專利名稱：Gps定位軌跡的圍欄識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GPS衛(wèi)星定位軌跡與地圖上預(yù)設(shè)線路的自動比對技術(shù)，具體來說，涉及一種GPS定位軌跡的圍欄識別方法。
背景技術(shù)：
對戶外移動目標(biāo)的監(jiān)控管理是GPS系統(tǒng)的典型應(yīng)用，通過在移動目標(biāo)上安裝定位終端，記錄移動軌跡，達(dá)到監(jiān)控和管理的目的。GPS系統(tǒng)包含空中衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和GPS 接收器三部份，GPS定位系統(tǒng)的原理是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS接受裝置以測量無線電信號的傳輸時間來量測距離。由每顆衛(wèi)星的所在位置，測量每顆衛(wèi)星至GPS接受器間距離，即可算出GPS接收器所在位置的三維空間坐標(biāo)值(經(jīng)度、緯度和高度)。通過集中采集定位終端的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，最后借助電子地圖將目標(biāo)移動的軌跡呈現(xiàn)出來。目前對于定位軌跡和預(yù)定線路的比對，主要有四類方法 1、定點(diǎn)采集法
在線路中設(shè)置固定的標(biāo)注點(diǎn)，移動終端按固定間隔上報經(jīng)緯度信息，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實(shí)時計算當(dāng)前位置與各定點(diǎn)之間的位置關(guān)系，自動識別是否已到達(dá)該定點(diǎn)，最后以所到達(dá)定點(diǎn)的數(shù)量、時間等信息判斷運(yùn)動軌跡。該方法已有很多應(yīng)用，是與本發(fā)明最相近的方案。 但是該方法不能監(jiān)控移動終端的運(yùn)用過程，無法適應(yīng)更精確的監(jiān)控管理。2、輔助設(shè)備法
在線路沿途安裝無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如RFID (無線射頻)、藍(lán)牙、紅外等接收器，當(dāng)移動終端經(jīng)過采集設(shè)備附近時，會立刻被識別出來，并與采集設(shè)備交換信息。用該方法實(shí)現(xiàn)軌跡比對的需要很高的硬件投入成本。3、圖像識別法
通過在電子地圖上將預(yù)設(shè)線路和實(shí)際軌跡圖像截取出來，進(jìn)行一系列圖像處理后，用圖像識別算法計算出兩條軌跡圖像的相似度。該方法復(fù)雜度高，計算量大，結(jié)果也不夠精確，現(xiàn)已很少使用。4、人工比對法
與圖像識別法相似，通過在電子地圖上人工觀察，對比預(yù)設(shè)線路與實(shí)際軌跡的差別。該方法直觀簡單，但是人力成本較高，效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供了一種GPS定位軌跡的圍欄識別方法，它包括
1)預(yù)設(shè)線路在電子地圖上選取目標(biāo)線路中的〃個關(guān)鍵地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，按順序保存為
該線路的一組基準(zhǔn)點(diǎn)，記為(風(fēng)、Λ)3(Α,72)…鞏‘Λ)),各基準(zhǔn)點(diǎn)相連就形成了P-I段
帶方向的線段,即為預(yù)設(shè)線路,其中；^表示該點(diǎn)的十進(jìn)制經(jīng)度ι表示該點(diǎn)的十進(jìn)制緯度；2)設(shè)定識別半徑分別以步驟1)選取的基準(zhǔn)點(diǎn)為圓心，設(shè)置每一個基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑r，以設(shè)定的識別半徑為圓半徑形成圓形圍欄，得到基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形識別范圍
Λ，^iX C( ^2^2)-^( .Λ. )}；
3)圍欄識別根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置來判定目標(biāo)點(diǎn)是否在上述圍欄內(nèi)。所述步驟2)中的每一個基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑可以全部相同，也可以全部不同，還可以部分相同。所述步驟2)與步驟3)之間還包括
