(57)【要約】気圧センサの高度を推定する際に、空気中の水分子および他の混合物を考慮する方法、システム、手段、およびプログラム命令が組み込まれた機械可読媒体が記載されている。少なくとも1つの実施例において、湿度測定値を用いて気体常数値を計算し、算出された気体常数値を用いて気圧センサの高度を推定する。別の実施例では、湿度測定値を湿度に関する閾値条件と比較する。比較結果に応じて、湿度測定値を用いて気圧センサの高度を判定する。
2017511881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の位置の第１の気圧センサから得られる第１の気圧測定値、第２の位置の第２の気圧センサから得られる第２の気圧測定値、該第２の気圧センサの高度、温度センサから得られる温度測定値、および湿度センサから得られる湿度測定値を用いて第１の気圧センサの推定高度を計算することを含むことを特徴とする第１の位置の第１の気圧センサの高度推定方法。
【請求項２】
前記湿測定値が閾値湿度条件を満たすか否かを判断し、
前記湿度測定値が前記閾値湿度条件を満たす場合、該湿度測定値に基づいて算出される気体常数値を用いて前記第１の気圧センサの推定高度を推定し、
前記湿度測定値が前記閾値湿度条件を満たさない場合、該湿度測定値に基づかない所定の気体常数値を用いて前記第１の気圧センサの推定高度を推定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記湿度測定値が所定の湿度値を超えた時、該湿度測定値は前記閾値湿度条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記温度測定値を用いて前記所定の湿度値を特定することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記温度測定値が前記閾値温度条件を満たすか否かを判断し、
前記温度測定値が前記閾値温度条件を満たす場合、前記湿度測定値に基づいて算出される気体常数値を用いて前記第１の気圧センサの推定高度を推定し、
前記温度測定値が前記閾値温度条件を満たさない場合、前記湿度測定値に基づかない所定の気体常数値を用いて前記第１の気圧センサの推定高度を推定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記温度測定値が所定の温度値を超えた時、該温度測定値は前記閾値温度条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記湿度測定値を用いて前記所定の温度値を特定することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記湿度測定値に基づかない所定の気体常数値を用いて、前記第１の気圧センサの推定高度を推定し、
該湿度測定値を用いて該推定高度の調整値を決定し、
該調整値を用いて前記推定高度を調整することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記湿度センサ、前記温度センサおよび前記第２の気圧センサは、互いに対し６メートル以内に位置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、空気中の他の気体混合物の測定値に基づいて空気密度値を算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
１または複数の処理装置を含み、
該処理装置は、第１の位置の第１の気圧センサから得られる第１の気圧測定値、第２の位置の第２の気圧センサから得られる第２の気圧測定値、該第２の気圧センサの高度、前記第２の位置または第３の位置の温度センサから得られる温度測定値、および前記湿度センサから得られる湿度測定値を用いて、前記第１の気圧センサの推定高度を計算することを特徴とする第１の位置の第１の気圧センサの高度推定システム。
【請求項１２】
第１の位置の第１の気圧センサの高度推定方法を実行するよう構成されたプログラム命令が組み込まれた非一時的機械可読媒体であって、
前記方法は、前記第１の位置の前記第１の気圧センサから得られる第１の気圧測定値、第２の位置の第２の気圧センサから得られる第２の気圧測定値、前記第２の気圧センサの高度、温度センサから得られる温度測定値、および湿度センサから得られる湿度測定値を用いて前記第１の気圧センサの推定高度を計算することを含むことを特徴とする非一時的機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本開示は一般に、測位システムに関するものである。具体的には、本開示は、気圧、温度および湿度の測定値を利用して移動装置の高度を推定するシステムおよび方法に関するものであるが、これに限定されない。
【背景】
【０００２】
都市環境において対象体の位置を判定することは、特にその対象体が高層建築物内に位置する場合、極めて困難である。例えば、ある人の居る高度の推定が不正確であると、緊急対応時間に遅延が生じ、緊急対応部隊は１つの階床ではなく複数の階床を捜索することになる。また、ある人が居る階床高の識別が間違っていると、その人の所在位置に基づく当人の部屋あるいは情報へのアクセスを制限し、許可し、あるいは追跡しようとする場合に、混乱が生じるおそれがある。当然のことながら、様々な高度に存在する人または人以外の対象物の所在位置を正確に推定することが望まれる理由は、他にも沢山ある。
【０００３】
対象体が存在する高度の推定に、様々な方法が用いられてきた。例えば、一般的な手法では、既知の位置における対象体と様々な送信機との間の推定距離を利用するが、その場合の推定距離は、送信機から対象体に送信される測位信号を用いて割り出される。このような送信機は、軌道を回る衛星、全地球型測位システム（GPS）などの全地球航法衛星システム（GNSS）の周回軌道衛星を含んでいてもよく、あるいは、都市環境全体に分散配置された地上ビーコンネットワークのビーコンを含んでいてもよい。
