CN111010666B - 一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法 - Google Patents
一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,包括如下步骤:步骤1、创建地理围栏,由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中;步骤2、基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测。本发明先使用射线法和GeoHash编码检索法均可一次性粗略判定目标与所有围栏的关系,仅需要对两种判定结果不一致的围栏进行精确计算围栏与目标的关系,大幅度降低监测的时间,提高触发警报的实时性,实时目标报警的时延相应会降低,提高监测效率;降低了对发送端速率的影响。
Description
技术领域
本发明涉及地理位置定位领域,尤其涉及一种地理围栏事件实时监测方法。
背景技术
随着近年来GPS技术的不断发展和各类移动终端的使用率逐渐增高,各种基于位置的服务随之涌入我们的生活。实时地理位置相结合地理围栏技术为军事行业提供了安全保障,为人民的生活提供了极大的便利,特别是在我们日常出行和订餐服务等。
大规模的移动终端,实时发送定位信息,导致每秒都有海量数据产生,数据是不间断的。全球各地每秒会产生庞大的数据量,而我们的需求往往是关注一些重点区域的数据变化。地理围栏即可满足我们的需求。地理围栏是LBS(Location Based Service)的一种新型应用,其搭载卫星定位终端的移动设备进入或离开特定区域时产生事件报警,目前被广泛用于共享单车、儿童定位手表、网约车、外卖送餐等应用场景。
传统地理围栏监测方法采用Geometry空间关系判断算法,该方案精度较高,但时间复杂度较高,难以应对海量目标、大量围栏场景下的实时事件监控的需求。且随围栏数量增加,监测过程耗时呈倍数增长。
传统的目标进入(或退出)地理围栏的监测方案,获取地理围栏的边界数据,目标更新实时地理位置后,跟地理围栏边界数据进行比较,判断目标是否进入(或退出)地理围栏,实现目标进入(或退出)地理围栏的监测。现有地理围栏监测方案的缺点如下:1、效率低:现有方案中判断目标进入或离开围栏的方法是通过地理围栏边界数据集与目标经纬度的比较,如地理围栏为国家、省或市这种不规则图形,其边界数据集数据量较大,监测过程非常耗时,且每次只能判断目标与一个地理围栏的关系,如果有多个地理围栏,监测过程耗时呈倍数增长。2.实时性低:地理围栏事件监测的数据为实时数据,现有方案,对于每一个目标监测过程耗时过长,会导致数据的积压,后续数据监测后触发警报的实时性能降低。3.影响实时数据发送速率:如果采用TCP的方式发送实时数据,地理围栏监测耗时长,每秒服务处理的数据量低,会降低TCP端数据的发送速率。
发明内容
为了解决以上技术问题,本发明采用基于射线法和GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,可以大幅度缩小监测过程的耗时。本发明的技术方案如下:一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,包括如下步骤:
步骤1、创建地理围栏,由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中;
步骤2、基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测。
所述步骤1进一步包括如下步骤:
步骤1.1、创建地理围栏并记录该地理围栏关注事件,所述关注事件是指进入或退出事件;
步骤1.2、将地理围栏的地理信息存储至地理围栏表,根据围栏边界集数据存储其最大经度、最大纬度、最小经度、最小纬度,并以目标位置为起点向右创建一条水平线段;
步骤1.3、由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中。
所述步骤2基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测包括如下步骤:
步骤2.1、接入携带数据经纬度信息目标GPS实时数据流;
步骤2.2、获取目标的位置信息;
步骤2.3、以目标为起点生成一条与赤道相平行的线段,终点为二维地图右边缘;
步骤2.4、根据地理围栏表中围栏最大经度、最大纬度、最小经度、最小纬度生成地理围栏最小外接矩形;
步骤2.5、使用射线法判断目标与地理围栏的关系;计算线段与所有地理围栏外接矩形相交点的个数,相交点非奇数执行步骤2.6;相交点为奇数执行步骤2.10;
