具的操作元件的位置（Xp，Yp， Zp)。盡管兩個該向量為需要用來具體說明該位置的所有向量，但是由額外的設備提供的額 外向量提高了該系統的精度。同樣，具有更多個視頻設備使得以下更為可能：由于操作員圍 繞工地移動該工具，故至少兩個設備將總是可以觀看到操作元件13。通過對工具10的另一 端處的點26 (X2，Y2，Z2)定位來確定工具10的方向。如果操作元件13由于在工地處使用工 具的特殊位置而不為設備24可見，則通過對工具上的另一點定位來確定操作元件13的位 置，該另一點例如為沿著工具10的長度的一半處的點28。
[0020] 如圖3所示，點28的坐標為Xi、Y#Z丨，點26的坐標為X2、￥2和Z2，以及點23的 坐標為XP、YP和Zp。點26和點28與點23共線。回顧圖3將明顯看出的是，
[0021] (XfXpVLi以及
[0022] XP=Xi+di/L^ (X!-X2)〇
[0023] 類似地，
[0024]YP=Y片(L/k)(YfY2)，以及
[0025]ZP=Zi+CL/L；；) (Z「Z2)。
[0026] 如果Q=L2，則這些關系甚至還可以簡化為：
[0027]XP= 2X「X2，
[0028]YP= 2YfY2，以及
[0029]ZP= 2Z「Z2。
[0030] 因此，如果確定了點26和點28的三維坐標，則點23的三維坐標也是已知的。
[0031] 通過使用由視頻設備24提供的向量信息來確定點23、點26和點28的坐標。該系 統還包括處理器40 (圖4)，處理器40響應于提供向量信息的數字視頻成像設備24。處理 器40通過有線連接或無線連接而連接到視頻成像設備18、視頻成像設備20、視頻成像設備 22和視頻成像設備24,基于從視頻設備24的向量，該處理器40利用三角分析確定點23、點 26和點28的每一者相對于設備24的位置。
[0032] 通過在42處手動輸入或通過任何其它合適的方式，處理器40可以接收每一個視 頻設備24的坐標。可替選地，基于從設備24到目標50的向量，該系統可以初始地確定這 些坐標。目標50定位在工地上的已知位置處，并且允許每一個視頻設備24以最少的努力 部署。
[0033] 在任何情況下，點23的位置通過設備24直接觀測而確定或與點26和點28關聯 而確定，并且與存儲器52中存儲的數據進行比對。存儲器52具有具體說明建筑物11的建 筑信息模型（buildinginformationmodel，BIM)的存儲數據。存儲器52還具有具體說明 用于在工地上操作工具的一個或多個所需位置的數據。存儲器52也具有存儲的具體說明 工具10以及可以在工地上使用的其它工具的外觀和尺寸的數據。處理器40響應于由多個 視頻成像設備24提供的工具10的圖像來確定工具10的位置和方向，并且將該位置和方向 與所需的操作點和工具方向進行比對。此外，處理器可以自動地確定可能在工地上使用的 各個工具中的哪一個工具之后將在視頻設備24的視野中。該信息顯示在顯示器46上，以 及被提供給無線電發射器60,以傳輸給工具操作員。該信息被接收器19接收并且之后顯示 在顯示器21上，從而操作員可以將工具移動到工地上的所需位置，以進行操作。
[0034] 圖4中所示的視頻設備24直接地連接到處理器40,但是可以可替選地通過無線電 線路（link)或其它無線線路連接到處理器40。如上所陳述的，存儲器52可以具有多個工 具的每一者的數字圖像和尺寸的數據庫，和具體說明在工地上用于操作這些工具的每一者 的所需位置的數據庫。處理器能夠確定該工具的哪一個工具之后將在視頻設備的視野中， 并且同時保持跟蹤一個以上的工具。
[0035] 使用中，在工地上對視頻設備24定位，手動或自動將其調平，并且通過參照精確 定位的目標來手動或自動地記錄它們的三維坐標。之后操作員移動工具10,從而工具的操 作元件處在所需位置，如在顯示器21上的所指示的。之后操作該工具，并且將該工具移到 下一個操作點。當適當地定位并且操作該工具時，可以致動與扳機15關聯的開關，使得系 統跟蹤操作工具的所需位置。
