[发明专利]一种路网轨迹的无损压缩方法

说明书

技术领域

本发明属于轨迹计算技术领域，具体涉及一种路网轨迹的无损压缩方法。

背景技术

轨迹计算是随着GPS用户位置采集设备的普及、位置签到等应用的流行进而产生了大量用户轨迹数据背景下兴起的技术领域。轨迹计算领域的技术具有针对性强、实用性好的特点。具体到轨迹压缩领域，轨迹压缩技术相比于普适的数据压缩技术，能够充分利用轨迹自身的特点，压缩效果远好于普适的数据压缩方法。能够有效地降低计算机处理负载和数据存储、传输开销，提高轨迹计算的速度和质量。衡量轨迹压缩技术的指标主要有两个：

(1)压缩比，指压缩前的数据大小和压缩后的数据大小的比。压缩比越大，轨迹压缩技术效果越好；

(2)压缩时间，指从开始进行轨迹压缩到轨迹压缩完成所花费的时间。轨迹压缩时间越短，表面轨迹压缩的效率越高。

轨迹包含的信息，根据场合不同，主要包括两类：一是只包括空间位置信息，即轨迹表示移动对象在空间中的移动信息，本发明属于此类。二是同时包括空间位置信息和时间信息，即轨迹表示移动对象在时空中的移动信息。

轨迹压缩技术分为欧几里得空间的轨迹压缩技术和路网轨迹压缩技术两类：

(1)欧几里得空间的轨迹压缩：

欧几里得空间的轨迹压缩技术针对欧几里得空间轨迹，轨迹表示为经纬度位置与时间的三元组序列。这类轨迹压缩技术主要采用计算几何类方法。

(2)路网轨迹压缩技术：

路网轨迹压缩技术针对有路网情况下的轨迹压缩，轨迹表示为路网中的路段序列。这类轨迹压缩技术主要利用路网本身的信息和性质进行。我们的发明属于这类技术。

传统的路网轨迹压缩技术主要有两种，一种是基于路网的街道信息，利用行人车辆倾向于沿着相同道路行走的特点，对于轨迹道路序列只记录其转到另一条街道上的那条路段，从而达到减少存储的数据量的压缩目的。对于中间的路段，可以在需要时利用街道的路段序列进行补全还原。另一种技术是仅利用路网本身的拓扑结构，尝试将道路序列中的一些子序列替换为经过更少路段的子序列，并通过设定评价标准（如定义两者的某些距离函数）保证这种替换的结果与原始轨迹是近似的。显然，这种技术进行轨迹压缩是有损压缩，且压缩后的轨迹无法完全复原。

需要强调的是，在路网轨迹的表示方式中，若路网中不存在重边，则采用边序路段表示和交叉口序列表示是等价的。 这一点很容易证明。对于任意的路段序列，其等价交叉路口表示为这些路段序列经过的交叉路口序列。由于不存在重边，将这个交叉路口序列相邻项之间夹的路段组成序列，又得到了与原序列相同的路段序列。反之亦然。因此二者是等价的。

发明内容

本发明的目的在于根据路网的任意路段最短路径表，提出一种路网轨迹压缩的无损压缩方法。

本发明提出的路网轨迹压缩的最短路径压缩方法，主要思路是：根据路网计算任意路段之间的最短路径并存储在数据库中。选择路网轨迹道路序列的第一个路段，并依次向后扫描直到轨迹结束或所经过的子序列与子序列首尾路段之间的最短路不一致。从不满足的路段开始重新扫描。重复上述步骤直到轨迹扫描结束。将以上每段的第一个路段以及序列最后一条路段作为压缩结果存储。具体步骤如下：

1. 计算任意路段之间的最短路径：

对路网中的每条路段e_i，计算该路段到路网中其他所有路段的最短路径长度，并对于每一个路段e_j，记录这条路径上的e_j前面的路段的序号SP_end(e_i, e_j)。

在上面的符号中e_i表示路网中的第i条边。设路段条数为E，则最短路径表总共有E*(E-1)项。这种保存方式可以通过迭代的方式得到任意两路段间的完整最短路径。

2. 将序列的第一个路段加入压缩结果，从轨迹头截掉一条最长的最短路：从轨迹头部开始分出一段最长的与最短路径重合的子序列，具体地说，操作如下：

(1)从剩余轨迹的头部开始扫描，设路段为e_s。记录e_s为这一段子序列的开始；

(2)将e_s加入压缩结果轨迹的尾部；