CN109561205A - 基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，具体步骤为：S1、初始化程序；S2、基于智能手机获取手机位置信息和手机周边电磁场强度信息；S3、将获取到的离散数据整理后上传到服务器；S4、服务器利用插值算法对离散的数据进行恢复处理，得到空间内电磁场分布数据；S5、在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果。本发明方法利用手机获取电磁场强度信息，在服务器上利用插值算法进行计算，计算量较小，成本较低，易于实现，用户可以直接在APP或者网页上查看电磁场情况，直观易操作，有利于用户了解空间电磁场分布。
Description
技术领域
本发明属于电磁信息处理技术领域，主要涉及到一种基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法。
背景技术
随着信息时代的到来，通信技术不断发展和进步，电磁信号覆盖到人类生活的大部分地区，人们生活中无时无刻不在受到电磁场的影响。5G时代即将来临，民用的通信频段将再一次得到拓展，这也必将导致空间中电磁场分布情况更加复杂。
目前，人们对于电磁辐射以及电磁污染的关注日益增加，针对电磁场的观测手段有很多，但是大多集中于专业机构，这些观测手法中很多精准度很高，但是成本也相对较高，普通群众很难能接触到这些设备，也很难负担这些成本。普通人身边缺少真正能够感知周边电磁场情况的方式，这进一步导致了人们对电磁辐射“谈虎色变”。如何在相对较大的空间尺度和时间尺度上观测了解大致的电磁场分布，并可以让人们直观了解到这些电磁场分布，成为现在亟待解决的问题。
发明内容
针对目前市场上电磁场观测成本较高、普通人难以了解电磁场信息的问题，本发明提供了一种基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，利用智能手机检测手机信号强度，将手机信号强度等价为电磁场强度，通过插值算法进行数据分析，并结合电子地图在手机端APP上显示空间电磁场分布情况。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：
基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，具体包括以下步骤：
S1、初始化程序；
S2、基于智能手机获取手机位置信息和手机周边电磁场强度信息；
S3、将获取到的离散数据整理后上传到服务器；
S4、服务器利用插值算法对离散的数据进行恢复处理，得到空间内电磁场分布数据；
S5、在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果。
进一步的，步骤S2的具体操作如下：
S21、智能手机APP建立授权；
S22、获取手机当前时刻；
S23、利用智能手机GPS功能获得手机当前位置的经纬度坐标；
S24、利用智能手机的手机状态监听功能，得到当前智能手机的信号强度信息，将信号强度信息近似为手机所处位置的电磁场功率P；
S25、利用智能手机磁场传感器获得当前位置的磁场强度H；
S26、根据下列公式计算当前的电场强度E：
S＝E×H*
其中，S为坡印廷矢量，功率P、电场强度E、磁场强度H都是幅值，坡印廷矢量大小等于功率大小。
进一步的，步骤S21智能手机APP建立授权后获取一次手机位置信息和电磁场强度信息，或者获取一段时间内的手机位置信息和电磁场强度信息。
进一步的，步骤S4所述的插值算法是采用MBPE插值方法。步骤S4的具体操作如下：
S41、构建有理分式：
其中，F(x,y)表示采样点的电磁场强度信息，x是采样点经度坐标，y是采样点纬度坐标，n、d分别为多项式N(x,y)和D(x,y)的最高次数；
S42、将上述公式中N0、N1(y)、N2(y)、…、Nn(y)和D1(y)、D2(y)、…、Dd-1(y)展开为k次多项式：
Ni(y)＝Ni0+Ni1y+Ni2y2+…+Nikyk (3)
Dj(y)＝Dj0+Dj1y+Dj2y2+…+Djkyk (4)
其中，i＝0,1,2,...,n，j＝0,1,2,...,d-1；
S43、将步骤S41公式左右两侧同时乘以D0+D1(y)x+…+Dd-1(y)xd-1+xd并带入公式(3)、(4)后整理化简为：
AX＝B (5)
其中，Nx为坐标轴x方向上采样点的个数，Ny为坐标轴y方向上采样点的个数，
S44、将离散数据带入步骤S43公式中，求解系数矩阵X；
S45、根据求解后的系数矩阵X计算得到连续的空间电磁场强度信息。
进一步的，步骤S5在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果的显示方式有两种，分别是同一时刻一定空间内电磁场强度和同一位置一段时间内电磁场强度。其中，显示同一时刻一定空间内电磁场强度的具体操作为：结合电子地图，将电磁场强度相同的邻近点连接成闭合曲线，在曲线内用不同颜色显示电磁场强度大小；显示同一位置一段时间内电磁场强度的具体操作为：创建时间-电磁场强度坐标系，在坐标系内利用获取到的同一位置不同时刻电磁场强度数据绘制曲线。
采用以上技术手段后可以获得以下优势：
