CN111723108A - 一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法及系统 - Google Patents

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CN111723108A CN202010467869.2A CN202010467869A CN111723108A CN 111723108 A CN111723108 A CN 111723108A CN 202010467869 A CN202010467869 A CN 202010467869A CN 111723108 A CN111723108 A CN 111723108A
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Abstract

本发明属于地图匹配领域，公开了一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法及系统。本发明对于路网数据和轨迹数据进行首次GeoHash编码后，即便更换其他的路网数据和轨迹数据，仍可以重复使用。因此GeoHash编码移植性强。根据对GeoHash编码码长的设置可以调整GeoHash网格大小适应不同粒度的候选路段选取要求，因此本发明对于具体环境的适应性强，提高了搜索速度。本发明利用跨越GeoHash网格的轨迹上相邻两点之间N点插补法填补不连续GeoHash网格。最终得出轨迹数据对应的GeoHash网格为连续相邻网格，符合实际轨迹数据，保证候选路段不间断。

Description

一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法及系统
技术领域
本发明属于地图匹配领域，具体涉及对路网数据与轨迹数据并行GeoHash 编码，尤其是一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法及系统。
背景技术
候选路段选取是地图匹配过程中的第一步，其对匹配准确率和效率非常重要。候选路段选取不合理导致集合内漏掉实际正确匹配的路段，在匹配中将错误延续导致最终匹配结果的错误；候选路段集合过大，会造成匹配时间过长，增加性能负载匹配效率降低。传统的候选路段选取方法大多采用静态网格划分方法将路网数据按照自定义规则划分成小网格，在地图匹配过程中需要计算每一个轨迹点所在的网格编号寻找对应网格中的路段作为候选路段集合。但网格划分的大小、规则因人而异难以统一，导致地图匹配算法仅应用于特定环境移植性太差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法及系统，用以解决现有技术中现有候选路段选取方法移植性、灵活性差、效率低等问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法，包括如下步骤：
步骤1：采集路网数据和轨迹数据，根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
步骤2：对步骤1得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，得到路网编码网格，其中：
步骤2.1：根据当前子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到当前子网格中心点坐标；
步骤2.2：将当前子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到当前子网格中心点纬度二进制码和当前子网格中心点经度二进制码；
步骤2.3：将当前子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将当前子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到当前子网格合并二进制码；
步骤2.4：将当前子网格合并二进制码进行Base32编码，得到当前子网格编号；
步骤3：判断步骤1得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则对轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后对插补完成的轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
步骤4：选取步骤2得到的路网编码网格中与步骤3得到的轨迹编码网格的子网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段。
进一步的，步骤3中在相邻两GPS点之间插补GPS点是指，
在相邻两GPS点(lon1，lat1)和(lon2，lat2)之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N*子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，N≥1，lon1为相邻的前一个GPS点的经度值，lat1为相邻的前一个GPS 点的纬度值，lon2为相邻的后一个GPS点的经度值，lat2为相邻的后一个GPS 点的纬度值，所述经度差为lon1-lon2，所述纬度差为lat1-lat2。
进一步的，所述插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小) /2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小) /2+M*子网格大小。
进一步的，步骤2.2利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。
一种基于GeoHash编码的候选路段选取系统，包括数据采集模块，矩形网格划分模块，GeoHash编码模块，GPS点插补模块和候选路段选择模块；
所述的数据采集模块用于采集路网数据和轨迹数据；
所述的矩形网格划分模块用于根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
所述的GeoHash编码模块对矩形网格划分模块得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，对GPS点插补模块得到的轨迹数据进行GeoHash编码，得到路网编码网格和轨迹编码网格，其中：
