一种基于手机的雷声检测和定位方法
阅读说明：本技术 一种基于手机的雷声检测和定位方法 (Thunder detection and positioning method based on mobile phone ) 是由 朱剑锋 何穆 廖远东 陆安山 吴秋瑜 廖旋芝 于 2021-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种基于手机的雷声检测和定位方法,包括定位系统,所述定位系统包括云端管理平台及与云端管理平台通讯的M台个移动智能手持终端,第1移动智能手持终端、第2移动智能手持终端、第3移动智能手持终端、第4移动智能手持终端、……、第M移动智能手持终端之四及以上任意组合能够接收到雷声,包括以下步骤：S1,第i移动智能手持终端将确定的第i移动智能手持终端所处位置以及雷声数据信息打包后,得到第i打包数据包,将其第i打包数据包发送至云端管理平台；i＝1、2、3、4、……M；S2,云端管理平台根据接收到的打包数据包确定雷声位置。本发明能够利用海量的智能手持终端实现雷声定位和检测,并生成驶离线路,保障用户安全。(The invention provides a thunder detection and positioning method based on a mobile phone, which comprises a positioning system, wherein the positioning system comprises a cloud management platform and M mobile intelligent handheld terminals communicated with the cloud management platform, and the thunder can be received by four or any combination of a No. 1 mobile intelligent handheld terminal, a No. 2 mobile intelligent handheld terminal, a No. 3 mobile intelligent handheld terminal, a No. 4 mobile intelligent handheld terminal, … … and an No. M mobile intelligent handheld terminal, and comprises the following steps: s1, the ith mobile intelligent handheld terminal packs the position of the ith mobile intelligent handheld terminal and thunder data information to obtain an ith packed data packet, and the ith packed data packet is sent to the cloud management platform; 1, 2, 3, 4, … … M; and S2, the cloud management platform determines the thunder position according to the received packed data packet. The method and the system can realize thunder positioning and detection by using massive intelligent handheld terminals, generate a driving-away line and ensure the safety of users.)
技术领域
本发明涉及一种雷声定位
技术领域
，特别是涉及一种基于手机的雷声检测和定位方法。背景技术
自然雷电放电综合观测是认识雷电放电物理过程的重要手段。加强自然雷电放电物理过程的综合同步观测，有助于提出有效的线路防雷措施，对保障特高压输电工程的安全稳定运行具有重要意义。专利申请号“2019103317815”，名称为“一种自然雷击放电过程监测系统”，公开了包括智能终端、服务器、光控窗帘装置、温湿度传感器、第一拍摄装置、雷雨天气分析装置、高速摄像装置、电场测量装置、磁场测量装置、雷声探测装置和光探测装置、第二拍摄装置；雷雨天气分析装置分别与第二拍摄装置、温湿度传感器、高速摄像装置、电场测量装置、磁场测量装置及雷声探测装置连接；服务器分别与智能终端、高速摄像装置、电场测量装置、磁场测量装置、雷声探测装置、光探测装置第二拍摄装置及第一拍摄装置连接，能实现雷电观测过程中全自动可靠地采集雷电观测数据，能有效降低人工操作所带来的弊端，能有效提高工作效率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于手机的雷声检测和定位方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于手机的雷声检测和定位方法，包括定位系统，所述定位系统包括云端管理平台及与云端管理平台通讯的M台个移动智能手持终端，分别为第1移动智能手持终端、第2移动智能手持终端、第3移动智能手持终端、第4移动智能手持终端、……、第M移动智能手持终端，所述M为大于或者等于4的正整数，第1移动智能手持终端、第2移动智能手持终端、第3移动智能手持终端、第4移动智能手持终端、……、第M移动智能手持终端之四及以上任意组合能够接收到雷声，包括以下步骤：：
S1，第i移动智能手持终端将确定的第i移动智能手持终端所处位置以及雷声数据信息打包后，得到第i打包数据包，将其第i打包数据包发送至云端管理平台；i＝1、2、3、4、……M；
