CN113465616B - 轨迹异常点检测方法和装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轨迹异常点检测方法和装置、电子设备、计算机程序产品及计算机可读存储介质。该轨迹异常点检测方法包括：获得包括多个位置点的推算轨迹；在所述多个位置点中选取多个锚点；为各所述锚点设置多元组；对各所述多元组进行异常检测；根据异常检测的结果，确定异常点。

Description

轨迹异常点检测方法和装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及导航地图，尤其涉及导航地图的轨迹解算。
背景技术
与传统的导航地图相比，高精度地图(HD Map，High Definition Map)无论是信息的丰富度还是信息的精度方面，都远远高于传统导航地图，不仅能提供道路(Road)级别的导航信息，还能够提供车道(Lane)级别的导航信息，对于无人驾驶系统等具有重要的意义。利用专业的采集车，到现实交通环境中采集数据，然后基于某种轨迹推算技术，得到能将这些环境数据精准组织起来的轨迹，进而拼凑出与真实道路信息一致的地图，是制作高精度地图的大体流程。其中，采集车上搭载的专业采集设备收集到环境数据可以理解为高精度地图的血肉，那么将其串联起来的轨迹则理解为高精度地图的骨架。轨迹精度越高，地图的整体质量就越好。目前获取车体精准运动轨迹的手段主要有两种：组合导航技术以及即时定位与建图(SLAM)技术。其中SLAM技术对环境依赖性比较强，容易受到多种因素(如场景特征退化、动态物遮挡等)的干扰从而导致轨迹解算失败。组合导航技术主要利用高精度惯导以及GPS定位信息进行轨迹解算，相对稳定，且支持长距离采集。在开阔地带如高速高架，组合导航技术通常能得到精度很高的轨迹，但对于高楼林立的城市场景，由于建筑物的遮挡，卫星信号容易丢失，导致解算的轨迹容易出现一些异常跳点或异常点(如图1所示)，如果不做处理，则会影响高精度地图的局部精度。目前，现有技术没有很好的办法来检测确定这些异常点。
发明内容
本发明鉴于现有技术的以上缺点做出，用于解决或缓解现有技术中存在的一个或更多个缺点，至少提供一种有益的选择。
根据本发明的一个方面，提供了一种轨迹异常点检测方法，包括：获得包括多个位置点的推算轨迹；在所述多个位置点中选取多个锚点；为各所述锚点设置多元组；对各所述多元组进行异常检测；根据异常检测的结果，确定异常点。
根据本发明的另一个方面，提供了一种轨迹异常点检测装置，包括：推算轨迹获取单元，获得包括多个位置点的推算轨迹；锚点选取单元，在所述多个位置点中选取多个锚点；多元组设置单元，为各所述锚点设置多元组；异常检测单元，对各所述多元组进行异常检测；异常点确定单元，根据异常检测的结果，确定异常点。
根据一种实施方式，所述多元组为四元组，其中针对各锚点，所述四元组为该锚点(B)、所述推算轨迹中在该锚点前距该锚点不小于预定距离(d)的第一点(A)、所述推算轨迹中在该锚点后距该锚点不小于该预定距离(d)的第二点(C)、以及所述推算轨迹中在所述第二点(C)之后距所述第二点不小于该预定距离的第三点(D)。
根据一种实施方式，针对各锚点，所述多元组设置单元通过改变所述预定距离(d)而获得多个所述四元组。
根据一种实施方式，所述异常检测单元利用所述四元组中的四个点形成的三个角度
Figure SMS_1
来进行异常检测，其中
Figure SMS_2
分别表示AB和BC之间的夹角、BC和CD之间的夹角、AB和BD之间的夹角。
根据一种实施方式，所述推算轨迹中各位置点的坐标为WGS84坐标，其中所述轨迹异常点检测装置还包括坐标转换装置，该坐标转换装置针对各锚点，以该锚点为坐标原点，将该锚点以及其前后的点都转到局部站心坐标系。
根据本发明的另一方面，还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现本发明的轨迹异常点检测方法。本发明还涉及一种计算机软件(计算机程序产品)，该计算机软件在被计算装置(处理器，例如单片机、电脑、CPU等)执行时，可以实现本发明的方法。
本发明还涉及一种计算机可读存储装置，例如硬盘、软盘、闪存等，该计算机软件存储装置存储有上述的计算机软件。
本发明能够迅速提取轨迹中的异常点，从而为后续的轨迹修复提供异常位点，保证地图的精度。
附图说明
