本發(fā)明涉及軌跡數(shù)據(jù)，特別是一種綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、運(yùn)動物體的軌跡數(shù)據(jù)描述了該物體在運(yùn)動過程中的時空信息，通過挖掘并分析其中蘊(yùn)含的信息，可以對運(yùn)動物體與時空的交互活動進(jìn)行指導(dǎo)。由于外部環(huán)境、觀測條件的影響，軌跡數(shù)據(jù)中存在一定的誤差。

2、為準(zhǔn)確衡量軌跡數(shù)據(jù)中誤差的大小，眾多學(xué)者圍繞這一問題進(jìn)行了深入的研究。ub(upper?bound)模型是基于時空棱鏡理論提出的一種，利用最大移動速度建立軌跡誤差帶的方法。該方法根據(jù)物體運(yùn)動中的最大移動速度估算其在采樣點(diǎn)間的最大移動距離，并以此表示軌跡的采樣誤差。實際上，在物體運(yùn)動的過程中，其速度是在時刻變化著的。因此，由于速度的瞬時性，ub模型無法具體表現(xiàn)出軌跡在不同采樣點(diǎn)處的運(yùn)動細(xì)節(jié)，從而造成所得軌跡誤差帶中含有較大的冗余。為盡可能準(zhǔn)確地描述物體在每個采樣點(diǎn)附近的運(yùn)動狀態(tài)，多位研究人員采用距離度量描述軌跡采樣誤差，以解決速度無法準(zhǔn)確描述軌跡整體誤差的問題。aub(approximate?upperbound)模型和aee(adaptive?error?ellipse)模型分別采用最大曼哈頓距離和最大閔式距離來表示物體在采樣點(diǎn)間的最大移動距離。另外，在aee模型的基礎(chǔ)上，baee(broad?adaptive?error?ellipse)模型將軌跡數(shù)據(jù)的觀測誤差引入構(gòu)建軌跡誤差帶的過程中，以此提高模型描述軌跡誤差的準(zhǔn)確性。然而，利用距離度量計算采樣誤差的方法為了盡可能完整地包含軌跡誤差引入了固定參數(shù)，用于表達(dá)計算的最大移動距離與歐氏距離之間的關(guān)系。固定參數(shù)的存在使得以上方法難以根據(jù)各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)靈活地構(gòu)建軌跡誤差帶。

3、為了解決上述問題，我們提出了一種結(jié)合軌跡幾何特征與速度的加權(quán)構(gòu)建軌跡誤差帶的方法。該方法仍采用閔式距離表示最大移動距離，其計算過程包含三個部分：第一部分根據(jù)采樣點(diǎn)的位置信息提取軌跡的幾何特征，計算第一組閔式參數(shù)；第二部分根據(jù)采樣點(diǎn)處的速度估算運(yùn)動物體在采樣點(diǎn)間的法向位移，計算第二組閔式參數(shù)；第三部分是根據(jù)兩組閔式參數(shù)加權(quán)計算最優(yōu)閔式參數(shù)，再結(jié)合采樣點(diǎn)的測量誤差，據(jù)此構(gòu)建軌跡誤差帶。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何解決在物體運(yùn)動的過程中，其速度是在時刻變化著的。由于速度的瞬時性，ub模型無法具體表現(xiàn)出軌跡在不同采樣點(diǎn)處的運(yùn)動細(xì)節(jié)，從而造成所得軌跡誤差帶中含有較大的冗余的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法，其包括，根據(jù)采樣點(diǎn)位置計算轉(zhuǎn)向角，根據(jù)轉(zhuǎn)向角大小將軌跡分為平穩(wěn)軌跡和非平穩(wěn)軌跡，對不同類型軌跡構(gòu)建判斷橢圓，迭代調(diào)整橢圓大??；

