一种实操虚测的全站仪实训仿真系统技术方案

本发明专利技术是一种实操虚测的全站仪实训仿真系统，包括全站仪、地面参照板、拍照设备、对中激光及智能终端，地面参照板为含有对中瞄准点印有特殊图案的平板，拍照设备为与智能终端相连用于获取地面参照板图像的设备，对中激光为一种与对中点光路重合用于全站仪对中的激光，智能终端是一种与全站仪相连用于执行虚实同步过程并显示虚实同步视图的计算显示设备，虚实同步过程为一种同步三维虚拟场景与全站仪相关信息的处理过程，虚实同步视图包括人眼视图、瞄准器视图及照准镜视图。具有与真实测量操作等同的操作环节和体验感，既可为工程现场或高危环境下难以开展的测量实训提供了一种切实可行的方案，也可以较低的成本来丰富测量实训的场景。实训的场景。实训的场景。

【技术实现步骤摘要】
一种实操虚测的全站仪实训仿真系统


[0001]本专利技术涉及一种测量培训与教学实验系统，属于虚拟仿真实验教学与培训领域。

技术介绍

[0002]测量是一门获取场景目标对象几何位置的技术，通常借助全站仪进行水平测距和测角来实现。尽管当前全站仪自动化程度高，仍离不开操作人员的仪器操作。当前，测量人员主要由开设测量相关专业的高校或高职来培养，而实验教学是测量人员培养的重要环节。由于不同应用场景测量方案存在差异，理想的测量实验教学应让学生对不同应用场景开展测量实验与实践。然而，受经济、时间及空间条件等因素制约，实际难以开展多样化应用场景的测量实验教学，而在工程现场或高危环境下开展测量实验教学不具备现实可行性。计算机仿真技术的快速发展为该问题的解决提供了可行的思路。近年来，教育部大力推动高等学校虚拟仿真实验教学改革与创新。截止目前，已建设了一批国家级虚拟仿真实验教学中心，其核心目标是将难以开展或不可开展的实验项目借助虚拟仿真技术予以改造，以期实现等同的实训目的。
[0003]专利“全站仪虚拟仿真教学系统”（申请号：CN202010410597.2）及“基Unity+3D技术的虚拟仿真系统构建方法”（申请号：CN202010410597.2）公开了一种利用全站仪进行虚拟仿真教学的技术。该类技术中，用于测量的仪器被虚拟化至软件系统中，虚拟仪器由鼠标键盘控制，不具备等同真实操作的体验感。技术“一种测绘仪器仿真模型装置”（申请号：CN201621244021.9）公开了一种全站仪的仿真模型，通过实体仿真全站仪与服务器互连实现虚拟仿真实验。该类技术一定程度上提升了与真实实验操作的等同感，但由于采用实体仿真全站仪控制虚拟仿真全站仪以及未考虑对中整平等环节，与利用真实全站仪进行测量操作相比仍有较大的差距，不具备等同真实操作的体验感，难以真正达到测量实训的目的。
[0004]具有与真实测量操作等同的操作环节和体验感是当前测量实训虚拟仿真系统应到予以考虑并解决的问题。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种与真实测量操作具有等同操作环节和等同体验感的全站仪实训仿真系统，以解决现有虚拟仿真技术在测量操作环节缺失或体验感不真实的问题。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：一种实操虚测的全站仪实训仿真系统，包括全站仪、地面参照板、拍照设备、对中激光及智能终端共5个部分；所述全站仪是具备对中、整平、水平角观测、垂直角观测及观测数据自动记录功能的专业测量仪器；所述地面参照板为含有对中瞄准点及特殊图案的白板；
所述特殊图案为中心区域印有用于辅助智能终端判断是否对中的定位图案，周边区域印有包含当前地面参照板编号信息的二维码图案；所述定位图案指由圆心向外颜色依次相间的等宽圆环带以及十字丝构成的图案；所述拍照设备为通过有线或无线与智能终端相连，用于获取地面参照板图像的设备，安装在基座底部或全站仪对中通路；所述对中激光为一种用于全站仪对中的激光，其发射装置安装在全站仪对中通路内，所发射的激光与对中点光路重合；所述智能终端是一个通过有线或无线与全站仪相连的计算显示设备，用于执行虚实同步过程并显示虚实同步视图的计算显示设备；所述虚实同步视图包括人眼视图、瞄准器视图和照准镜视图，分别对应三维虚拟场景中人眼视景体、瞄准器视景体和照准目镜视景体所关联的视图。
[0008]所述人眼视景体、瞄准器视景体和照准目镜视景体为人眼、瞄准器及照准镜所对应的视场在三维虚拟场景的映射，均由视点、视线和视场角所确定。
