[发明专利]一种保持移动特征的车辆轨迹线数据压缩方法

摘要

本发明公开了一种保持移动特征的车辆轨迹线数据压缩方法，首先，依据速度、方向等移动特征相似性原则对原始轨迹线直线段进行层次化聚类，并将聚类结果组织为层次二叉树结构；然后，在压缩几何精度控制下基于建立的层次二叉树结构对原始轨迹线实施分区，提取各分区内轨迹线片段的首尾点并按时间次序组织为压缩结果。本发明利用移动特征相似性原则对原始轨迹线进行层次化剖分，使得几何精度控制下的轨迹点取舍决策尽量发生在移动模式均一的轨迹线片段内，从而达到更好地保持原始轨迹线移动特征这一目的。

主权项

1.一种保持移动特征的车辆轨迹线数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按轨迹点产生的时间次序将原始轨迹线T组织为T＝{p₁,p₂,…,p_n}，每个轨迹点p_i表示为三元组信息<x_i,y_i,t_i>，x_i和y_i为轨迹点p_i的空间位置坐标，t_i表示p_i产生的时间信息，n是包含的轨迹点数量，1≤i≤n；步骤2：依次提取相邻两个轨迹点构成的轨迹直线段，组织为轨迹直线段集合E＝{e₁,e₂,…,e_n‑1}，计算每一条轨迹直线段e_j对应区域内车辆的移动速度v_j和移动方向θ_j，1≤j≤n‑1；其中，对于由相邻轨迹点p_i，p_i+1组成直线段e_i，移动速度v_i定义为：其中，d(p_i,p_i+1)表示轨迹点p_i和p_i+1间的欧式距离，t_i和t_i+1分别是轨迹点p_i和p_i+1的定位时间；移动方向θ_i定义为由正向X轴沿逆时针方向至有向线段形成的夹角θ，0≤θ＜2π；步骤3：在拓扑连接关系约束下，基于速度、方向特征相似性原则对集合E中的轨迹直线段进行层次化聚类，并将聚类结果组织为层次二叉树结构；其中，针对轨迹直线段的层次化聚类过程由以下子步骤完成：步骤3.1：将每条轨迹直线段映射为一个聚类单元，记录为G₁＝{e₁}、G₂＝{e₂}、…、G_n‑1＝{e_n‑1}；步骤3.2：相邻聚类单元间定义连接边，计算所有连接边的长度；连接边长度表示相邻两个聚类单元间移动特征的差异性大小，移动特征包括速度特征、方向特征；对于相邻的两个聚类单元G_i和G_j，连接边长度L(G_i,G_j)定义为：其中，和分别表示G_i包含的轨迹直线段的平均速度值和平均方向值，和分别表示G_j包含的轨迹直线段的平均速度值和平均方向值，v_max和v_min则分别表示集合E包含的所有轨迹直线段的最大速度值和最小速度值，m₁和m₂分别表示速度差异和方向差异在连接边长度计算中的权值；步骤3.3：取当前长度值最小的连接边，将相连接的两个聚类单元合并为一个新的聚类单元，同时按照式2重新计算新的聚类单元与两侧相邻聚类单元间的连接边长度；步骤3.4：重复步骤3.3直至集合E中所有的轨迹直线段单元聚合为一个聚类单元G_f，即G_f＝{e₁,e₂,…,e_n‑1}；步骤3.5：将整个层次化聚类结果组织为层次二叉树结构，树的根结点对应最大的聚类单元，最大的聚类单元包含所有的轨迹直线段，叶子节点对应由单条轨迹直线段构成的聚类单元，中间节点则对应由多条轨迹直线段构成的不同层次的聚类单元；步骤4：在压缩的几何精度阈值ε控制下，通过由上到下遍历层次二叉树结构的方式对原始轨迹线T实施分区处理，使得同一区域内轨迹线段的中间点距首尾基准线最大偏移距离小于ε；其中，对原始轨迹线T实施分区处理的步骤如下：步骤4.1：由根结点向叶子结点遍历构建的层次二叉树，每遍历一个树结点：首先，提取该树结点对应聚类单元包含的轨迹线直线段，并按连接关系组织为轨迹线片段；然后，以该轨迹线片段的首尾点构成的直线段为基准线，计算每一个中间点到基准线的偏移距离，记录其中的最大偏移距离d_max，偏移距离为中间点到基准线的最短距离；如果d_max≤ε，将树结点对应的轨迹直线段划分为同一个区域，同时跳过该树结点的孩子结点；反之，则按照上述方法进一步考察该树结点包含的孩子结点；步骤4.2：按上述步骤完成对二叉树结构的遍历后，原始轨迹线被分解为若干不同的区域或若干不同的轨迹线片段；步骤5：提取各分区内轨迹线片段的首尾点，按时间次序连接组织为压缩后的轨迹线T’。