步骤2.6、判断缓存中是否存在该目标,如存在执行步骤2.7,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.7、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在地理围栏关注离开事件,如存在执行步骤2.8,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.8、触发警报;
步骤2.9、删除缓存中目标与地理围栏的关系记录,执行步骤2.16;
步骤2.10、根据目标位置信息计算长度为10的GeoHash编码;
步骤2.11、在地理围栏编码表中模糊查询目标的GeoHash值,计算查询结果中地理围栏id集合与步骤2.5中相交点非奇数地理围栏id集合的差集,对查询结果集执行步骤2.12;
步骤2.12、判断缓存中是否存在该目标,如存在执行步骤2.15,不存在则执行步骤2.13;
步骤2.13、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在关注进入事件,如存在执行步骤2.8,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.14、更新缓存中目标与地理围栏的关系;
步骤2.15、对步骤2.11中产生的差集数据精确定位围栏与目标的关系,确定围栏与目标的关系后执行步骤2.12~2.14;
步骤2.16、下一个目标重复步骤2.2~2.15。
所述步骤1.2还包括:使用射线法一次粗略判断目标与所有围栏的位置关系,快速确定目标不在哪些地理围栏。
所述步骤1.3还包括:地理围栏内部区域换成GoeHash编码集,基于GeoHash,相同区域有公共前缀的特性一次粗略判断目标与所有地理围栏的位置关系,快速确定目标在哪些地理围栏内。
本发明的技术方案相对于与技术方案,具有如下优点:
1.提高监测效率:射线法和GeoHash编码检索法均可一次性粗略判定目标与所有围栏的关系,使用射线法可确定目标是否在围栏外,使用GeoHash编码检索可确定目标是否在围栏内。仅需要对两种判定结果不一致的围栏进行精确计算围栏与目标的关系,大幅度降低监测的时间。
2.提高触发警报的实时性:提高了地理围栏监测效率,实时目标报警的时延相应会降低。
3.降低对发送端速率的影响:提高了地理围栏监测效率,数据处理速率不再是使用TCP协议发送数据速率的瓶颈。
附图说明
图1:射线法判断点与多边形关系示意图;
图2:Peano曲线填充二维全球地图;
图3:纬度编码过程示意图;
图4:经纬度编码整合成GeoHash码;
图5:base32编码表;
图6:全球base32编码表;
图7:地理围栏的外接矩形和内部GeoHash覆盖示意图;
图8:本发明的基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例,提出一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,包括如下步骤:
步骤1、创建地理围栏,由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中;
所述的地理围栏(geo-fencing)是现实世界地理区域的虚拟边界。应用程序或其他软件使用全球定位系统(GPS)、射频识别(RFID)、Wi-Fi或蜂窝数据,当移动终端设备进入或退出围绕地理位置设置的虚拟边界时,触发预先编程的动作,这个虚拟的边界称之为地理围栏。通常地理围栏允许管理员设置触发器,当设备进入(或退出)管理员定义的边界时,发生警报,警报信息一般包括设备的实时地理位置,可以发送到移动电话或电子邮件账户。
所述的GeoHash是一个公共域地理编码系统,它将二维经纬度编码为一串由字母和数据组成的字符串。GeoHash是一种层级化的空间数据结构,将空间划分为网格形状的桶,是Z阶空间填充曲线的众多应用之一。具体填充方式见附图1。
以经纬度值(116.389550,39.928167)为例进行GeoHash算法说明。首先对纬度39.928167进行算法逼近编码,地球的纬度区间是[-90.90],将区间[-90,90]进行二分为[-90,0),[0,90],称为左右区间,左区间编码为0,右区间编码为1。39.928167位于右区间标记为1,递归上述过程39.928167总是属于某个区间[a,b],随着每次迭代区[a,b]的范围越来越小,并越来越接近39.928167。最终经度编码为二进制串101110001100011。具体编码过程如附图3所示。