本发明公开了一种基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，利用只能手机自带的手机状态监听功能获取手机信号强度，通过插值算法对获取数据进行处理，得到空间内电磁场强度，与其他电磁场强度检测方法相比，计算简单、成本较低、易于推广使用。本发明方法在计算得到空间电磁场强度后在智能手机APP上结合电子地图显示电磁场分布情况，让用户可以直观的了解所处空间的电磁场强度大小，给想要了解电磁辐射的用户提供方便，用户可以根据显示情况调整身边通电设备的使用，有效的避免电磁辐射。
附图说明
图1为本发明基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法的步骤流程图。
图2为本发明基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法的同一时刻空间内电磁场强度示意图。
图3为本发明基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法的同一位置一段时间内电磁场强度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1所示，基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，具体步骤如下：
S1、初始化程序；本发明方法是基于智能手机进行电磁场检测的，需要用户先在手机端APP上注册账号，用户在注册时APP会默认给用户分配一个唯一的ID用于后台识别该账户，用户需要填写账号名称、账户密码、手机号码，还可以设置头像。当用户完成账号注册并登陆后，APP会将用户数据上传到服务器，上传的用户数据如表1所示，此外，用户每次打开手机端APP，系统自动检测APP当前用户数据，并将数据更新到服务器。上传的用户数据将与该用户上传的电磁场数据对应存储在服务器上，唯一的用户ID用于识别该用户账户。
| 用户数据： |
| 用户ID |
| 用户手机号码 |
| 用户账户名 |
| 用户密码 |
| 用户头像 |
| 用户APP版本 |
表1
S2、基于智能手机获取手机位置信息和手机周边电磁场强度信息，具体操作如下：
S21、智能手机APP建立授权，用户点击APP上的获取按键授权APP进行信息获取；
S22、利用手机自带的时钟功能，获取手机当前时刻；
S23、利用智能手机GPS功能获得手机当前位置的经纬度坐标；
S24、利用智能手机的手机状态监听功能，得到当前智能手机的信号强度信息，将信号强度信息近似为手机所处位置的电磁场功率P；以安卓系统为例，调用安卓系统中用于手机状态监听的两个类：android.telephony.SignalStrength和android.telephony.TelephonyManager，在这两个类中谷歌官方提供了获取信号强度的android方法，利用这两个类可以获取到手机当前的信号强度信息；
S25、利用智能手机磁场传感器获得当前位置的磁场强度H；以安卓系统为例，安卓系统中用于获取手机各个传感器返回数值的类android.hardware.Sensor，从手机自带的磁场传感器获得当前的磁场强度；
S26、根据下列公式计算当前的电场强度E：
S＝E×H* (9)
其中，S为坡印廷矢量，在本方法中，功率P、电场强度E、磁场强度H都是幅值，所以可以认为坡印廷矢量大小等于功率大小。
为了防止连续获取信息加快手机耗电和耗损，智能手机APP不会持续获取信息，而是自动获取一次位置和电磁场强度信息，或者获取一段时间内的位置和电磁场强度信息，用户可以自己设置具体的获取时间段和获取次数，比如，用户点击获取按键，APP自授权时刻起获取半分钟内的位置信息和电磁场强度信息。
S3、将获取到的离散数据整理后上传到服务器，上传的电磁场数据如表2所示：
| 电磁场数据： |
| 上传ID |
| 上传时间 |
| 用户ID |
| 电场强度 |
| 磁场强度 |
| 电磁场功率 |
| 当前位置经度 |
| 当前位置纬度 |
表2
其中，上传ID是每次上传电磁场数据时APP自动生成的唯一一组数值，作为这组数据的标识存储在服务器中，上传ID的数值大小按照时间顺序递增。如果获取的是单次电磁场数据，数据获取完成直接上传到服务器，如果获取的是一段时间内的电磁场数据，将一段时间内的数据打包后一起上传到服务器。
S4、服务器利用插值算法对离散的数据进行恢复处理，得到空间内电磁场分布数据；本发明具体采用的是MBPE插值方法，以物理模型为基础，配合离散的真实数据计算出插值模型中的参数，之后利用插值模型计算得出连续的电磁场强度数据。具体的操作如下：
S41、构建有理分式：
其中，F(x，y)表示采样点的电磁场强度信息，x是采样点经度坐标，y是采样点纬度坐标，n、d分别为多项式N(x，y)和D(x，y)的最高次数；
S42、将上述公式中N0、N1(y)、N2(y)、…、Nn(y)和D1(y)、D2(y)、…、Dd-1(y)展开为k次多项式：
Ni(y)＝Ni0+Ni1y+Ni2y2+…+Nikyk (11)
Dj(y)＝Dj0+Dj1y+Dj2y2+…+Djkyk (12)
其中，Ni0、Ni1、Ni2、…、Nik、Dj0、Dj1、Dj2、…、Djk是代求系数，i＝0，1，2，...，n，j＝0，1，2，...，d-1；
