[發明專利]一種自適應閾值的船舶軌跡壓縮方法

有效

• 申請號: 202010107192.1
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111353010B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 唐春華;肖英杰;閆化然;關克平
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;H03M7/30
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

1.一種自適應閾值的船舶軌跡壓縮方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：數據預處理：

對一個水域的船舶AIS進行解碼，解碼后刪除無靜態信息的船舶軌跡點及船位異常的軌跡點；

步驟二：軌跡點坐標轉換——將地理坐標轉換為墨卡托投影，假設轉換前的軌跡點的經緯度坐標為λ為軌跡點經度，為軌跡點緯度，轉換為墨卡托投影的軌跡點坐標為(x,y)，則

x＝r₀×λ (1)；

y＝r₀×q (2)；

其中r₀表示標準緯度的平行圓的半徑，q代表等距緯度；

其中代表墨卡托投影的標準緯度；a表示地球橢球的長半徑；e代表地球橢球的第一偏心率；

步驟三：計算點到線的距離：

假設壓縮后的軌跡為T'＝{K₁,...,K_j,...,K_m}，其中m為原始軌跡點的個數,關鍵點K_j的坐標為(a_j,b_j)，關鍵點K_j和K_j+1之間的原子軌跡段為T＝{P₁,…,P_i,…,P_n}，其中n為原始軌跡點的個數，軌跡點P_i的坐標為(x_i,y_i)；則

計算基線與x軸的夾角θ：

以坐標原點為中心旋轉θ角度，旋轉后的軌跡點的坐標矩陣為

其中，(a_j',b_j')和(x_n',y_n')分別為關鍵點K_j和原子軌跡段為T的軌跡坐標點旋轉后的坐標；

將旋轉后的軌跡點沿著旋轉后的y軸的方向平移b_i'，平移后的軌跡點的坐標矩陣

最大距離

d_max＝max{|y₁”|,|y₂”|,...,|y_n”|} (8)；

其中，(a_j”,b_j”)和(x_n”,y_n”)分別為關鍵點K_j和原子軌跡段為T的軌跡點坐標旋轉后再沿著旋轉后的y軸的方向平移b_j'的坐標；

選擇最優方法計算：當軌跡點數量小于100時，選擇傳統的計算方式；傳統的計算方式如下：

假設基線方程為

Ax+By+C＝0 (9)；

其中，A,B,C為基線方程的系數，則軌跡點P_i到以K_j,K_j+1為基線的距離

則所要求的軌跡點的最大距離為

d_max＝max{d_i(K_j,K_j+1,P_i),i＝1,2,...,n} (11)；

步驟四：計算最佳閾值變化率：

定義閾值變化率k，假設一條軌跡的所有點的臨界閾值集合M＝{m₁,m₂,...,m_j,...,m_n}，n為臨界閾值個數，相鄰閾值之間的步長為1，則第j個臨界閾值的閾值變化率

k_j＝|m_j+m_j+1|,j≤n-1 (12)；

定義關鍵閾值，當k_j大于一定值時，前j個閾值所對應的軌跡點可以在保證壓縮率的條件下，與原軌跡保持高的相似度；

定義非關鍵閾值：當k_j小于一定值時，第j個閾值之后所對應的軌跡點的保留與否對軌跡壓縮不會有什么影響；

定義過渡閾值范圍，過渡閾值范圍是從關鍵閾值到非關鍵閾值的過渡；

在閾值自適應的條件下引入壓縮控制參數μ，默認值為0.5，則k的閾值

步驟五：計算每個點的閾值變化率：

定義距離抑制值dis_limit，dis_limit取值范圍為(0,10)；

定義實際閾值變化率計算：實際閾值變化率

步驟六：單條軌跡壓縮：

假設原軌跡點集T＝{P₁,P₂,…,P_i,…,P_n}，則初始的關鍵點集T′＝{P₁,P_n}，其中n為原始軌跡點的個數,P_i為第i個軌跡點；則單條軌跡壓縮如下：

步驟六一：遍歷關鍵點集T′：

把關鍵點集T′中相鄰的兩個點P₁和P_n的連線作為計算原始軌跡點集T中軌跡點的距離的基線；

取該子軌跡段中軌跡點距基線的最大距離d_max，取該最大距離所對應的點P_j并保存在關鍵點集T′；

假設P_j分別與它在關鍵點集T′中相鄰的兩個點P′_j-1和P′_j+1形成子軌跡段的最大距離為和所對應的軌跡點為P_j-1和P_j+1，保存和在臨時集合K中；

步驟六二：遍歷集合K：

對集合K中的元素根據最大距離d_max的大小進行降序排列；

取集合中K的第一元素所對應的P₁，若該點的d_max＜dis_limit，該軌跡壓縮結束；否則，根據公式(15)得到P₁的閾值變化率k₁，如果k₁≥k_threshhold，則保存P₁于關鍵點集T′，再計算與P₁相關的子軌跡的最大距離及相應的軌跡點，并刪除集合中K的第一元素；否則，該軌跡壓縮結束；

步驟七：所有船舶軌跡壓縮

假設所有原軌跡集G＝{T₁,T₂,…,T_i,…,T_I}，其中I為船舶軌跡條數,T_i為第i條船舶軌跡；遍歷所有原軌跡集G：

假設第i條軌跡的原軌跡點集為T＝{P₁,P₂,…,P_n}，初始的關鍵點集T′＝{P₁,P_n}，其中n為原始軌跡點的個數，則單條軌跡壓縮根據步驟六一至步驟六二完成。