一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法技术

本发明专利技术公开了一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，包括以下步骤：热力图初始设置；热力图预处理；计算影响轨迹点；计算影响轨迹线；生成关注属性热力矩阵；将热力图可视化生成最终热力图。本发明专利技术根据用户任务或关注轨迹属性进行热力图的定制，综合考虑轨迹属性特征、分布规律、其所处地理环境特征等多约束添加的热力值(组)计算方法；从而使得生成的热力图更加准确、多元。

A method of generating thermal graph of trajectory line under multiple constraints

【技术实现步骤摘要】
一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法
本专利技术涉及态势可视化领域，具体涉及一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法。
技术介绍
随着传感器技术的发展与普及，如何从传感器记录的海量历史轨迹中挖掘出隐含、有用、可被理解的信息成为地理信息科学、数据挖掘、战场态势等众多领域共同关注的问题。结合计算机高速运算能力和人类创造性思维能力，通过数据、知识可视化实现数据的分析挖掘，或被称为可视化分析，是轨迹数据挖掘的有效手段。热力图即为可视化分析的具体样例。热力图以轨迹簇为输入，通过颜色区分轨迹簇特征。热力图既是解决信息爆炸问题的重要手段，更是分析关注目标分布特征、提取活动规律、挖掘异常模式的有效工具。热力图的生成需综合考虑用户执行任务、轨迹属性特征、分布规律以及其所处地理环境特征等多重因素。现有针对轨迹数据的典型热力图生成方法：如Demar等(2010)提出轨迹密度图生成方法，采用轨迹线模型，以计算像素点到轨迹线距离所得核密度之和为像素值，实现时空空间下的轨迹线热力图生成；又如Scheepens等(2011)提出的多元信息热力图生成方法，该方法以轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，热力图初始设置：/n设置轨迹线的最大影响范围，即像素坐标带宽阈值T

【技术特征摘要】
1.一种多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，热力图初始设置：
设置轨迹线的最大影响范围，即像素坐标带宽阈值Tbw，
根据执行任务目标设置关注属性组G中的一个或两个关注属性，所述关注属性包括密度、时间和速度，
设置禁区数据SResArea作为禁区约束条件，
设置算法超参数，所述算法超参数包括加密步长阈值、热力图最大单边尺寸PicSize；
步骤2，热力图预处理：
计算原始轨迹数据集Straj中的每条轨迹线的外接矩形，
基于原始轨迹数据集Straj中的轨迹点信息以及加密步长阈值和热力图最大单边尺寸PicSize，计算热力图参数，
对原始轨迹数据集Straj中的轨迹线进行加密；
步骤3，计算影响轨迹点：
针对热力图中每一像素点Pixuv，计算在禁区约束条件下所有轨迹线中能对其施加热力影响的轨迹点及其对应的轨迹ID，生成影响轨迹点Hash表ImpTrajPtHash；其中，Pixuv表示热力图中第u行v列的像素点；
步骤4，计算影响轨迹线：
基于步骤3的影响轨迹点的计算结果，针对每一像素点Pixuv，计算能够对其施加热力影响的影响轨迹线，
计算在禁区约束条件下Pixuv到影响轨迹线的最短距离线段，并将最短距离线段添加至列表NearLineList中；
步骤5，生成关注属性热力矩阵：
根据影响轨迹线的最短距离线段列表NearLineList、影响轨迹点Hash表ImpTrajPtHash和核密度分析方法求解轨迹集Straj的关注属性热力矩阵；
步骤6，将热力图可视化：
基于步骤5所得关注属性的热力值，将关注属性的热力值归一化，结合预设的色彩映射模式，确定每一像素点对应的色彩值，生成最终热力图。


2.根据权利要求1所述的多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，其特征在于，所述步骤6将热力图可视化具体包括：
若设置了单个关注属性，则采用单色带方法进行颜色映射；
若设置了两个关注属性，选择其中一个关注属性作为主关注属性，另一个作为次关注属性，采用色相加饱和度的模型进行颜色映射；其中主关注属性对应色相，辅关注属性对应饱和度。


