Android：如何获得准确的高度？

Question

我需要仅使用 GPS 获得准确的高度测量。

我试过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 的高度存在两个问题：

1. 高度是 WGS84 参考椭球体上方的高度。它不是高于地面或海平面的高度。这里有更多细节：http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?TOPIC_ID=10915。这个错误可以纠正；以下是如何手动操作的描述：http://www.unavco.org/edu_outreach/tutorial/geoidcorr.html。网络文章链接到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 Web 服务。
2. 对于相对便宜的 GPS 接收器，GPS 高度非常不准确。这是一篇关于此的文章：http://gpsinformation.net/main/altitude.htm。处理这种不准确性的一种方法是过滤海拔数据。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。这足以让我的应用程序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 sentence 已经包含经过校正的海拔高度数据。

因此，只需为您的 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，您可以计算出用户的高度。我不确定这个的精度水平以及它是否比其他答案的方法更准确。

使用hypsometric formula可以计算海拔高度：

变量定义：

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

你可以通过environment sensors获取android中的压力

SensorManager.getAltitude(SensorManager.PRESSURE_STANDARD_ATMOSPHERE,pressure)

Answer 4

如果设备有气压计，那么可以使用它来提高相对准确度。我并不是要使用气压计来计算与海平面相关的高度，这可以在几个公式中找到，因为这高度依赖于天气条件。

您想要做的是在您知道设备具有良好定位且具有高精度值时获取 GPS 高度。此时，您获取大气压力并将该压力设置为参考。

当压力增加约 12 hPa 时，您会知道您的海拔高度下降约 100 m (https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_pressure "在海拔较低的高度，压力每下降约 1.2 kPa (12 hPa) 100 米。")。

不要将该值视为精确值，但由于树木覆盖视线和其他因素，GPS 确定的高度变化很大，而在这些条件下，气压计将保持非常精确。

下图是大约 1 小时 20 分钟的自行车骑行。起点和终点在海拔约 477 m 处相同，通过 GPS 确定。实测压力为 1015.223 hPA。

最低点为 377 m，实测压力为 1025.119 hPa。所以在这种情况下，100 m 会产生 10 hPa 的差异。

最高点550 m，实测压力1007.765 hPa。

终点高度相同，压力与起始条件完全相同（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，所以一切都很稳定。

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。它几乎没有变化，仅仅是因为压力不像 GPS 质量那样变化很大。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，该传感器能够检测关门、楼层检测变化、电梯方向、无人机，噪声为0.2 Pa，等于1.7 cm，高度变化400m时误差为1m .这种传感器集成在一些智能手机中。例如，Pixel 3 包含一个博世 BMP380。

如果您镜像压力图，如黑色虚线所示，您会看到它与 GPS 高度非常匹配。它比 GPS 精确得多，但唯一的问题是不能将其作为绝对值。

GPS 和压力的样本都是以 1 秒的间隔采集的，因此 d3 库中没有曲线平滑导致一些错误印象。

因此，在 GPS 定位良好的情况下，也许每 10 到 30 分钟左右重新调整一次压力，这将为您提供一个良好的基础，以便通过两者之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取高度。您可以使用气压计，但由于配备气压传感器的设备并不多（只有新设备）。我会建议使用网络服务来获取所需的数据。

这是一个可以帮助您解决的问题：Get altitude by longitude and latitude in Android

Answer 6

对于新手，我制作了一个库，将 LocationManager 包装到 rxjava 可观察对象中，并添加一些可观察帮助器以从 Nmea/GPGGA mre info here 获取海平面高度

Answer 7

有一些库，例如开源 CS-Map，它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到该位置的椭球高度以获得“真实世界”正高的高度偏移。

注意：之前使用过 CS-Map，插入它并不是完全直接的 5 分钟工作。提前警告您，它比使用一组 lat-long 调用单个 API 更复杂坐标并返回一个高度。 我不再在我们从事此类工作的公司工作，因此很遗憾无法查看代码以准确说明要调用哪个 API。

现在（2019 年）正在谷歌搜索它，似乎 CS-Map 已合并到 OSGeo 中的 MetaCRS 中，即“Open Source Geospatial Foundation”项目。同样的搜索让我找到了this old CS-Map wiki 和the PROJ GitHub page，其中PROJ 似乎与CS-Map 类似。

Answer 8

我建议使用 NmeaListener 作为 sladstaetter 在his answer 中建议。然而，根据NMEA documentation 的说法，“$GPGGA”并不是你能得到的唯一句子。您应该查找任何“GGA”语句 ($--GGA)。

正则表达式非常适合，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!
    }
}