S2，云端管理平台根据接收到的打包数据包确定雷声位置。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，包括以下步骤：
S11，第i移动智能手持终端判断其是否接收到雷声：
若第i移动智能手持终端接收到雷声，则获取雷声数据信息，该雷声数据信息包括本次开始时接收到雷声的时刻或/和本次接收到雷声结束时的时刻，分别记作ti和ti′；ti为本次开始时第i移动智能手持终端接收到雷声的时刻，ti′为本次第i移动智能手持终端接收到雷声结束时的时刻；
若第i移动智能手持终端未接收到雷声，则返回步骤S11；
S12，第i移动智能手持终端利用其第i移动智能手持终端内的定位模块获取其第i移动智能手持终端所处位置，记作(xi,yi,zi)；(xi,yi,zi)表示第i移动智能手持终端所处位置的位置坐标；
S13，将其步骤S11中的ti、ti′以及(xi,yi,zi)进行打包，发送至信号塔，信号塔将数据传输至云端管理平台。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S13中，包括以下步骤：
S131，信号塔对接收到的打包数据包进行以下操作：
Transfer valuei＝MD5(Bale data packi)，
其中，MD5()表示采用MD5的哈希摘要函数；
Bale data packi表示信号塔接收到的第i打包数据包；
Transfer valuei表示第i打包数据包Bale data packi所对应的第i传输值；
S132，将第i传输值Transfer valuei发送至云端管理平台，云端管理平台判断其传输值数据库中是否存在第i传输值Transfer valuei：
若云端管理平台内的传输值数据库中不存在第i传输值Transfer valuei，则将第i传输值Transfer valuei存储于传输值数据库，并将第i打包数据包Bale data packi发送至云端管理平台；
若云端管理平台内的传输值数据库中存在第i传输值Transfer valuei，则不将第i打包数据包Bale data packi发送至云端管理平台。防止信号塔重复将打包数据包传输给云端管理平台，造成数据冗余，提升效率。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，包括以下步骤：
S21，云端管理平台统计其接收到的打包数据包的总个数，记作K，K表示云端管理平台接收到的打包数据包的总个数，K为小于或者等于M且大于或者等于4的正整数，分别为第1云端打包数据包、第2云端打包数据包、第3云端打包数据包、第4云端打包数据包、……、第K云端打包数据包；令获取数k＝1；
S22，云端管理平台获取其第k云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻、本次接收到雷声结束时的时刻以及位置坐标；k＝k+1；
S23，若k＞σ，σ为大于或者等于4且小于或者等于K的正整数，执行步骤S24；若k≤σ，则返回步骤S22；
S24，计算其雷声位置坐标，其雷声位置坐标的计算方法为：
或者，
其中，(X,Y,Z)表示雷声位置坐标；
(`xj,`yj,`zj)表示第j云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；j为小于或者等于σ的正整数；(`x1,`y1,`z1)表示第1云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x2,`y2,`z2)表示第2云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x3,`y3,`z3)表示第3云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x4,`y4,`z4)表示第4云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`xσ,`yσ,`zσ)表示第σ云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；
v表示雷声传播速度；
ζv表示雷声速度影响系数，ζv∈(0,0.12]；
`tj表示第j云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t1表示第1云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t2表示第2云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t3表示第3云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t4表示第4云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`tσ表示第σ云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；
t0表示雷声发出时刻；
表示第j云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率，
表示第1云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第2云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第3云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第4云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第σ云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率，
