TWI431251B - 測距儀及測量兩目標物間距的方法 - Google Patents

Description

測距儀及測量兩目標物間距的方法

本案與測量距離的技術有關，特別是有關於一種測距儀及測量兩目標物間距的方法。

測距儀的技術，常用的技術有無線電波與雷射兩種。其中使用無線電波，是在甲地發射脈衝信號；當乙地接收甲地的脈衝信號，會發射另一脈衝信號給甲地；當甲地接收乙地的脈衝信號，便能從發射與接收的時間差，計算出甲乙兩地的距離。另外使用雷射的技術，則是將脈衝信號改為雷射，也是利用發射與接收的時間差計算距離。

然而現今的測距儀，皆只能用來測量距離。也就是說，即使知道自身的位置與目標物的距離，或是知道目標物的位置與自身的距離，卻無法將此距離轉成座標表示。不僅無法知道目標物與自身的相對位置，也無法正確判斷絕對位置。

況且，目前的測距儀若要測量兩目標物之間的距離，必須要站在一個目標物的位置，去測量另一目標物的距離。並無法在第三地直接測量兩目標物的間距。

本發明之一技術態樣在於提供一種測距儀，能夠取得目標物的三維座標，還能取得兩個三維座標的間距，而得到兩個目標物之間的距離。

根據本發明一實施方式，一種測距儀包含一測距單元、一定位單元、一指北針、一照準儀以及一計算單元。其中測距單元用以測量與一目標物之間的直線距離。定位單元用以取得一基準座標。指北針用以取得目標物的方向。照準儀用以測量與目標物之間的垂直角度。計算單元分別與測距單元、定位單元、指北針及照準儀連接，用以取得目標物相對於基準座標的三維座標。

根據本發明另一實施方式，一種使用前述測距儀測量兩目標物間距的方法，包含下列步驟。設定一基準座標。根據一第一目標物相對於基準座標的距離、方向及垂直角度，取得第一目標物相對於基準座標的三維座標。根據一第二目標物相對於基準座標的距離、方向及垂直角度，取得第二目標物相對於基準座標的三維座標。計算第一目標物與第二目標物的三維座標的間距。

第1圖繪示本發明一實施方式之測距儀的功能方塊圖。如圖所示，測距儀包含一測距單元100、一定位單元200、一指北針300、一照準儀400以及一計算單元500。其中測距單元100用以測量與一目標物之間的直線距離。定位單元200用以取得一基準座標。指北針300用以取得目標物的方向。照準儀400用以測量與目標物之間的垂直角度。計算單元500分別與測距單元100、定位單元200、指北針300及照準儀400連接，用以取得目標物相對於基準座標的三維座標。

第2圖繪示第1圖之測距儀實施測量的側視圖。第3圖繪示第2圖之測距儀實施測量的俯視圖。詳細地說，要測量一目標物600與使用者700自身的相對位置時，是利用定位單元200取得使用者700自身的位置，定義為基準座標，此實施例中，基準座標定義為(0,0,0)。由測距儀取得與目標物600的間距，此實施例中，間距定義為103。由指北針300取得目標物600的方向，此實施例中，以北方為0度，由逆時針方向起算，目標物600的方向定義為225度。由照準儀400取得與目標物600之間的垂直角度，此實施例中，垂直角度定義為45度。

取得上述數據後，計算單元500能利用基準座標與方向，定義出使用者700本身與目標物600的相對方向，還能根據相對方向將間距與垂直角度分析為三維座標(10,-10,10)。可知藉由本案測距儀，能計算出目標物600與使用者700自身的相對位置，也就是目標物600相對於基準座標的三維座標。

更進一步地說，當要計算目標物600的絕對位置時，定位單元200只要能取得絕對位置，利用前述操作的敘述，便能獲得目標物600的絕對位置。因此定位單元200能使用全球定位系統(Global Positioning System,GPS)，以便取得絕對位置。例如前述基準座標為(0,0,0)的情況下，目標物600的三維座標為(10,-10,10)；當基準座標以GPS定位絕對座標為(100,100,100)，目標物600的絕對座標便為(110,90,110)。

