CN104467866B - 一种基于角度的轨迹数据压缩方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于角度的轨迹数据压缩方法，包括：按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。本发明在保证轨迹数据的精确度的前提下有效压缩数据的大小。

Description

一种基于角度的轨迹数据压缩方法及装置

技术领域

本发明涉及数据压缩领域，特别是涉及一种基于角度的轨迹数据压缩方法及装置。

背景技术

轨迹数据就是时空环境下，通过对一个或多个移动对象运动过程的采样所获得的数据信息，包括采样点位置、采样时间、速度等，这些采样点数据信息根据采样先后顺序构成了轨迹数据。例如具有定位功能的智能手机，轨迹数据反映了手机持有者某一时间段的行动状况，移动互联网络可以通过无线信号定位手机所在位置，进而采样记录，通过连接采样点形成手机持有者的运动轨迹数据；GPS定位终端，固定采样频率的记录终端所在位置的经纬度信息，通过无线网络将数据收集到服务器上；RFID标签技术，对物体进行标记，将物体的移动线路通过RFID识别器完成定位和位置数据记录，形成物体的移动轨迹。

随着卫星、无线网络，以及定位设备的发展，轨迹数据在日常生活中呈急速增长的趋势。各种基于LBS的各种应用，例如移动社交网络上众多用户在POI(Point OfInterests)的签到(Check-in)序列可以看作人们的移动数据，人们出行旅游，用自己的随身GPS定位设备记录自己的行程，也产生了相当可观的轨迹数据；为了组织调度方便和安全方面的考虑，现在城市中的出租车上都配备了GPS设备，这些GPS设备隔一段时间像数据中心上传自己的位置，因此在数据中心处形成了大量的出租车轨迹数据。如果GPS设备每10秒钟收集一个GPS点，4000个移动物体一天可以长生1GB容量的轨迹数据。大规模的轨迹数据中蕴含着丰富的知识，从中挖掘出的有用信息，应用到相关的技术和服务，给人们带来了极大的方便。与此同时，对海量数据的管理也存在着巨大的挑战，传输和存储这些海量的轨迹数据需要花费很大的代价。

轨迹压缩的思想是保留那些准确描述移动物体轨迹的信息的特征点，简化处理其他数据点。其目的是在保证移动物体轨迹准确性的前提下，去除冗余的GPS点，从而减少存储、传输以及后期对这些数据进行挖掘处理的代价。但在轨迹的同时，必然会丢失一定量的信息，轨迹数据压缩算法就是在轨迹数据信息的准确性和数据存储空间两者之间进行权衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于角度的轨迹数据压缩方法，该方法能有效的降低轨迹数据的存储空间，并减小压缩后的轨迹与原始轨迹的误差。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于角度的轨迹数据压缩方法，包括：按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：

一种基于角度的轨迹数据压缩装置，包括：数据获取单元和判断单元；所述数据获取单元用于按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；所述判断单元用于判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。

本发明的有益效果在于：区别于现有轨迹压缩方法中，压缩后的轨迹数据与原轨迹数据误差大，本发明提供的基于角度的轨迹数据压缩方法及装置通过判断当前轨迹点的移动方向与上一采集点的移动方向的夹角，当所述夹角超过一定的范围时才保存该轨迹点为采集点，有效过滤掉那些与移动方向偏差小的轨迹点，因此，即能降低轨迹数据的存储空间，又能减小压缩后的轨迹与原始轨迹的误差。

附图说明

图1为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩方法的基本流程图；

图2为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩装置的功能框图；

图3为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩方法中移动方向角度计算示意图；

图4为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩方法中移动速度的计算示意图；

图5为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩方法中单点处理流程图；

图6为本发明一实施方式基于角度的轨迹数据压缩方法中数据处理前与处理后的对比示意图。

标号说明：

10、数据获取单元；20、判断单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：以移动方向的变化角度的变化差值作为轨迹采集的依据，只保留移动方向发生较大变化的采集点。