εj表示第j云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率；ε1表示第1云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε1∈(0,0.013]；ε2表示第2云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε2∈(0,0.013]；ε3表示第3云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε3∈(0,0.013]；ε4表示第4云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε4∈(0,0.013]；εσ表示第σ云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，εσ∈(0,0.013]；
tj″′表示第j云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t1″′表示第1云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t2″′表示第2云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t3″′表示第3云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t4″′表示第4云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；tσ″′表示第σ云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；
t0′表示雷声发出结束时时刻。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括约束条件，该约束条件为：
且
其中，s≠S，s和S为小于或者等于σ的正整数；
若成立，则位置坐标(`xS,`yS,`zS)与位置坐标(`xs,`ys,`zs)相关联；
若不成立，则位置坐标(`xS,`yS,`zS)与位置坐标(`xs,`ys,`zs)相不关联。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括步骤S3，根据步骤S2确定的雷声位置驶离雷区，包括以下步骤：
S31，云端管理平台为待驶离雷区用户提供一个安全位置坐标；
S32，云端管理平台根据其用户所处位置生成至少一条驶离线路，并将该生成驶离线路发送至用户的移动智能手持终端上；
在本发明的一种优选实施方式中，实现生成驶离线路的方法包括以下步骤：
S311，根据用户当前位置获取本条路径上两端端点，分别为第一端点和第二端点，判断其待驶离角的大小：
若则以用户当前位置至第一端点或第二端点为待驶离方向；
若则以第一端点或第二端点至用户当前位置为待驶离方向；
S312，在第一端点或第二端点选择第l路径为行驶方向，其选择第l路径为驶离方向。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S311中包括以下步骤：
S3111，在用户当前位置至第一端点或第二端点路径上任取一点；
S3112，计算其待驶离角，其待驶离角的计算方法为：
其中，(X′,Y′,Z′)表示用户当前位置；
(x,y,z)表示安全位置坐标；
(x′,y′,z′)表示在用户当前位置至第一端点或第二端点路径上任一点；
d(x-X′,y-Y′,z-Z′)表示第一距离；
d(x′-X′,y′-Y′,z′-Z′)表示第二距离；
第一距离d(x-X′,y-Y′,z-Z′)的计算方法为：
第二距离d(x′-X′,y′-Y′,z′-Z′)的计算方法为：
表示待驶离角；
·表示向量点乘內积。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S312中包括以下步骤：
S3121，获取第一端点或第二端点的位置以及第一端点或第二端点处的第l路径上的任一点；
S3122，计算其待驶离端点角，其待驶离端点角的计算方法为：
其中，(Xλ,l,Yλ,l,Zλ,l)表示第一端点或第二端点处的第l路径上的任一点；
(Xλ,Yλ,Zλ)表示第一端点或第二端点的位置；
表示第一端点距离；
表示第二端点距离；
第一端点距离的计算方法为：
第二端点距离的计算方法为：
φλ,l表示待行驶端点角；φλ,l∈[0,π]；
S3123，以min{φλ,l}所对应的路径为驶离方向，min表示取最小值，{φλ,l}表示待驶离端点角集合。
在本发明的一种优选实施方式中，智能手持终端还具有雷达模块，在行驶过程中，若智能手持终端检测到障碍物距离行驶车辆小于或者等于预设间距阈值，则发出报警信息，避免碰撞造成车身损坏。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够利用海量的智能手持终端实现雷声定位和检测，并生成驶离线路，保障用户安全。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明流程示意框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种基于手机的雷声检测和定位方法，包括定位系统，所述定位系统包括云端管理平台及与云端管理平台通讯的M台移动智能手持终端，分别为第1移动智能手持终端、第2移动智能手持终端、第3移动智能手持终端、第4移动智能手持终端、……、第M移动智能手持终端，所述M为大于或者等于4的正整数，第1移动智能手持终端、第2移动智能手持终端、第3移动智能手持终端、第4移动智能手持终端、……、第M移动智能手持终端之四及以上任意组合能够接收到雷声，包括以下步骤：
