CN110672231B - 一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法 - Google Patents

一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，该方法包括以下步骤：(1)建立基于手机电池温度的传热模型；(2)建立基于手机电池温度传感器的空气温度测量模型；(3)通过手机自带的电池温度传感器测量电池温度，并将测得的电池温度数据代入空气温度测量模型，反演得到空气温度；将处于不同位置的手机所对应的空气平均温度及相应的采集时间一一对应，整理后可得到关于时间和空间的区域空气温度分布。本发明融合不同区域的手机气象要素资料，将能有效弥补传统气象要素测量手段的不足，提供公众参与的、高时空分辨率、低成本的精细化气象资料。本方法可以作为气象观测的一种新方法投入到气象观测业务中。

Description

一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法
技术领域
本发明涉及气象信息处理与应用领域，尤其是一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法。
背景技术
目前对区域内空气温度分布进行测量，需要特定的测量仪器并搭建数据传输和处理平台，成本较高。
而随着科技发展，手机具有的功能越来越多，巨大部分手机都自带电池温度传感器以便检测电池温度。
本发明以广泛分布于地表的手机作为测量设备，基于传热模型等物理原理，利用手机自身携带的电池温度传感器原位测量电池温度，以此反演出空气温度，以众包的方式，收集海量手机的电池温度要素测量空气温度信息，利用时间、空间平均、资料通化等方式，融合不同区域的手机温度资料，将能有效弥补传统空气温度测量手段的不足，提供公众参与的、高时空分辨率、低成本的精细化空气温度测量资料。
发明内容
发明目的：为弥补现有技术的空白，提供一种有效的基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，能够提供实时准确的精细化空气温度测量资料，本发明提出一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，包括步骤：
(1)建立基于手机电池温度的传热模型：
Ta，i＝ki·Tc，i+bi
其中，Ta，i表示第i次采样的空气温度，Tc，i表示第i次采样的手机电池温度，
Figure BDA0002219868100000011
Toi表示第i次采样的外部介质温度，koi表示第i次采样时手机与外部介质间的热传导系数，kai表示第i次采样时手机与空气间的热传导系数，Eci表示第i次采样单位时间内的手机电池热量；
(2)建立基于手机电池温度传感器的空气温度测量模型，包括步骤(2-1)至(2-2)：
(2-1)采取时间平均的方法对基于手机电池温度的传热模型进行处理，得到：
Figure BDA0002219868100000021
式中，N为采样总次数；
将上式转换后得到空气温度测量模型：
Figure BDA0002219868100000022
其中，j表示第j个采样周期，
Figure BDA0002219868100000023
k和b均为常数，k与手机电池温度传感器对温度敏感性有关；
(2-2)收集每部手机的电池温度和对应的空气温度历史数据，进行数据拟合，得到k、b的值，将k、b的值代入
Figure BDA0002219868100000024
得到每部手机的空气温度测量模型；
(3)构建整个区域的空气温度分布
以众包的方式通过不同位置的手机自带的手机电池温度传感器采集手机电池温度并记录采集时间，然后将采集到的温度求均值后作为
Figure BDA0002219868100000025
的值代入各个手机的空气温度测量模型，得到各个手机所在位置的空气平均温度；
将处于不同位置的手机所对应的空气平均温度及相应的采集时间一一对应，整理后可得到关于时间和空间的区域空气温度分布。
进一步的，所述步骤(1)中建立基于手机电池温度的传热模型的具体步骤包括：
(1-1)建立热量传输公式：
Ec＝Ea+Eo＝ka(Tc-Ta)+ko(Tc-To) (1)
其中，Ec、Ea、Eo分别为采样单位时间内手机电池热量、空气热量和外部介质热量；Tc、Ta、To分别为手机电池温度、空气温度和外部介质温度；ka表示手机与空气间的热传导系数，ko表示手机与外部介质间的热传导系数；
(1-2)将式(1)变形得到公式(2)：
Figure BDA0002219868100000031
(1-3)将公式(2)变形可得到：
Ta，i＝ki·Tc，i+bi (3)
进一步的，所述步骤(2-2)中采用最小二乘拟合处理收集到的每部手机的电池温度和对应的空气温度历史数据，得到k、b的值。
进一步的，所述步骤(3)中采用反距离加权插值方法处理不同位置的手机所对应的空气平均温度及相应的采集时间，得到关于时间和空间的区域空气温度分布。
进一步的，所述通过手机自带的手机电池温度传感器采集手机电池温度时，手机电池温度传感器的测量方式包括点测量和面测量。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明提出的基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，任何人均可以利用随身携带的手机，测量空气温度，以众包的方式，通过大数据分析得到海量手机的空气温度分布信息，将进一步提供气温测量的时空分辨率，为数值天气预报提供更为精细的初始场。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：建立热量传输公式：
