阅读说明：本技术 坐标转换的方法以及装置 (method and device for coordinate conversion ) 是由 胡云岗 侯妙乐 宋青 信泰琦 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种坐标转换装置,用于对两个空间中的坐标进行相互转换,其特征在于,包括：装置连接杆,其一端设有至少4个第一标靶中心,另一端设有至少4个第二标靶中心；其中,至少4个以上的所述第一标靶中心不共平面,至少4个以上的所述第二标靶中心不共平面,所述第一标靶中心、所述第二标靶中心位于两个不同的空间坐标系中,所述坐标传递装置用于对所述第一标靶中心、所述第二标靶中心对应的空间坐标进行转换。本发明还提供了应用前述坐标转换装置进行坐标转换的方法。本发明的装置与方法进行坐标转换所消耗的时间更少,效率更高,降低了误差传播。(The present invention provides a coordinate conversion apparatus for mutually converting coordinates in two spaces, characterized by comprising: the device connecting rod is provided with at least 4 first target centers at one end and at least 4 second target centers at the other end; the coordinate transmission device is used for converting the space coordinates corresponding to the first target center and the second target center. The invention also provides a method for converting coordinates by applying the coordinate conversion device. The device and the method of the invention consume less time for coordinate conversion, have higher efficiency and reduce error propagation.)

坐标转换的方法以及装置

技术领域

本发明涉及测绘领域，具体是一种坐标转换的方法以及装置。

背景技术

在工程领域，经常需要对高层建筑或者古建筑(如布达拉宫古建筑群)的内部进行测量，且需要将大地坐标系引入到建筑物内部。在施测过程中，由于高层建筑或古建筑本身结构与布局的复杂性以及外界环境的影响，有时难以将外部坐标系统传递到建筑内部。通常做法是在高层建筑或古建筑的室内与室外分别建立一套独立的坐标系统，然后通过分别室内坐标系、室外坐标系对各自所述的空间进行表达，最后将两个独立的坐标系中的点坐标进行转换，即可获取室内空间中的点在室外坐标系中的表达，从而完成坐标系统对高层建筑或古建筑内部空间的完整描述。在坐标转换的步骤中，有一个关键步骤是求取两个独立坐标系之间的转换参数。而求取转换参数，主流的方法是将关于空间点的平面坐标与高程坐标分开进行转换。这种方法效率有待提高，且如果要对建筑进行更高精度的三维激光扫描，为三维一体的控制坐标系统的构建带来诸多不便。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种坐标转换的方法以及装置，在进行坐标的转换时，不仅效率更高，还可以降低误差传播。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种坐标转换装置，用于对两个空间的点坐标进行相互转换，包括：

装置连接杆，其一端至少4个第一标靶中心，另一端设有至少4个第二标靶中心；

其中，至少4个以上的所述第一标靶中心不共平面，至少4个以上的所述第二标靶中心不共平面，所述第一标靶中心、所述第二标靶中心位于两个不同的空间中，所述坐标转换装置用于对所述第一标靶中心、所述第二标靶中心对应的空间坐标系进行转换。

优选地，所述的坐标转换装置，其中，所述装置连接杆的两端沿着不同方向分别延伸出至少4个以上的杆状凸起，所述装置连接杆每一端至少4个以上的杆状凸起的末端不共平面，所述第一标靶中心设于所述装置连接杆一端的杆状凸起上，所述第二标靶中心设于所述装置连接杆另一端的杆状凸起上。