S1，第i移动智能手持终端将确定的第i移动智能手持终端所处位置以及雷声数据信息打包后，得到第i打包数据包，将其第i打包数据包发送至云端管理平台；i＝1、2、3、4、……M；
S2，云端管理平台根据接收到的打包数据包确定雷声位置。
通过云端管理平台(手机平台)的巨大用户数量，采用手机平台语音处理算法识别雷声，并用能识别或剔除误差较大的定位信息点的算法，筛选出高质量的手机雷声定位点，从而更精确地确认雷声发生位置与时间。基于同时在线的大量手机位置信息与雷声识别数据，通过相关误差理论，能提高雷声定位的准确性与可靠性。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，包括以下步骤：
S11，第i移动智能手持终端判断其是否接收到雷声：
若第i移动智能手持终端接收到雷声，则获取雷声数据信息，该雷声数据信息包括本次开始时接收到雷声的时刻或/和本次接收到雷声结束时的时刻，分别记作ti和ti′；ti为本次开始时第i移动智能手持终端接收到雷声的时刻，ti′为本次第i移动智能手持终端接收到雷声结束时的时刻；
若第i移动智能手持终端未接收到雷声，则返回步骤S11；
S12，第i移动智能手持终端利用其第i移动智能手持终端内的定位模块获取其第i移动智能手持终端所处位置，记作(xi,yi,zi)；(xi,yi,zi)表示第i移动智能手持终端所处位置的位置坐标；
S13，将其步骤S11中的ti、ti′以及(xi,yi,zi)进行打包，发送至信号塔，信号塔将数据传输至云端管理平台。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S13中，包括以下步骤：
S131，信号塔对接收到的打包数据包进行以下操作：
Transfer valuei＝MD5(Bale data packi)，
其中，MD5()表示采用MD5的哈希摘要函数；
Bale data packi表示信号塔接收到的第i打包数据包；
Transfer valuei表示第i打包数据包Bale data packi所对应的第i传输值；
S132，将第i传输值Transfer valuei发送至云端管理平台，云端管理平台判断其传输值数据库中是否存在第i传输值Transfer valuei：
若云端管理平台内的传输值数据库中不存在第i传输值Transfer valuei，则将第i传输值Transfer valuei存储于传输值数据库，并将第i打包数据包Bale data packi发送至云端管理平台；
若云端管理平台内的传输值数据库中存在第i传输值Transfer valuei，则不将第i打包数据包Bale data packi发送至云端管理平台。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，包括以下步骤：
S21，云端管理平台统计其接收到的打包数据包的总个数，记作K，K表示云端管理平台接收到的打包数据包的总个数，K为小于或者等于M且大于或者等于4的正整数，分别为第1云端打包数据包、第2云端打包数据包、第3云端打包数据包、第4云端打包数据包、……、第K云端打包数据包；令获取数k＝1；
S22，云端管理平台获取其第k云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻、本次接收到雷声结束时的时刻以及位置坐标；k＝k+1；
S23，若k＞σ，σ为大于或者等于4且小于或者等于K的正整数，执行步骤S24；若k≤σ，则返回步骤S22；
S24，计算其雷声位置坐标，其雷声位置坐标的计算方法为：
或者，
优选的，
其中，(X,Y,Z)表示雷声位置坐标；
(`xj,`yj,`zj)表示第j云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；j为小于或者等于σ的正整数；(`x1,`y1,`z1)表示第1云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x2,`y2,`z2)表示第2云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x3,`y3,`z3)表示第3云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x4,`y4,`z4)表示第4云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`xσ,`yσ,`zσ)表示第σ云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；
v表示雷声传播速度；
ζv表示雷声速度影响系数，ζv∈(0,0.12]；
`tj表示第j云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t1表示第1云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t2表示第2云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t3表示第3云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`t4表示第4云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；`tσ表示第σ云端打包数据包内的本次开始时接收到雷声的时刻；
t0表示雷声发出时刻；
表示第j云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率，
表示第1云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第2云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第3云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第4云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率， 表示第σ云端打包数据包所对应的移动智能手持终端计时准确率，