【０００４】
地上ネットワーク内のビーコンから送信される測位信号は、通常、対象体に対する地上ビーコンの視界が妨げられていない限り、また、ビーコンが様々な高度に配備されている限り、対象体の高度の推定に適する。残念ながら、地上ビーコンから送信される測位信号は、ビーコンと対象体との間に建つ建築物によって遮られることが多い。建築物のような障害物が存在すると、ビーコンと対象体との間の距離の推定値の信頼性が低下するため、こういった信頼性の低い推定距離を利用する場合、対象体の推定高度の精度が低下する。
【０００５】
対象体の高度を推定する他の方法では、気圧および温度といった環境条件を利用する。例えば、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第13/296,067号の「広域測位システム」（2011年11月14日出願）では、都市環境における少なくとも1ヶ所以上の基準位置で収集された気圧および温度の情報を、対象体が収集した気圧情報と合わせて用いることで、対象体の高度を判定する。建築物が密集する都市環境においてビーコンからの測位信号が妨害される場合、気圧および温度といった環境条件を用いることで、高度推定値の精度を測位信号だけを使用する場合よりも高めることができる。世界中の人口が多く密集する都市で体験する湿度条件のように、一部の条件の下では、湿度による気圧への影響を補償しないまま気圧や温度を用いて算出された推定高度の精度は、湿度の存在によって低下する可能性がある。したがって、気圧および温度を用いて対象体の高度を推定するとともに、湿度が気圧に及ぼす影響を補償する改良された方法が新たに求められる。
【概要】
【０００６】
本開示で述べる様々な実施形態は、必ずしも全実施形態でなくてもよいが、全般的に、第１の位置に存在する局所気圧センサの高度を推定する方法、システム（例えば、ネットワーク、装置あるいは構成要素）、手段、ならびに機械可読媒体に関連している。この種のシステム、方法、手段および機械可読媒体は、局所気圧センサから得られる気圧測定値、第２の位置に存在する遠隔気圧センサから得られる気圧測定値、遠隔気圧センサの既知の高度、第２の位置または第３の位置の温度センサから得られる温度測定値、および湿度センサから得られる湿度測定値を用いて局所気圧センサの推定高度を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】１または複数の実施形態による測位システムを示す。
【図２】１または複数の実施形態による送信機システムを示す。
【図３】１または複数の実施形態による移動装置システムを示す。
【図４】第１の温度において湿度が様々な高度に対応する気圧測定値に影響を及ぼす様子を示すグラフである。
【図５】第２の温度において湿度が様々な高度に対応する気圧測定値に影響を及ぼす様子を示すグラフである。
【図６】第３の温度において湿度が様々な高度に対応する気圧測定値に影響を及ぼす様子を示すグラフである。
【図７】湿度および温度が気圧測定値に影響を及ぼす様子を表に示す図である。
【図８】１または複数の実施形態による湿度の測定値を用いて気圧センサの高度を判定する処理を示す。
【詳細な説明】
【０００８】
本開示は、空気中の水蒸気（一般的には湿度と称する）が対象体の高度の正確な推定に及ぼす影響を検討する様々な方法について述べる。湿度を考慮する方法の詳細については以下の概要の後に述べるものとし、概要では本開示の様々な態様が機能する一般的な環境について述べる。
【０００９】
[システムの概要]
図１は、多種多様な実施形態が実現可能な測位システム（100）を示す。本システム (100)は任意の数の移動装置システム (「移動装置」) (120)を含み、移動装置は、対応する通信回線(113)、(153) および(163)をそれぞれ経由して、送信機システム（「送信機」）(110)、衛星システム（「衛星」）(150)、および/または他のシステム（「ノード」）(160)と信号の受信および/または信号の送信を行う。また、移動装置（120）は別の移動装置（120）およびバックエンドシステム（「バックエンド」（130））と信号の受信および/または信号の送信を行ってもよい（接続については図示せず）。
【００１０】
送信機（110）は、移動装置（120）のいずれかで受信される信号（113）を送信するとともに、通信回線（133）を介してバックエンド（130）と通信するように構成してもよい。各送信機から送信される各信号（113）はそれぞれ異なる情報を伝達するものでよく、当該情報が移動装置（120）あるいはバックエンド（130）によって抽出されると、以下の情報、すなわちその信号を送信した送信機、当該送信機の緯度、経度および高度（LLA）、当該送信機の位置あるいはその付近における気圧、温度および他の大気条件、当該送信機までの距離の測定に使用される測距情報、および他の情報を識別することができる。
【００１１】
基準高さより高い様々な高度、または基準高さより低い様々な深さにある様々な移動装置（120）が図示されている。移動装置（120）は、多種多様な人工または天然の構造体（190）の内側または外側にあってよい。各移動装置（120）は位置計算エンジン（図示せず）を含み、送信機（110）から受信した信号（113）および/または衛星（150）から受信した信号（153）、および/またはノード（160）から受信した信号（163）に基づいて測位情報を判定する。移動装置（120）は信号処理構成要素（図示せず）を含み、これは、受信した信号を復調し、受信信号の伝搬時間といった測位情報を推定し、測位情報を使用して三辺測量あるいは他の方法によって移動装置（120）の位置を推定し、受信信号から気圧、温度および湿度といった大気情報を取得して、大気情報を用いて移動装置（120）の高度を推定してもよい。
【００１２】
バックエンド（130）は、送信機（110）、移動装置（120）および他のネットワーク（160）など、様々な他のシステムとの通信を行う。バックエンドシステム（130）は１または複数の処理装置、データソース、および他の構成要素（図示せず）を含んでいてもよい。