23)線路拆分利用多邊形生成方法，在連續(xù)的兩個基準(zhǔn)點(diǎn)之間形成多邊形圍欄。所述步驟23)的多邊形圍欄為矩形圍欄，所述矩形圍欄的生成過程為；首先將每一預(yù)設(shè)線路的起點(diǎn)作為第一基準(zhǔn)點(diǎn)，得到第一基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形圍欄與該預(yù)設(shè)線路相垂直的直徑；然后平移該預(yù)設(shè)線路，使得移動后的第一基準(zhǔn)點(diǎn)與上述直徑的兩端點(diǎn)重合，得到兩條相互平行的平移線段；連接兩條平移線段的另外兩條平行線，即可得到所述矩形圍欄。所述步驟3)包括圓形圍欄識別和矩形圍欄識別。所述圓形圍欄識別的過程為首先計算基準(zhǔn)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離々；然后將計算所得到的距離D與該基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑r作比較，如果D > r，則目標(biāo)點(diǎn)在該基準(zhǔn)點(diǎn)識別范圍外，反之如果r ,則目標(biāo)點(diǎn)在基準(zhǔn)點(diǎn)識別范圍內(nèi)。所述矩形圍欄識別采用改進(jìn)的弧長法計算目標(biāo)點(diǎn)與矩形圍欄的位置關(guān)系，它包括
31)將坐標(biāo)原點(diǎn)平移到目標(biāo)點(diǎn)，形成新的坐標(biāo)系，
32)按鄰接順序訪問矩形圍欄的各個頂點(diǎn)Α，分析Ai和A[i+1]的關(guān)系，有下列四種情
況
(1)A[i+l]在Ai的同一象限，此時弧長和加0；
(2)A[i+l]在Ai的下一象限，此時弧長和加π/2；
(3)A[i+l]在Ai的上一象限，此時弧長和減π/2；
(4)A[i+l]在Ai的相對象限，首先計算叉積/=為+〗]、_難+1]>，若夕=0 ,則點(diǎn)在多邊形上；若/ <0 ,弧長和減π ；若/>0 ,弧長和加π，
33)將矩形圍欄的全部有向邊向單位圓作徑向投影，計算單位圓上弧長的代數(shù)和，若代數(shù)和為0，則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的外部；若代數(shù)和為2 π，則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的內(nèi)部；若代數(shù)和為I則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的上。本發(fā)明的有益效果
1、成本低，用普通GPS定位終端即可實(shí)現(xiàn)功能，無需其他輔助的數(shù)據(jù)采集設(shè)備
2、效率高，線路設(shè)定可復(fù)用，全程實(shí)時監(jiān)控和自動比對
3、靈活性高，可設(shè)置是否判斷方向、是否判斷先后順序、是否識別線路中指定地點(diǎn)、狀態(tài)報告和軌跡相似度計算規(guī)則等。


圖1為本發(fā)明的GPS定位軌跡的圍欄識別方法流程圖； 圖2為本發(fā)明的預(yù)設(shè)線路的示意圖；圖3為本發(fā)明的設(shè)定識別半徑后基準(zhǔn)點(diǎn)的識別范圍示意圖； 圖4為本發(fā)明的矩形圍欄的頂點(diǎn)確定示意圖； 圖5為本發(fā)明的線路拆分形成矩形圍欄的示意圖； 圖6為本發(fā)明的改進(jìn)弧長法的圍欄識別示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。如圖1所示，本發(fā)明的GPS定位軌跡的圍欄識別方法包括如下步驟1)預(yù)設(shè)線路； 2)設(shè)定識別半徑；3)線路拆分；4)軌跡比對。下面結(jié)合附圖，對每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述 步驟一預(yù)設(shè)線路
如圖2所示，在電子地圖(以WGS — 84坐標(biāo)系為例說明)上選取目標(biāo)線路中的《個關(guān)鍵地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，按順序保存為該線路的一組基準(zhǔn)點(diǎn)，記為 (Mx1J1),β(而,y2)…S(XJs)),其中χ表示該點(diǎn)的十進(jìn)制經(jīng)度，7表示該點(diǎn)的十進(jìn)制緯度，
各基準(zhǔn)點(diǎn)相連就形成了段帶方向的線段‘石…/;,}，即為預(yù)設(shè)線路。步驟二 設(shè)定識別半徑
