置O为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置1与多通道信号接收装置2之间的距离夹角，可定位无线信号发射装置1在空间坐标系上的位置，即点A1、A2、A3和A4相对于点O的位置；
S4，对点A1、A2、A3和A4依次连线，生成代表建筑面的平面模型；
S5，依次建立地面、墙面和顶面的平面模型，并组合，得到整个建筑的三维空间模型。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，其特征在于：包括若干个无线信号发射装置(1)、一多通道信号接收装置(2)和一便携式智能终端设备(3)，无线信号发射装置(1)和便携式智能终端设备(3)分别与多通道信号接收装置(2)信号连接，其中，
无线信号发射装置(1)，设置于建筑面关键位置，并发射无线信号给多通道信号接收装置(2)；
多通道信号接收装置(2)，接收无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角数据发送给便携式智能终端设备(3)；
便携式智能终端设备(3)，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离；以多通道信号接收装置(2)所在位置为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离和夹角，定位无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置；对无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置依次连线，生成代表建筑面的平面模型；依次建立地面、墙面和顶面的平面模型，并组合，得到整个建筑的三维空间模型；
所述无线信号发射装置(1)采用蓝牙发射模块，多通道信号接收装置(2)采用蓝牙接收模块；
所述多通道信号接收装置(2)和便携式智能终端设备(3)集成设置。
2.如权利要求1所述的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，其特征在于：所述建筑面关键位置包括墙面或者地面的顶角位置、门窗顶角位置。
3.如权利要求1所述的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，其特征在于：无线信号发射装置(1)设置有四个，分别设置于建筑面的四个顶角位置。
4.如权利要求1所述的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，其特征在于：便携式智能终端设备(3)包括智能手机或者平板电脑。
5.如权利要求1所述的基于无线感应信号构建虚拟空间模型的***，其特征在于：多通道信号接收装置(2)，包括依次信号连接的信号接收模块(21)、电路调理模块(22)、数/模转换模块(23)、处理模块(24)和通信模块(25)，其中，
信号接收模块(21)，接收无线信号并产生模拟信号；
电路调理模块(22)，将模拟信号进行放大、滤波后发送给数/模转换模块(23)；
数/模转换模块(23)，将模拟信号转变为数字信号并发送给处理模块(24)；
处理模块(24)，识别数字信号，并计算无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角，并将无线信号的强度数据及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角数据通过通信模块(25)发送给便携式智能终端设备(3)。
6.一种基于无线感应信号构建虚拟空间模型的方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，将多个无线信号发射装置(1)分别设置于建筑面关键位置；
S2，通过多通道信号接收装置(2)，接收无线信号发射装置(1)发射的无线信号，并识别无线信号的强度、以及对应的无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的夹角；
S3，通过便携式智能终端设备(3)，根据无线信号的强度数据，计算无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离；以多通道信号接收装置(2)所在位置为原点建立空间坐标系，以无线信号发射装置(1)与多通道信号接收装置(2)之间的距离和夹角，定位无线信号发射装置(1)在空间坐标系上的位置；
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所述无线信号发射装置(1)采用蓝牙发射模块，多通道信号接收装置(2)采用蓝牙接收模块；
所述多通道信号接收装置(2)和便携式智能终端设备(3)集成设置。
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