5、通過固定步長縮小判斷橢圓，輸出此時判斷橢圓的得到第一組閔式參數(shù)；

6、根據(jù)采樣點(diǎn)處速度的大小和方向，計算相鄰采樣點(diǎn)間的法向位移，并據(jù)此計算第二組閔式參數(shù)；

7、將以上兩組閔式參數(shù)進(jìn)行加權(quán)結(jié)合，得到最優(yōu)閔式參數(shù)；

8、通過最優(yōu)閔式參數(shù)和采樣點(diǎn)測量誤差結(jié)合計算得到誤差橢圓參數(shù)，并將其組合成最終的軌跡誤差帶。

9、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)采樣點(diǎn)位置計算轉(zhuǎn)向角，所述轉(zhuǎn)向角包括α轉(zhuǎn)向角和β轉(zhuǎn)向角，所述轉(zhuǎn)向角用于判斷軌跡，每條采樣點(diǎn)連線均對應(yīng)一對轉(zhuǎn)向角，所述α轉(zhuǎn)向角表征當(dāng)前采樣點(diǎn)連線與前一條采樣點(diǎn)連線之間的夾角，β轉(zhuǎn)向角表征當(dāng)前最后一個采樣點(diǎn)與待判斷子軌跡的第一個采樣點(diǎn)之間的連線與待判斷子軌跡第一條采樣點(diǎn)連線構(gòu)成的夾角；

10、所述根據(jù)轉(zhuǎn)向角大小將軌跡分為平穩(wěn)軌跡和非平穩(wěn)軌跡，當(dāng)子軌跡中每條采樣點(diǎn)連線對應(yīng)的一對轉(zhuǎn)向角滿足α≤13°且β≤7°時，該條子軌跡可被判定為平穩(wěn)軌跡α1，所述平穩(wěn)軌跡表征運(yùn)動物體在該子軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)間均保持相似的運(yùn)動狀態(tài)；

11、所述根據(jù)轉(zhuǎn)向角大小將軌跡分為平穩(wěn)軌跡和非平穩(wěn)軌跡，非平穩(wěn)軌跡為無法滿足任意一個轉(zhuǎn)向角條件的子軌跡。

12、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過固定步長縮小判斷橢圓，直至判斷橢圓可以恰好包含當(dāng)前子軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)，根據(jù)此時判斷橢圓的大小，可以得到第一組閔式參數(shù)；

13、所述判斷橢圓包括藍(lán)色橢圓和橙色橢圓，所述藍(lán)色橢圓表征平穩(wěn)軌跡的判斷橢圓1，所述橙色橢圓有兩個，分別表征非平穩(wěn)軌跡的判斷橢圓2和判斷橢圓3，所述平穩(wěn)軌跡可采用如下表達(dá)式：

14、

15、其中，表示平穩(wěn)軌跡，spi表示平穩(wěn)軌跡首軌跡點(diǎn)，spi+3表示平穩(wěn)軌跡尾軌跡點(diǎn)，設(shè)平穩(wěn)軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)連線之和為首尾軌跡點(diǎn)之間的最大閔式距離，并以此為橢圓長軸，以子軌跡首尾點(diǎn)歐氏距離為橢圓焦距，即可構(gòu)建平穩(wěn)軌跡的判斷橢圓1，根據(jù)平穩(wěn)軌跡判斷橢圓的構(gòu)建方法，判斷橢圓對應(yīng)的初始閔式參數(shù)的計算可采用如下表達(dá)式：

16、

17、其中，p0表示初始閔式參數(shù)，a表示初始判斷橢圓的長半軸，d表示歐氏距離與之比，

18、d應(yīng)該滿足條件如下：

19、

20、其中，euc(spi,spi+3)表示spi＝(xi，yi)和spi+3＝(xi+3，yi+3)之間的歐氏距離，進(jìn)一步設(shè)置步長為0.05，根據(jù)子軌跡中其他點(diǎn)與判斷橢圓的相對位置對初始閔式參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，若子軌跡內(nèi)其他點(diǎn)均在判斷橢圓內(nèi)部，則在每次判斷結(jié)束后，在初始閔式參數(shù)的基礎(chǔ)上加上步長，直至調(diào)整后閔式參數(shù)對應(yīng)的判斷橢圓可以恰好包含子軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)；

