CN105701255A

CN105701255A - 一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法

Info

Publication number: CN105701255A
Application number: CN201610162868.0A
Authority: CN
Inventors: 赵玺; 朱永成; 邹建华; 刘跃文
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: GUANGDONG XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY ACADEMY
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-06-22

Abstract

本发明公开一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，基于经度和纬度坐标进行转换获取，以区域编码为地理位置编码要素，根据需要编码区域的大小，规定四个基准点，形成包含待编码区域的矩形，该四个基准点为该矩形的四个顶点，以该矩形中心为原点，坐标轴平行于四条边，以象限数值编码区域的方法，层层细分，区域由大变小，区域编码中的各位数值表示各层中的目标所在区域，编码所在位数表示基准点层级数和精度值；经过处理后的位置编码，是一组由四进制数字转化为的十进制数字，采用本发明得到的编码，便于理解、节省存储空间及传送流量，实现了更快速度的查找，在位置数据比较分析时也具有一定的优势，可作为记录地理位置数据的一种方式。

Description

一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法

技术领域

本发明属于地理位置技术领域，涉及地理坐标技术，特别涉及一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法。

背景技术

随着网络移动化的不断发展，对于地理定位方面的需求越来越多。除了传统的GPS导航定位需求，各式各样LBS(基于地理位置场景的服务)的应用越来越多，如位置签到、团购推荐等。位置信息已经成为O2O(Online-to-Outline)产品发掘有效信息的重要来源。

目前，位置提供商提供位置信息时，是通过GPS或北斗全球定位系统确定的坐标数据，这类数据是用经度和纬度表示，如：121.2394E，80.7901N。这种数据在存储时占据的空间较大，不便于在信息系统中传输，查找位置目标时，速度也比较慢。在位置数据分析时，也相对比较困难。

中国专利CN201310049353.6，公开了名称：应用于地图服务的地理坐标编码表示方法的专利，其中采用平面坐标系，标示地理信息是固定的，主要由四个部分组成：第一部分是国家号，区号，第二部分是城市区域号，第三部分和第四部分是对目标位置进行数字编码(分别表示东西和南北位置)：以城市中特定点为中心，X轴正向为东，负向为西；Y轴沿南北方向，且正向为北，分别对应经纬度。在此坐标系中，用数值代表区域，即区坐标，如x＝2，y＝5代表一个矩形(一个跨度单位代表的距离可以根据需求设定)，并往下细分，即区域内继续建立坐标系，将区域逐步细化，先大区，后小区，后面越来越小。专利中的编码规则要求每一座城市均需要确定一个中心点；精度也只能以10倍数进行提高，动态调节的范围较小；编码采用4个部分的数据，数据较多，X,Y代表坐标区域编码。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，具有方便地图查找、形象直观、更容易存储和传递等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，以区域编码为地理位置编码要素，根据需要编码区域的大小，规定四个基准点，形成包含待编码区域的矩形，该四个基准点为该矩形的四个顶点，以该矩形中心为原点，坐标轴平行于四条边，以象限数值编码区域的方法，层层细分，区域由大变小，区域编码中的各位数值表示各层中的目标所在区域，编码所在位数表示基准点层级数和精度值。

本发明中，基准点的选择是可变的，只需满足四个基准点组成一个矩形即可。

本发明中，将四个基准点与目标位置编码组合，即可实现对任意位置的编码。

本发明中，以每一层的矩形中心为原点，平行于矩形边为x，y轴，建立区域坐标系，将矩形区域分割在四个象限；其中，以所述四个基准点形成的矩形为第一层矩形，以目标在第一层矩形的象限对应的矩形为第二层矩形，第二层矩形四个顶点分别是：第一层矩形的中心点、第一层矩形的区域坐标系中x，y轴与第一层矩形的边的交点、第一层矩形的一个顶点。如此层层细分，分别以所在各层矩形的象限数作为编码的一部分，当编码确定后，表示目标位置位于一个局域，局域的范围是编码所代表的一个矩形区域。

本发明中，根据四进制编码的数字，由高位数字到低位，分别代表不同的局域，层层包含，且四进制编码的位数代表了编码系统精度的层级数，定位时，由大区域到小区域，每往下细分一次，区域缩小为原来的四分之一，实现快速定位。

