CN108562269A - 一种相对高度测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种相对高度测量方法及装置，包括：获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。利用加速度与气压协同融合测量相对高度，可以减小气压测量带来的误差，从而提高了相对高度测量的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及高度测量技术领域，尤其涉及一种相对高度测量方法及装置。
背景技术
在日常生活和生产过程中，高度测量是必不可少的，常见的高度测量有：绝对高度测量、相对高度测量、真实高度测量、气压高度测量等。其中相对高度(空间中任意两点的垂直高度)在建筑，科技，甚至军事上都有着广泛的应用，如野外探险，建筑工地高度测量，无人机器人和靶弹高度导航等。
目前相对高度测量方法有传统机械式直接测量法、红外或激光测量法、超声波测量法、GPS测量法、基于气压传感器的测量法。传统的机械测量量程有限，体积大，不易携带，红外激光和超声波基于反射时差原理，测量精度高，但受到非目标障碍物影响，且需要对准待测目标，GPS测量法有测量误差大、依赖GPS卫星信号、体积大、功耗大、成本高等缺点。基于气压传感器的测量相对高度方法有三种：(1)采用标准或改进的气压高度公式计算相对高度；(2)基于BP神经网络算法计算相对高度；(3)基于加速度传感器积分测量相对高与气压传感器间接测量相对高度互补滤波计算相对高度方法。
采用标准或改进的气压高度公式计算相对高度,由于待测环境气压受外部环境变化和干扰影响，误差较大，标准公式或改进的气压高度公式不能降低测量误差。基于BP神经网络算法计算相对高度，由于BP神经网络需要大量的测试、训练数据，且便携式装备无法实现在线自主学习，该方法适应性和可靠性差；基于加速度传感器积分测量相对高与气压传感器间接测量相对高度互补滤波计算相对高度方法中加速度传感器的二次积分误差累积，其误差较大。
发明内容
本申请提供了一种相对高度测量方法及装置，以解决传统的相对高度测量方法不准确的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种相对高度测量方法，所述方法包括：获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
可选地，所述获得相对高度值包括：根据海拔与气压的关系，将所述当前位置的气压值转换为海拔值；将所述海拔值进行校正，获取第一相对高度值；将所述第一相对高度值进行低通滤波处理，获得相对高度值。
可选地，所述获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度包括：根据传感器的三轴加速度计算三轴加速度矢量和有效值；将所述三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波处理；将低通滤波处理后的三轴加速度矢量和有效值进行斜率计算获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
可选地，所述将海拔值进行校正，获取第一相对高度值，包括：计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。
可选地，所述根据三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化，包括：如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化；或者，如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
一种相对高度测量装置，所述装置包括：获取模块，用于获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；处理模块，用于将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；判断模块，用于根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
可选地，所述获取模块包括：转换单元，用于根据海拔与气压的关系，将所述当前位置的气压值转换为海拔值；校正单元，用于将所述海拔值进行校正，获取第一相对高度值；第一低通滤波单元，用于将所述第一相对高度值进行低通滤波处理，获得相对高度值。
可选地，所述处理模块包括：第一计算单元，用于根据传感器的三轴加速度计算三轴加速度矢量和有效值；第二低通滤波单元，用于将所述三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波处理；第二计算单元，用于将低通滤波处理后的三轴加速度矢量和有效值进行斜率计算获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
可选地，所述校正单元，包括：第一计算子单元，用于计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；第二计算子单元，用于根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；获取子单元，用于根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。
可选地，所述判断模块，包括：比较单元，用于将三轴加速度矢量和有效值的变化幅度和预设阈值进行比较；判断单元，用于如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化；或者，如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
由上述技术方案可见，本申请实施例提供的一种相对高度测量方法及装置，包括：获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。利用加速度与气压协同融合测量相对高度，可以减小气压测量带来的误差，从而提高了相对高度测量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的相对高度测量方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的相对高度测量装置的一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请进行详细说明。
参见图1为本申请提供的相对高度测量方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
S101，获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值。
本申请中涉及包括加速度传感器、气压传感器、处理器和显示器。佩戴人员、工程装备、工器具等可统称为佩戴传感器载体，加速度传感器对佩戴传感器载体的运动三轴加速度采集，传气压感器采集佩戴传感器载体所处位置的气压值。将加速度传感器在X轴、Y轴、Z轴采集到的加速度值分别表示为A_X、A_Y、A_Z。
S102，将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
根据海拔高度与气压的关系，将气压传感器采集到的气压值转换为海拔高度，其转换公式如公式(1)。
公式(1)中H表示海拔高度；P为气压传感器采集佩戴传感器载体当前位置的大气压值，P(0)为标准的大气压值。
为了将佩戴传感器载体输出的海拔高度值从零开始记录，先对其转换后的海拔高度值进行校正，计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。校正公式如下：
Haverage＝H_sum/N (3)
relative_H＝Height-H_average (4)
公式(2)到公式(4)中N为初始位置下采集海拔高度值个数；H_sum为N个海拔高度值的总和；H_average为N个海拔高度值的平均值；relative_H为作业人员相对于初始位置的相对高度值；由(2)、(3)、(4)将采集到的相对高度值从零开始计算；
LH(n)＝m2LH(n-1)+(1-m2)relative_H(n) (5)
公式(5)为相对高度计算后relative_H进行低通的公式，其中LH(n)与LH(n-1)分别为n与n-1时刻经过低通滤波后的海拔高度值，relative_H(n)为n时刻相对初始位置的原始高度值数据，m2为第一低通滤波系数，该系数取值范围为0<m2<1。
利用三轴加速度矢量和有效值提取运动特征，三轴加速度矢量和有效值的计算公式如下：
公式(6)中A_XYZ表示三轴加速度矢量和有效值；A_X表示加速度传感器在X轴方向上采集到的加速度值；A_Y表示加速度传感器在Y轴方向上采集到的加速度值；A_Z表示加速度传感器在Z轴方向上采集到的加速度值；
