TWI417523B - 網路元件、電腦程式產品、以及用於決定一移動終端機之高度的方法、電腦程式、移動終端機、及系統 - Google Patents

Description

網路元件、電腦程式產品、以及用於決定一移動終端機之高度的方法、電腦程式、移動終端機、及系統 發明領域

本發明是關於大氣壓模型，尤其是使用時間與位置相依的廣域、長期的大氣壓模型。本發明也是關於一種相對應的終端機、系統、網路元件、軟體碼及軟體程式產品。

發明背景

氣壓感測器或者氣壓計是一種被用於測量大氣壓的儀器。大氣壓是在地球之大氣壓內的任何區域上的壓力，且大氣壓是由空氣的重量引起的。大氣壓隨著高度的增加而減少，因為當高度增加時，具有更少的空氣分子。

該名詞“大氣壓”指的是由地球周圍之空氣的重量產生的壓力。由於空氣的壓縮性，以高度之函數的氣壓不是一線性函數；且大氣在更低的高度更密集。由於有產生高低氣壓區域的山丘與山谷，大氣壓也不是一致的。被氣象家所使用的氣壓讀數測量了大氣壓，且一般被標準化為海平面。一精確的氣壓轉換器將標準化的海平面氣壓轉換成目前高度處的大氣壓。如果該標準化的海平面氣壓與目前的高度已知，則該轉換能夠被完成。

當指的是地球表面以上的大氣壓的物體之垂直高度時，一般被表述為氣壓高度。氣壓高度實際上是周圍氣壓的指示，其根據存在由國際標準大氣(ISA)所定義的標準天候上的氣壓所在的高度被表示。

而且，大氣壓情形在地球上廣泛地變化，且該等變化在研究天氣與氣候時是重要的。大氣壓也顯示了每日的週律。這種影響在熱帶區域是非常強烈的，然而在兩極區域的影響幾乎為零。氣壓計能夠被劃分為兩個不同的族群：液體及無液氣壓計。液體氣壓計可被進一步劃分為基於水的氣壓計以及水銀氣壓計。

全球航海衛星系統(BNSS)能夠被用於決定接收者的位置。此系統的實例包括美國GPS、俄國GLONASS，以及歐洲的Galileo，其中GPS與GLONASS目前正運作中，而Galileo是計畫在2008年完全運作。該全球航海衛星系統的一個缺點是，高度測量值總是比水準測量值更不精確。造成這種現象的原因是幾何學，即為了獲得精確的高度測量值，衛星幾乎必須在高空中。不幸地是，通常並不是這種情況。

LUCENT技術有限公司的歐洲專利申請案EP1154231(申請於2000年11月20日)揭露了一種使用大氣壓測量值來估計一通訊裝置之更精確的垂直位置或者高度的裝置與方法。一通訊裝置利用一通訊裝置上的氣壓感測器，測量當地的大氣壓，且利用所量測到的當地的大氣壓及發送來的大氣壓模型資訊(例如由一基地站所發送的)，估計該通訊裝置之高度。大氣壓模型資訊對應於另一接近該通訊裝置的一已知的高度處的大氣壓測量值。

如果該通訊裝置的使用者經常移動，或者天氣變化快速，就會產生一個問題。依據先前的技術方法，該通訊裝置的使用者應該經常下載最新的大氣壓模型到他們的電話上，以使在變化的天氣情形下，該校準資訊是最新的。

發明概要

本申請案已經意識到，需要更好地利用大氣壓模型或者大氣模型。特別地，出於各種目的，長期、廣域的大氣壓模型應該被更好地開發。

依據本發明之第一層面，提供了一種用於決定一移動終端機之高度的方法，利用一大氣壓模型及一氣壓計的氣壓測量值，其中該大氣壓模型提供了一時間相依的氣壓估計。該方法可能進一步包含提供了位置相依的氣壓估計的大氣壓模型。