Ec＝Ea+Eo＝ka(Tc-Ta)+ko(Tc-To) (1)
式中，Ec、Ea和Eo分别为采样时间间隔内手机电池、空气和外部介质(桌子、衣服口袋等)产生的热量(W)；Tc、Ta和To分别为手机电池、空气和外部介质的温度(℃)；ka(W/℃)表示手机与空气间的热传导系数，ko(W/℃)表示手机与外部介质间的热传导系数。将式(1)变形可得如下公式：
Figure BDA0002219868100000041
假设在每次采样时间中Ec、ka和kb均可看作常数，即
Figure BDA0002219868100000042
Figure BDA0002219868100000043
此时上式可继续改写为：
Ta，i＝ki·Tc，i+bi (3)
下标i表示第i次采样。
步骤二：为了提高温度测量模型的鲁棒性，对式(3)采取时间平均的方法处理，得到下式：
Figure BDA0002219868100000044
式中，N为一个采样周期内的采样总次数。基于上式，空气温度测量模型如下所示：
Figure BDA0002219868100000045
其中，j表示第j次时间间隔，k和b表示常数，k与手机电池温度传感器对温度敏感性有关。为了确定空气温度测量模型的k、b值，利用每部手机积累的电池温度历史资料和对应的空气温度真值进行最小二乘拟合，得到k、b值。
步骤三：基于手机电池温度反演空气温度：
(1)在每一时间间隔内，手机电池温度传感器测量得到数次电池温度。
(2)将步骤3.1中的电池温度取平均值，并代入每部手机的空气温度测量模型，得到此时该手机周围空气温度。
(3)以众包的方式收集大量不同位置的手机测量的空气温度，以反距离加权插值的方法测量得到该时间间隔整个区域的空气温度分布。
(4)在下一时间间隔重复上述步骤，继续测量，直至得到的空气温度分布数据满足需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其特征在于，包括步骤：
(1)建立基于手机电池温度的传热模型：
Ta，i＝ki·Tc，i+bi
其中，Ta，i表示第i次采样的手机周围的空气温度，Tc，i表示第i次采样的手机电池温度，
Figure FDA0003158875790000011
Toi表示第i次采样的手机外部的介质温度，koi表示第i次采样时手机与外部介质间的热传导系数，kai表示第i次采样时手机与空气间的热传导系数，Eci表示第i次采样单位时间内的手机电池热量；
(2)建立基于手机电池温度传感器的空气温度测量模型，包括步骤(2-1)至(2-2)：
(2-1)采取时间平均的方法对基于手机电池温度的传热模型进行处理，得到：
Figure FDA0003158875790000012
式中，N为采样总次数；
将上式转换后得到空气温度测量模型：
Figure FDA0003158875790000013
其中，j表示第j个采样周期，
Figure FDA0003158875790000014
k和b均为常数，k与手机电池温度传感器对温度敏感性有关；
(2-2)收集每部手机的电池温度和对应的空气温度历史数据，进行数据拟合，得到k、b的值，将k、b的值代入
Figure FDA0003158875790000015
得到每部手机的空气温度测量模型；
(3)构建整个区域的空气温度分布：
以众包的方式通过不同位置的手机自带的手机电池温度传感器采集手机电池温度并记录采集时间，然后将采集到的温度求均值后作为
Figure FDA0003158875790000016
的值代入各个手机的空气温度测量模型，得到各个手机所在位置的空气平均温度；
将处于不同位置的手机所对应的空气平均温度及相应的采集时间一一对应，整理后可得到关于时间和空间的区域空气温度分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中建立基于手机电池温度的传热模型的具体步骤包括：
(1-1)建立热量传输公式：
Ec＝Ea+Eo＝ka(Tc-Ta)+ko(Tc-To) (1)
其中，Ec、Ea、Eo分别为采样单位时间内手机电池热量、空气热量和外部介质热量；Tc、Ta、To分别为手机电池温度、空气温度和外部介质温度；ka表示手机与空气间的热传导系数，ko表示手机与外部介质间的热传导系数；
(1-2)将式(1)变形得到公式(2)：
Figure FDA0003158875790000021
(1-3)将公式(2)变形可得到：
Ta，i＝ki·Tc，i+bi (3) 。
3.根据权利要求2所述的一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其特征在于，所述步骤(2-2)中采用最小二乘拟合处理收集到的每部手机的电池温度和对应的空气温度历史数据，得到k、b的值。
4.根据权利要求2所述的一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用反距离加权插值方法处理不同位置的手机所对应的空气平均温度及相应的采集时间，得到关于时间和空间的区域空气温度分布。
5.根据权利要求2所述的一种基于手机电池温度传感器的空气温度测量方法，其特征在于，所述通过手机自带的手机电池温度传感器采集手机电池温度时，手机电池温度传感器的测量方式包括点测量和面测量。
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