结合附图可以更好地理解本发明。附图都是示意性的，不是对本发明保护范围的限制，也不是按照比例示出的。
图1是用于现有技术的异常点的示意图。
图2是示出了依据本发明的一种实施方式的轨迹异常点检测方法的示意性流程图。
图3示出了依据本发明的一种实施方式的多元组设置的示意图。
图4示出了针对特定锚点生成多个四元组的示意图。
图5示出了异常点检测的示意图。
图6是示出了依据本发明的另一种实施方式的轨迹异常点检测方法的示意性流程图。
图7是示出了依据本发明的一种实施方式的轨迹异常点检测装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。这些实施方式都是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。
图2是示出了依据本发明的一种实施方式的轨迹异常点检测方法的示意性流程图。如图2所示，依据本发明的一种实施方式的轨迹异常点检测方法首先在步骤S100获得推算轨迹。该推算轨迹可以利用现在已知或将来知悉的各种办法来获得。例如利用采集车上搭载的专业采集设备收集到环境数据并利用组合导航技术来进行计算而获得。根据一种实施方式，推算轨迹文件的每一行包含如下信息：时间戳、WGS84坐标系下的位置(纬度，经度和高度)。
可以利用输入设备来获得本地输入或远程传递来的推算轨迹。该推算轨迹中包括多个位置点。该推算轨迹可表示为T＝{(ti，loni，lati，hi)|i＝1，2，...，n}，轨迹中的位置点根据时间先后存储，其中ti，loni，lati，hi分别表示第i个位置点对应的时间戳、经度、维度以及高度，n表示该轨迹包含的位置点总数。
随后，在步骤S200中，在这些位置点中选取多个锚点。在一种实施方式中，例如将推算轨迹中的初始位置点之后第一预定距离(例如距离d)的第一个位置点设为第一锚点，并去除推算轨迹的尾点以及距该尾点第二预定距离(例如2d)的位置点，将所述第一锚点以及之后所有未被去除的点均设为锚点。可以依据一定的算法来选取锚点，从而加快本发明的方法的运算速度。例如依据一种实施方式，锚点的选取可按照固定的时间间隔进行采样，例如原始轨迹的时间间隔为0.01s，采样时间间隔可以设置为0.1s，这样可以将锚点的个数降为原始轨迹点的十分之一，加快后续的异常检测。另外一种方式是按照固定距离间隔采样，即选取的锚点之间的距离间隔不能小于设定距离阈值，设置合理的阈值，也可以提高后续检测的效率。
随后，在步骤S300，进行多元组的设置。多元组可以是三元组也可以是四元组。当然也可以是更多元的组。下面以四元组为例进行介绍。
图3示出了依据本发明的一种实施方式的多元组设置的示意图。如图3所示，依据一种实施方式，锚点由字母B对应的实心黑点所示，所谓的四元组，是指以预定间隔(距离间隔)d，从B前后取三个点A、C、D(tA＜tB＜tC＜tD)构成的集合，其中点A是在B之前，第一个与之距离不小于d的位置点，点C在点B之后，第一个与之距离不小于d的位置点，而点D则是在点C之后第一个与点C距离不小于d的位置点。
进一步，根据本发明的一种实施方式，可以通过设置不同的距离间隔，生成多个尺度的四元组，从而提高异常点的召回率。图4示出了针对特定锚点生成多个四元组的示意图。如图4中所示，如果设定三个距离间隔d1，d2，d3，则可以生成三个尺度的四元组集合Ω＝{(Ai，B，Ci，Di)|i＝1，2，3}。
应该注意，在上面的方法中，采用了选取特定的锚点前面一个位置点、其后两个位置点来构建四元组。但这只是示意性的。可以从特定锚点B前后取三个点A、C、D(tA<tC<tB<tD)构成的集合，其中点C是在B之前，第一个与之距离不小于d的位置点，点D在点B之后，第一个与之距离不小于d的位置点，而点A则是在点C之前第一个与点C距离不小于d的位置点。
对于三元组的情况，对于特定的锚点B，可以选取点A和点C，通过调整预定距离d，也可以为该锚点B生成多个三元组。
本领域的技术人员应该可以理解，多元组的选取的方法不同，会影响对锚点的选择。例如对选择三元组时，可以仅去除推算轨迹的尾点以及距该尾点预定距离1倍而不是两倍范围内的点。
回到图2，在步骤S400，对各所述多元组进行异常检测。在所述多元组为四元组的情况下，根据一种实施方式，利用所述四元组中的四个点形成的三个角度
Figure SMS_3
来进行异常检测。
图5示出了异常检测的示意图。如图5的第三个子图所示，对于四元组(A，B，C，D)，首先计算三个夹角