一實施例之優點在於，為了提供最新的大氣壓模型，通訊網路不必知道通訊裝置的位置。而且，不需要經常發送大氣壓模型更新。

該方法可能進一步包含－移動終端機偵測其目前位置。

該方法可能進一步包含移動終端機偵測其目前位置且將該目前位置發送給一網路元件。

該方法可能進一步包含移動終端機測量其目前位置的氣壓。

該方法可能進一步包含移動終端機或網路元件決定一時間測量值。

該方法可能進一步包含移動終端機接收來自一網路元件的大氣壓模型。

該方法可能進一步包含移動終端機計算其目前高度，基於該量測到的氣壓及該大氣壓模型提供的估計。

該方法可能進一步包含移動終端機將氣壓測量值發送給該網路元件。

該方法可能進一步包含網路元件計算該移動終端機之高度，基於該氣壓測量值及該大氣壓模型提供的估計。

該方法可能進一步包含網路元件將該高度測量值發送給該移動終端機。

依據本發明之第二層面，提供了一種用於實現本發明之第一層面的任何方法步驟的軟體碼。

依據本發明之第三層面，提供了一種軟體程式產品，本發明之第二層面的軟體碼能夠被儲存在該軟體程式產品內。

依據本發明之第四層面，提供了一種能夠決定移動終端機之高度的移動終端機，其利用了一大氣壓模型與一氣壓測量值，其中該大氣壓模型提供了一時間相依的氣壓估計。

依據本發明之第五層面，提供了一種能夠發送一大氣壓模型給移動終端機的網路元件，其中該大氣壓模型提供了時間相依的氣壓估計。

該網路元件進一步能夠決定移動終端機之高度，基於氣壓測量值以及該大氣壓模型提供的估計，其中該大氣壓模型提供了時間相依的氣壓估計。

依據本發明之第六層面，提供了一種系統，包含了本發明之第四與第五層面的移動終端機與網路元件。

圖式簡單說明

從以下結合附圖的詳細描述中，本發明之其他特點將會變得明顯，其中：第1圖描述了一第一通訊裝置，接受一來自網路的大氣壓模型；第2圖是一流程圖，描述了本發明之一第一實施例的方法；第3圖是一方塊圖，描述了本發明之一實施例的無線終端機；第4圖是一流程圖，描述了本發明之一第二實施例的方法。

詳細說明

現在將描述本發明之一些實施例。該等實施例將廣域、長期的大氣壓模型用於計算通訊裝置之高度。該大氣壓模型提供了至少一時間相依的氣壓估計。應該注意到的是，例如，廣域、長期的大氣壓模型也能夠被用於製作天氣預報、尋找漁區等。

第1圖描述了本發明之實施例可能存在的可操作環境。特別地，在第1圖中，顯示了一通訊裝置110，在此例中是一行動電話手機，依據本實施例其包括一氣壓計。該通訊裝置110還可能是任何其他的電子裝置。

第1圖還顯示了兩個通訊網路元件，第一網路元件是一存取點120，在此例中是一基地站。該第一網路元件還可能是任何其他的能夠與該通訊裝置110進行通訊的存取點。依據任何已經存在的(例如，GSM、GPRS、EDGE、HSCSD、UMTS、CDMA 2000、IS95等)，或者將來的蜂巢式網路標準，該基地站120能夠運作。可選擇地，基地站120能夠充當一無線區域網(WLAN)的存取點，例如802.11標準的任何變形。而且，利用任何其他的無線或有線連接方法，基地站120能夠被連接到該行動電話手機。該第二網路元件是一伺服器130。該第二網路元件還可能是任何其他的能夠儲存資料且具有與其他網路元件進行通訊之能力的網路元件。而且，第1圖包含兩個衛星140。

該基地站120利用適合的通訊裝置與該行動電話手機110進行通訊。在此實施例中，該基地站120使用RF發射，以傳送信號給該行動電話手機110。因此，該行動電話手機110接收該基地站120發送的發射。該行動電話手機110也可發送信號給該基地站120。因此，該通訊可是兩個方向的。該伺服器130實際上可設於與該基地站120相同的位置。該伺服器130也可設於該通訊網路內的任何其他合適的位置。利用任何適合的通訊裝置，該伺服器130與該基地站120進行通訊。在此實施例中，該伺服器130利用一有線連接與該基地站120進行通訊。衛星140與至少以下其中之一進行通訊：該行動電話手機110與該基地站120。無線通訊連接被用於該衛星140與該手機110之間，以及該衛星140與該基地站120之間的信號傳輸。