优选地，所述的坐标转换装置，其中，所述杆状凸起上设有凹槽，所述第二标靶中心与所述第二标靶中心***对应的所述凹槽中。

优选地，所述的坐标转换装置，还包括：装置底座与装置支架，所述装置支架的上端与所述装置连接杆的中部连接，所述装置支架的下端与所述装置底座连接。

进一步地，本发明在应用所述坐标转换装置基础上，还提供了一种坐标转换的方法，包括：

获取所述坐标转换装置的转换系数；

在所述第一空间与所述第二空间中安装所述坐标转换装置；

建立关于第一空间的第一空间直角坐标系；

根据所述坐标转换系数获取所述第二标靶中心在所述第一空间直角坐标系中的坐标；

建立关于第二空间的第二空间直角坐标系；

根据所述第二标靶中心在所述第一空间直角坐标系中的坐标、在所述第二空间直角坐标系中的坐标，获取所述第一空间直角坐标系与所述第二空间直角坐标系之间的转换参数；

根据所述转换参数对所述第一空间与所述第二空间中的点坐标进行转换。

进一步地，所述的方法中，所述坐标转换系数的获取包括：

建立第三空间直角坐标系与第四空间之间坐标系；

将所述坐标转换装置安装于所述第三空间与所述第四空间中；

获取所述第一标靶中心在所述第三空间直角坐标系中的坐标，以及所述第二标靶中心在所述第四空间直角坐标系中的坐标；

获取所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系之间的至少4个的同名点，并分别获取所述同名点在所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系中对应的坐标；

根据所述第一标靶中心在所述第三空间直角坐标系中的坐标、所述第二标靶中心在所述第四空间直角坐标系中的坐标、以及所述同名点在所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系中对应的坐标求取所述坐标转换系数。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明能够进行快速且方便的在合适的位置设置标靶中心，进行坐标转换，相较于传统技术中利用单个标靶中心进行坐标转换所消耗的时间更少，效率更高，降低了误差传播。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的坐标传递装置的其中一个结构示意图；

图2为本发明的坐标转换方法中的其中一个流程示意图；

图3为本发明的坐标转换方法中的另一个流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明公开了一种坐标转换装置，包括：

一种坐标转换装置，用于对两个空间的点坐标进行相互转换，其特征在于，包括：

装置连接杆1，其一端至少4个第一标靶中心201，另一端设有至少4个第二标靶中心202；

其中，至少4个以上的所述第一标靶中心201不共平面，至少4个以上的所述第二标靶中心202不共平面，所述第一标靶中心201、所述第二标靶中心202位于两个不同的空间中，所述坐标转换装置用于对所述第一标靶中心201、所述第二标靶中心202对应的空间坐标进行转换。

在上述技术方案中：第一空间与第二空间之间是隔开的，但是两者之间的交汇处存在至少一个局部是连通的，用于安装所述坐标转换装置；例如高层建筑的室内空间与室外空间(如果将室外空间作为第一空间，那么室内空间则作为第二空间)，室内空间一般安装至少一个窗户将室内空间与室外空间连通，通常将前述坐标转换装置安装在窗户上，将第一标靶中心201置于室内空间，第二标靶中心202置于室外空间；分别建立室内坐标系与室外坐标系，这样就可以从室内空间和室外空间中分别测量所述第一标靶中心201以及所述第二标靶中心202对应的空间坐标。在更为具体的实施过程中，所述第一标靶中心201或者所述第二标靶中心202具体可以是标靶球或者标靶棱镜，在获取空间坐标时，测量标靶球或者标靶棱镜的中心即可。至于方案中所述的坐标转换主要指的是：将所述第一标靶中心201对应的空间坐标系转换至所述第二标靶中心202，或者将所述第二标靶中心202应的空间坐标系转换至所述第一标靶中心201。关于所述坐标转换装置的使用方法将在下文进行详细描述。

在另一种技术方案中，所述的坐标转换装置，其中，所述装置连接杆1的两端沿着不同方向分别延伸出至少4个以上的杆状凸起101，所述装置连接杆1每一端至少4个以上的杆状凸起101的末端不共平面，所述第一标靶中心201设于所述装置连接杆1一端的杆状凸起101上，所述第二标靶中心202设于所述装置连接杆1另一端的杆状凸起101上。这里对于杆状凸起101的设计是为了精确实现对第一标靶中心201与第二标靶中心202空间位置的安排。

在另一种技术方案中，所述的坐标转换装置，其中，所述杆状凸起101上设有凹槽，所述第二标靶中心202与所述第二标靶中心202***对应的所述凹槽中。以便于精确实现所述第二标靶中心202与所述第二标靶中心202与所述杆状凸起101之间的连接。

在另一种技术方案中，所述的坐标转换装置，还包括：装置底座4与装置支架3，所述装置支架3的上端与所述装置连接杆1的中部连接，所述装置支架3的下端与所述装置底座4连接。便于安装所述坐标转换装置。且所述装置基座、所述装置支架必须是刚性的，也就是不易变形的。

