一种室内空间套方找正的分布式联动系统及方法与流程

本发明涉及室内空间套方找正的，具体涉及一种室内空间套方找正的分布式联动系统及方法。

背景技术：

1、在室内建筑装修、土建验收及墙体砌筑施工中，对室内空间进行精确的套方找正，即确保地面水平、墙面垂直、阴阳角方正及整个空间的矩形方正度，是保障施工质量的核心基础环节，该环节的精度与效率，直接决定了后续工序的作业基准与最终交付品质。

2、目前，行业内实现室内空间套方找正主要依赖两种方式，一方面是传统的人工机械式测量方法，施工人员使用水平尺、铅锤、墨斗、卷尺等工具，通过拉线、吊线锤、测量对角线长度等方式，人工判读并反复调整，以确定墙体的垂直度及房间的方正度。例如，中国专利cn107576300b公开了一种操作方便的房间方正测量方法，采用带有角度刻度盘的测量杆结构对房间方正度进行测量；中国专利cn104359384a同样采用两个测量杆之间设置角度刻度盘的结构进行房间方正测量，但该方法作业效率极低，整个过程完全依赖人工操作与肉眼判读，需多人协同配合，无法独立完成；其次，测量基准是孤立且非连续的，每次移站或拉线都会引入新的对位误差，导致全屋基准难以统一，累积误差大，且找平与找方作业相互割裂，无法同步完成，施工人员需分别进行地面水平、墙面垂直和房间对角线的独立测量与校核，操作繁琐且易产生矛盾。

3、另一方面是采用单体式激光投线仪或激光水平仪，该类仪器利用激光束投射水平或垂直光线作为参考基准，在一定程度上提高了单次测量的便捷性，例如，中国专利cn211291457u公开了一种激光投线仪用校正装置，旨在解决激光投线仪在使用时激光发生偏移而影响后续测量精准性的问题，然而，单体式激光仪器仅能从空间中的一个点向外发射基准光线，形成的是一个以仪器自身为中心的开放式基准面，而非一个完整的、闭环的立体矩形基准框架，若要完成全屋多面墙体的找正，必须多次挪动仪器，并依靠人工重新对位和调平，效率低下，难以保证移站前后基准的统一性与连续性，且单体式仪器无法实现对室内空间上下两层基准面的同步构建与联动比对，无法直接验证和保证房间的整体方正度，即无法确保地面对应点、屋顶对应点以及四个墙角点在三维空间中共同构成一个精确的矩形立方体。由此，对于空间方正度要求极高的精装修工程，单体式仪器难以提供一体化的自动化解决方案。

4、综上，现有技术中缺乏一种能够全自动构建全屋统一立体矩形基准、同步实现找平与找正且无需人工干预的智能化测量系统。

5、因此，现有技术还有待进一步发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种室内空间套方找正的分布式联动系统及方法，以解决现有技术存在的问题。

2、为达到上述技术目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种室内空间套方找正的分布式联动系统，包括多个测控单元；

3、各所述测控单元分别布设于室内空间的地面预设点位和顶面预设点位，各所述测控单元之间通过无线通讯模块组网连接，形成分布式协同网络；

4、每个所述测控单元均内置有用于进行自动安平的传感与执行机构，以使所述测控单元的自身姿态达到预设基准状态；

5、所述系统通过利用地面和顶面对应的测控单元相互发射与接收激光束获取空间位置偏移数据，将所有测控单元统一至同一全局坐标系，并根据预设的理论矩形模型，控制各测控单元调节激光出射方向，在室内空间构建并输出由多束激光交汇形成的立体矩形基准光网络。

6、具体的，所述地面预设点位为位于室内地平面墙角区域的地面点位，所述顶面预设点位为位于室内顶面墙角区域且与所述地面点位在垂直投影上一一对应的顶面点位，所述测控单元构成上下双层对称矩形布设结构。

7、具体的，每个所述测控单元包括：

8、自动安平模块，用于检测所述测控单元的实时姿态并通过闭环控制使所述测控单元达到预设的水平或垂直基准状态；

9、激光发射模块，用于发射可见激光束，作为所述立体矩形基准光网络的物理基准光线；

10、角度微调模块，与所述激光发射模块连接，用于根据接收到的控制指令调节所述激光发射模块的光束出射方向；

11、无线通讯模块，用于与其他所述测控单元进行数据交换，以进行组网与协同作业；

12、控制模块，分别与所述自动安平模块、激光发射模块、角度微调模块和无线通讯模块电连接，用于根据所述自动安平模块的检测数据决策并驱动所述角度微调模块执行角度修正，以及控制所述激光发射模块的光线启闭，并通过所述无线通讯模块进行数据收发与调度。

