Android：如何获取准确的高度？

Question

我需要仅使用 GPS 来准确测量高度。

我尝试了 Location.getAltitude()，但这非常不准确。 有什么建议吗？

Answer 1

使用智能手机/平板电脑 GPS 的高度有两个问题：

1. 高度是 WGS84 参考椭球上方的高度。它不是高于地面或海平面的高度。以下是更多详细信息： http://www.gpspassion.com/forumsen/ topic.asp?TOPIC_ID=10915。这个错误是可以纠正的；以下是如何手动执行此操作的说明： http://www.unavco.org/ edu_outreach/tutorial/geoidcorr.html。网络文章链接到一个计算器以获取大地水准面高度以进行校正；我不知道是否还有可用于此计算的网络服务。
2. 对于相对便宜的 GPS 接收器来说，GPS 高度非常不准确。这是一篇相关文章：http://gpsinformation.net/main/altitude.htm。解决这种不准确性的一种方法是过滤高度数据。我使用圆形数组数据结构来记住最后几个（我使用了 4 个）高度读数并计算平均值。这足以为我的应用获得相对准确的垂直速度读数。

Answer 2

另一种方法是解析 NMEA 字符串。 $GPGGA 语句 已包含修正后的海拔高度数据。

因此，只需为 LocationManager 创建一个 NMEA 字符串侦听器并解析消息：

private GpsStatus.NmeaListener mNmeaListener = new GpsStatus.NmeaListener() {
    @Override
    public void onNmeaReceived(long timestamp, String nmea) {
        parseNmeaString(nmea);
    }
};

public void registerLocationManager(Context context) {
        mLocationManager = (LocationManager) mContext.getSystemService(LOCATION_SERVICE);
        mLocationManager.addNmeaListener(mNmeaListener);
}

private void parseNmeaString(String line) {
        if (line.startsWith("$")) {
            String[] tokens = line.split(",");
            String type = tokens[0];

            // Parse altitude above sea level, Detailed description of NMEA string here http://aprs.gids.nl/nmea/#gga
            if (type.startsWith("$GPGGA")) {
                if (!tokens[9].isEmpty()) {
                    mLastMslAltitude = Double.parseDouble(tokens[9]);
                }
            }
        }
    }

您可以替换通过位置侦听器接收到的最后一个 Location 对象的海拔高度，或者通过 NMEA 解析整个新位置。

Answer 3

另一种方法是通过气压计测量高度。

通过使用压力，您可以计算用户的海拔高度。我不确定它的精度水平以及它是否比其他答案的方法更准确。

通过使用测压公式，您可以计算海拔高度：

变量定义：

P0: Sea-level pressure 
P: Atmospheric pressure 
T: Temperature 

您可以从环境传感器获取android中的压力

SensorManager.getAltitude(SensorManager.PRESSURE_STANDARD_ATMOSPHERE,pressure)

Answer 4

如果设备有气压计，那么使用它可以提高相对精度。我并不是想使用气压计来计算相对于海平面的高度，这可以在几个公式中找到，因为这高度依赖于天气条件。

当您知道设备具有良好的定位且具有高精度值时，您想要做的是获取 GPS 高度。此时，您获取气压并将该压力设置为参考。

当气压增加约 12 hPa 时，您会知道您的海拔高度降低了约 100 m ( https:// en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_Pressure “在海拔较低的地方，每升高 100 度，气压就会降低约 1.2 kPa (12 hPa)米。”）。

不要将该值视为精确值，但由于树木遮挡视线和其他因素，GPS 确定的高度变化很大，而气压计在这些条件下将保持非常精确。

下图是骑行时间约为 1 小时 20 分钟的情况。起点和终点相同，均在海拔 477 m 左右，由 GPS 确定。测得的压力为 1015.223 hPA。

最低点为377 m，实测气压为1025.119 hPa。因此，在这种情况下，100 m 会产生 10 hPa 的差异。

最高点550 m，实测气压1007.765 hPa。

终点与起始条件具有相同的高度和完全相同的压力（压力可能会因天气条件而变化，但事实并非如此）。温度下降了 1°C 左右，所以一切都相当稳定。

包含许多变化的黑线是通过 GPS 测量的高度，镜像但干净的线是气压。它的变化非常小，只是因为压力的变化不像 GPS 质量那样剧烈。这是一条非常平滑、非常精确的曲线。这不是由于滞后。这是用博世BME280传感器测量的，该传感器能够检测门的关闭、楼层检测、电梯方向、无人机，噪音为0.2 Pa（相当于1.7厘米），400m高度变化时误差为1m 。一些智能手机中集成了此类传感器。例如，Pixel 3 包含 Bosch BMP380。

如果镜像压力图（如黑色虚线所示），您会发现它与 GPS 高度非常匹配。它比 GPS 精确得多，但唯一的问题是你不能将其视为绝对值。

GPS 和压力的样本都是以 1 秒的间隔采集的，因此 d3 库没有进行曲线平滑，从而导致一些错误的印象。

，当您的 GPS 定位良好时，也许每 10-30 分钟重新调整一次压力将为您提供一个良好的基础，以便通过其间的压力进行高度测量。

Answer 5

除了 GPS 之外，还有其他方法可以获得高度。您可以使用气压计，但目前还没有那么多带有气压传感器的设备（只有新设备）。我建议使用网络服务来获取所需的数据。

这是一个应该可以帮助您解决的问题： 在 Android 中通过经度和纬度获取高度

Answer 6

对于新手，我制作了一个库，将 LocationManager 包装到 rxjava observables 中，并添加一些可观察的帮助程序，以从 Nmea/GPGGA mre 信息获取海平面高度

Answer 7

有一些库（例如开源 CS-Map）提供了在大型表中执行这些查找的 API。您指定坐标，它会告诉您需要应用于该位置的椭球体高度以获得“真实世界”的正交高度的高度偏移。

注意：之前使用过 CS-Map，将其插入并不是完全简单的 5 分钟工作。提前警告您，它比使用一组经纬度坐标调用单个 API 并获取更复杂退了一个高度。 我不再在我们从事此类工作的公司工作，因此遗憾的是无法查找代码来准确说明要调用哪个 API。

现在（2019 年）在 google 上搜索它，看来 CS-Map 已合并到 OSGeo 中的 MetaCRS，即“开源地理空间基金会”项目。同样的搜索让我找到了这个旧的 CS-Map wiki 以及 PROJ GitHub 页面，其中 PROJ 似乎是与 CS-Map 类似的项目。

Answer 8

我建议使用 NmeaListener，如 sladstaetter
他的回答中建议。然而，根据 NMEA 文档，“$GPGGA”并不是您可以获得的唯一句子。您应该查找任何“GGA”句子 ($--GGA)。

正则表达式非常适合这一点，例如：

@Override
public void onNmeaReceived(final long timestamp, final String nmea) {
    final Pattern pattern = Pattern.compile("\\$..GGA,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,([+-]?\\d+(.\\d+)?),[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*,[^,]*$");
    final Matcher matcher = pattern.matcher(nmea);
    if (matcher.find()) {
        final float altitude = Float.parseFloat(matcher.group(1));
        // ...enjoy the altitude!
    }
}