一种增强差分气压测高校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测高技术，尤其涉及一种用于精准室内定位的增强差分气压测高 校正方法。
【背景技术】
[0002] 精准室内位置服务在应急救援、车辆导航、反恐维稳和特殊人群关爱等领域中的 应用越来越重要，已成为国际科技技术经济竞争的焦点。与室外位置服务相比，室内位置服 务对精准的三维信息（即经度、炜度和高度信息）的需求更加迫切，以便对建筑内部拥挤狭 小的空间进行更加准确的区分。其中，在垂直位置上的区分度应当做到米级定位。这样可 以帮助用户对建筑楼层进行精准的辨别，实现对室内位置的全息定位。但是，目前的主流测 尚技术，诸如激光测尚、雷达（无线电）测尚、卫星测尚、大气压测尚等均受到测尚精度、成 本控制以及适用范围等难题的制约，难以被应用于广域的大众位置服务。
[0003] 目前，差分气压测高法是一种改进过的基于大气压测高原理的测高方法。该方法 的基本原理是利用气压差分的方法对大气压测高方法中由于环境因素影响而带来的偏差 进行修正。利用地面气压基准站的气压对需要测高的终端位置的气压值进行精确的修正， 从而补偿大气物理环境变化对气压高度测量结果的影响。该方法能够在很大程度上提升气 压测高方法的准确度，克服稳定性差、可靠性较低等缺陷。而且，实施该方法的设备实体较 为简单、成本低廉，并且测高功能的实体部件可以在用户端实现设备微型化。这些优点决定 了它具有适用于室内定位测高的潜质。但是，该方法还面临一个问题，即在局域温差异常的 测量环境下，终端侧由于局域温度异常会导致局域气压变化的趋势与基站侧不一致，换言 之，不能满足气压变化物理的一致性。这会导致，在局域温差异常环境（通常是指火场环 境、使用大功率制冷制热源的室内空调暖气环境等）下，利用差分气压测高方法获得的测 量结果准确度低，测量结果误差较大。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新的可针对局域温差异常测量环境使 用的增强差分气压测高校正方法。该方法包括以下步骤：
[0005] 监测位于局域温差异常环境中的测高点的气压和温度，根据测高点的气压和温度 变化来计算其中由于局域温差而引起的气压变化量，进而计算出由于垂直运动而引起的气 压变化量，利用由于垂直运动而引起的气压变化量来计算测高点的高度。
[0006] 根据本发明的实施例，可以先对监测的测高点的气压和温度数据进行滤波处理， 然后才用于计算由于局域温差而引起的气压变化量。
[0007] 根据本发明的实施例，优选利用滑动平均滤波器和拉依达记忆数据滤波器，对监 测的测高点的气压和温度数据进行所述滤波处理。
[0008] 根据本发明的实施例，可以利用由于垂直运动而引起的气压变化量，结合已知的 气压基准站的高度、气压和温度，根据差分气压测高方程求解测高点的海拔高度。
[0009] 根据本发明的实施例，可以只有当由于垂直运动而引起的气压变化量符合运动行 为特征时，才利用其来计算测高点的海拔高度。
[0010] 根据本发明的实施例，可以根据测高点的气压和温度变化来计算其中由于局域温 差而引起的气压变化量，包括以下步骤：
[0011] 1)根据监测的测高点的气压和温度，获得一段特定时间（ta，tb)内测高点的气压 变化量A P ;
[0012] 2)将特定时间（ta，tb)内的测高点的气压变化量Δ P分为m等分，获得相应的气 压变化量数据等分的时间段（ta，t。)、（t。，h)、U1, t2)、......、（tm 2, tb);
[0013] 3)计算各个气压变化量数据等分时间段内的气压变化量△ p与相应的温度变化 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时间（ta，tb)内的测高点的温度变化量ΔΤ 来计算由于局域温差而引起的气压变化量AP'。
[0015] 根据本发明的实施例，由于局域温差而引起的气压变化量等于所有比值的平均值 与在特定时间（ta，tb)内的测高点的温度变化量△ T的乘积。
[0016] 根据本发明的实施例，由于垂直运动而引起的气压变化量等于特定时间（ta，t b) 内测高点的气压变化量AP减去由于局域温差而引起的气压变化量ΔΡ'。
[0017] 与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