【００１３】
本明細書で述べる方法は、送信機（110）、移動装置（120）、バックエンド（130）および他のシステムの構成要素（100）のいずれかを、あるいはすべてを使用して実行できることは、当業者であれば理解の及ぶことであろう。
【００１４】
[送信機システムの例]
図２は、信号を生成して送信できる送信機システム（「送信機」（200））の細部を示す。送信機（200）は、信号処理（例えば、受信信号の解読や、他のシステムに送信する信号の生成）を行う処理装置（210）を含んでいてもよい。記憶装置（220）は、本明細書で述べる方法を実行するためのデータおよび/または実行可能な命令の保存および読出しを行うものでもよい。送信機（200）は、信号の送受信用の衛星および地上アンテナを含み、さらにRF部（230）も含み、これは、衛星信号受信用の衛星RF部（240）、および出力信号を生成して移動装置（120）などの別のシステムに信号を送信する地上RF部（250）を含む。信号の生成および受信は、アナログ/デジタル論理回路および電力回路、信号処理回路、同調回路、バッファおよび電力増幅器、ならびに当業者に公知の他の構成要素を使用して行ってもよい。また、送信機（200）は、他のシステムと情報交換を行うインターフェース（260）含んでいてもよい。
【００１５】
本開示における特筆すべき点は、送信機（200）が環境条件（例えば、気圧、温度、湿度、風力、音など）を感知する環境センサ（270）を１つ以上含み、このセンサを使用して移動装置の位置を推定することである。後述するように、感知された環境条件を特定する情報は、移動装置に送信して移動装置の位置の計算に用いてもよい。
【００１６】
[移動装置システムの例]
図３は移動装置システム（「移動装置」）（300）の細部を示し、本システムにおいて、送信機システム（例えば、図１の送信機（110）、衛星（150）およびノード（160））から送信される信号を受信し、処理して、移動装置（300）の推定位置の計算に用いる情報を取得する。図３は、RFシステムとの情報交換を容易にするRF部（330）を示す。信号処理は、衛星RF部（340）（例えば、GPSチップ）、地上RF部（350）または他の適切な構成要素によって行われ、これらの構成要素は、アンテナ、RF回路、ミキサ、フィルタ、増幅器、デジタル／アナログ変換器、処理装置などの個別の、あるいは共用の資源を使用し、当該技術において公知の方法で、もしくは本明細書内で開示される方法で信号処理を実行する。インターフェース（360）を介した任意のネットワーク上の任意の無線または有線伝送を含め、他のシステムと情報交換を行う他の手段も可能であることは言うまでもない。記憶装置（320）は処理装置（310）に連結され、処理装置（310）によって実行可能な本明細書で述べる方法に関連するデータおよび/または命令の保存および読出しを行う。処理装置（310）は、他のシステムから受信した送信信号から測位情報を割り出す測位エンジンの全部または一部を構成してもよい。また、移動装置（300）は入出力（I/O）部（380, 390）を含み、入出力部は、キーパッド、タッチスクリーン表示装置、カメラ、マイクロホン、スピーカ、またはユーザが移動装置（300）に対して相互応答を行える他の構成要素を含んでいてもよい。
【００１７】
本開示における特筆すべき点は、移動装置（300）が１つ以上のセンサ（370）を含み、移動装置（300）の所在する位置あるいはその付近における慣性条件（例えば、加速度、速度、方位）、ならびに気圧、温度、湿度、風力、風向、光、音、あるいは他の条件といった環境条件を計測することも可能なことである。一例として、気圧および温度情報を処理装置（310）で使用して、高度などの位置情報を割り出してもよく、この情報は、建築物内の移動装置（120）の位置を階床単位の精度で推定できる点で有利である。このような算出例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第13/296,067号の「広域測位システム」（2011年11月14日出願）に例示されている。
【００１８】
以下にさらに詳細に述べるように、気圧や温度の測定値を用いて移動装置（300）の高度を推定する方法は、湿度を考慮することにより改善される。
【００１９】
[湿度が高度推定に及ぼす影響]
以下で述べるように、局所気圧センサの高度は、遠隔気圧センサの高度と、両センサから得られる気圧測定値が既知である場合に推定可能である。例えば、局所高度h、局所大気圧Pおよび遠隔気圧P0（海抜０の高さにおけるものと仮定）の関係を表す式は、
【数１】
2017511881.tif 000003
ただし、Tは環境（例えば、屋外または屋内）の温度を、gは重力による加速度を、Rは乾燥空気に固有の気体常数を表す。気体常数Rは以下の式によって得られる。
【数２】
2017511881.tif 000004
ただし、Ru = 8.31447 J/(mol-K)は汎用気体常数、Mは気体のモル質量（気体1モルの質量）である。大半が酸素をいくらか伴う窒素、およびごくわずかな量の水および他の分子類からなる標準的な「乾燥」空気については、M = Md = 0.0289644 kg/molであるため、標準的な乾燥空気のR値は、287.058 J/(kg-K) に一般化される。しかし、必ずしもすべての空気が乾燥しているわけではなく、水の分子を含有する空気（すなわち、湿気を帯びた空気）のモル質量は、水の分子の質量が乾燥空気中の酸素や窒素の質量とは異なるため、乾燥空気のモル質量と異なる。例えば、純水蒸気のモル質量Mvは0.01816 kg/molである。したがって、標準的ではない空気（すなわち、湿気を帯びた空気）について、湿った空気のM値は、空気中の湿気量に応じてMdとMvとの間で変動する。
【００２０】