S43、将步骤S41公式左右两侧同时乘以D0+D1(y)x+…+Dd-1(y)xd-1+xd并带入公式(11)、(12)后整理化简后用矩阵表示为：
AX＝B (13)
其中，Nx为坐标轴x方向上采样点的个数，Ny为坐标轴y方向上采样点的个数，
S44、将APP上传到服务器的离散真实数据带入步骤S43公式中，求解系数矩阵X；
S45、根据求解后的系数矩阵X计算得到连续的空间电磁场强度信息。
本发明方法除了可以采用MBPE插值方法，在数据恢复结果不理想的情况下还可以采用CS(压缩感知)算法进行空间电磁场的恢复。
S5、在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果；本方法的显示方式有两种：同一时刻一定空间内电磁场强度和同一位置一段时间内电磁场强度，用户在查看数据时可以根据需要选择显示方式。
显示同一时刻一定空间内电磁场强度的具体操作为：结合电子地图，将电磁场强度相同的邻近点连接成闭合曲线，在曲线内用不同颜色显示电磁场强度大小，如图2所示，电磁场强度越大区域内颜色越深。
显示同一位置一段时间内电磁场强度的具体操作为：创建时间-电磁场强度坐标系，在坐标系内利用获取到的同一位置不同时刻电磁场强度数据绘制曲线，如图3所示，上午9点的电磁场功率最小，是-70dbm，18点的电磁场功率最大，是-60dbm，在中午12点左右电磁场功率有明显上升。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细地说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、初始化程序；
S2、基于智能手机获取手机位置信息和手机周边电磁场强度信息；
S3、将获取到的离散数据整理后上传到服务器；
S4、服务器利用插值算法对离散的数据进行恢复处理，得到空间内电磁场分布数据；
S5、在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果。
2.根据权利要求1所述的基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，步骤S2的具体操作如下：
S21、智能手机APP建立授权；
S22、获取手机当前时刻；
S23、利用智能手机GPS功能获得手机当前位置的经纬度坐标；
S24、利用智能手机的手机状态监听功能，得到当前智能手机的信号强度信息，将信号强度信息近似为手机所处位置的电磁场功率P；
S25、利用智能手机磁场传感器获得当前位置的磁场强度H；
S26、根据下列公式计算当前的电场强度E：
S＝E×H*
其中，S为坡印廷矢量，功率P、电场强度E、磁场强度H都是幅值，坡印廷矢量大小等于功率大小。
3.根据权利要求2所述的基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，步骤S21智能手机APP建立授权后获取一次手机位置信息和电磁场强度信息，或者获取一段时间内的手机位置信息和电磁场强度信息。
4.根据权利要求1所述的基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，步骤S4所述的插值算法是采用MBPE插值方法。
5.根据权利要求1或4任一所述的基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，步骤S4的具体操作如下：
S41、构建有理分式：
其中，F(x,y)表示采样点的电磁场强度信息，x是采样点经度坐标，y是采样点纬度坐标，n、d分别为多项式N(x,y)和D(x,y)的最高次数；
S42、将上述公式中N0、N1(y)、N2(y)、…、Nn(y)和D1(y)、D2(y)、…、Dd-1(y)展开为k次多项式：
Ni(y)＝Ni0+Ni1y+Ni2y2+…+Nikyk
Dj(y)＝Dj0+Dj1y+Dj2y2+…+Djkyk
其中，i＝0,1,2,...,n，j＝0,1,2,...,d-1；
S43、将步骤S41公式左右两侧同时乘以D0+D1(y)x+…+Dd-1(y)xd-1+xd并带入步骤S42公式后整理化简为：
AX＝B
其中，Nx为坐标轴x方向上采样点的个数，Ny为坐标轴y方向上采样点的个数，
S44、将离散数据带入步骤S43公式中，求解系数矩阵X；
S45、根据求解后的系数矩阵X计算得到连续的空间电磁场强度信息。
6.根据权利要求1所述的基于智能手机的空间电磁场恢复与展示方法，其特征在于，步骤S5在智能手机APP或网页上显示电磁场强度结果的显示方式有两种，分别是同一时刻一定空间内电磁场强度和同一位置一段时间内电磁场强度，其中：
显示同一时刻一定空间内电磁场强度的具体操作为：结合电子地图，将电磁场强度相同的邻近点连接成闭合曲线，在曲线内用不同颜色显示电磁场强度大小；
显示同一位置一段时间内电磁场强度的具体操作为：创建时间-电磁场强度坐标系，在坐标系内利用获取到的同一位置不同时刻电磁场强度数据绘制曲线。
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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