[0018] 本发明提出的校正方法能够应用于恶劣的环境，例如应用于火场环境、室内空调 暖气等局域温差异常的测高场景，利用增本发明提出的校正方法能够校正因外界环境气压 和温度等异常因素所带来的影响，从而提升测高结果的准确度，增强测高系统的精度，达到 更好的垂直定位效果。
[0019] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0020] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0021] 图1是本发明实施例所采用增强差分气压测高校正方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面首先介绍现有技术中利用差 分气压法求解精确高程的方法。
[0023] 目前，在现有技术中利用差分气压法求解精确高程的方法如下：
[0024] 根据大气压测高理论，当大气压在垂直方向上的重力场和在铅直方向上的气压梯 度作用力的作用达到受力平衡时，称为大气压流体静力平衡状态。在流体静力平衡状态下， 满足一种大气压力和和海拔高度的映射规律，其采用大气静力学方程可以表示为：
[0026] 式中，P为当前气压值，P为空气密度，z为当前海拔高度，g表示重力加速度。从 (1-1)式可以看出，在空气密度为常数的前提下，大气压总是随着海拔高度的上升而减小。
[0027] 在此暂不考虑空气湿度对本地气压的影响，在完全干燥的不含任何水蒸气的空气 中，气体状态方程为：
[0028] P= p RdT (1-2)
[0029] 式中，T为当前空气的热力学温度，Rd(Rd= 287. 05X/(kg · K))是干燥空气的气体 常数。由于P ~P/T。将（1-2)式带入（1-1)式，并由初始值（hQ，P。）积分到高度（h，P)， 就得到气压-高度表达式：
[0033] 上式反映了大气压处于静力平衡状态时的气压、温度与高度之间的关系。需要说 明的是，上述的处理是把重力加速度g当做一个常数来处理。这是因为，在人们日常生活的 海拔高度上，重力加速度g随着海拔高度而变的变化很小。虽然在实际环境中的大气压处 于不断变化的情况，但是在局部范围内，在不考虑局部强对流气候以及局域非自然因素的 前提下，环境的大气压力变化规律保持一致，所以（1-3)式和（1-4)式适用于正常情况下的 大气环境，并且计算结果具有很高的精度。
[0034] 由于大气压随海拔高度的分布会很复杂，难以用函数关系来映射，因此通常假设 气层内温度相等，取两个高程位置的平均温度，对（1-4)式进行求解可以得到：
[0036] 式中，T111是平均温度，单位是K。若以摄氏温度表示（1-5)式，那么可以的得到 下式：
[0038] (1-6)式称为拉普拉斯压高方程，也即差分气压测高方程。
[0039] 如此一来，在已知气压基准站的准确海拔高度、气压和温度信息的情况下，利用测 高点测到的气压和温度，就可以根据式（1-6)计算出测高点的海拔高度。但是，当测高点 位于恶劣的测量环境中（例如在火场、室内空调暖气等异常的测高场景中）时，由于终端 侧（即测高点）和基站侧（即地面站）的气压物理特性的变化趋势不一致，如果仍然采用 (1-6)式的差分气压测高方程来计算测高点的海拔高度，那么获得的最终结果必然不准确， 误差较大。
[0040] 为此，本发明提出了一种新的增强差分气压测高校正方法，能够针对局域温差异 常的测量环境使用。该方法的原理是，将实际的气压变化情况视为主要由于局部温差和垂 直运动两个影响因子引起，首先根据实际的气压、温度变化情况分析计算其中由局部温差 而引起的气压变化量，然后在此基础上对实际的气压值进行校正，剔除其中由局部温差引 起的气压变化量，也即保留仅由垂直运动引起的气压变化量。经过校正后的气压数据就可 以应用于差分气压测高方程（1-6)式进行测高解算，获得更加精确的测高结果，进而实现 更好的垂直定位效果。
[0041] 图1显示了本发明的实施例中采用的增强差分气压测高校正方法的工作流程图。 应当说明的是，以下仅是一个实施例，其中的步骤可以根据具体情况进行增减或者调整执 行顺序。
[0042] S100、获取测高点的气压和温度。
[0043] 在异常的测量环境下，定位终端来监测测高点的气压和温度，在获得这些气压和