一種增強差分氣壓測高校正方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測高技術，尤其涉及一種用于精準室內(nèi)定位的增強差分氣壓測高 校正方法。
【背景技術】
[0002] 精準室內(nèi)位置服務在應急救援、車輛導航、反恐維穩(wěn)和特殊人群關愛等領域中的 應用越來越重要，已成為國際科技技術經(jīng)濟競爭的焦點。與室外位置服務相比，室內(nèi)位置服 務對精準的三維信息（即經(jīng)度、煒度和高度信息）的需求更加迫切，以便對建筑內(nèi)部擁擠狹 小的空間進行更加準確的區(qū)分。其中，在垂直位置上的區(qū)分度應當做到米級定位。這樣可 以幫助用戶對建筑樓層進行精準的辨別，實現(xiàn)對室內(nèi)位置的全息定位。但是，目前的主流測 尚技術，諸如激光測尚、雷達（無線電）測尚、衛(wèi)星測尚、大氣壓測尚等均受到測尚精度、成 本控制以及適用范圍等難題的制約，難以被應用于廣域的大眾位置服務。
[0003] 目前，差分氣壓測高法是一種改進過的基于大氣壓測高原理的測高方法。該方法 的基本原理是利用氣壓差分的方法對大氣壓測高方法中由于環(huán)境因素影響而帶來的偏差 進行修正。利用地面氣壓基準站的氣壓對需要測高的終端位置的氣壓值進行精確的修正， 從而補償大氣物理環(huán)境變化對氣壓高度測量結(jié)果的影響。該方法能夠在很大程度上提升氣 壓測高方法的準確度，克服穩(wěn)定性差、可靠性較低等缺陷。而且，實施該方法的設備實體較 為簡單、成本低廉，并且測高功能的實體部件可以在用戶端實現(xiàn)設備微型化。這些優(yōu)點決定 了它具有適用于室內(nèi)定位測高的潛質(zhì)。但是，該方法還面臨一個問題，即在局域溫差異常的 測量環(huán)境下，終端側(cè)由于局域溫度異常會導致局域氣壓變化的趨勢與基站側(cè)不一致，換言 之，不能滿足氣壓變化物理的一致性。這會導致，在局域溫差異常環(huán)境（通常是指火場環(huán) 境、使用大功率制冷制熱源的室內(nèi)空調(diào)暖氣環(huán)境等）下，利用差分氣壓測高方法獲得的測 量結(jié)果準確度低，測量結(jié)果誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種新的可針對局域溫差異常測量環(huán)境使 用的增強差分氣壓測高校正方法。該方法包括以下步驟：
[0005] 監(jiān)測位于局域溫差異常環(huán)境中的測高點的氣壓和溫度，根據(jù)測高點的氣壓和溫度 變化來計算其中由于局域溫差而引起的氣壓變化量，進而計算出由于垂直運動而引起的氣 壓變化量，利用由于垂直運動而引起的氣壓變化量來計算測高點的高度。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以先對監(jiān)測的測高點的氣壓和溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理， 然后才用于計算由于局域溫差而引起的氣壓變化量。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選利用滑動平均濾波器和拉依達記憶數(shù)據(jù)濾波器，對監(jiān) 測的測高點的氣壓和溫度數(shù)據(jù)進行所述濾波處理。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以利用由于垂直運動而引起的氣壓變化量，結(jié)合已知的 氣壓基準站的高度、氣壓和溫度，根據(jù)差分氣壓測高方程求解測高點的海拔高度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以只有當由于垂直運動而引起的氣壓變化量符合運動行 為特征時，才利用其來計算測高點的海拔高度。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以根據(jù)測高點的氣壓和溫度變化來計算其中由于局域溫 差而引起的氣壓變化量，包括以下步驟：
[0011] 1)根據(jù)監(jiān)測的測高點的氣壓和溫度，獲得一段特定時間（ta，tb)內(nèi)測高點的氣壓 變化量A P ;
[0012] 2)將特定時間（ta，tb)內(nèi)的測高點的氣壓變化量Δ P分為m等分，獲得相應的氣 壓變化量數(shù)據(jù)等分的時間段（ta，t。)、（t。，h)、U1, t2)、......、（tm 2, tb);
[0013] 3)計算各個氣壓變化量數(shù)據(jù)等分時間段內(nèi)的氣壓變化量△ p與相應的溫度變化 量At的比值，并求出所有比值的平均值；
[0014] 4)利用所有比值的平均值以及在特定時間（ta，tb)內(nèi)的測高點的溫度變化量ΔΤ 來計算由于局域溫差而引起的氣壓變化量AP'。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于局域溫差而引起的氣壓變化量等于所有比值的平均值 與在特定時間（ta，tb)內(nèi)的測高點的溫度變化量△ T的乘積。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于垂直運動而引起的氣壓變化量等于特定時間（ta，t b) 內(nèi)測高點的氣壓變化量AP減去由于局域溫差而引起的氣壓變化量ΔΡ'。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點：
