一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法技术

本发明专利技术涉及了一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法，属于时空数据处理技术领域。本发明专利技术首先读取整条轨迹数据，根据轨迹的时空位置分别计算经纬度两个方向的速度；然后通过各类压缩算法对轨迹进行压缩；再基于速度线性变化假设，计算每个轨迹点的时间同步速度与实际速度之间的误差后求平均值，得到压缩轨迹的时间同步速度误差。本发明专利技术基于速度线性变化假设，对压缩轨迹在速度上误差进行建模，设计了SVE模型用来评估压缩后轨迹与原始轨迹相比速度上的误差，弥补当前行业内缺乏速度误差评估方法的空白。此外，本发明专利技术的评估方法还具有以下优点：受误差影响较小，随压缩率变化较均匀，性能强，应用更广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法
：本专利技术涉及时空数据处理
，特别是涉及一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法。
技术介绍
：随着定位技术的迅速发展，定位设备越来越普及和便携，人们利用定位设备在各类移动对象如交通工具、人、动物等身上获取了大量的轨迹数据。轨迹数据包含了丰富且有价值的信息，在行为分析、区域分析、城市功能和计算等领域具有广泛的应用前景。这些庞大的GPS轨迹数据通常包含大量冗余，给轨迹数据挖掘带来巨大的挑战，如数据存储、数据查询和分析、数据传输等。为了解决上述问题，过去几十年中，研究人员已提出了大量的轨迹压缩算法。这些压缩算法在允许误差范围内，通过损失轨迹点的精度值来换取压缩时间和压缩率。在进行轨迹压缩时，通常用距离评估轨迹压缩误差。Douglas等人使用垂直欧几里得距离(PED)作为轨迹压缩时分裂点的判定标准，而后成为轨迹压缩误差评估的常用方法之一，该方法可以准确描述压缩轨迹与原始轨迹在几何形式上的误差。Meratnia提出时间比例空间距离(TRD)的数学模型，通过计算压缩后轨迹段时间比例的投影位置与原始轨迹点的距离作为误差的评定标准。Potamias提出使用时间同步欧几里得距离(SED)作为评估轨迹压缩误差的指标，其目的在于保持压缩轨迹上的时间信息。它与TRD的不同之处在于，通过考虑压缩后轨迹序列的速度矢量来预测给定点在的位置，而不仅仅是时间比例。尽管如此，TRD和SED均假设移动对象在压缩后轨迹段内匀速运动，所以计算结果非常相似。Liu提出了一种封闭区域(EA)的连续误差度量方式，通过计算原始轨迹与压缩后轨迹线段之间的封闭区域面积作为误差标准，相较于前面离散化的计算方式，其计算结果更加精确，但计算效率不高，因而应用较少。然而，上述轨迹压缩误差评估时忽略了速度信息。事实上，轨迹压缩过程中最重要的信息是速度，因为速度包含了更多的原始轨迹中的价值信息。具有类似速度的轨迹点通常表示沿轨迹序列的同类型运动，而具有明显速度变化的点可能暗示着运动条件的变化。轨迹序列中几何结构的变化通常会体现在速度上，但速度的变化未必会表现在几何结构上。例如，速度的变化可能代表交通工具的转变，这些信息并不会体现在几何结构中。因此，在轨迹压缩过程中，对压缩轨迹的速度误差进行评估具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，基于速度线性变化假设，对轨迹压缩过程在速度上的误差进行建模，设计一种时间误差的评估模型(SVE)，以评估在各种轨迹压缩算法下压缩轨迹的速度误差，弥补当前行业内缺乏速度误差评估方法的空白。本专利技术的基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法，包括以下步骤：步骤1：按照轨迹点的时序读取原始轨迹数据；步骤2：基于速度线性变化假设，依次计算每个轨迹中间点在经纬度方向上的速度，分别得到纬度速度序列和经度速度序列，其中，基于速度线性变化假设包含以下两个方面：A1:移动对象在起始和结束位置时经纬度速度均为0米每秒；A2:移动对象在相邻两个轨迹序列点内速度线性变化，例如均加速、均速、均减速等。每个轨迹中间点经纬度速度计算公式为：整理上式得：其中，表示序号为i的轨迹点与序号为i-1轨迹点之间的纬度或经度差值，可分别表示为表示当前纬度和经度坐标，可分别表示为分别表示序号为i的轨迹点与序号为i-1轨迹点之间纬度和经度实际距离；R表示当前轨迹点距离地球球心距离，r表示当前纬度在地球上的截面圆的半径，π即圆周率。在假设A1、A2基础上，我们通过以下公式分别计算每个轨迹点的经纬度速度。其中：分别表示序号i至i+1轨迹点间经纬度方向的平均速度；分别表示序号为i的轨迹点的纬度方向速度或经度方向速度；ti表示序号为i的轨迹点的采集时间。步骤3：使用各种轨迹压缩算法对原始轨迹进行压缩，得到压缩后轨迹序列；步骤4：基于速度线性变化假设，计算出步骤3中被压缩轨迹点的时间同步速度，得到被压缩轨迹的纬度速度序列和经度速度序列。