本發(fā)明涉及一種雷電定位領(lǐng)域，尤其涉及一種使用移動(dòng)終端檢測(cè)和協(xié)同定位閃電的方法。

背景技術(shù)：

閃電是云與云之間、云與地之間或者云體內(nèi)各部位之間的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象（一般發(fā)生在積雨云中）。通常是暴風(fēng)云（積雨云）產(chǎn)生電荷，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產(chǎn)生陽電荷，如影隨形地跟著云移動(dòng)。正電荷和負(fù)電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導(dǎo)體。正電荷奔向樹木、山丘、高大建筑物的頂端甚至人體之上，企圖和帶有負(fù)電的云層相遇；負(fù)電荷枝狀的觸角則向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正負(fù)電荷終于克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導(dǎo)氣道從地面直向云涌去，產(chǎn)生出一道明亮奪目的閃光。

肉眼看到的一次閃電，其過程是很復(fù)雜的。當(dāng)雷雨云移到某處時(shí)，云的中下部是強(qiáng)大負(fù)電荷中心，云底相對(duì)的下墊面變成正電荷中心，在云底與地面間形成強(qiáng)大電場(chǎng)。在電荷越積越多，電場(chǎng)越來越強(qiáng)的情況下，云底首先出現(xiàn)大氣被強(qiáng)烈電離的一段氣柱，稱梯級(jí)先導(dǎo)。這種電離氣柱逐級(jí)向地面延伸，每級(jí)梯級(jí)先導(dǎo)是直徑約5米、長50米、電流約100安培的暗淡光柱，它以平均約150000米/秒的高速度一級(jí)一級(jí)地伸向地面，在離地面5—50米左右時(shí)，地面便突然向上回?fù)?，回?fù)舻耐ǖ朗菑牡孛娴皆频?，沿著上述梯?jí)先導(dǎo)開辟出的電離通道?；?fù)粢?萬公里/秒的更高速度從地面馳向云底，發(fā)出光亮無比的光柱，歷時(shí)40微秒，通過電流超過1萬安培，這即第一次閃擊。相隔百分之幾秒之后，從云中一根暗淡光柱，攜帶巨大電流，沿第一次閃擊的路徑飛馳向地面，稱直竄先導(dǎo)，當(dāng)它離地面5—50米左右時(shí)，地面再向上回?fù)簦傩纬晒饬翢o比光柱，這即第二次閃擊。接著又類似第二次那樣產(chǎn)生第三、四次閃擊。通常由3—4次閃擊構(gòu)成一次閃電過程。一次閃電過程歷時(shí)約0.25秒，在此短時(shí)間內(nèi)，窄狹的閃電通道上要釋放巨大的電能，因而形成強(qiáng)烈的爆炸，產(chǎn)生沖擊波，然后形成聲波向四周傳開，這就是雷聲或說“打雷”，同時(shí)在放電的瞬間會(huì)產(chǎn)生EMP(電磁脈沖)，雷電電磁脈沖就是與雷電放電相聯(lián)系的電磁輻射。閃電電磁輻射與核爆炸電磁輻射非常相似，所輻射出的電磁波從VLF(甚低頻)到UHF(甚高頻)，很寬頻的電磁脈沖，所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)能夠耦合到電器或電子系統(tǒng)中，從而產(chǎn)生干擾性的浪涌電流或浪涌電壓。電磁脈沖對(duì)精密的電子元器件有很強(qiáng)的干擾，甚至燒壞電子元器件。

閃電的危害

由于閃電蘊(yùn)含的能量巨大，閃電擊中后強(qiáng)大的雷電流流過生物體,這個(gè)過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)是造成傷害的主要原因,由于人體有一定的電阻,強(qiáng)大的電流流經(jīng)人體時(shí)在瞬間會(huì)產(chǎn)生大量的熱,使得人體皮膚以及內(nèi)部器官碳化,就是“燒焦”了,而生物效應(yīng)則是電流流過心臟時(shí)會(huì)使心肌纖維顫動(dòng),導(dǎo)致心臟跳動(dòng)的停止。每年都有人被電擊身亡，雷電對(duì)人類的生產(chǎn)活動(dòng)造成很大的影響。

現(xiàn)有的閃電檢測(cè)技術(shù)

1. 閃電檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)如：美國的閃電檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)（U.S. National Lighting Detecting Network），中國國家閃電監(jiān)測(cè)定位網(wǎng)。

NLDN通過布置在不同地區(qū)的很多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，來對(duì)閃電進(jìn)行檢測(cè)，它為美國的電力系統(tǒng)部門，天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)和其他的一些政府部門，以及一些商業(yè)部門提供服務(wù)，包括實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。但是NLDN需要布置專用的傳感器節(jié)點(diǎn)，而且普通民眾使用需要付費(fèi)。