如圖3所示，以步驟一選取的基準(zhǔn)點(diǎn)為圓心，每個基準(zhǔn)點(diǎn)均可設(shè)置不同的識別半徑， 以適應(yīng)不同的精度要求，以設(shè)定的識別半徑為圓半徑，可得到基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形識別范圍 (CO1,,,i)，C(x2,y2,r2) -Cix^ya,rs)}
步驟三線路拆分
線路自動拆分是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟，最終目的是將線路拆分成一組矩形和一組圓形區(qū)域圍欄，矩形圍欄和圓形圍欄交錯相接，包含了整條線路，為接下來的軌跡比對打下良好的 ■石出。常用的多邊形生成算法有基于方位角的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)算法，以及結(jié)點(diǎn)依次搜索算法，但是這些算法計算復(fù)雜度較高，計算步驟繁多，在大數(shù)據(jù)量計算或?qū)崟r計算的應(yīng)用場合頗為吃力。因此本發(fā)明針對軌跡比對的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)，將多邊形圍欄區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一為基準(zhǔn)點(diǎn)區(qū)域的圓形圍欄和兩基準(zhǔn)點(diǎn)之間的矩形圍欄。使用此法生成多邊形圍欄，不僅計算復(fù)雜度地，計算步驟少，而且初始化設(shè)置的條件也少(只需要基準(zhǔn)點(diǎn)和相應(yīng)的識別半徑)，非常適用于海量空間數(shù)據(jù)的實(shí)時性運(yùn)算和分析。上一步驟已經(jīng)得到了各基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形圍欄，現(xiàn)在就在此基礎(chǔ)上自動生成矩形圍欄。如圖5所示，因?yàn)楦骰鶞?zhǔn)點(diǎn)的能識別半徑不一樣，規(guī)定以起點(diǎn)的識別范圍生成矩形，只需將兩個基準(zhǔn)點(diǎn)之間的線段分別平移到與起點(diǎn)圓形圍欄相切的位置，即可得到矩形的四個
頂點(diǎn)。如將i分別平移至與相切的兩個位置，連接兩條平移線段的4個端點(diǎn)就自動生成了矩形戰(zhàn)。如圖4所示，計算過程如下
a.首先根據(jù)平面幾何算法計算出平面坐標(biāo)系中基準(zhǔn)點(diǎn)(U)位移后，產(chǎn)生的新點(diǎn) O 坐標(biāo)。偏移量K、辦和識別半徑r構(gòu)成一個直角三角形，并且夾角5可通過線段兩端點(diǎn)坐標(biāo)求出。于是可算出偏移量旮= rsm0,7i=r cos θ。 b.得到偏移量之后，再通過空間數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)變換算法，求出^
權(quán)利要求
1.一種GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，它包括1)預(yù)設(shè)線路在電子地圖上選取目標(biāo)線路中的 《個關(guān)鍵地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，按順序保存為該線路的一組基準(zhǔn)點(diǎn)，記為卩‘乃)30^72)-^^.)0},各基準(zhǔn)點(diǎn)相連就形成了-iS帶方向的線段,即為預(yù)設(shè)線路,其中；^表示該點(diǎn)的十進(jìn)制經(jīng)度、表示該點(diǎn)的十進(jìn)制緯度；2)設(shè)定識別半徑分別以步驟1)選取的基準(zhǔn)點(diǎn)為圓心，設(shè)置每一個基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑r，以設(shè)定的識別半徑為圓半徑形成圓形圍欄，得到基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形識別范圍Λ,廣1)，C( ，,2.^)-^( .Λ.)}；3)圍欄識別根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置來判定目標(biāo)點(diǎn)是否在上述圍欄內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述步驟2)中的每一個基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑可以全部相同，也可以全部不同，還可以部分相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述步驟2)與步驟3)之間還包括23)線路拆分利用多邊形生成方法，在連續(xù)的兩個基準(zhǔn)點(diǎn)之間形成多邊形圍欄。