本发明中，可以将编码的区域作为新区域的一部分，向外扩展。优势在于，当编码区域(基准点区域)以一定的方式扩展时，相同局域的新编码只需要在局域原编码前加上相应的编码即可。

本发明中，可根据不同的精度要求调整编码的位数，每增加一层，编码位数增加一位，精度增加一倍，精度动态的调节范围是基准点区域边长的2的-n次方，其中n为编码的总位数。

本发明地理位置编码方法可以应用于软件应用开发，尤其是与大规模个体位置表征及运动轨迹比对这类问题相关的应用。

本发明的方法将采用了坐标系划分区域并编码的方法，层层细分，根据实际情况，区域由大到小，逐步查找目标位置。与现有技术相比，本方法具有以下优点和效果：

1、本发明可以将地理位置坐标转换为十进制的整形数，节省存储空间和传递流量，在位置数据比较分析方面也具有一定的优势；

2、本发明可以实现更快速度的查找，形象直观，可以作为一种新的编码定位方式。

3、本发明在以图4特定的方式拓展区域时，可以快速实现原编码位置在更大区域内的扩展编码。

附图说明

图1是本发明基准点ABCD位置示意图，图中实线围成的不规则区域为待编码区域。

图2是本发明基准点区域目标的编码示意图。

图3是本发明目标位置示意图。

图4是本发明拓展区域的四种方式示意图。

图5是本发明位置编码示意图。

图6是应用本发明方法的中国地图编码示意图。

图7是编码解码示意图。

图8是本发明扩展后目标在新区域的示意图。

图9是本发明实施例中小明从宿舍到教学楼D的运动轨迹示意图。

图10是本发明实施例中区域X和区域Y示意图，编码分别为21和02。

图11是本发明实施例中某时刻特定人群的位置分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明坐标的编码形式为：编码P，四个坐标点ABCD

其中：P为区域内目标位置的编码；坐标点ABCD是编码前确定的基准点的坐标，由于基准点在编码初始化后基本保持不变。在存储和传输时，基准点只需要存储或者传递一次，在同样基准点下的编码数据存成一组。

编码的具体表示方法：

如图1，图中目标位置位于实线围成的区域。编码之前，需要选取四个固定点作为基准分别点记为ABCD，形成一个矩形，可以将指定的区域包围(比如贴近区域轮廓的矩形)。然后，对于区域内部的任何一个位置，都可以实现编码，具体方案如下。

首先，以矩形中心为原点，建立二维坐标系(x，y轴分别平行于四条边，可以称为第一层区域坐标系)，矩形被分成四个相同的区域，如图1示，区域被坐标系分成4个部分，根据每个部分所在象限数字对本区域进行编码：位于第一象限的局部区域被编码为0，位于第二象限的局部区域被编码为1，位于第三象限的局部区域被编码为2，位于第四象限的局部区域被编码为3。于是图中的四个区域分别可以编码数字为0、1、2、3(这是编码位数为1的情况)，位于同一层，共同组成区域编码的第一层。如图2，目标位于第一象限相应的局域，则目标位置编码的第一位数字相应为0。

同理，以层级式往下，逐渐细分。采用上述的方法对划分成的局域继续编码：如图2中目标位于局域0，将该矩形部分(为层级式划分的第二层)继续细分，以该矩形中心为原点，目标所在象限区域数字作为编码的第二位。在局域0中被划分成四个相同小部分，它的编码的第二位数字分别为0、1、2、3，目标(阴影部分)位于第二层矩形区域的第一象限，因此目标位置(阴影部分)编码前两位为00。

继续往下细分，每一层向下细分的四个区域是大小形状相同的。根据规则，可以分到第三层、第四层……直到达到精度的要求。编码的长度可以是10位、11位甚至更长，每增加一位编码，精度就会提高一倍，直到满足精度的要求，最终将获得一个位置编码P。其中P为一个四进制的数字。在图2中，目标的位置分别表示为000，转换为十进制数为0。

上述的编码方案是通过区域的层层划分实现，位置范围区域由大到小，每一层内部的编码局域是由上往下层层包含。如图3示，在基准点是ABCD时，目标点的编码是01。然后将区域扩大四倍至AB'C'D'时(AB'C'D'新的基准点，并且新的基准点区域边长是原来区域ABCD边长的两倍)。原来的区域ABCD在新区域AB'C'D'中，区域编码为1。方案中区域编码的方式是层层划分的，因此目标位置在新区域中的编码，是将1添加在原编码01之前，为101，转化为十进制是17。与此类似，其他在ABCD基点内的编码都可以通过先转化为四进制编码，并添加1后再转化为新的十进制编码。