第2圖描述了用於決定該行動電話手機110之高度的方法。一般而言，在步驟201處，該行動電話手機110發送一請求給該通訊網路，以獲得來自該通訊網路的大氣壓模型資訊。透過該手機110其自身或者任何其他的網路元件，該手機110的位置也被偵測到。如果該位置是被網路元件偵測到，則該位置資訊必須被發送給該手機110。在步驟202處，該通訊網路發送一廣域、長期的大氣壓模型給該行動電話手機110。在步驟203處，該行動電話手機決定時間及其目前位置的大氣壓。應該注意到的是，在步驟204之前，任何點的時間都能夠被決定。在步驟204處，基於目前量測到的大氣壓與大氣壓模型，該行動電話手機決定其高度或者海拔高度。應該注意到的是，步驟201是可取捨的，且步驟203可以在步驟202之前發生。該位置偵測也可能在步驟201之後發生。該手機位置被偵測到，以使該手機知道請求一有效的大氣壓模型。

第3圖是第1圖的該行動電話手機110的方塊圖。該手機110充當一蜂巢式電話，例如依據以下標準其中之一或多個標準：GSM、GPRS、EDGE、HSCSD、UMTS、CDMA 2000、IS95等。該手機110還包含一記憶體305。該記憶體可能具有隨機存取記憶體(RAM)與唯讀記憶體(ROM)部分。適合的資料能夠被儲存在該記憶體上。而且，手機110包含輸入/輸出(I/O)裝置306。例如，輸入裝置可能是一鍵盤，但是它也可能是一觸摸鍵盤或者觸摸螢幕。一麥克風也可作為一輸入裝置被提供，用於接收語音資訊。輸出裝置也可被提供，例如一顯示器(如一液晶顯示器)。一揚聲器也可作為輸出裝置被提供，用於輸出語音或者聲音。其他適合的輸入/輸出裝置也是可能的。

該手機110還包括一氣壓計304。該氣壓計304被用於測量該手機110之目前位置內的大氣壓。為了接收與傳送信號，該手機110包括一天線301。兩個或更多個單獨的天線也能夠被使用，但是在此實施例中，相同的天線能夠接收且傳送衛星與蜂巢式信號。為了控制通過該天線301的信號傳輸，該手機110包括一收發器單元(TRX)302。

該手機110還包括一中央處理單元303(CPU)，用於控制該收發器單元(TRX)302，且用於其中控制該手機110的功能。該中央處理單元包括至少一用於處理資料的處理器。該中央處理單元直接/或間接地連接到該記憶體單元305及該I/O裝置306。依據本實施例，該手機110還包括一定位機307。該定位機利用來自該等衛星的資訊，計算該手機110的位置。

現在參看第2圖的流程圖更詳細地描述第3圖的該手機110之操作。在該示範性實施例中，手機110在一蜂巢式通訊網路內操作，且該存取點120是一蜂巢式通訊網路的基地站。在步驟201處，該手機110請求一來自該網路的大氣壓模型資訊。該請求能夠被發送，例如利用一特定的頻率與/或時間槽。該大氣壓模型請求也能夠被該基地站120識別，透過利用一特別的識別符、標頭或者尾部位元的順序。如果該手機110是在另一環境中使用，而不是在一蜂巢式通訊網路內使用，則也可用一些其他的用於識別該請求的裝置代替。在此步驟中，透過該手機110其自身，或者透過另一網路元件，該手機110的位置也能夠被偵測到。該位置也能夠在隨後被偵測到。

基地站120接收且識別該手機110發送的請求。該基地站120必須轉傳該請求給設於該蜂巢式通訊網路內的伺服器130。天氣資訊被儲存在該伺服器130上。該天氣資訊包含不同地理區域的大氣壓預測。該大氣壓預測能夠是長期的預測，例如一整週的預測。可選擇地，一些更短週期的預測也能夠被儲存在該伺服器130上。