步骤2.1：根据子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到子网格中心点坐标；
步骤2.2：将子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到子网格中心点纬度二进制码和子网格中心点经度二进制码；
步骤2.3：将子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到子网格合并二进制码；
步骤2.4：将子网格合并二进制码进行Base32编码，得到网格编号，完成该子网格的GeoHash编码；
所述的GPS点插补模块用于判断数据采集模块得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则进入GeoHash编码模块；否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后获得插补完成的轨迹数据进入GeoHash编码模块；
所述的候选路段选择模块用于选取路网编码网格中与轨迹编码网格的网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段。
进一步的，GPS点插补模块中在相邻两GPS点之间插补GPS点是指，
在相邻两GPS点(lon1，lat1)和(lon2，lat2)之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N*子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，N≥1，lon1为相邻的前一个GPS点的经度值，lat1为相邻的前一个GPS 点的纬度值，lon2为相邻的后一个GPS点的经度值，lat2为相邻的后一个GPS 点的纬度值，所述经度差为lon1-lon2，所述纬度差为lat1-lat2。
进一步的，插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小) /2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小) /2+M*子网格大小。
进一步的，GeoHash编码模块中利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点：
(1)本发明对于路网数据和轨迹数据进行首次GeoHash编码后，即便更换其他的路网数据和轨迹数据，仍可以重复使用。因此本申请的GeoHash编码移植性强。
(2)本发明中根据对GeoHash编码码长的设置可以调整GeoHash网格大小适应不同粒度的候选路段选取要求，因此本发明对于具体环境的适应性强。
(3)本发明中利用GeoHash编码结果可以直接找出距离指定网格不同距离的网格，提高了搜索速度。
(4)本发明利用跨越GeoHash网格的轨迹上相邻两点之间N点插补法填补不连续GeoHash网格。最终得出轨迹数据对应的GeoHash网格为连续相邻网格，符合实际轨迹数据，保证候选路段不间断。
(5)本发明对路网数据和轨迹数据并行化GeoHash编码，大大提高了地图匹配候选路段选取的效率。
附图说明
图1是本发明的算法流程图；
图2是实施例中网格中心点示意图；
图3是缺失相邻网格插补法示意图；
图4是候选路段选取范围示意图；
图5是路网GeoHash编码字典数据。
具体实施方式
首先对本发明中出现的技术词语进行解释：
GeoHash编码：通过二分法对需要编码的数字进行无限逼近。
路网数据：城市道路网络中各路段的路段编号与经纬度信息数据。
轨迹数据：浮动车行驶过程中由GPS设备采集的位置经纬度信息序列。
实施例1
根据西安市道路网络中路段编号与经纬度数据，在本实施例中公开了一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法，包括如下步骤：
步骤1：采集路网数据和轨迹数据，根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
所述路网矩形网格中每个子网格的大小为纬度误差*经度误差，所述纬度误差和经度误差查表1选取；
在本实施例汇总根据GeoHash编码规则采用经度18位、纬度17位的编码长度，经纬度误差分别为0.00136°；
西安市原始地图中左下角坐标为(108.67,33.7)、右上角坐标为(109.81，34.75)。按照步骤1经度18位、纬度17位的编码规则，经纬度误差均为 0.00136°，所以将路网分割为0.00136°*0.00136°的矩形区域。西安市路网数据被分为840*774个子网格。
步骤2：对步骤1得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，得到路网编码网格，其中：
步骤2.1：根据子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到子网格中心点坐标(lon,lat)；
如图2所示，网格的左下角A坐标为(108.94455,34.18397)，右上角B坐标为(108.94591,34.18533)，则中心点C(即图中两条对角线相交的点)的坐标为(108.94523,34.18465)；
步骤2.2：将子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到子网格中心点纬度二进制码和子网格中心点经度二进制码；
对经度、纬度(108.94455,34.18397)分别进行二分逼近编码，地球纬度区间是[-90,90]，地球经度区间是[-180,180]；
对纬度的二分逼近编码过程：
(1)区间[-90,90]进行二分为[-90,0),[0,90]，称为左右区间，中心点坐标纬度34.18397属于右区间[0,90]，给标记为1；
(2)将右区间[0,90]进行二分为[0,45)，中心点坐标纬度34.18397属于左区间[0,45)，给标记为0；
(3)递归上述过程中心点坐标纬度34.18397总是属于某个区间[L,R]，随着每次迭代区间[L,R]总在缩小，并越来越逼近中心点坐标纬度34.18397；
(4)迭代到指定纬度17位码长，得到纬度的二进制编码110 01101 01111 00011；
同理，二分经度区间[-180,180]，对中心网格点经度二分逼近编码，迭代到指定经度18位码长，得到经度的二进制编码10 11000 01001 11100；
步骤2.3：将子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到子网格合并二进制码；