[0036] 現在參照圖5和圖6,圖5和圖6示出了可以使用視頻成像設備來確定空間中的點 的位置的方式，例如，如操作元件或工具上的其它點。概括并且具體參照圖5,將可以看到的 是，共線方程呈現了以下情況，在該情況中，任何照片的曝光點、對象點和其照片圖像都位 于直線上。
[0039] 其中，f為照相機焦距，Xc]、yc]為主點的圖像空間坐標，為曝光點（L)的對 象空間坐標，XA、YA、ZAS任意點A的對象空間坐標，并且Xa、ya為點A的圖像空間坐標。各 個〃m's〃為旋轉矩陣的要素，該旋轉矩陣可以從三個旋轉角（《，巾，k)計算得到。
[0040]
[0041] 通過使用泰勒定理來線性化非線性共線方程。在將它們線性化中，共線方程被改 寫成如下：
[0044]其中，
[0045]q=m31 (XA_XL) +m32 (YA_YL) +m33 (ZA_ZL)
[0046]r=mn (XA_XL) +m12 (YA_YL) +m13 (ZA_ZL)
[0047]s=m21 (XA_XL) +m22 (YA_YL) +m23 (ZA_ZL)
[0048] 根據泰勒定理，可以通過對未知數進行偏微分而以線性化形式表示共線方程。在 該情況下，未知數為任意點A的對象坐標。以下的方程為線性化共線方程的簡化形式，以估 算任意點A的對象坐標：
[0049]b14dXA+b15dYA+b16dZA=J+vxa
[0050]b24dXA+b25dYA+b26dZA=K+vya
[0051]其中，
[0058] 假定存在具有已知內部方向參數和外部方向參數的三臺照相機(；、(：2和C3。未知 數為兩個任意點A和B的對象坐標。然后，上述線性化的共線方程的矩陣形式寫為如下：
[0059] AX=L+V
[0060] 其中：
[0061]
[0063] 上述方程的最小二乘解可以通過以下方程來獲得：
[0064] X= (AtA)VL
[0065] 上述方程提供了任意點A和B的三維對象空間坐標。因此，可以直接確定該兩點 之間的向量的三維方向。
[0066] 參照圖7,圖7為建筑物內部的樓層平面的示意性平面圖。四個視頻成像設備70、 72、74和76位于建筑物中，并且固定就位在建筑物的分開的角落中。圖7呈現了一種情況， 在該情況中，剪刀式升降機80上的工人78在臨近墻壁82的位置處工作。墻壁82使工人 與視頻成像設備74和視頻成像設備76隔開，允許視頻成像設備70和視頻成像設備72僅 觀看到工人正在使用工具。當然，盡管工人攜帶的工具的位置可以從由兩個視頻成像設備 生成的視頻數據確定，但是利用來自額外設備的數據提高了所計算位置的精度。此外，工人 將工具與設備70和設備72中的一者的視野隔開是完全有可能的。為了處理這些情況，可 以適當地定位便攜式視頻成像設備84。視頻設備84位于其它所有的視頻設備70-76可以 觀看到它的地方，使得精確地計算其位置。通過視頻設備84的位置、方向和視野的確定，來 自設備84的視頻數據可以連同來自設備70和設備72的數據一起被處理，以確定工人78 正使用的工具的位置。當工人78和升降機80移動到墻壁82的另一側時，視頻設備84可 以被重新定位，從而視頻設備84的輸出可以與來自設備74和設備76的視頻輸出相結合。 [0067] 如上所討論的，系統存儲器52可以包括數據，該數據限定了多個工具的每一者的 數字圖像和尺寸，從而該系統可以在可由工人使用的各種工具之間進行區分。然后，基于工 具的整個三維圖像的識別、或者基于工具的某種特征，不管出于具體的目的而將那些特征 添加到該工具，還是為了該目的或者其它目的而將那些特征內置到工具中，該系統都可以 確定位置。
[0068]