2台の気圧センサ間の相対高度の計算を試みる場合、標準的な乾燥空気のR 値を想定して相対高度を計算するのと、算出された水蒸気を構成する湿った空気のR 値を用いて相対高度を割り出すのとではかなり大きな違いが生じ得る。場合によっては、6メートル以上の誤差が生じる可能性があり、この誤差は１棟の建築物の数階分に相当する。都市における高層ビルのような屋内環境では、連続する階床を区別するにはメートル単位の精度が必要であり、高度計算において湿度を考慮しないと大きな誤差が生じてしまい、その結果、位置の推定が不正確になり、誤った階を識別してしまう可能性がある。そのため、特定の状況下における空気中の湿度の測定値の評価が可能であり、乾燥空気のR値に代わって、標準的な空気の水蒸気含有量を考慮したモル質量に基づいて算出されたR値を使用して、相対高度を推定できる。
【００２１】
［湿度を用いた相対高度推定用気体常数の計算］
空気圧は気体常数R、温度Tおよび高度hの関数であることから、高湿度の状況では、最新の湿度レベルを反映し湿度の上昇あるいは下降として調整可能な、気体常数のユニークな計算を行う必要がある。ユニークな環境条件下でのユニークな気体常数の算出は、以下の多段階処理を利用してもよい。
【００２２】
第１の段階では、飽和水蒸気圧pwsは屋外環境の特定の温度で求めてもよいが、センサが屋外の各位置に分散配置されている場合は、屋外の気温であるのが好ましい。しかしながら、センサが屋内に分散配置されている場合には、屋内温度を用いてもよい。温度は、移動装置の用途に適したセンサおよび/または用途に適した基準センサにより測定してもよく、これらのセンサは互いに離れた位置にある。空調されている建築物内部に移動装置が所在する場合など、一部の実施形態では温度測定値はその建築物の外に位置する遠隔設置された基準センサにより測定してもよい。当然のことながら、複数の位置から得られる複数の測定値を最終的な測定値の算出に用いてもよく、最終的な測定値はいろいろな位置における平均値、重みづけ平均値、あるいは他の測定値の組合せを基準とする。また、測候点から移動装置までの近さ次第では、測候点から得られる測定値が適する場合もある。
【００２３】
例として、以下の経験関係式によって飽和水蒸気圧の多項式近似値を規定する。
【数３】
2017511881.tif 000005
ただし、tは摂氏温度、Tはケルビン温度であり、t = T − 273.15であり、係数は以下の通りである。
【数４】
2017511881.tif 000006
【００２４】
第２の段階では、相対湿度は移動装置の用途に適したセンサおよび/または用途に適した基準センサにより測定してもよく、これらのセンサは互いに離れた位置にある。温度の場合と同様に、移動装置は空調されている建築物の内部に所在し、湿度の測定値はその建築物の外に配設された基準センサにより測定してもよく、また、当然のことながら、複数の位置から得られる複数の測定値を用いて最終的な測定値を算出してもよい。湿度比xは、測定された相対湿度φ、測定された空気圧paおよび飽和水蒸気圧pwsに基づいて、以下のように求めてもよい。
【数５】
2017511881.tif 000007
【００２５】
第３の段階では、湿った空気の気体常数Rmは乾燥空気の気体常数 Rda = 287.053を用いて以下のように求めてもよい。
【数６】
2017511881.tif 000008
【００２６】
次に、湿った空気の気体常数Rmを、気圧と高度に関する式におけるRとして用いてもよい。
【００２７】
湿度に基づいた適切な気体常数を用いることの重要性について、図４〜図７に関連して以下に例示する。
【００２８】
［気圧測定値に関する湿度および温度の重要性］
乾燥空気の式を用いて2台の空気圧センサ間の相対高度を計算する場合と、「湿った」空気の式を用いる場合とでは、数メートルもの差が出ることがあり、その場合、垂直方向における1メートルの誤差は、およそ12Paの気圧差に相当する。階床単位の精度について、望ましい誤差は、多くの場合、最大1メートル（すなわちおよそ12Pa）であるため、特定の環境条件における湿度に起因する誤差の最小化が重要となる。
【００２９】
一例として、図４〜図６はそれぞれ、「乾燥」空気の式を用いる場合および湿った空気の式を用いる場合の異なる高度における気圧計算の比較を示すグラフである。各グラフに関し、計算は空気温度が異なることを想定して行われる。各グラフでは、様々な高度の範囲が横軸に設定されている。縦軸には、「乾燥」空気の式を用いた気圧計算と「湿った」空気の式を用いた気圧計算との間の測定気圧の差が設定されている。各湿度レベル（「Hum=[level]」）について、各グラフは、様々な高度（「高さ」とも称す」）における「湿った」空気の式による気圧計算と「乾燥」空気の式による気圧計算との差を図にしたものである。各グラフが示す通り、計算気圧の差は、湿度のレベルが高いほど湿度レベルの低い場合よりも大きくなる場合がある。
【００３０】
図４〜図６のグラフはいずれも、より高い温度に対応する算出された気圧の差の方が、より低い温度に対応する算出された気圧の差よりも大きいことを示す。また、図４〜図６のグラフは、湿度が存在する場合に、「乾燥」空気の式によって算出された気圧と「湿った」空気の式によって算出された気圧との差は、2台のセンサ間の高度差（横軸におけるいずれかの高度で指定される）が増すほど大きくなることを示している。
【００３１】
図７は湿度および温度が高度推定に及ぼす影響の度合いを示す表700を表し、この場合、高度推定には気圧測定値が用いられる。表700は、様々な組合せの湿度および温度が、基準気圧センサと当該気圧センサ（例えば、移動装置の気圧センサ）との間であり得る最大高度に応じて大きくなることを示している。
【００３２】
表700の第１列は、様々な温度レベルを示している。
【００３３】
第２列は、高度200メートルにおける湿度100%のときの、「乾燥」空気の式および「湿った」空気の式を使用して算出された気圧の差を示している。算出された気圧の差は、様々な温度に対して示されている。図示の通り、温度293Kよりも温度283Kに近い閾値温度を超えると、12Paを超える差が生じる。つまり、湿度100%の条件下では、2台の気圧センサを隔てる高度が少なくとも200メートルであると考えられるとき、閾値温度より高い周辺温度では、湿度を考慮しなければならない場合がある。