該大氣壓預測還可能覆蓋一個大的地理區域。例如，可有全國或者全洲的大氣壓預測。該大氣壓模型指出了一已知高度或者海拔高度處的大氣壓。例如，該已知高度可能是一海平面。

在步驟202處，該伺服器130將該大氣壓模型發送給該基地站120。該基地站120進一步將該資訊轉傳給該手機110。此外，一特定的頻率與/或時間槽能夠被用於發送該大氣壓模型。透過一特別的識別符、標頭或者尾部位元的順序，該大氣壓模型請求也能夠被識別。

在步驟203處，該手機110決定時間及利用氣壓計304決定其目前位置的大氣壓或氣壓。時間也能夠在步驟203之前被決定，且如之後所解釋的，時間也能夠被一些其他網路元件決定。如果該時間是被一些其他元件決定而不是被該手機其自身決定，則需要發送時間資訊給該手機110。

在步驟204處，該手機110決定其目前位置的高度。因為在該手機110的目前位置的一已知水平面的大氣壓已知，且在該手機110的高度處的大氣壓也已知，則高度現在能夠被決定出。該手機110在其目前位置的高度能夠從該等大氣壓的不同之處推出，如參看大氣壓的來氏定律(Laplace law)：P ＝P ₀ e ^{－ MgA / RT} ,其中P₀ 是在海平面處的氣壓，M是空氣的平均莫耳質量(molar mass)，R是理想的氣體常數，T是氣體溫度，A是對於一給定大氣壓P的高度。該方程式對於位於－1000與35332英尺之間的高度可近似為：A ＝145375((1－(P /P ₀ )^{0 . 1 9 2 3} )。

應該注意到的是，對於該手機110可能不需要請求該大氣壓模型。該網路能夠以一定的間隔自動地發送該大氣壓模型給該手機110，而不是由該手機110的使用者請求該大氣壓模型。可選擇地，每當該大氣壓模型內有重要的變化，或者在該大氣壓模型將要失效時，該網路能夠發送該大氣壓模型。而且，如果該手機110移到遠離大氣壓模型有效的區域，則就需要發送已被更新的大氣壓模型給該手機110。而且，步驟203可能在步驟201與/或202之前發生。

依據該第二實施例，該伺服器130計算該手機110之高度，且沒有大氣壓模型被發送給該手機110。在步驟401處，利用該氣壓計304，該手機決定其目前位置內的大氣壓。

在步驟402處，該手機110發送該量測到的大氣壓給該網路。該基地站120接收且識別該手機110發送的大氣壓。該基地站120可進一步將該量測到的大氣壓轉傳給該伺服器130。

在步驟403處，該手機110的位置被偵測到。這可由該手機110其自身或者由該網路完成。透過利用該定位機307，該手機110能夠偵測其位置。例如，該定位機307可能是一衛星定位機(例如一GPS機)。任何其他適合的定位機也能夠被使用。當該手機110已經偵測到其位置時，該手機110將發送位置資訊給該基地站120，該基地站120可將該位置資訊傳送給該伺服器130。可選擇地，該手機110的位置能夠被該網路偵測到。例如，蜂巢識別碼(cell identity)能夠被用於此目的。這是可能的，因為一蜂巢式網路內的每個蜂巢都具有一唯一的代碼，被稱為蜂巢識別碼(cell identity)，該蜂巢識別碼被用於識別目前的蜂巢。在步驟403處，時間進一步能夠被決定。這可由該手機110或者任何其他網路元件完成。可能需要發送時間資訊給該網路元件，該網路元件計算出該手機110的高度。時間也能夠在步驟403之前被決定。

既然該手機110的目前位置已知，該伺服器130就能夠定義在該手機的目前位置內的大氣壓(例如一海平面)。出於此目的，大氣壓模型是需要的。因為在該手機110的目前位置的一已知水平面的大氣壓已知，且該手機110的高度處的大氣壓也已知，所以高度能夠被立即決定。該手機110在其目前位置的高度能夠從該等大氣壓的不同之處推出，例如利用本發明之第一實施例的大氣壓的來氏定律(Laplace law)。

在步驟405處，該網路發送所偵測到的該手機110之高度給該手機110。然後該手機110接收且識別此資訊。例如，該手機110的高度或海拔高度能夠被用於加速該衛星定位內的擷取程序。當該手機110之精確的高度已知時，較快速地獲取第一定位是可能的，且只需要更少的衛星用於該手機110。