13、具体的，所述自动安平模块包括倾角传感器和伺服微调机构，所述倾角传感器用于实时采集所述测控单元在俯仰轴和横滚轴方向上的姿态角数据，所述控制模块根据所述姿态角数据与预设基准参数的比较结果，驱动所述伺服微调机构对所述测控单元的姿态进行步进式角度调整，并通过所述倾角传感器反馈调整后的姿态角数据，形成闭环控制回路。

14、具体的，所述测控单元采用分层物理架构，按顺序依次包括：

15、光学层，集成设置所述激光发射模块和所述角度微调模块；

16、控制层，集成设置所述自动安平模块、所述控制模块以及所述无线通讯模块；

17、电源与固定层，集成设置供电模块和固定底座接口；

18、各层之间通过定位结构与电气连接件实现机械固定与电气互通，并整体封装于防护外壳内。

19、具体的，所述光学层与所述电源与固定层之间通过所述控制层形成热隔离，所述无线通讯模块的天线区域与所述角度微调模块的驱动电机在空间位置上相互分隔设置。

20、根据本发明的第二方面，提供一种室内空间套方找正方法，包括：

21、s100、将多个测控单元分别布设于室内空间的地面预设点位和顶面预设点位，并启动各测控单元；

22、s200、各所述测控单元独立进行自动安平，检测自身姿态，并通过闭环控制使各所述测控单元达到预设基准状态；

23、s300、各所述测控单元利用地面和顶面对应的测控单元相互发射与接收垂直方向激光束，自动测量各地面和顶面对应点位之间的水平偏移量，并通过空间坐标变换算法，将所有测控单元的局部坐标系统一至共同的全局坐标系中；

24、s400、在所述全局坐标系内，根据预设的理论矩形模型，计算各点位实测坐标所构成几何形状与理论矩形之间的偏差，并控制各所述测控单元的角度微调模块对激光发射模块的光束出射方向进行闭环迭代调节，直至各束激光在室内空间形成并输出由多束激光构成的立体矩形基准光网络。

25、具体的，所述步骤s200包括：

26、各所述测控单元实时采集自身在俯仰轴和横滚轴方向上的姿态角数据，将所述姿态角数据与预设基准参数进行比较，若得到的偏差超出预设阈值，则对所述测控单元自身的俯仰轴和/或横滚轴方向的倾斜角度进行调整，并实时反馈调整后的俯仰轴和横滚轴方向上的姿态角数据，形成闭环控制，直至所述偏差收敛至预设阈值以内。

27、具体的，所述通过空间坐标变换算法，将所有测控单元的局部坐标系统一至共同的全局坐标系中的方法，包括：

28、以各地面和顶面对应点位之间所测得的水平偏移量以及该点位之间的垂直距离为输入，计算各点位局部坐标系之间的旋转矩阵与平移向量，并对全部点位的变换参数采用最小二乘平差模型进行处理，求解使全局误差最小的变换矩阵，将各所述测控单元的局部坐标系统一至所述全局坐标系。

29、具体的，所述控制各所述测控单元的角度微调模块对激光发射模块的光束出射方向进行闭环迭代调节，包括：

30、在所述全局坐标系下，根据各点位实测坐标所构成几何形状与理论矩形之间的偏差，生成各所述测控单元的激光出射方向微调量，各所述测控单元的角度微调模块按所述微调量同步调节各自激光发射模块的光束出射方向；

31、调节后重新获取各点位的实测坐标，再次计算各点位实测坐标所构成几何形状与理论矩形之间的偏差，并再次生成微调量进行调节，直至各束激光形成的矩形边长度偏差和角度偏差均收敛至预设范围内。

32、有益效果

33、本发明提供了一种室内空间套方找正的分布式联动系统及方法，通过在地面和顶面预设点位分布式布设多个测控单元，实现了自动安平，避免了对人工调平的依赖；进一步通过地面与顶面对应单元间激光束的交互测量获取空间位置偏移数据，结合空间坐标变换算法将所有单元统一至同一全局坐标系，解决了多点设备独立工作时的基准割裂问题；在此基础上，依据预设理论矩形模型对各单元激光出射方向进行闭环迭代调节，使多束激光在空间中精准交汇形成立体矩形基准光网络。该技术方案从原理上实现了从单点局部基准向全屋立体全局基准的跨越，通过分布式协同与闭环迭代机制，显著提升了室内套方找正的自动化程度、作业效率及基准精度，有效解决了传统人工操作效率低、误差大及单人无法独立作业的痛点。