【００３４】
表700の第３列は2台の気圧センサ間の最大高度差を示し、それ以下の算出された気圧の差は、湿度100%を想定する各温度に対し12Pa未満である。図に示すように、12Pa未満の気圧差は、気圧センサ間の高度差が温度と湿度のレベルに応じて変動する閾値高度に達しない場合に実現する。
【００３５】
表700の第４列は、気圧センサ間の最高高度差を200メートルと想定し、各温度に対して、算出された気圧差が12Pa未満となる湿度の閾値レベルを示す。図に示すように、一旦、温度が最高閾値温度を超えると、算出された気圧の差が12Pa未満となるのは、一定の湿度閾値レベル以下でのみとなる。
【００３６】
図４〜図７は、高度推定時に、メートル単位の精度を求める場合に湿度を考慮に入れる必要があることを実証している。例えば、周辺湿度レベルが湿度の閾値レベルに達したとき、あるいは周辺湿度レベルと周辺温度の組合せが閾値レベルに達したとき、周辺湿度レベルに対応するデータを気圧センサの高度推定中に使用してもよい。
【００３７】
一部の実施形態では閾値を考慮しなくてもよく、特定の気圧センサの高度推定には常に湿度を利用する。しかしながら、他の実施形態では、特定の気圧センサを有する移動装置で計算が行われる場合、送信機は、閾値を考慮して基準位置で測定された湿度データの送信を行うかを判断してもよい。湿度データを送信しないことで、送信機と移動装置の間の通信チャンネル（例えば、RFチャンネル）にかかる負荷を減らしてもよい。また、湿度データを送信しないことで、移動装置が受信する処理信号に関連した処理負荷を減らしてもよい。
【００３８】
また、閾値を考慮することにより、「乾燥」空気の式を使って行った高度計算から得られた結果を、現在の湿度レベルに応じて得られる所定量だけ調整すべき時点を制御してもよい。例えば、閾値条件が満たされる場合、「乾燥」空気の計算の誤差範囲の推定を行ってもよい。別の実施形態では、気圧センサが存在する特定の領域に関して、正確な湿度測定値が入手できない場合、隣接する領域に関する別の湿度測定値を閾値条件と比較して、高度計算に用いてもよい。その湿度あるいは算出された高度の調整は、2つの領域に対応する予想湿度差を基準にして（例えば、履歴データを利用して）行ってもよい。
【００３９】
［高度推定時に湿度を考慮する方法の例］
気圧センサの高度を推定する際に湿度を考慮する様々な方法について図８に関連して以下に述べる。本図は、湿度測定値を用いて気圧センサの高度を推定するタイミングを決める方法を示す。
【００４０】
図８に示すように、温度測定値および/または湿度測定値を１つ以上の閾値条件（810）と比較する。図８によると、１つ以上の閾値条件が満たされない場合には、湿度測定値を用いずに (例えば、乾燥空気などの標準空気の所定の気体常数値を用いて）（820）、気圧センサの高度推定を行ってもよい。もしくは、１つ以上の閾値条件が満たされる場合、湿度の測定値（830）を基準にして算出された気体常数値を求めてもよい。算出した気体常数値が特定されると、気圧センサの高度は算出された気体常数値（840）を使って推定することができる。
【００４１】
測定値を閾値条件（810）と比較する一実施形態において、周辺非乾燥空気の算出された気体常数を用いるのに代わって乾燥空気の所定の気体常数を用いて、気圧センサの高度を推定する場合、周辺湿度レベルを最大湿度と比較する。最大湿度を超えると許容できない誤差が生じる。周辺湿度が最大湿度を超える場合、高度は算出された周辺非乾燥空気の気体常数を使って推定する。周辺湿度が最大湿度を超えない場合には、乾燥空気の所定の気体常数（または可能であれば算出された周辺空気の気体常数）を使って高度を推定する。
【００４２】
測定値を閾値条件（810）と比較する別の実施形態において、算出された非乾燥周辺空気の気体常数を使用するのに代わって乾燥空気の所定の気体常数を使用して気圧センサの高度を推定する場合、周辺温度を用いて最大湿度を判定し、この最大湿度を超えると許容できない誤差が生ずるものであり、またさらに、周辺湿度を周辺温度に関わる最大湿度と比較する。周辺湿度が最大湿度を超える場合は、高度は算出された非乾燥周辺空気の気体常数を使って推定する。周辺湿度が最大湿度を超えない場合には、高度は乾燥空気の所定の気体常数（または入手可能であれば算出された周辺空気の気体常数）を使って推定する。
【００４３】
測定値を閾値条件（810）と比較するさらに別の実施形態において、算出された周辺非乾燥空気の気体常数を用いるのに代わって乾燥空気の所定の気体常数を用いて気圧センサの高度を推定する場合、周辺湿度を使用して最高温度を判定し、この最高温度を超えると許容しがたい誤差が生じるものであり、またさらに、周辺温度を周辺湿度の最高温度と比較する。周辺温度が最高温度を超える場合には、高度は算出された周辺非乾燥空気の気体常数を使用して推定する。周辺温度が最高温度を超えない場合は、高度は乾燥空気の所定の気体常数（または、入手可能であれば算出された周辺空気の気体常数）を使用して推定する。
【００４４】
様々な閾値条件が設定されるため、閾値条件が満たされないことにより、湿度の測定値を使用して高度推定が行われる場合がある一方で、閾値条件が満たされることにより、湿度の測定値を使用せずに高度測定が行われる場合があることを理解されたい。例えば、湿度測定値がある湿度閾値レベルを下回らない場合、湿度測定値を使用して高度の推が行われ、湿度測定値がある閾値湿度レベルを下回る場合、湿度測定値を使用せずに高度推定が行われる。
【００４５】
これまで湿度に関して述べてきたが、上記考察は、ある環境における空気の組成が標準的な空気の組成とは異なるために大気の質量密度が局所的に変化する任意の状況に対して、広く応用できる。湿度の他に、非標準的な大気組成を含む大気条件の中でも、特に、汚染物質、酸素激減環境または過剰な二酸化炭素も含む。また、本明細書中で述べた方法は、化学薬品貯蔵タンク内、洞窟内、または煙や他の燃焼ガスが充満した構造物の中など、他の気体が大量に閉じ込められる可能性のある閉鎖空間においても適用できる。
