一種基于滑動(dòng)窗口的軌跡壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于滑動(dòng)窗口的軌跡壓縮方法，屬于地理信息系統(tǒng)(GIS)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著民用GPS等定位設(shè)備在移動(dòng)終端上的廣泛使用以及基于位置服務(wù)(Locat1n-Based Service，LBS)和移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)(Mobile Social Network)的發(fā)展和普及，用戶可以方便地獲取個(gè)人位置信息，研宄人員也能方便地通過(guò)位置感知設(shè)備獲取軌跡路徑。因此越來(lái)越多的移動(dòng)對(duì)象的軌跡數(shù)據(jù)被收集并存儲(chǔ)在移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中，軌跡數(shù)據(jù)作為移動(dòng)對(duì)象的歷史活動(dòng)數(shù)據(jù)，在某種程度能夠體現(xiàn)移動(dòng)對(duì)象的屬性、狀態(tài)、行為等內(nèi)外部特征。但是這些龐大的數(shù)據(jù)量為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)查詢分析及傳送造成很大的困難，所以對(duì)GPS數(shù)據(jù)的壓縮方法的研宄成為目前的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]GPS軌跡數(shù)據(jù)壓縮的目的是在保留數(shù)據(jù)所包含的信息的前提下，盡可能的減少數(shù)據(jù)量，縮小數(shù)據(jù)所占用的存儲(chǔ)空間。即在保證軌跡準(zhǔn)確性的前提下，去除冗余定位點(diǎn)，從而減少數(shù)據(jù)量。但在簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)點(diǎn)的同時(shí)，必然會(huì)丟失一定量的信息，所以目前出現(xiàn)的軌跡數(shù)據(jù)壓縮方法，是在數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間兩者之間進(jìn)行權(quán)衡。
[0004]軌跡數(shù)據(jù)壓縮方法一般分為兩大類:一種是將移動(dòng)軌跡進(jìn)行分段線性化，由于其算法形式簡(jiǎn)單，計(jì)算復(fù)雜度低，是最常用的方法；另一種是非線性的軌跡擬合，非線性擬合更接近真實(shí)軌跡，但是其方法復(fù)雜，計(jì)算量大。移動(dòng)物體的移動(dòng)軌跡受到實(shí)際交通路網(wǎng)的限制，所以線性化的表示方法能夠很好的描述現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，線性化方法更適合于軌跡數(shù)據(jù)的壓縮。
[0005]道格拉斯-普克算法由D.Douglas和T.Peueker于1973年提出，簡(jiǎn)稱D — P算法，是目前公認(rèn)的線狀要素化簡(jiǎn)經(jīng)典算法。該算法描述如下:將一條軌跡的初始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)虛連一條直線，求出其余各軌跡點(diǎn)到該直線的垂直距離，選擇其最大者與預(yù)先規(guī)定的閾值相比較，若小于等于閾值，則將直線兩端間各軌跡點(diǎn)全部刪去，若大于閾值，則將離該直線垂直距離最大的軌跡點(diǎn)保留，并以此為界，把軌跡分成兩部分，對(duì)這兩部分重新使用上述方法，直至最終無(wú)法做進(jìn)一步的壓縮為止。很多學(xué)者認(rèn)為該算法是最準(zhǔn)確的但是其處理時(shí)間過(guò)于昂貴。
[0006]滑動(dòng)窗口算法是軌跡數(shù)據(jù)壓縮方法的另一種方法，該算法描述如下:首先，存儲(chǔ)該軌跡的第一個(gè)點(diǎn)，選擇軌跡的第一個(gè)點(diǎn)作為滑動(dòng)窗口起始軌跡點(diǎn)，第三個(gè)點(diǎn)作為滑動(dòng)窗口終止軌跡點(diǎn)，計(jì)算滑動(dòng)窗口中所有位于起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)之間的軌跡點(diǎn)到起始軌跡點(diǎn)與終止軌跡點(diǎn)的直線的垂直距離，如果所有距離都小于預(yù)先規(guī)定的閾值，那么滑動(dòng)窗口沿軌跡序列方向向后滑動(dòng)一個(gè)軌跡點(diǎn)，否則，若出現(xiàn)偏移距離大于該閾值的點(diǎn)，則將滑動(dòng)窗口的終止軌跡點(diǎn)前的那個(gè)軌跡點(diǎn)添加到壓縮后的軌跡集中，新的滑動(dòng)窗口從這個(gè)軌跡點(diǎn)開(kāi)始，繼續(xù)使用上述處理方法，直到處理完成。
[0007]后來(lái)Meratnia和de基于道格拉斯-普克算法和滑動(dòng)窗口算法的基礎(chǔ)上提出一種新的算法:Normal Opening Window，該算法與滑動(dòng)窗口算法不同的是將偏移距離最大的那個(gè)軌跡點(diǎn)作為新的滑動(dòng)窗口起始軌跡點(diǎn)。