εj表示第j云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率；ε1表示第1云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε1∈(0,0.013]；ε2表示第2云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε2∈(0,0.013]；ε3表示第3云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε3∈(0,0.013]；ε4表示第4云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，ε4∈(0,0.013]；εσ表示第σ云端打包数据包所对应的移动智能手持终端定位误差率，εσ∈(0,0.013]；
tj″′表示第j云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t1″′表示第1云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t2″′表示第2云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t3″′表示第3云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；t4″′表示第4云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；tσ″′表示第σ云端打包数据包内的本次接收到雷声结束时的时刻；
t0′表示雷声发出结束时时刻。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括约束条件，该约束条件为：
且
其中，s≠S，s和S为小于或者等于σ的正整数；
若成立，则位置坐标(`xS,`yS,`zS)与位置坐标(`xs,`ys,`zs)相关联；
若不成立，则位置坐标(`xS,`yS,`zS)与位置坐标(`xs,`ys,`zs)相不关联。其组合个数为当其σ＝6时，其组合个数有15个，如下所示：
且
且
且 且
且
且
且
且
且
且
且
且
且
且
且
(`x5,`y5,`z5)表示第5云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；(`x6,`y6,`z6)表示第6云端打包数据包内的移动智能手持终端位置坐标；将关联最多的前四个坐标位置作为标定位置。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括步骤S3，根据步骤S2确定的雷声位置驶离雷区，包括以下步骤：
S31，云端管理平台为待驶离雷区用户提供一个安全位置坐标；
S32，云端管理平台根据其用户所处位置生成至少一条驶离线路，并将该生成驶离线路发送至用户的移动智能手持终端上；
在本发明的一种优选实施方式中，实现生成驶离线路的方法包括以下步骤：
S311，根据用户当前位置获取本条路径上两端端点，分别为第一端点和第二端点，判断其待驶离角的大小：
若则以用户当前位置至第一端点或第二端点为待驶离方向；
若则以第一端点或第二端点至用户当前位置为待驶离方向；
S312，在第一端点或第二端点选择第l路径为行驶方向，其选择第l路径为驶离方向。令下一个端点为第一端点或第二端点，重复步骤S312，直至驶离至安全位置坐标。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S311中包括以下步骤：
S3111，在用户当前位置至第一端点或第二端点路径上任取一点，不包括当前位置、第一端点和第二端点；其第一端点或第二端点为在端点处包括三条及三条以上的行驶路径。
S3112，计算其待驶离角，其待驶离角的计算方法为：
其中，(X′,Y′,Z′)表示用户当前位置；
(x,y,z)表示安全位置坐标；
(x′,y′,z′)表示在用户当前位置至第一端点或第二端点路径上任一点；
d(x-X′,y-Y′,z-Z′)表示第一距离；
d(x′-X′,y′-Y′,z′-Z′)表示第二距离；
第一距离d(x-X′,y-Y′,z-Z′)的计算方法为：
第二距离d(x′-X′,y′-Y′,z′-Z′)的计算方法为：
表示待驶离角；
·表示向量点乘內积。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S312中包括以下步骤：
S3121，获取第一端点或第二端点的位置以及第一端点或第二端点处的第l路径上的任一点；l＝1、2、3、……、L，L为在第一端点或第二端点的位置处路径的总条数，L为大于或者等于3的正整数；获取第一端点或第二端点处的第l路径上的任一点不包括第一端点或第二端点至下一端点路径中的第一端点、第二端点和下一端点。
S3122，计算其待驶离端点角，其待驶离端点角的计算方法为：
其中，(Xλ,l,Yλ,l,Zλ,l)表示第一端点或第二端点处的第l路径上的任一点；
(Xλ,Yλ,Zλ)表示第一端点或第二端点的位置；
表示第一端点距离；
表示第二端点距离；
第一端点距离的计算方法为：
第二端点距离的计算方法为：
φλ,l表示待行驶端点角；φλ,l∈[0,π]；
S3123，以min{φλ,l}所对应的路径为驶离方向，min表示取最小值，{φλ,l}表示待驶离端点角集合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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