同理,地球经度区间为[-180,180],使用相同方法可对经度116.389550进行编码,纬度可编码为二进制串1101000101100010。根据GeoHash编码规则,合并编码后的二进制串,偶数位放经度,奇数位放纬度,生成新串,过程详见图4。
将新串11100 11101 00100 01111 01101转成十进制,对应着28,29,4,15,0,13,十进制对应的base32编码就是wx4g0e。参见图5所示。
GeoHash原理就是将整个地图或者某个分割所得的区域进行一次划分,由于采用的是base32编码方式,即Geohash中的每一个字母或者数字(如wx4g0e中的w)都是由5bits组成(2^5=32,base32),这5bits可以有32中不同的组合(0~31),这样我们可以将整个地图区域分为32个区域,通过00000~11111来标识这32个区域。第一次对地图划分后的情况如下图所示(每个区域中的编号对应于该区域所对应的编码)参见图6所示。。
GeoHash提供了诸如任意经度和从编码末尾逐渐删减字符以减小其长度(同时精度逐渐下降)的可能性等属性。由于经度逐渐下降,附近的地方一般(但不完全)会出现类似的前缀。两个区域GeoHash编码共享的前缀越长,位置就越近。
具体的,根据本发明的一个实施例,根据地理围栏的边界数据集生成地理围栏的最小外接矩形,如图7中地理围栏外接矩形。基于GeoHash特性,GeoHash编码越长精度越高。创建地理围栏后,根据围栏边界数据集生成一系列长度为12的GeoHash编码,GeoHash编码集仅覆盖地理围栏的内部区域,如图7中网格区域。不同地理围栏可能会有交集,GeoHash编码和地理围栏的id为联合主键插入到地理围栏编码表中。
具体的,地理围栏入库流程如下:
步骤1.1创建地理围栏并记录该地理围栏关注事件(进入或退出);
步骤1.2地理围栏的地理信息存储至地理围栏表,并根据围栏边界集数据存储其最大经度,最大纬度,最小经度,最小纬度。
步骤1.3由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中。
步骤2、基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测。
本发明的围栏事件监测原理为:
实时数据接入后,获取目标的位置信息,以目标位置为起始点生成一条水平线段,线段终点即为二维地图的右边界。用该线段与所有地理围栏的外接矩形进行相交判断,并记录相交点的个数。相交点不为奇数,则目标在地理围栏外;相交点为奇数则目标可能在地理围栏内。对目标的地理位置进行GeoHash编码生成GeoHash值,使用该GeoHash值模糊查询地理围栏编码表,模糊查询结果不为空值则证明目标在地理围栏内。仅需要对在地理围栏外接矩形内,但在Geohash编码覆盖范围内的目标,使用传统方法进一步精确判断目标与地理围栏的位置关系。
明确目标与地理围栏的关系,在缓存表中查询是否存在该目标,并根据围栏关注事项判定是否触发警报。如目标在地理围栏内,缓存表中不存在该目标且地理围栏关注进入,则触发相应警报。
在地理位置出现目标在地理围栏外接矩形内,但在GeoHash编码覆盖范围外的情况下需要使用传统方法精确判断目标与地理围栏的关系。明确目标与地理围栏关系,去缓存表比较上一个时间点目标与围栏的关系,如不一致发出警报。如目标在地理围栏内更新缓存信息。缓存中仅存储目标在地理围栏内的情况。
地理围栏监测流程如图8,包括:
步骤2.1、接入携带数据经纬度信息目标GPS实时数据流;
步骤2.2、获取目标的位置信息;
步骤2.3、以目标为起点生成一条与赤道相平行的线段,终点为二维地图右边缘;
步骤2.4、根据地理围栏表中围栏最大经度、最大纬度、最小经度、最小纬度生成地理围栏最小外接矩形;
步骤2.5、使用射线法判断目标与地理围栏的关系;计算线段与所有地理围栏外接矩形相交点的个数,相交点非奇数执行步骤2.6;相交点为奇数执行步骤2.10;
步骤2.6、判断缓存中是否存在该目标,如存在执行步骤2.7,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.7、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在地理围栏关注离开事件,如存在执行步骤2.8,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.8、触发警报;
步骤2.9、删除缓存中目标与地理围栏的关系记录,执行步骤2.16;
步骤2.10、根据目标位置信息计算长度为10的GeoHash编码;
步骤2.11、在地理围栏编码表中模糊查询目标的GeoHash值,计算查询结果中地理围栏id集合与步骤2.5中相交点非奇数地理围栏id集合的差集,对查询结果集执行步骤2.12;