当编码的区域需要扩展时(重新确定基准点)，按照图4中的四种扩展方式(边长均增加一倍)，可以在原来的编码前加上相应的前缀编码(指原基准点区域ABCD在扩展后的区域AB'C'D'中的区域编码)，即为目标位置在新区域中的新编码。

上述是关于本发明的编码方法具体内容，备注补充几点：

1、基准点ABCD的选择问题：ABCD的选择可以是任意的，可以根据需要动态调整，只需要满足ABCD可以构成一个矩形即可。如果，定位的需求都来自某一个城市或者区域，可以将基准点设定合适位置(如包含该区域轮廓)。一旦基准点确定后，区域内多尺度局域划分已定，其内部位置编码也相应确定。

2、编码的应用：应用四个基准点，可以对区域内任意的位置进行编码。采取基准点+编码的方式，可以对全球的任意位置进行编码或定位。

3、编码的存储和传递：编码P加坐标点ABCD是编码的形式。一般来说，基准点在编码时极少改动，在存储和传输时，只需要存储或者传递一次，在同样基准点下的编码数据存成一组。当基准点变化时，可以重新存储和传递一次基准点，并将编码数据存成另一组。

4、编码精度问题：位置精度可以改变。每增加一位编码数字，编码的精度就提高一倍。假设编码的位数是n，那么精度为矩形ABCD边长乘以2的-n次方，可以根据需要。

5、编码转化：位置的编码是一列由四进制的数字转化出的十进制数。

以下是若干具体的实施例。

实施例1

如图5，以北京市地图为例，选取A(116.31257E,39.981754N)、B(116.48102E,39.981754N)、C(116.48102E,39.873306N)、D(116.31257E,39.873306N)为四个基准点，AB＝CD＝14.1km，AD＝BC＝11.8km，目标位置点为E(116.410018E,39.953054N)。为方便描述，以矩形中心为原点(0,0)，CB、DC方向分别为y、x轴建立坐标系。

首先目标E位于基准点矩形ABCD区域内，按照方案，逐步细化分层，如图。第一层：目标点E位于新区域坐标系的第1象限，编码P第一位为0，两个方向的精度分别为7.05km，5.9km；第二层：在第一层目标所在的象限区域1中，重新建立坐标系，细化。E位于区域坐标系的第3象限，编码P的第二位为2，两方向的精度为3.5025km和2.95km；第三层：继续重复划分区域，E位于第三层区域的第2象限，编码P的第三位为1，两方向的精度分别为1.7513km和1.475km；第四层：E位于第1象限，编码的第四位是0，精度分别为0.8757km和0.7375km。如此继续往下划分，直到精度达到要求。假设精度要求是12.5km，根据求解过程目标的编码为0210，转化为十进制数为0+32+4+0＝36。

实施例2

如图6示，以本发明方法可以对全中国的位置进行编码。

实施例3

假设给定4个基准点坐标ABCD，给出目标编码36，编码精度对应编码位数是4，查找目标位置的过程如下：

首先，如图7示，将36转化为四位四进制数0210，然后对区域ABCD进行划分。第一层：编码的第一位数字是0，目标位于第一象限区域；第二层：编码的第二位数字是2，目标位于第三象限；第三层：编码的第三位数字是1，目标位于第2象限区域；最后一层：编码的第四位数字是0，目标位于第1象限区域，即阴影部分。上述步骤就可以查找到目标所在的区域范围见图7的阴影部分。查找过程中，区域由大变小，层层细化，每向下细分一层，区域大小就缩小为原区域的四分之一，实现了快速的查找。

实施例4

例1中，目标位置在ABCD区域中的编码为36，转化为四进制为0210，当区域扩展为图8中的区域A'BC'D'时，原区域在新区域A'BC'D'的编码是0，将0增加至目标原编码0210前，得到目标在新区域的编码为00210，再转化为十进制数：36。

实施例5

具体结合北京市城区的具体大小，可以把基准区域设置为边长50000米的正方形区域。编码的精度是随着位数的增加而增加，当编码的四进制位数为10时，定位精度为50000×2-10＝48.83米。如果需要实现20米的定位精度(GPS定位精度误差)，则需要12位四进制编码(50000×2-12＝12.21米)，转化为十进制最大为412-1＝16777215，即十进制编码的最大为8位数字，int型(一般为4个字节)可存下，比经纬度两个double型数据(一般为8个字节)节省了12个字节的空间，存储占用的空间仅为后者的1/8。