3.根据权利要求2所述的多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，其特征在于，所述步骤2热力图预处理包含如下步骤：
所述计算原始轨迹数据集Straj中的每条轨迹线的外接矩形具体为：
对原始轨迹数据集Straj＝{Traj1，Traj2，...，Traji，...，TrajI}，选取Traji中所有轨迹点的地理坐标中的最大经纬度值、最小经纬度值所在的四条经纬度线构成的矩形即为对应轨迹线的外接矩形TrajReci；
所述计算热力图参数具体为：
根据Straj内轨迹点的地理位置中的最大经度值tmpMaxLon、最大纬度值tmpMaxLat、最小经度值tmpMinLon和最小纬度值tmpMinLat，计算Straj的经度范围lonRange和纬度范围latRange，
根据lonRange、latRange以及预设热力图最大单边尺寸PicSize，计算出每一像素对应的地理距离GeoPerPix，并求得热力图的高度height和宽度width，
将像素坐标带宽阈值Tbw转换为对应地理坐标带宽阈值GeoTbw，然后计算出热力图片位置所达到的最大经度MaxLon、最小经度MinLon、最大纬度MaxLat、最小纬度MinLat；
所述对原始轨迹数据集Straj中的轨迹线进行加密具体为，使用预设的步长阈值Tstep对原轨迹数据集Strai进行加密，以获得轨迹点均匀、密集的轨迹数据集即加密的轨迹数据集S′traj＝{Traj′1，Traj′2，...，Traj′i，...，Traj′I}，其中Traj′i为轨迹线Traji加密后对应的轨迹线，包括以下过程：
①Traj′i的轨迹点列表初始时为空列表，将Traji中的第一个轨迹点加入Traj＇i的轨迹点列表中，
②轨迹线Traji除去第一个轨迹点，将其它轨迹点倒序排列，得到倒序轨迹点列表TrajInveri，
③计算Traj＇i的轨迹点列表中的末尾点LastPti’与倒序轨迹点列表TrajInveri中的末尾点LastPti之间的距离dis(LastPti’，LastPti)，
若dis(LastPti’，LastPti)>Tstep，则计算LastPti’和LastPti这两点连线段的中点Pt中，并根据匀变速运动模型给Pt中赋速度和时间两个属性；然后将Pt中加到倒序轨迹点列表TrajInveri的末尾，
若dis(LastPti’，LastPti)≤Tstep，则将LastPti加到Traj＇i轨迹点列表的末尾，并将LastPti从TrajInveri移除，
④重复步骤③，直至TrajInveri轨迹点列表变成空列表，得到Traji最终加密后的轨迹线Traj＇i，加密的轨迹数据集S′traj中的轨迹点为Ptn′，
其中，Ptn′为加密的轨迹数据集S′traj中第n′个轨迹点，加密后的轨迹线Traj＇i的总数不变为I。


4.根据权利要求3所述的多约束条件下的轨迹线热力图生成方法，其特征在于，所述步骤3影响轨迹点求解包含如下步骤：
计算像素点Pixuv在地理坐标系中的位置点GeoPixuv的地理坐标(lon，lat)；
以GeoPixuv为中心，GeoTbw为边长，建立其在地理坐标系下的矩形邻域GeoUuv，计算GeoUuv与当前轨迹线Traji的外接矩形TrajReci是否相交，若相交则将外接矩形TrajReci对应的轨迹线Traji加入到候选影响轨迹集CanImpTrajPixuv中；
计算GeoPixuv中的位置点到CanImpTrajPixuv中每一条轨迹线的垂直距离线段VLinepixtotraj；
更新CanImpTrajPixuv，即删除VLinepixtotraj中长度不小于地理坐标带宽阈值GeoTbw的最短距离线段mindisLinei所对应的轨迹线Traji；
计算GeoPixuv与CanImpTrajPixuv中的轨迹线Traji所对应的加密轨迹线Traj′i的每一轨迹点Ptn...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚锋，朱峥嵘，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32