进一步地，本发明在应用上述坐标转换装置基础上，还公开了一种坐标转换的方法，参见图2所示，所述坐标转换的方法包括：

S100、获取所述坐标转换装置的转换系数，具体求解原理后文有详细描述；

S200、在所述第一空间与所述第二空间中安装所述坐标转换装置；

S300、建立关于第一空间的第一空间直角坐标系；获取所述第一标靶中心201在第一空间直角坐标系中的坐标；

S400、根据所述坐标转换系数获取所述第二标靶中心202在所述第一空间直角坐标系中的坐标；具体的做法是将所述第一标靶中心201在第一空间直角坐标系中的坐标经过所述坐标转换系数处理后，即可得到所述第二标靶中心202在所述第一空间直角坐标系中的坐标；其工作原理在于：由于上述坐标转换装置是一种刚性结构，设立于其两端的第一标靶中心201与第二标靶中心202之间的空间位置关系是相对稳定的，相当于同一坐标系下的两个不同点集合之间相对位置的数学关系，根据这种稳定的空间位置关系即可求得所述坐标转换系数；据此，当已知第一标靶中心201与所述第二标靶中心202中任意一者的坐标系时，我们可以利用所述坐标传递装置将已知者的坐标系传递给另一者，使得另一者获得已知者坐标系下的坐标。

S500、建立关于第二空间的第二空间直角坐标系；获取所述第二标靶中心202在第二空间直角坐标系中的坐标；

S600、根据所述第二标靶中心202在所述第一空间直角坐标系中的坐标、在所述第二空间直角坐标系中的坐标，获取所述第一空间直角坐标系与所述第二空间直角坐标系之间的坐标转换参数；当求得所述第二标靶中心202分别在所述第一空间直角坐标系中的坐标、在所述第二空间直角坐标系中的坐标时，此时的第二标靶中心202就相当于所述第一空间直角坐标系与所述第二空间直角坐标系之间的公共点，利用布尔莎模型(七参数坐标转换理论)即可求得两个空间直角坐标系之间的转换参数；通常求解两个空间直角坐标系之间的转换参数时，需要借助两个空间直角坐标系之间的3个公共点的坐标才可以，而这里的第二标靶中的数量设置为至少4个，是为了提高装置的测量精度。

S700、根据所述转换参数对所述第一空间与所述第二空间中的点坐标进行转换。求取转换参数后，就可以将第一空间直角坐标系转换到第二空间中除了第二标靶中心202以外的点上。具体的求解公式如下式(1)所示，

式(1)中的T_X、T_X、T_X为所述坐标传递系数中的三个坐标位移参数，ω_X、ω_Y、ω_Z为所述坐标传递系数中的三个旋转角度参数，m为所述坐标传递系数中的一个缩放尺度参数，(X_A、Y_A、Z_A)代表已知的坐标，(X_B、Y_B、Z_B)代表待求解的坐标。

如果已知第二空间中的点在第二空间直角坐标系中的坐标(用X_A、Y_A、Z_A表示)，通过式(1)即可求得第二空间中的点在第一空间直角坐标系中的坐标(用X_B、Y_B、Z_B表示)。

在另一种技术方案中，所述方法中，获取所述坐标转换系数包括(可参见图3所示)：

S101、建立第三空间直角坐标系与第四空间之间坐标系；第三空间直角坐标系与第四空间之间坐标系一般在实验室中建立；

S102、将所述坐标转换装置安装于所述第三空间与所述第四空间中；具体的，所述第一标靶中心201位于所述第三空间中，所述第二标靶中心202位于所述第四空间中；

S103、获取所述第一标靶中心201在所述第三空间直角坐标系中的坐标，以及所述第二标靶中心202在所述第四空间直角坐标系中的坐标；

S104、获取所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系之间的至少4个的同名点，并分别获取所述同名点在所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系中对应的坐标；这里的同名点指的是第三空间直角坐标系与第四空间之间坐标系之间的公共点；

S105、根据所述第一标靶中心201在所述第三空间直角坐标系中的坐标、所述第二标靶中心202在所述第四空间直角坐标系中的坐标、以及所述同名点在所述第三空间直角坐标系与所述第四空间之间坐标系中对应的坐标求取所述坐标转换系数。这里同样结合布尔莎模型求取所述坐标转换系数。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。