实施例6

在西安上学的小明，想记录一天的运动轨迹，按照本发明的方案是，对小明的运动位置进行编码并记录，具体表现是一串数字。如图9示，图中的小黑点是小明在某个时间点的位置，以图中点ABCD为基准点，经过编码后运动轨迹可以表示为一串四进制数字：2130，2021，2012，2011，1322，1321，1312，1311，1310，1301，1300，1033。十进制表示为：157，137，134，133，122，121，118，117，116，113，112，79。按照时间顺序连接起来就可以复原小明的运动轨迹。

实施例7

构建一个社交产品时，通常会基于地理位置信息，如果需要识别判定从一个区域X运动到另一个区域Y内的用户。本发明的方案是：将区域X的编码(假定区域X编码的四进制形式有m位)，将X编码分别与用户的运动轨迹编码的前m位进行逐一比对，如果相同，说明位置在区域X内。然后，使用Y区域编码进行比对。如果运动轨迹中同时包含在X和Y区域的点，说明用户曾经从区域X前往Y，或者从区域Y到X。

如图10示，区域X和区域Y编码分别为：21和02，例6中小明的运动轨迹为：2130，2021，2012，2011，1322，1321，1312，1311，1310，1301，1300，1033。分别将每一个位置编码由第一位往后，与区域X的编码21比较，发现位置2131的前两位与区域21吻合，因此运动轨迹经过区域X。同理，将区域Y编码02与运动轨迹的每一个编码的前两位比较，发现没有与之相同的编码，因此小明没有经过区域Y，由此可判断小明没有从区域X前往区域Y。

实施例8

给定一个区域如图11示，已知某个时间点特定人群的位置数据四进制编码(精度为四位)是：0202，0210，1311，1312，1230，1020，1022，1031，需要快速统计出现在在这个区域(阴影部分)里的人数。如图11示，阴影部分区域的编码为两位编码13，直接将各位置编码的前两位与13比较，若相同表明位置处于阴影局部内，显然位置1311,1312位于阴影部分内，共计2人。

实施例9

对于实施例7的问题，再拓展一下，如果希望得到一段时间内由区域X前往区域Y的用户。本发明的方案是，在位置编码的基础之上，加上一个时间信息，组合形成时空编码，加上时间的判定条件，利用实施例7中的方法即可解决这类问题。

Claims

1.一种应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，以区域编码为地理位置编码要素，其特征在于，根据需要编码区域的大小，规定四个基准点，形成包含待编码区域的矩形，该四个基准点为该矩形的四个顶点，以该矩形中心为原点，坐标轴平行于四条边，以象限数值编码区域的方法，层层细分，区域由大变小，区域编码中的各位数值表示各层中的目标所在区域，编码所在位数表示基准点层级数和精度值。

2.根据权利要求1所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，所述基准点的选择是可变的，只需满足四个基准点组成一个矩形即可。

3.根据权利要求1所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，将四个基准点与目标位置编码组合，实现对任意位置的编码。

4.根据权利要求1所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，以每一层的矩形中心为原点，平行于矩形边为x，y轴，建立区域坐标系，将矩形区域分割在四个象限；其中，以所述四个基准点形成的矩形为第一层矩形，以目标所在第一层矩形的象限对应的矩形为第二层矩形，如此层层细分，分别以所在各层矩形的象限数作为编码的一部分，当编码确定后，表示目标位置位于一个局域，局域的范围是编码所代表的一个矩形区域。

5.根据权利要求4所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，根据四进制编码的数字，由高位数字到低位，分别代表不同的局域，层层包含，且四进制编码的位数代表了编码系统精度的层级数，定位时，由大区域到小区域，每往下细分一次，区域缩小为原来的四分之一，实现快速定位。

6.根据权利要求1所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，将编码的区域作为新区域的一部分，向外扩展。

7.根据权利要求1所述应用于快速位置检索的区域地图坐标编码方法，其特征在于，根据不同的精度要求调整编码的位数，每增加一层，编码位数增加一位，精度增加一倍，精度动态的调节范围是基准点区域边长的2的-n次方，其中n为编码的总位数。