将中心点坐标的二进制码分别放在奇、偶位，将两个二进制码(110 01101 0111100011,10 11000 01001 11100)合并成一个二进制码11100 10110 10001 00110 1011110101 00101；
步骤2.4：将子网格合并二进制码进行Base32编码，得到网格编号，完成该子网格的GeoHash编码；
本实施例中，最终得到网格编号wqj6rp5；
优选的，本实施例中得到的路网编码网格结合原始地图数据形成了一个路网字典型数据如图5所示，网格标号后的数据分别为：路段ID，道路单双向信息(2双向，1单向)，经度，纬度。在本实施例中采用路网字典型数据作为步骤4中与轨迹编码网格匹配的依据，能够提高匹配的效率。
步骤3：判断步骤1得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则对轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后对插补完成的轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
相邻两GPS点在时间上连续，空间上可能连续；
步骤4：选取步骤2得到的路网编码网格中与步骤3得到的轨迹编码网格的网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段，参与到后续的地图匹配过程中。
为保证如图4轨迹数据处在GeoHash编码相同网格的边界及顶点处仅选取编码相同网格会遗漏正确匹配路段的情况同时选取与轨迹数据前几位编码相同的相邻8个Geohash网格。
具体的，步骤1中所述纬度误差和经度误差通过GeoHash编码规则选取是指，根据地图匹配过程中选取候选路段的数量与效率要求与GeoHash编码规则确定编码长度与误差；
表1
Figure RE-GDA0002602343550000081
Figure RE-GDA0002602343550000091
具体的，步骤3中在相邻两GPS点(lon1，lat1)、(lon2，lat2)之间插补 GPS点是指，在相邻两GPS点之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N* 子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，(lon1，lat1) 表示前一个点，(lon2，lat2)表示后一个点。
对于轨迹数据上两GPS点(108.920190,34.256593) (108.922650,34.253489)。经度差londis＝|108.920190-108.922650|＝0.00246，纬度差latdis＝|34.256593-34.253489|＝0.003104，Max(londis，latdis) ＝latdis＝0.003104，latdis/0.00136°＝0.0031040/00136°＝2.28，故取N＝2则利用插补法补充一个GPS插补点。
具体的，插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小) /2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小) /2+M*子网格大小。
插补点经纬度(lon1*，lat1*)如下：
lon1*＝lon1+(londis-N*0.00136°)/2+1*0.00136°＝108.920190-0.00026/2+1*0.0013 6°＝108.92142，
lat1*＝lat+(latdis-N*0.00136°)/2+1*0.00136°＝34.256593+0.000192/2-1*0.00136°＝ 34.255329；
生成的插补点包含标志位，标志位是插补点与原始点可进行区分的标志。
具体的，步骤2.2利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。
实施例2
在本实施例中公开了一种基于GeoHash编码的候选路段选取系统，包括数据采集模块，矩形网格划分模块，GeoHash编码模块，GPS点插补模块和候选路段选择模块；
所述的数据采集模块用于采集路网数据和轨迹数据；
所述的矩形网格划分模块用于根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
所述的GeoHash编码模块对矩形网格划分模块得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，对GPS点插补模块得到的轨迹数据进行GeoHash编码，得到路网编码网格和轨迹编码网格，其中：
步骤2.1：根据子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到子网格中心点坐标；
步骤2.2：将子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到子网格中心点纬度二进制码和子网格中心点经度二进制码；
步骤2.3：将子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到子网格合并二进制码；
步骤2.4：将子网格合并二进制码进行Base32编码，得到网格编号，完成该子网格的GeoHash编码；
所述的GPS点插补模块用于判断数据采集模块得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则进入GeoHash编码模块；否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后获得插补完成的轨迹数据进入GeoHash编码模块；
所述的候选路段选择模块用于选取路网编码网格中与轨迹编码网格的网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段。
具体的，GPS点插补模块中在相邻两GPS点之间插补GPS点是指，
在相邻两GPS点(lon1，lat1)和(lon2，lat2)之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N*子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，N≥1，所述经度差为lon1-lon2，所述纬度差为lat1-lat2。