2. 商業(yè)個(gè)人便攜閃電檢測(cè)設(shè)備

比較流行的一種是使用電池的尋呼機(jī)大小的個(gè)人雷電專用檢測(cè)設(shè)備，這種設(shè)備在一些戶外工作的人中比較受歡迎，比如高爾夫球運(yùn)動(dòng)者，露營者，體育運(yùn)動(dòng)者以及一些其他的戶外運(yùn)動(dòng)者。這種設(shè)備通過檢測(cè)EMP（電磁脈沖）的強(qiáng)度來判斷閃電相對(duì)使用者的距離，但是它有缺點(diǎn)就是容易誤判距離，當(dāng)然它也不能定位閃電發(fā)生的位置。還有一些其他的專業(yè)雷電檢測(cè)設(shè)備，性能較好，但是價(jià)格昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述所指的現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供一種使用移動(dòng)終端檢測(cè)和協(xié)同定位閃電的方法，解決了上述的現(xiàn)有技術(shù)中容易誤判距離的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種使用移動(dòng)終端檢測(cè)和協(xié)同定位閃電的方法，其步驟包括：

S1、通過使用智能設(shè)備的磁力計(jì)以一定的頻率采集雷電數(shù)據(jù)；

S2、對(duì)磁力計(jì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

S3、對(duì)劃分后的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析；

S4、智能設(shè)備的處理單元計(jì)算閃電放電位置距離移動(dòng)終端的距離，同時(shí)將閃電ID、距離、時(shí)間戳以及移動(dòng)終端位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)端；

S5、服務(wù)端定位某一時(shí)刻閃電放電的位置，生成閃電放電熱圖返回智能設(shè)備客戶端。

S6、智能設(shè)備客戶端接收服務(wù)端返回的信息。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S2包括：

S 21、首先對(duì)步驟S1采集的磁力計(jì)信號(hào)進(jìn)行分幀，并對(duì)每個(gè)窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；S 22、對(duì)采集到的磁力計(jì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，并使用濾波器對(duì)信號(hào)濾波處理，去除噪聲。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S3包括：

S31A、對(duì)步驟S2中所得到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析；

S31B、對(duì)步驟S2中所得到的數(shù)據(jù)信號(hào)，使用短時(shí)傅里葉變換函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)信號(hào)的頻域進(jìn)行分析；

S32、對(duì)步驟S31A和S31B中經(jīng)過分析所得到的時(shí)域信息和頻域信息的分析，提取出特征，確定放電時(shí)間，同時(shí)觸發(fā)麥克風(fēng)采集數(shù)據(jù)；

S33、通過對(duì)麥克風(fēng)采集到的聲音信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，檢測(cè)雷聲到達(dá)的時(shí)間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S5中，服務(wù)器根據(jù)不同移動(dòng)終端上傳的信息，根據(jù)時(shí)間戳確定某一閃電放電時(shí)放電位置區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到閃電的移動(dòng)終端上傳的數(shù)據(jù)，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端上傳的距離信息通過幾何原理定位出閃電放電的位置，根據(jù)不同時(shí)刻定位到的不同閃電信息，生成閃電放電熱圖，并回傳到智能設(shè)備的客戶端。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟S6中，智能設(shè)備的客戶端通過網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器返回的信息，并根據(jù)信息給予用戶安全提示，同時(shí)提供客戶端查看附近的閃電信息。

本發(fā)明的有益效果：通過本發(fā)明中的方法，能夠精準(zhǔn)獲得閃電距離，且性價(jià)比高，應(yīng)用廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明場(chǎng)景應(yīng)用示意圖；

圖2為本發(fā)明步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

一種使用移動(dòng)終端檢測(cè)和協(xié)同定位閃電的方法，其步驟包括：

S1、通過使用智能設(shè)備的磁力計(jì)以一定的頻率采集雷電數(shù)據(jù)；

S2、對(duì)磁力計(jì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

S3、對(duì)劃分后的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析；

S4、智能設(shè)備的處理單元計(jì)算閃電放電位置距離移動(dòng)終端的距離，同時(shí)將閃電ID、距離、時(shí)間戳以及移動(dòng)終端位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)端；

S5、服務(wù)端定位某一時(shí)刻閃電放電的位置，生成閃電放電熱圖返回智能設(shè)備客戶端。

S6、智能設(shè)備客戶端接收服務(wù)端返回的信息。

所述步驟S2包括：

S 21、首先對(duì)步驟S1采集的磁力計(jì)信號(hào)進(jìn)行分幀，并對(duì)每個(gè)窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；S 22、對(duì)采集到的磁力計(jì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，并使用濾波器對(duì)信號(hào)濾波處理，去除噪聲。

所述步驟S3包括：

S31A、對(duì)步驟S2中所得到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析；

S31B、對(duì)步驟S2中所得到的數(shù)據(jù)信號(hào)，使用短時(shí)傅里葉變換函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)信號(hào)的頻域進(jìn)行分析；

S32、對(duì)步驟S31A和S31B中經(jīng)過分析所得到的時(shí)域信息和頻域信息的分析，提取出特征，確定放電時(shí)間，同時(shí)觸發(fā)麥克風(fēng)采集數(shù)據(jù)；