LA(n)＝m1LA(n-1)+(1-m1)A_XYZ(n) (7)
公式(7)为三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波公式,其中LA(n)与LA(n-1)分别为n与n-1时刻三轴加速度矢量和有效值数据滤波后输出值，A_XYZ(n)为n时刻三轴加速度矢量和有效值的原始数据，m1为第二低通滤波系数，该系数取值范围为0<m1<1，它可以影响输出值的稳定性和响应速度。
D_XYZ(n)＝(LA(n)-LA(n-1))/T (8)
公式(8)表示LA的斜率计算值，其中D_XYZ(n)为n时刻三轴加速度矢量和有效值的斜率值，T为采样频率。根据三轴加速度矢量和有效值的斜率值获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
S103，根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化，利用显示器将测得的相对高度值进行显示。如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
由上述实施例可知，本实施例提供的一种相对高度测量方法，包括：获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。利用加速度与气压协同融合测量相对高度，可以减小气压测量带来的误差，从而提高了相对高度测量的准确性。
与上述实施例提供的一种相对高度测量方法的实施例相对应，本申请实施例还提供了一种相对高度测量装置的实施例，如图2所示所述相对高度测量装置，所述装置包括：获取模块201、处理模块202和判断模块203。
所述获取模块201，用于获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值。所述处理模块202，用于将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。所述判断模块203，用于根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
所述获取模块201包括：转换单元、校正单元和第一低通滤波单元。所述转换单元，用于根据海拔与气压的关系，将所述当前位置的气压值转换为海拔值；所述校正单元，用于将所述海拔值进行校正，获取第一相对高度值。进一步地，所述校正单元，包括：第一计算子单元，用于计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；第二计算子单元，用于根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；获取子单元，用于根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。所述第一低通滤波单元，用于将所述第一相对高度值进行低通滤波处理，获得相对高度值。
所述处理模块202包括：第一计算单元、第二低通滤波单元和第二计算单元。所述第一计算单元，用于根据传感器的三轴加速度计算三轴加速度矢量和有效值。所述第二低通滤波单元，用于将所述三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波处理。所述第二计算单元，用于将低通滤波处理后的三轴加速度矢量和有效值进行斜率计算获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
所述判断模块203包括：比较单元和判断单元。所述比较单元，用于将三轴加速度矢量和有效值的变化幅度和预设阈值进行比较。所述判断单元，用于如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化；或者，如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
本实施例提供的一种具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本申请提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种相对高度测量方法，其特征在于，所述方法包括：
获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；
将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；
根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
2.根据权利要求1所述的相对高度测量方法，其特征在于，所述获得相对高度值包括：
根据海拔与气压的关系，将所述当前位置的气压值转换为海拔值；
将所述海拔值进行校正，获取第一相对高度值；
将所述第一相对高度值进行低通滤波处理，获得相对高度值。
3.根据权利要求1所述的相对高度测量方法，其特征在于，所述获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度包括：
根据传感器的三轴加速度计算三轴加速度矢量和有效值；
将所述三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波处理；
将低通滤波处理后的三轴加速度矢量和有效值进行斜率计算获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
4.根据权利要求2所述的相对高度测量方法，其特征在于，所述将海拔值进行校正，获取第一相对高度值，包括：
计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；
根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；
根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。
5.根据权利要求1所述的相对高度测量方法，其特征在于，所述根据三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化，包括：
如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化；
或者，
如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
6.一种相对高度测量装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取传感器的运动三轴加速度和当前位置的气压值，所述三轴加速度为传感器在X、Y、Z轴方向的加速度值；
处理模块，用于将所述三轴加速度和所述当前位置的气压值协同处理，分别获得相对高度值和所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度；
判断模块，用于根据所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度与预设阈值进行比较，判断传感器所处相对高度是否发生变化。
7.根据权利要求6所述的相对高度测量装置，其特征在于，所述获取模块包括：
转换单元，用于根据海拔与气压的关系，将所述当前位置的气压值转换为海拔值；
校正单元，用于将所述海拔值进行校正，获取第一相对高度值；
第一低通滤波单元，用于将所述第一相对高度值进行低通滤波处理，获得相对高度值。
8.根据权利要求6所述的相对高度测量装置，其特征在于，所述处理模块包括：
第一计算单元，用于根据传感器的三轴加速度计算三轴加速度矢量和有效值；
第二低通滤波单元，用于将所述三轴加速度矢量和有效值进行低通滤波处理；
第二计算单元，用于将低通滤波处理后的三轴加速度矢量和有效值进行斜率计算获得三轴加速度矢量和有效值的变化幅度。
9.根据权利要求7所述的相对高度测量装置，其特征在于，所述校正单元，包括：
第一计算子单元，用于计算传感器获取的多个气压值对应的海拔高度值的总和；
第二计算子单元，用于根据海拔高度值的总和计算海拔高度值的平均值；
获取子单元，用于根据所述海拔高度值的平均值和传感器初始位置的海拔高度值获取第一相对高度值。
10.根据权利要求6所述的相对高度测量装置，其特征在于，所述判断模块，包括：
比较单元，用于将三轴加速度矢量和有效值的变化幅度和预设阈值进行比较；
判断单元，用于如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度大于预设阈值，则传感器所处相对高度发生变化；或者，如果所述三轴加速度矢量和有效值的变化幅度小于或等于预设阈值，则传感器所处相对高度未发生变化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180921 |