具体的，插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小) /2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小) /2+M*子网格大小。
具体的，GeoHash编码模块中利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。

Claims (8)

1.一种基于GeoHash编码的候选路段选取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集路网数据和轨迹数据，根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
步骤2：对步骤1得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，得到路网编码网格，其中：
步骤2.1：根据当前子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到当前子网格中心点坐标；
步骤2.2：将当前子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到当前子网格中心点纬度二进制码和当前子网格中心点经度二进制码；
步骤2.3：将当前子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将当前子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到当前子网格合并二进制码；
步骤2.4：将当前子网格合并二进制码进行Base32编码，得到当前子网格编号；
步骤3：判断步骤1得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则对轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后对插补完成的轨迹数据进行GeoHash编码，得到轨迹编码网格；
步骤4：选取步骤2得到的路网编码网格中与步骤3得到的轨迹编码网格的子网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段。
2.如权利要求1所述的基于GeoHash编码的候选路段选取方法，其特征在于，步骤3中在相邻两GPS点之间插补GPS点是指，
在相邻两GPS点(lon1，lat1)和(lon2，lat2)之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N*子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，N≥1，lon1为相邻的前一个GPS点的经度值，lat1为相邻的前一个GPS点的纬度值，lon2为相邻的后一个GPS点的经度值，lat2为相邻的后一个GPS点的纬度值，所述经度差为lon1-lon2，所述纬度差为lat1-lat2。
3.如权利要求2所述的基于GeoHash编码的候选路段选取方法，其特征在于，插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小)/2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小)/2+M*子网格大小。
4.如权利要求1所述的基于GeoHash编码的候选路段选取方法，其特征在于，步骤2.2利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。
5.一种基于GeoHash编码的候选路段选取系统，其特征在于，包括数据采集模块，矩形网格划分模块，GeoHash编码模块，GPS点插补模块和候选路段选择模块；
所述的数据采集模块用于采集路网数据和轨迹数据；
所述的矩形网格划分模块用于根据GeoHash编码规则和候选路段选取要求将路网数据划分成路网矩形网格；
所述的GeoHash编码模块对矩形网格划分模块得到的路网矩形网格中的每个子网格按照步骤2.1至步骤2.4进行GeoHash编码，对GPS点插补模块得到的轨迹数据进行GeoHash编码，得到路网编码网格和轨迹编码网格，其中：
步骤2.1：根据子网格对角顶点的两个坐标求取平均值，得到子网格中心点坐标；
步骤2.2：将子网格中心点坐标编码转换为二进制码，得到子网格中心点纬度二进制码和子网格中心点经度二进制码；
步骤2.3：将子网格中心点纬度二进制码依次放置在奇数位，将子网格中心点经度二进制码依次放置在偶数位上，得到子网格合并二进制码；
步骤2.4：将子网格合并二进制码进行Base32编码，得到网格编号，完成该子网格的GeoHash编码；
所述的GPS点插补模块用于判断数据采集模块得到的轨迹数据中任意相邻两GPS点的经度差、纬度差与子网格大小的关系，若任意相邻两GPS点的经度差、纬度差均小于子网格大小，则进入GeoHash编码模块；否则，在所有不满足经度差、纬度差均小于子网格大小的相邻两GPS点之间插补GPS点，然后获得插补完成的轨迹数据进入GeoHash编码模块；
所述的候选路段选择模块用于选取路网编码网格中与轨迹编码网格的网格编号相同的子网格以及与该子网格相邻的8个子网格，获得选取的所有子网格中的路段作为候选路段。
6.如权利要求5所述的基于GeoHash编码的候选路段选取系统，其特征在于，GPS点插补模块中在相邻两GPS点之间插补GPS点是指，
在相邻两GPS点(lon1，lat1)和(lon2，lat2)之间插补(N-1)个GPS点，其中，N满足：N*子网格大小≤max(经度差，纬度差)≤(N+1)*子网格大小，N≥1，lon1为相邻的前一个GPS点的经度值，lat1为相邻的前一个GPS点的纬度值，lon2为相邻的后一个GPS点的经度值，lat2为相邻的后一个GPS点的纬度值，所述经度差为lon1-lon2，所述纬度差为lat1-lat2。
7.如权利要求6所述的基于GeoHash编码的候选路段选取系统，其特征在于，插补的GPS点的经纬度满足：
第M个插补点经度为lonM*＝min(lon1，lon2)+(经度差-N*子网格大小)/2+M*网格大小，M为[1,N-1]中的所有整数；
第M个插补点纬度为latM*＝min(lat1，lat2)+(纬度差-N*子网格大小)/2+M*子网格大小。
8.如权利要求5所述的基于GeoHash编码的候选路段选取系统，其特征在于，GeoHash编码模块中利用二分法将子网格中心点坐标编码转换为二进制码。
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