【００４６】
次に、気圧および温度を用いて相対高度を推定する様々な方法に焦点を向ける。
【００４７】
［相対高度を推定する他の方法］
先に述べたように、気圧センサから得られる気圧測定値を、気圧センサの高度推定に使用できる。気圧測定値を気圧センサの高度推定値に変換するために、たくさんの追加情報が必要となることがたびたびある。ここで気圧を高度と関連付ける１つの式を用いてもよい。当該式は、以下のように、空気柱の重量を基準とする。
【数７】
2017511881.tif 000009
ただし、z1およびz2は2点の高度であり、P1およびP2はこれらの高度に対応する気圧、T は空気の温度（単位K）（例えば、基準センサが屋外にある場合の一環境における屋外温度、または空調された環境内部に基準センサがある場合の空調された環境下での屋内温度）であり、R = 287.052 m2/Ks2は気体常数、g = 9.80665 m/s2は重力による加速度である。本式によって、気圧差に対する高度の差を求める比較情報が与えられることに留意されたい。本式は、一般的に、z2 = 0の場合に用いられるため、P2は海面高の気圧である。海面高の気圧は天候条件や場所によって大きく変動するため、温度や気圧の他に、高度を判定する場所の海面気圧も必要となる。T = 15 C、且つ、P = 101,325 Paで標準的な大気条件を適用する場合、１mの高度の上昇は、12.01 Paの気圧の低下に相当する。
【００４８】
高度を１階床の分解能（約3メートル）で解析するには、海面気圧を36 Paよりもはるかに高い精度で把握しなくてはならない。T はケルビン単位で測定されるため、3℃(またはK)の気温誤差は高度ではおよそ1%の誤差に相当することにも留意されたい。この誤差は、海抜よりもはるかに高い高度を判定する際、ならびに高層建築物の上層階の解析を行う際に重要となり得る。そのため、1mの分解能で高度を判定するには、高い精度および分解能を有するセンサが必要となる。移動装置に適合させるには、これらのセンサは低コストで低電力、かつ小型にするべきである。市販の全天候型センサはこの高さ精度または分解能を備えていないことに留意されたい。
【００４９】
１メートルの高度推定精度を得るために、基準気圧情報を提供する基準センサシステムを使用してもよい。基準センサシステムは、その未判定の位置に温度、距離および時間が近い測定値を出力できるものがよい。一部のシステムは、以下の要素を含む。すなわち、未判定の位置における気圧、ならびに可能であれば温度および湿度を十分な精度で測定する移動センサ、既知の位置における気圧、温度および湿度を十分な精度で測定する一連の基準センサ、すべての基準センサデータ、基準センサ位置、および関係する位置の正確な基準気圧推定値を生成する他の促進情報を入力するための推定アルゴリズム、ならびに基準センサと移動センサとの間の通信回線を含む。一部の実施形態では、基準センサは、測距および測位システムの情報を担持する測位信号をブロードキャストする送信機の近くに配置される。
【００５０】
基準高さの高度を算出する式について以下に述べる。n 台の送信機に基準気圧センサが設けられていると仮定し、基準センサの出力に基づいて海面高の気圧の推定が行われる。推定は２段階で実行できるが、これに限定されない。第１の段階において、各基準センサの高度hi (メートル単位)は送信機iの海抜高さより上であり、また、基準センサから得られる気圧pi（パスカル単位）および温度Ti（ケルビン単位）の示度が与えられるものとし、緯度xiおよび経度yi (度単位）の位置の海面高大気圧Piは以下の式を用いて計算する。
【数８】
2017511881.tif 000010
ただし、gは重力の加速度であり、Rは空気の固有気体常数である。第２の段階において、n個の送信機のすべての位置の海面高の気圧を計算した後に、移動装置の緯度x0および経度y0の情報を得て、移動装置の位置P0の等価海面高の気圧を次の式を用いて推定する。
【数９】
2017511881.tif 000011
ただし、Wi = Wi (x0 , y0 , xi , yi )は移動装置の位置および基準となる現場iの位置の両方に応じて変化する重み関数である。次の情報を使用して移動装置の高度を推定してもよい。すなわち、1メートル精度の基準センサ位置（緯度および経度）、精度が少なくとも0.1〜0.2メートルの基準センサ高度、基準センサ位置における空気の測定温度（選別、あるいは平均してもよい）、基準センサ位置における空気の測定気圧（選別し、センサ温度補償し、その他オフセットなどの任意の局部較正を行ってもよい）、ならびに信頼度に関する情報を使用する。更なる細部については以下のように規定される。
【００５１】
気圧示度から高度を割り出す１つの処理として、基準位置の測定値を等価海面高の気圧に変換し、等価海面高の気圧を用いて未判定の気圧センサの高度を割り出すことを含む。標準的な式は以下の通りである。
【数１０】
2017511881.tif 000012
【００５２】
高度は地表面から離れる方を正として測定してよいので、負号が存在することに留意されたい。上述の式は、海抜高度zを、その位置における大気温度(T)および気圧(P)ならびに海面高の大気圧(P0)に関連付ける。
【００５３】
上述の式の適用に伴う更なる1つの問題は、正確には分かっていない計測量である温度に高度が直接比例することである。つまり、１％の温度誤差によって１％の高度誤差が生じる。本式を海面近くに関して適用する場合は、大きな問題にはならない。しかしながら、本式を高層建築物に適用する場合、特に、デンバーなどのより高度の高い地域で適用する場合、高度の分解能を階床単位で得ようとすると、１％の高度誤差が重要になる場合がある。例えば、デンバーの高度は約1608メートルである。つまり、１％の温度%の誤差は、デンバーでは16メートルの海抜高度誤差を生む結果となる。これはほぼ５階分に相当する。