Figure SMS_4
它们分别表示AB和BC之间的夹角、BC和CD之间的夹角、AB和BD之间的夹角。其中，
Figure SMS_5
Figure SMS_6
Figure SMS_7
b＝(b1，b2，b3),acos(·)表示反余弦函数。
其中黑体a表示欧式空间中的一个向量，a1、a2、a3分别是其在三个正交轴上的分量；同理，黑体b表示欧式空间中的另一个分量，b1、b2、b3是其在三个正交轴上的分量。
Figure SMS_8
Figure SMS_9
则基于上述定义即可算出角度α；类似地，β、γ也可同理得出。
上面的判断是基于角度的变化进行异常检测的。还可以通过如下方式进行异常检测。首先，从四元组A,B，C,D中拟合一条直线，该直线至少经过其中的三个点，如果B到直线的距离大于设定的阈值，那么B点为异常点，否则，为正常点；如果不能拟合经过3个点的直线，那么该方法不做任何判断。
得到上述三个角度值后，作如下判断:如果α≥δ1andβ≥δ1andγ≥δ2，其中δ1，δ2为提前预设的角度阈值，且满足δ2＜δ1，那么四元组(A，B，C，D)则被判定为异常；否则判定为正常。
对于图5的其他子图，可以同样地进行计算。
随后在步骤S500，根据异常检测的结果，确定异常点。在仅有一个四元组的情况下，将其四元组被判断为异常的锚点确定为异常点。在有多个四元组的情况下，如果四元组集合Ω＝{(Ai，B，Ci，Di)|i＝1，2，3}中的所有四元组都被判定为正常，则锚点B最终被标记为正常；否则标记为异常点。
依次遍历轨迹T＝{(ti，loni，lati，hi)|i＝1，2，...，n}中的每一个位置点，基于上述检测方法，可以得到每个位置点的检测结果，并将相应的结果以文件形式输出。
所获得的异常点可以用来进行异常点修复。
图6是示出了依据本发明的另一种实施方式的轨迹异常点检测方法的示意性流程图。如图6所示，依据本发明的另一种实施方式的轨迹异常点检测方法增加了坐标转换步骤S600。考虑到WGS84坐标不利于距离角度的计算，可以把轨迹的位置从WGS84坐标系转到局部站心坐标系。为了减少参考点位置对局部坐标转换过程中可能造成的精度损失影响，根据一种实施方式，都以相应的锚点为坐标原点，然后将其前后的点都转到该坐标系下，从而保证转换的精度。可以在确定锚点之后，进行坐标转换，也可以在确定特定锚点的四元组时，进行坐标转换。例如，在考察每个四元组的时候，都以相应的锚点为坐标原点，然后将其前后的点都转到该坐标系下，从而保证转换的精度。具体的，位置点A在以位置点B为原点的局部站心坐标系下的坐标可由下式计算得出：
xA＝(lonA-lonB)Rnhcos(latB)，
yA＝(latA-latB)Rmh，
zA＝hA-hB， (2)
其中Rmh，Rnh分别是参考点坐标(lonB，latB，hB)处对应的子午圈主曲率半径以及卯酉圈主曲率半径。
图6的其他步骤与图2中的相同，因而在此不予赘述。
图7是示出了依据本发明的一种实施方式的轨迹异常点检测装置的示意图。如图7所示，依据本发明的一种实施方式，一种轨迹异常点检测装置10包括：推算轨迹获取单元100，其获得包括多个位置点的推算轨迹；锚点选取单元200，其在所述多个位置点中选取多个锚点；多元组设置单元300，其为各所述锚点设置多元组；异常检测单元400，其对各所述多元组进行异常检测；以及异常点确定单元500，其根据异常检测的结果，确定异常点。
根据一种实施方式，该多元组为四元组，针对特定锚点，所述四元组为该锚点(B)、所述推算轨迹中在该锚点前距该锚点不小于预定距离的第一点(A)、所述推算轨迹中在该锚点后距该锚点不小于预定距离(d)的第二点(C)、以及所述推算轨迹中在所述第二点(C)之后距所述第二点不小于预定距离的第三点(D)。
根据一种实施方式，所述推算轨迹中各位置点坐标为WGS84坐标，所述轨迹异常点检测装置还包括坐标转换装置600，针对各特定锚点，以该特定锚点为坐标原点，将其前后的点都转到局部站心坐标系。坐标转换装置600是可选的装置。
根据一种实施方式，针对各特定锚点，所述多元组设置单元通过改变所述预定距离(d)而获得多个四元组。
根据一种实施方式，所述异常检测单元利用所述四元组中的四个点形成的三个角度
Figure SMS_10
来进行异常检测。