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述步驟23)的多邊形圍欄為矩形圍欄，所述矩形圍欄的生成過程為；首先將每一預(yù)設(shè)線路的起點(diǎn)作為第一基準(zhǔn)點(diǎn)，得到第一基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形圍欄與該預(yù)設(shè)線路相垂直的直徑；然后平移該預(yù)設(shè)線路， 使得移動后的第一基準(zhǔn)點(diǎn)與上述直徑的兩端點(diǎn)重合，得到兩條相互平行的平移線段；連接兩條平移線段的另外兩條平行線，即可得到所述矩形圍欄。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述步驟3)包括圓形圍欄識別和矩形圍欄識別。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述圓形圍欄識別的過程為首先計算基準(zhǔn)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離々；然后將計算所得到的距離々與該基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑r作比較，如果D > r ,則目標(biāo)點(diǎn)在該基準(zhǔn)點(diǎn)識別范圍夕卜，反之如果DSr ,則目標(biāo)點(diǎn)在基準(zhǔn)點(diǎn)識別范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GPS定位軌跡的圍欄識別方法，其特征在于，所述矩形圍欄識別采用改進(jìn)的弧長法計算目標(biāo)點(diǎn)與矩形圍欄的位置關(guān)系，它包括31)將坐標(biāo)原點(diǎn)平移到目標(biāo)點(diǎn)，形成新的坐標(biāo)系，32)按鄰接順序訪問矩形圍欄的各個頂點(diǎn)Α，分析Ai和A[i+1]的關(guān)系，有下列四種情況(1)A[i+l]在Ai的同一象限，此時弧長和加0；(2)A[i+l]在Ai的下一象限，此時弧長和加π/2；(3)A[i+l]在Ai的上一象限，此時弧長和減π/2；(4)A[i+l]在Ai的相對象限，首先計算叉積/=為+1]~-難+1]>，若夕=0 ,則點(diǎn)在多邊形上；若/<0,弧長和減η ；若/> O,弧長和加η，33)將矩形圍欄的全部有向邊向單位圓作徑向投影，計算單位圓上弧長的代數(shù)和，若代數(shù)和為0，則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的外部；若代數(shù)和為2 π，則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的內(nèi)部；若代數(shù)和為I則目標(biāo)點(diǎn)在矩形圍欄的上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GPS定位軌跡的圍欄識別方法，它包括1)預(yù)設(shè)線路在電子地圖上選取目標(biāo)線路中的n個關(guān)鍵地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，按順序保存為該線路的一組基準(zhǔn)點(diǎn)，各基準(zhǔn)點(diǎn)相連形成了n-1段帶方向的線段；2)設(shè)定識別半徑分別以選取的基準(zhǔn)點(diǎn)為圓心，以設(shè)定的識別半徑r為圓半徑形成圓形圍欄，得到基準(zhǔn)點(diǎn)的圓形識別范圍；3)線路拆分利用多邊形生成方法，在連續(xù)的兩個基準(zhǔn)點(diǎn)之間形成矩形圍欄；4)圍欄識別采用改進(jìn)的弧長法計算目標(biāo)點(diǎn)與矩形圍欄的位置關(guān)系，通過基準(zhǔn)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間的距離D與該基準(zhǔn)點(diǎn)的識別半徑r作比較，判斷該目標(biāo)點(diǎn)與圓形圍欄的位置關(guān)系。本發(fā)明只用GPS定位終端即可實(shí)現(xiàn)定位軌跡自動比對的功能，成本低，效率高，靈活性更好。
文檔編號G01S19/42GK102279406SQ20111009051
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者李明 申請人:廣州星唯信息科技有限公司