被压缩轨迹点时间同步计算同时为：其中：s表示子轨迹段起始点序号，m表示子轨迹段中间点(被压缩轨迹点)序号，e表示子轨迹段结束点序号；v′m表示所计算的时间同步速度，vs表示子轨迹段起始点速度，ve表示子轨迹段结束点速度；ts、tm、te分别表示该序号子轨迹段的起始点、中间点、结束点的采集时间。步骤5：依次计算每个被压缩轨迹点所产生的速度误差，计算方式为：被压缩轨迹点速度误差计算公式为：dm＝|vm-v′m|(12)；其中：vm表示序号为m的轨迹点的速度；dm表示该点实际测量速度与时间同步速度之间差值的绝对值，分别用表示轨迹纬度速度差值和经度速度差值。步骤6：对步骤5所计算的轨迹点的误差求平均值，得到轨迹压缩后每个轨迹点的平均时间同步速度误差SVE。其计算公式为：其中vxerror表示纬度方向上时间同步速度误差,vyerror表示经度方向上时间同步速度误差，n表示轨迹点的个数。整个轨迹压缩过程中时间同步速度误差verror为：步骤7：输出轨迹压缩误差评估结果，即时间同步速度误差。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于速度线性变化假设，利用时间同步速度计算公式，可以有效识别轨迹压缩过程中速度变化，进而评估轨迹压缩后的速度误差，弥补当前行业内缺乏轨迹压缩速度误差评估方法的空白。此外，本专利技术的轨迹压缩误差评估方法与其它评估方法相比，受误差影响较小，随压缩率变化较均匀，性能强，应用更广泛。附图说明为了更清楚地说明本专利技术技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：图1是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的总体处理过程图。图2是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的被压缩轨迹点时间同步速度误差计算原理展示图。图3是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的实验过程展示图。图4是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法所使用的PED、SED计算原理展示图。图5是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的在DP算法下PED、SVE随压缩率的变化规律的实验结果。图6是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的在TD-TR算法下SED、SVE随压缩率的变化规律的实验结果。图7是本专利技术基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法的在SW算法下PED、SED、SVE随压缩率的变化规律的实验结果。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合图1-图7和实施实例对本专利技术做进一步的详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法，其特征在于，包括下列步骤：/n步骤1：按照轨迹点的时序读取原始轨迹数据；/n步骤2：基于速度线性变化假设，依次计算每个轨迹中间点在经纬度方向上的速度，分别得到纬度速度序列和经度速度序列，其中，基于速度线性变化假设包含以下两个方面：/nA1：移动对象在起始和结束位置时经纬度速度均为0米每秒；/nA2：移动对象在相邻两个轨迹序列点内速度线性变化，例如均加速、均速、均减速等。/n每个轨迹中间点经纬度速度计算公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时间同步速度的轨迹压缩误差评估方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：按照轨迹点的时序读取原始轨迹数据；
步骤2：基于速度线性变化假设，依次计算每个轨迹中间点在经纬度方向上的速度，分别得到纬度速度序列和经度速度序列，其中，基于速度线性变化假设包含以下两个方面：
A1：移动对象在起始和结束位置时经纬度速度均为0米每秒；
A2：移动对象在相邻两个轨迹序列点内速度线性变化，例如均加速、均速、均减速等。
每个轨迹中间点经纬度速度计算公式为：












整理上式得：






其中，表示序号为i的轨迹点与序号为i-1轨迹点之间的纬度或经度差值，可分别表示为表示当前纬度和经度坐标，可分别表示为分别表示序号为i的轨迹点与序号为i-1轨迹点之间纬度和经度实际距离；R表示当前轨迹点距离地球球心距离，r表示当前纬度在地球上的截面圆的半径，π即圆周率。
在假设A1、A2基础上，我们通过以下公式分别计算每个轨迹点的经纬度速度。












其中：分别表示序号i至i+1轨迹点间经纬度方向的平均速度；分别表示序号为i的轨迹点的纬度方向速度或经度方向速度；ti表示序号为i的轨迹点的采...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋海豹，韩德志，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31