[0008]但是滑動(dòng)窗口算法和Normal Opening Window的終止軌跡點(diǎn)變化時(shí)都需要計(jì)算位于滑動(dòng)窗口的起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)之間的所有軌跡點(diǎn)到起始軌跡點(diǎn)與終止軌跡點(diǎn)的直線的垂直距離，很多學(xué)者認(rèn)為這樣會(huì)影響算法的運(yùn)算效率，處理時(shí)間較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足，提供一種基于滑動(dòng)窗口的軌跡壓縮方法。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0011]本發(fā)明提供一種基于滑動(dòng)窗口的軌跡壓縮方法，該方法包括以下具體步驟:
[0012]步驟I，初始化滑動(dòng)窗口，并設(shè)置一個(gè)最大偏移距離參考軌跡點(diǎn)；
[0013]步驟2，分別計(jì)算滑動(dòng)窗口中當(dāng)前待壓縮的軌跡點(diǎn)和最大偏移距離參考軌跡點(diǎn)到其起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)的直線的垂直距離；
[0014]步驟3，將這兩個(gè)垂直距離與軌跡壓縮的距離閾值進(jìn)行比較，若這兩個(gè)垂直距離中的任意一個(gè)大于軌跡壓縮的距離閾值，則將當(dāng)前待壓縮的軌跡點(diǎn)添加到壓縮后的軌跡集中，并將當(dāng)前待壓縮的軌跡點(diǎn)作為滑動(dòng)窗口的起始軌跡點(diǎn)設(shè)置新的滑動(dòng)窗口 ；否則，執(zhí)行步驟4;
[0015]步驟4，根據(jù)這兩個(gè)垂直距離的大小，更新最大偏移距離參考軌跡點(diǎn)，并且將滑動(dòng)窗口的當(dāng)前待壓縮軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)同時(shí)往后移一個(gè)位置；
[0016]步驟5，重復(fù)進(jìn)行步驟2至4，直至完成軌跡壓縮。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，該基于滑動(dòng)窗口的軌跡壓縮方法具體包括以下步驟:
[0018]步驟I，假設(shè)待壓縮的GPS軌跡集為P= {PJ，其中，Pi為第i個(gè)軌跡點(diǎn)，i e [I, N],N為待壓縮軌跡點(diǎn)的總數(shù)；令滑動(dòng)窗口為{Pstart，Ptemp, Pend, P1J，其中，Pstart* P ^分別為滑動(dòng)窗口的起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)，start和end分別表示滑動(dòng)窗口的起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)的位置，Ptraip為滑動(dòng)窗口中當(dāng)前待壓縮軌跡點(diǎn)，temp表示滑動(dòng)窗口中當(dāng)前待壓縮軌跡點(diǎn)的位置；令Pni為滑動(dòng)窗口中最大偏移距離參考軌跡點(diǎn)，軌跡壓縮的距離閾值為L(zhǎng) ；
[0019]步驟2，初始化滑動(dòng)窗口，令 start = I, temp = start+1, end = start+2，Pm= 0 ；同時(shí)，令壓縮后的軌跡集Q= {PJ ;
[0020]步驟3，分別計(jì)算點(diǎn)P一和P m到直線P start_Pmd的垂直距離d ,和d “若P 0，則令 4= O ;
[0021]步驟4，若步驟3中得到的屯或dm大于L，則將P 一添加到壓縮后的軌跡集Q中，并且將Ptemp作為P start設(shè)置新的滑動(dòng)窗口，即令start = temp，temp = start+1，end =start+2，Pm= 0，進(jìn)入步驟6 ;否則進(jìn)入步驟5 ；
[0022]步驟5，若步驟3中得到的dt大于d m，則更新Pm，即令Pm= P _;將P t?p和P ^同時(shí)往后移一個(gè)位置，即令temp = end，end = end+1，進(jìn)入步驟6 ；
[0023]步驟6，若end大于N，則將Ptemp添加到壓縮后的軌跡集Q中，此時(shí)軌跡壓縮完成；否則，返回步驟3。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，軌跡壓縮的距離閾值L = 4。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，待壓縮軌跡點(diǎn)的總數(shù)N = 5。
[0026]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，軌跡壓縮的距離閾值L = 5。
[0027]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0028]本發(fā)明在滑動(dòng)窗口軌跡壓縮方法中，設(shè)置一個(gè)最大偏移距離參考軌跡點(diǎn)，用于當(dāng)前待壓縮的軌跡點(diǎn)能否被壓縮的判斷中。本發(fā)明的方法不需要計(jì)算滑動(dòng)窗口中的所有軌跡點(diǎn)到滑動(dòng)窗口的起始軌跡點(diǎn)和終止軌跡點(diǎn)的直線的垂直距離，從而減少了算法的計(jì)算量，提高運(yùn)算效率，降低了算法的復(fù)雜度。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0