S33、通過對(duì)麥克風(fēng)采集到的聲音信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，檢測(cè)雷聲到達(dá)的時(shí)間。

所述步驟S5中，服務(wù)器根據(jù)不同移動(dòng)終端上傳的信息，根據(jù)時(shí)間戳確定某一閃電放電時(shí)放電位置區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到閃電的移動(dòng)終端上傳的數(shù)據(jù)，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)終端上傳的距離信息通過幾何原理定位出閃電放電的位置，根據(jù)不同時(shí)刻定位到的不同閃電信息，生成閃電放電熱圖，并回傳到智能設(shè)備的客戶端。

所述步驟S6中，智能設(shè)備的客戶端通過網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器返回的信息，并根據(jù)信息給予用戶安全提示，同時(shí)提供客戶端查看附近的閃電信息。

該方法通過使用手機(jī)內(nèi)置的傳感器和麥克風(fēng)組合使用，來對(duì)閃電進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)距，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)的多個(gè)手機(jī)對(duì)閃電進(jìn)行定位。

在一具體實(shí)施例中，如圖1，一種使用移動(dòng)終端檢測(cè)和協(xié)同定位閃電的方法，包括如下步驟：

S1、通過使用智能設(shè)備的磁力計(jì)以一定的頻率采集數(shù)據(jù)；

S2、對(duì)磁力計(jì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分幀，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪，并通過使用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；

S3、對(duì)劃分后的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析，并使用短時(shí)傅里葉變換對(duì)時(shí)間序列的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻域變換進(jìn)行分析，由于閃電放電瞬間產(chǎn)生能量極高的電磁脈沖（lightning electromagnetic pulse），由于短時(shí)內(nèi)能量極強(qiáng)的電磁脈沖具有很高的能量，智能設(shè)備的精密傳感器（磁力計(jì)）會(huì)受到這種短時(shí)高能電磁脈沖的影響，導(dǎo)致采集到的磁力計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常，而且這種干擾具有一定的模式，通過結(jié)合對(duì)信號(hào)時(shí)域和頻域的分析，檢測(cè)這種干擾，確定閃電放電時(shí)間，由于電磁脈沖的傳播速度等同于光速，速度極快，一定區(qū)域內(nèi)誤差可忽略不計(jì)，檢測(cè)到放電時(shí)，觸發(fā)揚(yáng)聲器采集聲音數(shù)據(jù)，由于雷聲的時(shí)頻特性，也具有一定的模式，通過算法檢測(cè)雷聲到達(dá)的時(shí)間；

S4、智能設(shè)備的處理單元根據(jù)LEMP和雷聲到達(dá)的時(shí)間差，計(jì)算閃電放電位置距離手機(jī)的距離，并將閃電ID，距離，時(shí)間戳,手機(jī)位置等相關(guān)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器；

S5、服務(wù)器根據(jù)同一區(qū)域的不同位置的手機(jī)上傳回的信息，使用幾何定位的方法，定位某一時(shí)刻閃電放電的位置，根據(jù)不同閃電的位置不同位置閃電的放電次數(shù)生成閃電放電熱圖返回智能設(shè)備客戶端；

S6、客戶端接收服務(wù)端返回的信息，給予用戶主動(dòng)安全提示，用戶也可通過客戶端查看附近的閃電歷史放電信息。

由于閃電產(chǎn)生的電磁脈沖會(huì)對(duì)精密的sensor產(chǎn)生瞬時(shí)很強(qiáng)的電磁干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，通過檢測(cè)這種模式的EMP干擾，來確定閃電放電的時(shí)間，同時(shí)閃電放電時(shí)，在閃電通道中，電流極強(qiáng)，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，導(dǎo)致空氣劇烈膨脹，形成震蕩，產(chǎn)生雷聲，而雷聲和電磁波傳播的速度不同，從而電磁脈沖和雷聲到達(dá)的時(shí)間不同，通過使用TOA來計(jì)算閃電發(fā)生放電時(shí)距離手機(jī)的距離，區(qū)域內(nèi)的手機(jī)檢測(cè)到雷電信號(hào)時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)將雷電的距離和自身的位置信息以及時(shí)間戳等信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器通過不同位置的手機(jī)上傳的數(shù)據(jù)來對(duì)閃電進(jìn)行定位，并生成閃電放電分布熱圖，然后將信息返回手機(jī)終端顯示，用戶可鄰居這些信息判斷閃電信息，及時(shí)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，保護(hù)人身安全。

由于智能手機(jī)內(nèi)部內(nèi)置了豐富的傳感器，如陀螺儀，加速度計(jì)，磁力計(jì)，麥克風(fēng)，光線傳感器以及距離傳感器?；谶@些傳感器，通過多個(gè)移動(dòng)終端的配合，可以很容易的實(shí)現(xiàn)上述方法。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體實(shí)現(xiàn)方式對(duì)本發(fā)明做的進(jìn)一步闡述，不應(yīng)認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)只局限于以上說明。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，均應(yīng)視為有本發(fā)明所提交的權(quán)利要求確定的保護(hù)范圍之內(nèi)。