【００５４】
この温度精度に対する依存度を回避する１つの方法は、上述の式が実際は相対的な式であることを認識することである。つまり、本式は次のように一般化できる。
【数１１】
2017511881.tif 000013
ただし、z1およびz2は任意の2か所の高度であり、P1およびP2はそれらの高度における気圧である。z2は0に設定されているため、P2は海面気圧となり、これが往々にして海抜となることは単なる慣行上の問題に過ぎない。
【００５５】
海面高を基準点として用いるのに代わって、任意の利用しやすい高度を用いてもよい。例えば、その都市の平均高度が適当であろうし、あるいは気圧データの収集に使用される基準センサの平均高度でもよいであろう。基準高度を選択して高度差を小さく保つ限り、温度誤差の影響は深刻にならない。ただし、本システムに関与するすべての装置が基準高度を把握している必要がある。
【００５６】
［その他の態様］
本明細書で開示される機能および動作は、少なくとも1つの場所において、全体的にあるいは部分的に、例えば、処理装置、コンピュータまたは他の当該技術における公知の適切な手段といった機械によって実行される１つ以上の方法として具体化してもよく、これにより、上述の機械の機能だけでなく、これらの機械を組み込んだ計算装置の機能も向上する。本方法を実現するために実行されるように構成されたプログラム命令が組み込まれた非一時的機械可読媒体も考えられる。１つ以上の処理装置を使用してプログラム命令を実行することで、処理装置は本方法を実行することができる。
【００５７】
本明細書で述べた各方法ステップは順番に関係なく実行してもよく、したがって、上述とは異なる命令順序で実行できることに留意されたい。また、当業者であれば理解の及ぶことであるが、本明細書で述べた様々な方法ステップを組み合わせて、任意の数の方法を構成できることに留意されたい。さらに、本明細書で述べた2つ以上の任意のステップを同時に実行してもよいことに留意されたい。
【００５８】
例えば、方法、処理装置または他の手段は、第１の位置において第１の気圧センサから得られる第１の気圧測定値、第２の位置において第２の気圧センサから得られる第２の気圧測定値、第２の気圧センサの高度、第２の位置または第３の位置において温度センサから得られる温度測定値、および湿度センサから得られる湿度測定値を用いて第１の気圧センサの推定高度を算出してもよいが、これに限られるものではない。
【００５９】
また、方法および処理装置または他の手段は、さらに、あるいは別の方法として、湿度測定値が閾値湿度条件を満たすか否かを判断し、湿度測定値が閾値湿度条件を満たす場合、湿度測定値を基準に算出される気体常数値を使って第１の気圧センサの推定高度を推定し、湿度測定値が閾値湿度条件を満たさない場合には、湿度測定値を基準とせずに、所定の乾燥空気の気体常数値を使って第１の気圧センサの推定高度を推定してもよい。
【００６０】
一部の態様によると、湿度測定値が所定の湿度値を超えていれば、湿度測定値は閾値湿度条件を満たす。
【００６１】
上述の方法および処理装置または他の手段は、さらに、あるいは別の方法として、温度測定値を使って所定の湿度値を特定してもよい。
【００６２】
方法および処理装置または他の手段は、さらに、あるいは別の方法として、温度測定値が閾値温度条件を満たすか否かを判断し、温度測定値が閾値温度条件を満たす場合、湿度測定値を基準とする算出された気体常数値を使って第１の気圧センサの推定高度を推定し、温度測定値が閾値温度条件を満たさない場合は、湿度測定値を基準としない所定の乾燥空気の気体常数値を使って第１の気圧センサの推定高度を推定してもよい。
【００６３】
一部の態様によると、温度測定値が所定の温度値を超えていれば、温度測定値は閾値温度条件を満たす。
【００６４】
方法および処理装置または他の手段は、さらに、あるいは別の方法として、湿度測定値を使って所定の温度値を特定してもよい。
【００６５】
方法および処理装置または他の手段は、さらに、あるいは別の方法として、湿度測定値を基準としない乾燥空気の所定の気体常数値を使って第１の気圧センサの推定高度を推定し、湿度測定値を使って推定高度の調整値を割り出し、調整値を使って推定高度を調整してもよい。
【００６６】
一部の態様によると、第１の気圧センサは、第１の期間中は第１の位置に位置し、第２の期間中は第２の位置に位置する移動装置に接続され、湿度センサ、温度センサならびに第２の気圧センサは互いに対し6メートル以内に配置される。
【００６７】
一部の態様によると、算出された空気密度値はさらに空気中の他の気体混合物の測定値を基準とする。
【００６８】
一部の態様によると、算出された空気密度値はさらに飽和水蒸気圧を基準とする。
【００６９】
本明細書で例に挙げた方法は、公知の、あるいは当業者によって今後開発され得る用途に適したハードウェアによって、または処理装置で実行されるファームウェアもしくはソフトウェアによって、またはハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組合せによって実現し、実行し、または制御してもよい。ソフトウェアは特定のシステムでダウンロード可能、またはダウンロード不可なものでよい。このようなソフトウェアは、処理装置またはコンピュータなどの機械にロードされると、当該機械の動作を変化させるような機械実現コンポーネントを含む。
【００７０】
本明細書で述べた方法を実行するシステムは、これらの方法を実現する１つ以上の手段を備えていてもよい。例えば、このような手段は、命令を実行する際に（例えば、ソフトウェアまたはファームウェアにて具体化される際に）、本明細書に開示した任意の方法ステップを実行する処理装置または他のハードウェアを含んでいてもよい。例えば、これらの方法は移動装置の処理装置によって実行してもよく、その場合、処理装置は、移動装置の１つ以上のセンサによって生成される測定値、および/または移動装置の受信機が基準位置のセンサから受信する測定値を処理する。同様に、これらの方法は、移動装置とは同位置にない処理装置によって実行してもよい。処理装置は、コンピュータあるいはコンピュータ装置、制御装置、集積回路、「チップ」、チップに設けられたシステム、サーバ、その他のプログラミング可能な論理装置、その他の回路、またはこれらの任意の組合せを含んでいてもよく、あるいは、これらに組み込まれていてもよい。