请参照图1，一种基于角度的轨迹数据压缩方法，包括：

S1、按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；

S2、判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。

其中，所述频率可以根据不同的轨迹获取设备而定，所述角度阀值则根据不同的精度要求而定；所述轨迹点是指按预设频率获取到的移动轨迹的轨迹点数据，所述采集数据是指被保存下来的轨迹点。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明根据当前轨迹点的移动方向与上一已经保存轨迹点即采集点的移动方向的夹角来判断是否要保存当前的轨迹点，当所述夹角大于设定的角度阀值时存储该轨迹点，当夹角小于设定的角度阀值时忽略当前轨迹点，从而过滤掉移动轨迹上移动方向变化小的轨迹点，保存移动方向发生较大变化的轨迹点，使轨迹数据即能得到有效的压缩，又能减小压缩后的数据与原数据的误差范围。

在上述实施方式中，所述“判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值”可以通过计算累上一存储的采集点至当前轨迹点的积角度θ是否超过预设的阀值。

请参阅图3，在另一实施方式中，当所述当前轨迹点的移动方向与上一轨迹点的移动方向的夹角大于预设的角度阀值时，保存该当前轨迹点为采集点。

进一步的，为进一步减小压缩后的数据与原数据的误差，所述移动数据中还包括轨迹点的移动速度；

所述基于角度的轨迹数据压缩方法还包括，判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值是否大于预设的速度阀值，若是，则保存该轨迹点，若否，则忽略该轨迹点。

由上述描述可知，通过判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值能够记录移动轨迹中移动速度发明明显变化的轨迹点数据，从而从压缩后的轨迹数据中可能清楚看出轨迹数据中各采集点的速度变化情况。

进一步的，保存轨迹的起始点数据为第一采集点，以及保存轨迹的最后一轨迹点数据为最后采集点。

进一步的，所述轨迹点为GPS设备获取到的轨迹点数据。

请参照图2，本发明提供的另一技术方案为：一种基于角度的轨迹数据压缩装置，包括：数据获取单元10和判断单元20；

所述数据获取单元10用于按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；

所述判断单元20用于判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明根据当前轨迹点的移动方向与上一已经保存轨迹点即采集点的移动方向的夹角来判断是否要保存当前的轨迹点，当所述夹角大于设定的角度阀值时存储该轨迹点，当夹角小于设定的角度阀值时忽略当前轨迹点，从而过滤掉移动轨迹上移动方向变化小的轨迹点，保存移动方向发生较大变化的轨迹点，使轨迹数据即能得到有效的压缩，又能减小压缩后的数据与原数据的误差范围。

进一步的，所述移动数据中还包括轨迹点的移动速度；

所述判断单元20还用于判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值是否大于预设的速度阀值，若是，则保存该轨迹点，若否，则忽略该轨迹点。

由上述描述可知，通过判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值能够记录移动轨迹中移动速度发明明显变化的轨迹点数据，从而从压缩后的轨迹数据中可能清楚看出轨迹数据中各采集点的速度变化情况。

进一步的，还包括存储单元，所述存储单元用于保存轨迹的起始点数据为第一采集点，以及保存轨迹的最后一轨迹点数据为最后采集点。

进一步的，所述轨迹点为GPS设备获取到的轨迹点数据。

请参照图3、图4和图5，本发明的实施例一为：一种基于角度的轨迹数据压缩方法，其中，所述轨迹数据由GPS设备产生。

为了便于过程描述，我们首先定义下列符号，如表1所示：

表1：

基于角度的轨迹数据压缩方法中对单个GPS采集点的处理步骤如下：

步骤1、判断P_cur是否是第一个GPS轨迹点，如果P_cur是首个GPS轨迹点，则存储该点为第一个采集点，并令P_{b_pre}←P_cur，θ←0，并结束处理；