參照第1圖，計算單元500包含一記憶區塊510，用以儲存至少二三維座標。第4圖繪示本發明一實施方式之測量二目標物610、620間距的步驟流程圖。依照下述步驟，能直接測量二目標物610、620之間的距離。設定一基準座標。根據一第一目標物610相對於基準座標的距離、方向及垂直角度，取得第一目標物610相對於基準座標的三維座標。根據一第二目標物620相對於基準座標的距離、方向及垂直角度，取得第二目標物620相對於基準座標的三維座標。計算第一目標物610與第二目標物620的三維座標的間距。

第5圖繪示第1圖之測距儀實施另一測量的側視圖。第6圖繪示第5圖之測距儀實施另一測量的俯視圖。將使用者700站的位置設定為基準座標(0,0,0)，便能取得第一目標物610與第二目標物620分別相對於基準座標的三維座標。其中第一目標物610與前述目標物600的三維座標相同，為(10,-10,10)。由測距單元100取得第二目標物620與使用者700的間距，此實施例中，間距定義為106。由指北針300取得第二目標物620的方向，此實施例中，第二目標物620的方向定義約為63.435度。由照準儀400取得使用者700與第二目標物620之間的垂直角度，此實施例中，垂直角度定義約為26.565度。可得第二目標物620的三維座標定義為(-20,10,10)。如此便能利用二三維座標的差值(-30,20,0)取得二目標物610、620的間距1013。

另外，在測量第一目標物610與第二目標物620的間距時，前述是在相同基準座標的情況下測量。實際上，即使站在不同基準座標，也能測量二目標物610、620的間距。例如，在基準座標(0,0,0)取得第一目標物610的三維座標(10,-10,10)，在基準座標(10,10,10)取得第二目標物620的三維座標(-10,20,20)。計算第一目標物610與第二目標物620之間的距離時，將第一目標物610與第二目標物620的三維座標差值(-20,30,10)(第二目標物620的三維座標減第一目標物610的三維座標)，減去用第二目標物620的基準座標(10,10,10)減第一目標物610的基準座標(0,0,0)的座標差值(10,10,10)，便能得到第一目標物610與第二目標物620實際的間距。

參照第1圖，測距儀另包含一開關800。開關800與計算單元500連接，用以控制計算單元500取得任意二三維座標的間距。換句話說，利用開關800能切換計算單元500只取得目標物600相對於基準座標的三維座標，或者於取得二目標物610、620的三維座標後，利用三維座標計算此二目標物610、620的間距。以便使用者700能依據使用需求進行功能的切換。

100．．．測距單元

200．．．定位單元

300．．．指北針

400．．．照準儀

500．．．計算單元

510．．．記憶區塊

600．．．目標物

610．．．第一目標物

620．．．第二目標物

700．．．使用者

800．．．開關

第1圖繪示本發明一實施方式之測距儀的功能方塊圖。

第2圖繪示第1圖之測距儀實施測量的側視圖。

第3圖繪示第2圖之測距儀實施測量的俯視圖。

第4圖繪示本發明一實施方式之測量二目標物間距的步驟流程圖。

第5圖繪示第1圖之測距儀實施另一測量的側視圖。

第6圖繪示第5圖之測距儀實施另一測量的俯視圖。

100．．．測距單元

200．．．定位單元

300．．．指北針

400．．．照準儀

500．．．計算單元

510．．．記憶區塊

800．．．開關

Claims (5)

1. 一種測距儀，包含：一測距單元，用以測量與一目標物之間的直線距離；一定位單元，用以取得一基準座標；一指北針，用以取得該目標物的方向；一照準儀，用以測量與該目標物之間的垂直角度；以及一計算單元，分別與該測距單元、該定位單元、該指北針及該照準儀連接，用以取得該目標物相對於該基準座標的三維座標。
2. 如請求項1所述之測距儀，其中該計算單元包含一記憶區塊，用以儲存至少二該三維座標。
3. 如請求項2所述之測距儀，另包含一開關，與該計算單元連接，用以控制該計算單元取得該二三維座標的間距。
4. 如請求項1所述之測距儀，其中該定位單元為一全球定位系統。
5. 一種使用請求項1之測距儀測量兩目標物間距的方法，包含下列步驟：設定一基準座標；根據一第一目標物相對於該基準座標的距離、方向及垂直角度，取得該第一目標物相對於該基準座標的三維座標；根據一第二目標物相對於該基準座標的距離、方向及垂直角度，取得該第二目標物相對於該基準座標的三維座標；以及計算該第一目標物與該第二目標物的三維座標的間距。