【００７１】
移動装置はコンピュータ装置（例えば、セルラ方式の携帯電話もしくはスマートフォン、タブレット装置、PDA、ノート型パソコン、デジタルカメラ、資産管理タグ、アンクレットなどのウェアラブルデバイス、または他のコンピュータ装置）の形態でもよい。また、移動装置は、上述の移動装置システムの任意の構成要素の形態であってもよい。
【００７２】
記憶装置は機械（例えば、処理装置）によってアクセス可能であってもよく、機械は、記憶装置から情報を読み出したり、記憶装置に情報を書き込んだりできる。記憶装置は機械と一体でもよく、あるいは機械とは別体でもよい。記憶装置は、機械可読プログラムコード（例えば、命令）が内部に組み込まれた非一時的機械可読媒体を含んでもよく、プログラムコードは、コードが実行されることにより本明細書で開示した方法および方法ステップのそれぞれを実現するように構成される。記憶装置は、着脱式、非着脱式、揮発性、非揮発性の媒体を含む任意の入手可能な記憶媒体を含んでもよく、記憶媒体は、例えば、集積回路媒体、磁気記憶媒体、光学記憶媒体、あるいは他の任意のコンピュータデータ記憶媒体などである。本明細書で使用される通り、機械可読媒体は、あらゆる形態の機械可読媒体を含む。ただし、このような媒体が法の対象外（例えば、一時的伝搬信号）と認められる場合を除く。
【００７３】
アプリケーション・プログラムは、データの受信、変換、処理、保存、読出し、転送および/またはエクスポートによって様々な状況を実行してもよく、当該プログラムは階層、ネットワーク、リレーショナル、非リレーショナル、オブジェクト指向、あるいは他のデータソースに記憶してもよい。データソースは単一の記憶装置または複数の（例えば、分散された）記憶装置により実現してもよい。
【００７４】
本明細書に開示したすべての情報はデータで表すことができ、データは任意のプロトコルを用いて任意の通信経路上を伝送され、データソース上に保存して、処理装置により処理してもよい。例えば、データの伝送は、様々な配線、ケーブル、無線信号および赤外光ビーム、さらには、図示または明示していないが、より様々なコネクタ、プラグおよびプロトコルをも使用して行ってもよい。本明細書で述べたシステム/プラットホームは、WiFi、Bluetooth、 NFCならびに他の通信ネットワーク技術を含むいずれの公知の、または将来開発される通信技術を用いて相互に（また、本願で説明していない他のシステムと）情報交換を行ってもよい。搬送波を使用して、電子的、光学的、エア、電磁波、無線周波数もしくは他の信号媒体を介して、ネットワーク転送プロトコルを用いるネットワーク上でデータおよび命令を転送してもよく、搬送波はデータ信号で転送されるデータを含む。本明細書で開示したデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは粒子、光学場もしくは粒子、またはこれらの組合せによって表現される場合もある。
【００７５】
本明細書で開示した様々なシステムは、異なる地域（例えば、都市や国々）において互いに地理的に分散して配置されるため、様々な方法ステップを様々な地域において様々なシステムによって実行できる。方法の出力と実行との間に介在ステップが生じても、１つのシステムからの出力によって、別のシステムにその方法を実行させることができる。
【００７６】
矩形で示されるシステム図における各機能は、それぞれに装置の構成要素を構成し得るハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアを指していてもよい。このような機能の２つを結ぶ線は、これらの機能間のデータ転送を示すことがあることに留意されたい。このような転送は、図示されていなくても、これら機能間で直接あるいは中間機能を介して行われることもある。２つの機能を結ぶ線が存在しない場合、とくに記載がない限り、これらの機能間においてデータ転送が行われるものと考えられる。したがって、このような線は特定の態様を示すために描かれているが、これに限定されると解釈すべきではない。「からなる」、「からなっている」、「含む」、「含んでいる」等の文言は、包括的な意味（すなわち、非限定的）であって、排他的意味（すなわち、のみからなる）とは反対の意味であると解釈すべきものとする。また、単数形または複数形で用いる用語も、それぞれが複数または単数を包含する。「または」あるいは「および」という言い回しは、「発明の詳細な説明」で使用されている通り、明細書中の任意の項目およびすべての項目をカバーするものである。文言「一部」、「任意」および「少なくとも１つ」は、１つ以上のものを指すものである。本願で使用する文言「してもよい」は、一例を示すものであって、必要条件ではない。例えば、対象体がある動作を行ってもよい、またはある特徴を有してもよいとは、それぞれの実施形態において、当該動作を行う必要性はなく、または当該特徴を有する必要性はないが、少なくともある１つの実施形態において当該対象体は、そのような動作を行うか、あるいはそのような特徴を有していることである。本開示は本明細書に示す態様に限定されることを意図するものではなく、その等価物も含め、当業者が理解可能な最大の範囲を許容するものとする。
【００７７】
［関連出願］
本願は、米国仮特許出願第61/939,814号（2014年2月14日出願）の「気圧から標高を割り出す精度の向上」に関するものであり、その開示全体をここに参照することで本明細書に取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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