本發明也關於一種相對應的軟體碼，能夠被用於實現至少以上所描述之實施例的方法的一部分。同樣地，本發明也是關於一種相對應的軟體程式產品，一軟體碼能夠被儲存在其中。

在該手機110內，本發明的所有發明特性能夠被併入一個單一的模組。

依據該第一實施例，該模組至少包括該氣壓計304。該模組還可能包括至少一處理器單元，以使該手機的高度或海拔高度能夠被計算出。依據該第二實施例，該模組被設於該伺服器130內。

本發明也關於一種軟體程式產品，實現了本發明之方法步驟的軟體碼能夠被儲存在其中。

本發明也關於該手機110，該手機110包含用於實現以上所描述之方法的裝置。依據該第一實施例，該手機110還包含以上所描述之模組。

本發明也關於該伺服器130，該伺服器130包含用於實現以上所描述之方法步驟的裝置。依據該第二實施例，該伺服器130還包含以上所描述的模組。而且，用於不同區域與用於不同時間區段的大氣壓模型被儲存在該伺服器130上。

最後本發明是關於一種該手機110能夠在其內使用的系統。該系統包含至少一手機110與該伺服器130。

應該注意到的是，以上所描述的實施例可以各種方式被改變，且這些僅是本發明的示範性實施例。

110．．．通訊裝置

120．．．基地站

130．．．伺服器

140．．．衛星

201~204．．．步驟

301．．．天線

302．．．收發器單元

303．．．中央處理單元

304．．．氣壓計

305．．．記憶體

306．．．輸入/輸出裝置

307．．．定位機

401~405．．．步驟

第1圖描述了一第一通訊裝置，接受一來自網路的大氣壓模型；第2圖是一流程圖，描述了本發明之一第一實施例的方法；第3圖是一方塊圖，描述了本發明之一實施例的無線終端機；第4圖是一流程圖，描述了本發明之一第二實施例的方法。

201~204．．．步驟

Claims (18)

1. 一種用於決定一移動終端機之高度的方法，該方法包含下列步驟：於一移動終端機接收來自一網路元件的大氣壓模型；以及利用該大氣壓模型與一氣壓測量值來決定該移動終端機之高度，其中該大氣壓模型提供一時間及位置相依的氣壓估計。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氣壓測量值是由該移動終端機來測量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該大氣壓模型長期針對不同的地理區域提供對該移動終端機之一位置有效的該時間及位置相依的氣壓估計。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含以下步驟：該移動終端機偵測其目前位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含以下步驟：該移動終端機偵測其目前位置且將該目前位置發送給該網路元件。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含以下步驟：該移動終端機測量在其目前位置的氣壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含 以下步驟：該移動終端機決定一時間測量值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含以下步驟：該網路元件決定一時間測量值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包含以下步驟：該移動終端機計算其目前高度，基於所量測到的氣壓及該大氣壓模型所提供的估計。
10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該移動終端機將該氣壓測量值發送給該網路元件。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該網路元件計算該移動終端機之高度，基於該氣壓測量值及該大氣壓模型所提供的估計。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該網路元件發送該高度測量值給該移動終端機。
13. 一種用來判定一移動終端機之一高度的電腦程式，該電腦程式包含電腦程式指令，當該等指令被至少一處理器所執行時會造成執行如申請專利範圍第1至第12項所述任一項之任何方法步驟。
14. 一種電腦程式產品，其中儲存有如申請專利範圍第13項所述之用來判定一移動終端機之一高度的電腦程式。
15. 一種用來判定一移動終端機之一高度的移動終端機，該移動終端機包含被組配來執行如申請專利範圍第1至12 項所述其中一或更多項之方法步驟的裝置。
16. 一種網路元件，其被組配來發送一大氣壓模型給一移動終端機，其中該大氣壓模型提供一時間及位置相依的氣壓估計。
17. 如申請專利範圍第16項所述之網路元件，其中該網路元件能夠決定一移動終端機之高度，基於該氣壓測量值及該大氣壓模型提供的估計，其中該大氣壓模型提供一時間相依的氣壓估計。
18. 一種用來判定一移動終端機之一高度的系統，該系統包含如申請專利範圍第16至第17項所述任一項之移動終端機及網路元件。