[0009]所述的虚实同步过程是一个同步三维虚拟场景与全站仪相关信息的处理过程，由以下步骤组成：（1）用户将现实世界映射为三维虚拟场景或直接创建三维虚拟场景，建立地面参照板编号与三维虚拟场景中测站位置及初始视线水平方位的映射表；（2）先决条件判决通过后，执行视景体与角度读数初始化过程，智能终端显示虚实同步视图；（3）用户转动照准镜后，全站仪的水平和垂直角读数被实时地同步至智能终端，智能终端将获得的水平和垂直方位角视为三维虚拟场景中三个视景体视线的水平和垂直方位角，然后实时地计算各视景体所对应的各视图，并将视图结果实时地显示在智能终端屏幕上；（4）当用户按下全站仪的测距按钮时，智能终端计算照准目镜视景体的视点位置与照准镜视图中十字丝所瞄准的点之间的距离，经添加一定大小的随机误差后，将添加随机误差后的距离同步至全站仪的输出设备上；所述的视景体与角度读数初始化过程，包括以下步骤：（1）智能终端通过拍照设备捕获当前地面参照板图像并识别其中二维码所蕴含的编号信息，通过映射表获取当前测站位置及初始视线水平方位；（2）智能终端用当前测站位置加上全站仪仪器高度后所对应的点同时初始化人眼视景体、瞄准器视景体及照准目镜视景体所对应的视点；（3）智能终端用人眼、瞄准器及照准镜所对应的视场角分别初始化人眼视景体、瞄准器视景体及照准镜视景体所对应的视场角；（4）智能终端用当前初始视线水平方位同时初始化人眼视景体、瞄准器视景体及照准目镜视景体所对应的视线的水平方位；（5）全站仪将用当前初始视线水平方位初始化其水平方位读数；（6）智能终端用全站仪的垂直方位读数同时初始化人眼视景体、瞄准器视景体及照准目镜视景体所对应的视线的垂直方位。
[0010]所述的先决条件判决由整平判决和对中判决构成，是否通过由对中及整平两种判
决共同决定；所述的整平判决根据全站仪的自动补偿系统得出；若全站仪的自动补偿系统未超限，则通过整平判决，否则为不通过；所述的对中判决由以下步骤构成：（1）真实对中操作完成后，智能终端通过拍照设备捕获参照板图像；（2）智能终端计算并识别参照板图像的激光点及各圆环带区域；（3）若激光点完全位于参照板图像最内侧的圆环区域，则通过对中判决，否则不通过。
[0011]本专利技术的有益效果是：一、本专利技术可为工程现场或高危环境下难以开展的测量实训提供了一种切实可行的方案，且可以以较低的成本来丰富测量实训的场景，从而增加被实训人员的经验；二、与现有方案相比，本专利技术提供的测量实训方案具有与真实测量操作等同的操作环节和体验感，更能达到测量实训目的。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的一种实操虚测的全站仪实训仿真系统示意图；图2是本专利技术的地面参照板实施例；图3是本专利技术的拍照设备安装实施例；图4是本专利技术的对中激光示意图；图5是本专利技术的智能终端实施例；图6是本专利技术的映射表实施例。
具体实施方式
[0013]下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。
实施例
[0014]一种实操虚测的全站仪实训仿真系统，如图1，包括全站仪1、地面参照板2、拍照设备3、对中激光4、智能终端5；所述的全站仪是具备对中、整平、水平角观测、垂直角观测及观测数据自动记录功能的专业测量仪器；所述的全站仪利用瞄准器(图1中的6)进行粗略瞄准，用照准镜(图1中的7)进行精确瞄准；所述的地面参照板为一平板，如图2，中心区域印有定位图案8，周边区域印有包含当前地面参照板编号信息的二维码图案9；所谓的定位图案指由圆心向外颜色依次相间的等宽圆环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实操虚测的全站仪实训仿真系统，包括全站仪、地面参照板、拍照设备、对中激光及智能终端，所述全站仪是具备对中、整平、水平角观测、垂直角观测及观测数据自动记录功能的测量仪器，其特征在于，所述地面参照板为含有对中瞄准点及图案的平板，所述拍照设备为与智能终端相连用于获取地面参照板图像的设备，所述对中激光为一种与对中点光路重合用于全站仪对中的激光，所述智能终端是与全站仪相连用于执行虚实同步过程并显示虚实同步视图的计算显示设备。2.根据权利要求1所述实操虚测的全站仪实训仿真系统，其特征在于，所述图案包括中心区域内印有用于辅助智能终端判断是否对中的定位图案。3.根据权利要求1所述实操虚测的全站仪实训仿真系统，其特征在于，所述平板的周边区域印有包含当前地面参照板编号信息的二维码图案。4.根据权利要求2所述实操虚测的全站仪实训仿真系统，其特征在于，所述定位图案指由圆心向外颜色依次相间的等宽圆环带以及十字丝构成的图案。5.根据权利要求1所述实操虚测的全站仪实训仿真系统，其特征在于，虚实同步视图包括人眼视图、瞄准器视图和照准镜视图，分别对应三维虚拟场景中人眼视景体、瞄准器视景体和照准目镜视景体所关联的视图，所述人眼视景体、瞄准器视景体和照准目镜视景体为人眼、瞄准器及照准镜所对应的视场在三维虚拟场景的映射，均由视点、视线和视场角所确定。6.根据权利要求1所述实操虚测的全站仪实训仿真系统，其特征在于，所述虚实同步过程是同步三维虚拟场景与全站仪相关信息的处理过程，由以下步骤组成：（1）用户将现实世界映射为三维虚拟场景或直接创建三维虚拟场景，建立地面参照板编号与三维虚拟场景中测站位置及初始视线水平方位的映射表；（2）先决条件判决通过后，执行视景体与角度读数初始化过程，智能终端显示虚实同步视图；（3）用户转动照准镜后，全站仪的水平和垂直角读数被实时地同步至智能终端，智能终端将获得的水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：余接情，郭宝宇，高井祥，汪云甲，杨敏，陈国良，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：