[发明专利]一种基于有效距离的快速轨迹压缩方法

说明书

为有效解决轨迹压缩中多尺度自适应的问题，本发明提出一种基于有效距离的快速轨迹压缩方法，提出一种新的特征赋权方法，将特征有效距离作为轨迹压缩的特征值，能够有效地衡量特定时间内的轨迹段的直线度；本发明支持轨迹压缩的并行计算，能够提升轨迹压缩的效率；支持在线压缩，能够提升轨迹绘制效率。

技术领域

该发明创造属于计算机技术领域，尤其涉及一种基于有效距离的快速轨迹压缩方法，应用于舰船目标轨迹压缩。

背景技术

随着全球化的持续推进，海上物流规模逐渐扩大。海运作为低成本的物流方式，承担着全球越来越多的货物流通职能。与此同时，为了保障航运安全、加强航运监管、提升航运效率、保护海洋环境等，国际海事组织要求300吨以上的船舶必须安装船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)。除此之外，各国政府为了加强渔业管理，也会通过其他补充方式如岸基雷达、定位卫星等方式获取各种类型船舶轨迹。上述手段使得轨迹数据呈指数型增强，进而对轨迹数据的存储、处理、传输提出更高的要求。

解决上述问题的一个基本方法就是轨迹压缩存储，通过算法较大程度的削减非重要的轨迹点的存储，而将用户关心或实际业务要求的特征点进行保留。当前，轨迹压缩在许多领域得到了应用，包括行人轨迹、车辆轨迹、飞行器轨迹、水面目标轨迹等。

从技术角度来看，根据轨迹压缩过程中是否参考地理背景，可以将其分为两类：基于轨迹空间几何特征的方法和基于路网或语义等参考物的压缩方法；根据选取特征点方法的不同，又可以分为基于全局特征的方法和基于局部特征的方法。

基于全局特征的方法在进行轨迹压缩的时候需要读入全部轨迹点数据并进行处理。如经典的Douglas-Peucker算法，它选取各点到首末点连线的欧氏距离作为特征进行递归运算，算法时间复杂度比较高。还有一类即依时间比例的自顶向下算法(top-down timeratio,TDTR)，将时间要素考虑进去，使用时间同步欧式距离作为压缩阈值。基于全局的方法由于需要进行多次递归操作，压缩速度比较慢；同时对于几何形状近似封闭的轨迹不能有效处理。

基于局部特征的方法通常被用于处理实时在线的数据。最简单的方法即考虑临近两点之间的特征关系，如垂距法和夹角法，但这种方法对于缓慢变化的特征不能较好地处理。当前，基于窗口的压缩方法能够相对容易的统筹局部特征和整体特征，其中滑动窗口方法(slide window,SW)和开放窗口方法(opening window)最为常见。窗口算法的核心是通过不断更新窗口完成轨迹压缩。

上述方法在各自领域都取得了良好的压缩效果，然而针对海上船舶轨迹压缩时却存在一些问题：

①水面航行的船舶虽然有固定的航道，但由于环境因素，船舶的航行具有更高的自由度，其航迹点分布不同于路上交通工具沿着道路分布而表现出更加不规则性。

②船舶轨迹涉及的地理空间非常大，在不同尺度上会有不同的阈值设定，现有算法无法有效根据时间或距离进行加权计算，从而影响关键特征的保留。例如，船舶在停航状态时其航向可能频繁变化，但速度几乎接近零，如果此时选择角度作为特征，则大量无效的数据可能保留下来；船舶在航行状态时，其航向变化相对较小，如果此时选择速度作为特征，亦会产生大量的无效轨迹数据。

③船舶轨迹具有数据量特别大的特点，需要压缩算法具有较好的并行执行能力，而基于全局的算法如Douglas-Peucker算法依赖对全局特征的计算不便于并行计算，而基于局部特征的算法需要对阈值进行自适应设定，因此亟待设计一种复杂度低且支持并行计算的算法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于有效距离的快速轨迹压缩方法，是一种高效可并发执行的针对舰船目标轨迹压缩的方法，能够有效降低轨迹存储的空间、提升轨迹可视化的效率、以及增强轨迹规律挖掘的能力。

一种基于有效距离的快速轨迹压缩方法，其技术方案包括以下步骤：