[發明專利]一種基于有效距離的快速軌跡壓縮方法

有效

• 申請號: 202011319008.6
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112350733B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 李振華;智寧;李明;饒穎;黃建招;劉興鵬;劉希亮;徐文超;吳紅;李海森;王春雷;徐航;周艷艷;呂丹丹;汪瑩瑩
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍96901部隊22分隊
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30;G06F16/29
• 代理公司: 濟南光啟專利代理事務所(普通合伙) 37292
• 代理人: 張瑜

為有效解決軌跡壓縮中多尺度自適應的問題，本發明提出一種基于有效距離的快速軌跡壓縮方法，提出一種新的特征賦權方法，將特征有效距離作為軌跡壓縮的特征值，能夠有效地衡量特定時間內的軌跡段的直線度；本發明支持軌跡壓縮的并行計算，能夠提升軌跡壓縮的效率；支持在線壓縮，能夠提升軌跡繪制效率。

技術領域

該發明創造屬于計算機技術領域，尤其涉及一種基于有效距離的快速軌跡壓縮方法，應用于艦船目標軌跡壓縮。

背景技術

隨著全球化的持續推進，海上物流規模逐漸擴大。海運作為低成本的物流方式，承擔著全球越來越多的貨物流通職能。與此同時，為了保障航運安全、加強航運監管、提升航運效率、保護海洋環境等，國際海事組織要求300噸以上的船舶必須安裝船舶自動識別系統(Automatic Identification System,AIS)。除此之外，各國政府為了加強漁業管理，也會通過其他補充方式如岸基雷達、定位衛星等方式獲取各種類型船舶軌跡。上述手段使得軌跡數據呈指數型增強，進而對軌跡數據的存儲、處理、傳輸提出更高的要求。

解決上述問題的一個基本方法就是軌跡壓縮存儲，通過算法較大程度的削減非重要的軌跡點的存儲，而將用戶關心或實際業務要求的特征點進行保留。當前，軌跡壓縮在許多領域得到了應用，包括行人軌跡、車輛軌跡、飛行器軌跡、水面目標軌跡等。

從技術角度來看，根據軌跡壓縮過程中是否參考地理背景，可以將其分為兩類：基于軌跡空間幾何特征的方法和基于路網或語義等參考物的壓縮方法；根據選取特征點方法的不同，又可以分為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進行軌跡壓縮的時候需要讀入全部軌跡點數據并進行處理。如經典的Douglas-Peucker算法，它選取各點到首末點連線的歐氏距離作為特征進行遞歸運算，算法時間復雜度比較高。還有一類即依時間比例的自頂向下算法(top-down timeratio,TDTR)，將時間要素考慮進去，使用時間同步歐式距離作為壓縮閾值。基于全局的方法由于需要進行多次遞歸操作，壓縮速度比較慢；同時對于幾何形狀近似封閉的軌跡不能有效處理。

基于局部特征的方法通常被用于處理實時在線的數據。最簡單的方法即考慮臨近兩點之間的特征關系，如垂距法和夾角法，但這種方法對于緩慢變化的特征不能較好地處理。當前，基于窗口的壓縮方法能夠相對容易的統籌局部特征和整體特征，其中滑動窗口方法(slide window,SW)和開放窗口方法(opening window)最為常見。窗口算法的核心是通過不斷更新窗口完成軌跡壓縮。

上述方法在各自領域都取得了良好的壓縮效果，然而針對海上船舶軌跡壓縮時卻存在一些問題：

①水面航行的船舶雖然有固定的航道，但由于環境因素，船舶的航行具有更高的自由度，其航跡點分布不同于路上交通工具沿著道路分布而表現出更加不規則性。

②船舶軌跡涉及的地理空間非常大，在不同尺度上會有不同的閾值設定，現有算法無法有效根據時間或距離進行加權計算，從而影響關鍵特征的保留。例如，船舶在停航狀態時其航向可能頻繁變化，但速度幾乎接近零，如果此時選擇角度作為特征，則大量無效的數據可能保留下來；船舶在航行狀態時，其航向變化相對較小，如果此時選擇速度作為特征，亦會產生大量的無效軌跡數據。

③船舶軌跡具有數據量特別大的特點，需要壓縮算法具有較好的并行執行能力，而基于全局的算法如Douglas-Peucker算法依賴對全局特征的計算不便于并行計算，而基于局部特征的算法需要對閾值進行自適應設定，因此亟待設計一種復雜度低且支持并行計算的算法。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于有效距離的快速軌跡壓縮方法，是一種高效可并發執行的針對艦船目標軌跡壓縮的方法，能夠有效降低軌跡存儲的空間、提升軌跡可視化的效率、以及增強軌跡規律挖掘的能力。

一種基于有效距離的快速軌跡壓縮方法，其技術方案包括以下步驟：