本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现本发明的轨迹异常点检测方法。
本发明还涉及一种计算机软件，该计算机软件在被计算装置(例如单片机、电脑、CPU等)执行时，可以实现本发明的方法。
本发明还涉及一种计算机软件存储装置，例如硬盘、软盘、闪存等，该计算机软件存储装置存储有上述的计算机软件。
本领域的技术人员应该理解，上述的各装置和单元可以由专门的硬件来实现，例如现场可编程门阵列、单片机、或微芯片等，或者也可以通过软件结合硬件的方式来实现。
本发明对方法的说明可以用于理解对装置和单元的说明，对装置和单元的说明也可以用于理解本发明的方法。
以上说明仅仅是示意性的，不是对本发明的保护范围的限制，在本发明的权利要求范围内的任何改变、替换均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种轨迹异常点检测方法，包括：
获得包括多个位置点的推算轨迹；
在所述多个位置点中选取多个锚点；
为各所述锚点设置多元组；
对各所述多元组进行异常检测；
根据异常检测的结果，确定异常点，
其中，所述多元组为四元组，其中针对各锚点，所述四元组为该锚点(B)、所述推算轨迹中在该锚点前距该锚点不小于预定距离(d)的第一点(A)、所述推算轨迹中在该锚点后距该锚点不小于该预定距离(d)的第二点(C)、以及所述推算轨迹中在所述第二点(C)之后距所述第二点不小于该预定距离(d)的第三点(D)，
其中，从所述四元组中拟合一条直线，该直线至少经过其中的三个点，如果所述锚点(B)到直线的距离大于设定的阈值，那么所述锚点(B)为异常点，否则，为正常点；如果不能拟合经过三个点的直线，那么不做所述锚点(B)是否异常的判断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对各锚点，通过改变所述预定距离(d)而获得多个所述四元组，形成四元组集合，
其中，利用所述四元组中的四个点形成的三个角度
Figure FDA0003949994270000011
来进行异常检测，其中/>
Figure FDA0003949994270000012
分别表示AB和BC之间的夹角、BC和CD之间的夹角、AB和BD之间的夹角，
其中，如果α≥δ1andβ≥δ1andγvδ2，其中δ2，δ1为提前预设的角度阈值，且满足δ2＜δ1，那么四元组(A，B，C，D)则被判定为异常；否则判定为正常，
其中，如果四元组集合Ω＝{(Ai，B，Ci，Di)|i＝1，2，3}中的所有四元组都被判定为正常，则锚点(B)最终被标记为正常；否则标记为异常点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述推算轨迹中各位置点的坐标为WGS84坐标，其中所述方法还包括坐标转换步骤：针对各锚点，以该锚点为坐标原点，将该锚点以及其前后的点都转到局部站心坐标系。
4.一种轨迹异常点检测装置，包括：
推算轨迹获取单元，其获得包括多个位置点的推算轨迹；
锚点选取单元，其在所述多个位置点中选取多个锚点；
多元组设置单元，其为各所述锚点设置多元组；
异常检测单元，其对所述多元组进行异常检测；
异常点确定单元，其根据异常检测的结果，确定异常点，
其中，所述多元组为四元组，其中针对各锚点，所述四元组为该锚点(B)、所述推算轨迹中在该锚点前距该锚点不小于预定距离(d)的第一点(A)、所述推算轨迹中在该锚点后距该锚点不小于该预定距离(d)的第二点(C)、以及所述推算轨迹中在所述第二点(C)之后距所述第二点不小于该预定距离的第三点(D)，
其中，所述异常检测单元从所述四元组中拟合一条直线，该直线至少经过其中的三个点，如果所述锚点(B)到直线的距离大于设定的阈值，那么所述锚点(B)为异常点，否则，为正常点；如果不能拟合经过三个点的直线，那么不做该锚点(B)是否异常的判断。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至3中任一项所述的轨迹异常点检测方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储设备控制程序，当所述设备控制程序被处理器执行时，实现如权利要求1至3任一项所述的轨迹异常点检测方法。
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