回声定位装置及三维空间模型的构建方法与流程

本发明涉及三维建模领域，尤其涉及一种回声定位装置及三维空间模型的构建方法。

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。

某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声音来定向，这种空间定向的方法，称为回声定位。回声可以用来测鱼群、潜水艇和沉到海底的船。有些船上装有回声测深器，这种仪器会把声波送到海里。而回声传回船上所花的时间，可以用来算出船下任何物体的形状和位置。它也可以用来画出海床的深度和轮廓。这种技术称为声纳，意思是声音的航行和测距。声纳非常灵敏，可以分辨一条大鱼和一群小鱼，因此可以采用以上特性测量并建立建筑物内外的三维空间模型。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种回声定位装置及三维空间模型的构建方法，能高效、精准地测量并建立建筑物的三维空间模型。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种回声定位装置，其包括发射机模块(1)、接收机模块(2)、换能器模块(3)、信号处理模块(4)和声波数据收发模块(5)，还包括便携式智能终端设备(6)，换能器模块(3)分别与发射机模块(1)和接收机模块(2)电性连接，信号处理模块(4)分别与发射机模块(1)、接收机模块(2)和声波数据收发模块(5)信号连接，回声数据收发模块(5)与便携式智能终端设备(6)信号连接，其中，

换能器模块(3)，发射声波并接收回声；

发射机模块(1)，对信号处理模块(4)发送的声波发射信号进行转换、功率放大并控制换能器模块(3)发射声波；

接收机模块(2)，对换能器模块(3)接收的回声信号进行转换、差分放大、增益滤波、再放大并发送给信号处理模块(4)；

信号处理模块(4)，对信号数据进行采集处理；

便携式智能终端设备(6)，一方面，供输入声波发射指令，并通过信号处理模块(4)发送给发射机模块(1)；第二方面，对接收机模块(2)通过信号处理模块(4)反馈的回声信号进行解析，与相应的声波发射指令进行对比，得到声音在空气中传播的时间、以及回声角度，选取与回声定位装置相对静止的一点为原点建立三维坐标系，得到周围障碍物的三维空间模型。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述便携式智能终端设备(6)采用智能手机，发射机模块(1)、接收机模块(2)、换能器模块(3)、信号处理模块(4)和声波数据收发模块(5)与智能手机集成设置。

第二方面，本发明提供了一种三维空间模型的构建方法，包括以下步骤，

将换能器模块(3)对准建筑物墙体，发射声波并接收经建筑物墙体反射的回声；

通过接收机模块(2)对换能器模块(3)接收的回声信号进行转换、差分放大、增益滤波、再放大，再经信号处理模块(4)对信号数据进行采集处理后发送给便携式智能终端设备(6)，便携式智能终端设备(6)对回声信号进行解析，与相应的声波发射指令进行对比，得到声音在空气中传播的时间、以及回声角度，选取与回声定位装置相对静止的一点为原点建立三维坐标系，得到周围墙体的三维空间模型。

本发明的回声定位装置及三维空间模型的构建方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置发射机模块、接收机模块、换能器模块、信号处理模块、声波数据收发模块和便携式智能终端设备，可利用回声定位原理，建立周围墙体的三维空间模型，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。

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为本发明的回声定位装置的连接关系示意图。

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。

如图1所示，本发明的回声定位装置，包括发射机模块1、接收机模块2、换能器模块3、信号处理模块4、声波数据收发模块5和便携式智能终端设备6。

其中，换能器模块3分别与发射机模块1和接收机模块2电性连接，信号处理模块4分别与发射机模块1、接收机模块2和声波数据收发模块5信号连接，回声数据收发模块5与便携式智能终端设备6信号连接。

换能器模块3，发射声波并接收回声，可采用现有技术。

发射机模块1，对信号处理模块4发送的声波发射信号进行转换、功率放大并控制换能器模块3发射声波。

接收机模块2，对换能器模块3接收的回声信号进行转换、差分放大、增益滤波、再放大并发送给信号处理模块4。

信号处理模块4，对信号数据进行采集处理。

便携式智能终端设备6，一方面，供输入声波发射指令，并通过信号处理模块4发送给发射机模块1；第二方面，对接收机模块2通过信号处理模块4反馈的回声信号进行解析，与相应的声波发射指令进行对比，得到声音在空气中传播的时间、以及回声角度，选取与回声定位装置相对静止的一点为原点建立三维坐标系，得到周围障碍物的三维空间模型。具体的，所述便携式智能终端设备6采用智能手机或者平板电脑。发射机模块1、接收机模块2、换能器模块3、信号处理模块4和声波数据收发模块5嵌入智能手机或者平板电脑，与智能手机或者平板电脑集成设置；也可以采用独立的发射机模块1、接收机模块2、换能器模块3、信号处理模块4和声波数据收发模块5，通过数据线与智能手机连接。

本发明的三维空间模型的构建方法，包括以下步骤，

将换能器模块3对准建筑物墙体，发射声波并接收经建筑物墙体反射的回声。换能器模块3发出的声波在碰触到建筑物墙体的时候会反射，换能器模块3会接收到一个或n个定位点，在同一个平面会形成点阵，从而形成一个虚拟平面结构。

通过接收机模块2对换能器模块3接收的回声信号进行转换、差分放大、增益滤波、再放大，再经信号处理模块4对信号数据进行采集处理后发送给便携式智能终端设备6，便携式智能终端设备6对回声信号进行解析，与相应的声波发射指令进行对比，得到声音在空气中传播的时间、以及回声角度，选取与回声定位装置相对静止的一点为原点建立三维坐标系，得到周围墙体的三维空间模型。具体的，将同一墙体的三维坐标点相互连接，即可得到该墙体对应的虚拟坐标平面。

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。