步骤2.12、判断缓存中是否存在该目标,如存在执行步骤2.15,不存在则执行步骤2.13;
步骤2.13、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在关注进入事件,如存在执行步骤2.8,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.14、更新缓存中目标与地理围栏的关系;
步骤2.15、对步骤2.11中产生的差集数据精确定位围栏与目标的关系,确定围栏与目标的关系后执行步骤2.12~2.14;
步骤2.16、下一个目标重复步骤2.2~2.15。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,且应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (4)
1.一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、创建地理围栏,由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中;
步骤2、基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测;
所述步骤2基于GeoHash编码和射线法进行地理围栏监测包括如下步骤:
步骤2.1、接入携带数据经纬度信息目标GPS实时数据流;
步骤2.2、获取目标的位置信息;
步骤2.3、以目标为起点生成一条与赤道相平行的线段,终点为二维地图右边缘;
步骤2.4、根据地理围栏表中围栏最大经度、最大纬度、最小经度、最小纬度生成地理围栏最小外接矩形;
步骤2.5、使用射线法判断目标与地理围栏的关系;计算线段与所有地理围栏外接矩形相交点的个数,相交点非奇数执行步骤2.6;相交点为奇数执行步骤2.10;
步骤2.6、判断缓存中是否存在该目标,其中,缓存中仅存储目标在地理围栏内的情况,如存在执行步骤2.7,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.7、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在地理围栏关注离开事件,如存在执行步骤2.8,不存在则执行步骤2.16;
步骤2.8、触发警报;
步骤2.9、删除缓存中目标与地理围栏的关系记录,执行步骤2.16;
步骤2.10、根据目标位置信息计算长度为10的GeoHash编码;
步骤2.11、在地理围栏编码表中模糊查询目标的GeoHash值,计算查询结果中地理围栏id集合与步骤2.5中相交点为奇数地理围栏id集合的差集,使用传统方法,依次判断差集中地理围栏与目标的关系,判断目标是否在围栏内;当判断目标在围栏内时,执行步骤2.12;当判断目标在围栏外时,执行步骤2.6;
步骤2.12、判断缓存中是否存在该目标,如存在执行步骤2.14,不存在则执行步骤2.13;
步骤2.13、判断缓存中与目标相关地理围栏是否存在关注进入事件,如存在则触发报警,执行步骤2.14;如不存在则执行步骤2.16;
步骤2.14、更新缓存中目标与地理围栏的关系;
步骤2.16、下一个目标重复步骤2.2~2.14。
2.根据权利要求1所述的一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,其特征在于,所述步骤1进一步包括如下步骤:
步骤1.1、创建地理围栏并记录该地理围栏关注事件,所述关注事件是指进入或退出事件;
步骤1.2、将地理围栏的地理信息存储至地理围栏表,根据围栏边界集数据存储其最大经度、最大纬度、最小经度、最小纬度,并以目标位置为起点向右创建一条水平线段;
步骤1.3、由地理围栏边界数据集生成一系列GeoHash编码,将GeoHash编码和地理围栏id插入至地理围栏表中。
3.根据权利要求2所述的一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,其特征在于,所述步骤2还包括:
使用射线法一次粗略判断目标与所有围栏的位置关系,快速确定目标不在哪些地理围栏。
4.根据权利要求2所述的一种基于GeoHash的地理围栏事件实时监测方法,其特征在于,所述步骤2中还包括:
地理围栏内部区域换成GeoHash 编码集,基于GeoHash,相同区域有公共前缀的特性一次粗略判断目标与所有地理围栏的位置关系,快速确定目标在哪些地理围栏内。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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