步骤2、判断P_cur是否是第二个GPS轨迹点，如果P_cur为第二个GPS轨迹点，则在内存中临时存储该GPS轨迹点，令P_pre←P_cur，并结束处理；

步骤3、判断P_cur是否是最后一个GPS轨迹点，如果P_cur为最后一个GPS采集点，则存在P_pre和P_cur，并结束处理；

步骤4、计算矢量和的夹角α，如附图1所示，如果α>τ₁或者(θ+α)>τ₁，则存储P_pre，令P_{b_pre}←P_pre，P_pre←P_cur，θ←0；并结束处理；否则，忽略P_cur，并令P_{b_pre}←P_pre，P_pre←P_cur，θ←θ+α；

步骤5、计算V←|DIST(P_cur，P_pre)/TIME((P_cur，P_pre)-DIST(P_pre,P_{b_pre})/TIME(P_pre,P_{b_pre})|，如果V>τ₂，则存储P_pre，令P_{b_pre}←P_pre，P_pre←P_cur；并结束处理；否则，忽略P_cur，并令P_{b_pre}←P_pre，P_pre←P_cur；

在上述步骤中，步骤4)是对采集点的移动方向变化进行分析处理，而步骤5)是对采集点移动速率变化进行分析处理。本实施方式只存储那些移动方向或者移动速率发生较大变化的点进行存储，这样能够在较低的计算代价下较好的保留移动方向和移动速率发生较大变化的GPS采集点，实现较大程度的压缩轨迹的同时，很好的保留原始轨迹的模样。

实施方式二，请参阅图6，通过一实际算例来说明算法的执行过程，其中，为了简化计算过程，我们仅通过判断轨迹点移动方向的进行压缩处理，即判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阀值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点。图6为一个移动对象的GPS轨迹，共有10个轨迹点P₁-P₁₀，其中P1和P10为起始点和终点，因此被存储下来；P3的累积角度θ超过阀值，也被存储保留；P4和P6的移动方向的改变角度α和β均超过阀值，而被存储；因此，原始轨迹经过压缩后所形成的轨迹为图中黑色点所组成的有向虚线。

综上所述，本发明提供的基于角度的轨迹数据压缩方法及装置既能有效压缩轨迹数据的大小，同时又能减小压缩后的数据与原数据之间的误差。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于角度的轨迹数据压缩方法，其特征在于，包括：

按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；

判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阈值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点；所述“判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阈值”具体为：判断上一存储的采集点至当前轨迹点的累积角度是否超过预设的阈值；

所述移动数据中还包括轨迹点的移动速度；

所述基于角度的轨迹数据压缩方法还包括，判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值是否大于预设的速度阈值，若是，则保存该轨迹点，若否，则忽略该轨迹点。

2.根据权利要求1所述的基于角度的轨迹数据压缩方法，其特征在于，保存轨迹的起始点数据为第一采集点，以及保存轨迹的最后一轨迹点数据为最后采集点。

3.根据权利要求2所述的基于角度的轨迹数据压缩方法，其特征在于，所述轨迹点为GPS设备获取到的轨迹点数据。

4.一种基于角度的轨迹数据压缩装置，其特征在于，包括：数据获取单元和判断单元；

所述数据获取单元用于按预设频率获取当前轨迹点的移动数据，所述移动数据中包括轨迹点的移动方向；

所述判断单元用于判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阈值，若是，则保存该轨迹点，即该轨迹点为采集点，若否，则忽略该轨迹点；所述“判断当前轨迹点的移动方向与前一采集点的移动方向的夹角是否大于预设的角度阈值”具体为：判断上一存储的采集点至当前轨迹点的累积角度是否超过预设的阈值；

所述移动数据中还包括轨迹点的移动速度；

所述判断单元还用于判断当前轨迹点的移动速度与前一采集点的移动速度的差值是否大于预设的速度阈值，若是，则保存该轨迹点，若否，则忽略该轨迹点。

5.根据权利要求4所述的基于角度的轨迹数据压缩装置，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元用于保存轨迹的起始点数据为第一采集点，以及保存轨迹的最后一轨迹点数据为最后采集点。

6.根据权利要求4所述的基于角度的轨迹数据压缩装置，其特征在于，所述轨迹点为GPS设备获取到的轨迹点数据。