21、若子軌跡內(nèi)的采樣點(diǎn)未全部落在判斷橢圓內(nèi)部，則在每次判斷結(jié)束后，在初始閔式參數(shù)的基礎(chǔ)上減去步長，直至調(diào)整后閔式參數(shù)對應(yīng)的判斷橢圓可以恰好包含子軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)；經(jīng)過迭代計算后，可以得到判斷橢圓對應(yīng)的調(diào)整后閔式參數(shù)，該結(jié)果即為平穩(wěn)軌跡對應(yīng)的第一組閔式參數(shù)。

22、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述以固定步長縮小判斷橢圓，直至判斷橢圓可以恰好包含當(dāng)前子軌跡內(nèi)所有采樣點(diǎn)，根據(jù)此時判斷橢圓的大小，可以得到第一組閔式參數(shù)；所述橙色橢圓有兩個，分別表征非平穩(wěn)軌跡的判斷橢圓2和判斷橢圓3，所述非平穩(wěn)軌跡可采用如下表達(dá)式：

23、

24、其中，表示非平穩(wěn)軌跡，spj表示非平穩(wěn)軌跡中判斷橢圓2的j端點(diǎn)，spj+1表示非平穩(wěn)軌跡判斷橢圓2的j+1端點(diǎn)，因物體在非平穩(wěn)軌跡處以的運(yùn)動狀態(tài)并不穩(wěn)定，僅從較小的范圍內(nèi)提取其運(yùn)動信息；為了盡可能完整地獲取非平穩(wěn)軌跡的運(yùn)動信息，需要在非平穩(wěn)軌跡的前后部分均建立判斷橢圓，判斷橢圓建立方法均與平穩(wěn)軌跡相似；

25、設(shè)定非平穩(wěn)軌跡與前一段采樣點(diǎn)連線之和為端點(diǎn)間最大閔式距離，并以此為第一個判斷橢圓的長軸，以端點(diǎn)間歐氏距離為焦距，建立判斷橢圓2；

26、同理，假設(shè)非平穩(wěn)軌跡與后一段采樣點(diǎn)連線之和為端點(diǎn)間最大閔式距離，并以此為第二個判斷橢圓的長軸，以端點(diǎn)間歐氏距離為焦距，建立判斷橢圓3；

27、兩個非平穩(wěn)軌跡下判斷橢圓2和判斷橢圓3各自對應(yīng)的初始閔式參數(shù)的計算公式與平穩(wěn)軌跡下判斷橢圓1的初始閔式參數(shù)計算公式相同；

28、分別根據(jù)構(gòu)建橢圓的采樣點(diǎn)與各判斷橢圓之間的相對位置關(guān)系，設(shè)置步長為0.05，調(diào)整閔式參數(shù)，使得閔式參數(shù)對應(yīng)的判斷橢圓可以恰好覆蓋參與構(gòu)建該判斷橢圓的采樣點(diǎn)；迭代計算后，可以得到非平穩(wěn)軌跡對應(yīng)的兩個閔式參數(shù)，則取其平均值作為非平穩(wěn)軌跡對應(yīng)的第一組閔式參數(shù)。

29、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)采樣點(diǎn)處速度的大小和方向，計算相鄰采樣點(diǎn)間的法向位移，并據(jù)此計算第二組閔式參數(shù)；

30、根據(jù)迭代計算可由軌跡幾何特征計算整條軌跡對應(yīng)的第一組閔式參數(shù)：所述采樣點(diǎn)處的速度可以從大小和方向兩方面描述運(yùn)動物體在有限時間內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)；將收集到的運(yùn)動物體在采樣點(diǎn)處的速度估算物體在垂直于采樣點(diǎn)連線方向上的最大位移，并據(jù)此計算第二組閔式參數(shù)；