[0018] 本發(fā)明提出的校正方法能夠應用于惡劣的環(huán)境，例如應用于火場環(huán)境、室內(nèi)空調(diào) 暖氣等局域溫差異常的測高場景，利用增本發(fā)明提出的校正方法能夠校正因外界環(huán)境氣壓 和溫度等異常因素所帶來的影響，從而提升測高結(jié)果的準確度，增強測高系統(tǒng)的精度，達到 更好的垂直定位效果。
[0019] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0020] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例所采用增強差分氣壓測高校正方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面首先介紹現(xiàn)有技術中利用差 分氣壓法求解精確高程的方法。
[0023] 目前，在現(xiàn)有技術中利用差分氣壓法求解精確高程的方法如下：
[0024] 根據(jù)大氣壓測高理論，當大氣壓在垂直方向上的重力場和在鉛直方向上的氣壓梯 度作用力的作用達到受力平衡時，稱為大氣壓流體靜力平衡狀態(tài)。在流體靜力平衡狀態(tài)下， 滿足一種大氣壓力和和海拔高度的映射規(guī)律，其采用大氣靜力學方程可以表示為：
[0026] 式中，P為當前氣壓值，P為空氣密度，z為當前海拔高度，g表示重力加速度。從 (1-1)式可以看出，在空氣密度為常數(shù)的前提下，大氣壓總是隨著海拔高度的上升而減小。
[0027] 在此暫不考慮空氣濕度對本地氣壓的影響，在完全干燥的不含任何水蒸氣的空氣 中，氣體狀態(tài)方程為：
[0028] P= p RdT (1-2)
[0029] 式中，T為當前空氣的熱力學溫度，Rd(Rd= 287. 05X/(kg · K))是干燥空氣的氣體 常數(shù)。由于P ~P/T。將（1-2)式帶入（1-1)式，并由初始值（hQ，P。）積分到高度（h，P)， 就得到氣壓-高度表達式：
[0033] 上式反映了大氣壓處于靜力平衡狀態(tài)時的氣壓、溫度與高度之間的關系。需要說 明的是，上述的處理是把重力加速度g當做一個常數(shù)來處理。這是因為，在人們?nèi)粘Ｉ畹?海拔高度上，重力加速度g隨著海拔高度而變的變化很小。雖然在實際環(huán)境中的大氣壓處 于不斷變化的情況，但是在局部范圍內(nèi)，在不考慮局部強對流氣候以及局域非自然因素的 前提下，環(huán)境的大氣壓力變化規(guī)律保持一致，所以（1-3)式和（1-4)式適用于正常情況下的 大氣環(huán)境，并且計算結(jié)果具有很高的精度。
[0034] 由于大氣壓隨海拔高度的分布會很復雜，難以用函數(shù)關系來映射，因此通常假設 氣層內(nèi)溫度相等，取兩個高程位置的平均溫度，對（1-4)式進行求解可以得到：
[0036] 式中，T111是平均溫度，單位是K。若以攝氏溫度表示（1-5)式，那么可以的得到 下式：
[0038] (1-6)式稱為拉普拉斯壓高方程，也即差分氣壓測高方程。
[0039] 如此一來，在已知氣壓基準站的準確海拔高度、氣壓和溫度信息的情況下，利用測 高點測到的氣壓和溫度，就可以根據(jù)式（1-6)計算出測高點的海拔高度。但是，當測高點 位于惡劣的測量環(huán)境中（例如在火場、室內(nèi)空調(diào)暖氣等異常的測高場景中）時，由于終端 側(cè)（即測高點）和基站側(cè)（即地面站）的氣壓物理特性的變化趨勢不一致，如果仍然采用 (1-6)式的差分氣壓測高方程來計算測高點的海拔高度，那么獲得的最終結(jié)果必然不準確， 誤差較大。
[0040] 為此，本發(fā)明提出了一種新的增強差分氣壓測高校正方法，能夠針對局域溫差異 常的測量環(huán)境使用。該方法的原理是，將實際的氣壓變化情況視為主要由于局部溫差和垂 直運動兩個影響因子引起，首先根據(jù)實際的氣壓、溫度變化情況分析計算其中由局部溫差 而引起的氣壓變化量，然后在此基礎上對實際的氣壓值進行校正，剔除其中由局部溫差引 起的氣壓變化量，也即保留僅由垂直運動引起的氣壓變化量。經(jīng)過校正后的氣壓數(shù)據(jù)就可 以應用于差分氣壓測高方程（1-6)式進行測高解算，獲得更加精確的測高結(jié)果，進而實現(xiàn) 更好的垂直定位效果。
[0041] 圖1顯示了本發(fā)明的實施例中采用的增強差分氣壓測高校正方法的工作流程圖。 應當說明的是，以下僅是一個實施例，其中的步驟可以根據(jù)具體情況進行增減或者調(diào)整執(zhí) 行順序。
[0042] S100、獲取測高點的氣壓和溫度。
[0043] 在異常的測量環(huán)境下，定位終端來監(jiān)測測高點的氣壓和溫度，在獲得這些氣壓和