31、將一條軌跡的采樣點(diǎn)按照采樣順序連接起來，采樣點(diǎn)連線所指的方向為物體的運(yùn)動方向，則采樣點(diǎn)處的速度方向存在兩種情況：第一，采樣點(diǎn)處速度方向與物體運(yùn)動方向夾角小于90°，此情況下認(rèn)為兩方向相同；第二，采樣點(diǎn)處速度方向與物體運(yùn)動方向夾角大于90°，此情況下認(rèn)為兩方向相反；

32、因此，采樣點(diǎn)間法向位移的計算方法按照以上兩種情況分為兩種。

33、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采樣點(diǎn)間法向位移的計算方法包括，子軌跡中采樣點(diǎn)處速度方向會出現(xiàn)兩種情況，若速度方向與運(yùn)動方向相同，即物體在spk點(diǎn)以速度運(yùn)動時，子軌跡之間法向位移估值的計算采用如下表達(dá)式：

34、

35、其中，為速度與采樣點(diǎn)連線之間的夾角；為速度，dk為法向位移估值，spk為采樣點(diǎn)，子軌跡為

36、若速度方向與運(yùn)動方向相反，即物體在spk點(diǎn)以速度運(yùn)動時，子軌跡之間法向位移估值的計算采用如下表達(dá)式：

37、

38、同理，可根據(jù)上述內(nèi)容計算得到采樣點(diǎn)spk+1處的法向位移估值dk+1，當(dāng)需要包含更多真實軌跡，子軌跡對應(yīng)的最大法向位移dk,k+1取兩個法向位移估值dk和dk+1中最大值，采用如下表達(dá)式：

39、dk,k+1＝max(dk,dk+1)

40、其中，dk,k+1表示最大法向位移，將采樣點(diǎn)間最大法向位移作為該區(qū)間對應(yīng)誤差橢圓的短半軸b，且已知誤差橢圓以采樣點(diǎn)間歐氏距離為焦距2c，并以兩點(diǎn)間最大閔式距離為長軸，即可根據(jù)橢圓參數(shù)之間的關(guān)系計算出當(dāng)前區(qū)間對應(yīng)的最大閔式距離，所述最大閔式距離即橢圓長軸2a，其表達(dá)式如下：

41、

42、最后根據(jù)最大閔式距離與閔式參數(shù)之間的關(guān)系，得到第二組閔式參數(shù)p2：

43、

44、其中，d滿足下述表達(dá)式，下述表達(dá)式以為例：

45、

46、重復(fù)上述步驟，即可得到整條軌跡對應(yīng)的第二組閔式參數(shù)

47、

48、作為本發(fā)明所述綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述通過最優(yōu)閔式參數(shù)和采樣點(diǎn)測量誤差結(jié)合計算得到誤差橢圓參數(shù)，并將其組合成最終的軌跡誤差帶；

49、所述加權(quán)計算最優(yōu)閔式參數(shù)并構(gòu)建軌跡誤差帶，經(jīng)過迭代計算得到兩組閔式參數(shù)，和將兩組參數(shù)進(jìn)行加權(quán)計算，即可得到最優(yōu)閔式參數(shù)，其采用如下表達(dá)式：

50、p′＝w1×p1+w2×p2

51、其中，p'表示最優(yōu)閔式參數(shù)；w1為第一組閔式參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重，w2為第二組閔式參數(shù)對應(yīng)的權(quán)重；當(dāng)和均取0.5時，軌跡誤差帶相較于原來的方法提升更明顯。

52、第二方面，本發(fā)明實施例提供了綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建系統(tǒng)，其包括計算模塊，根據(jù)采樣點(diǎn)位置計算轉(zhuǎn)向角，根據(jù)轉(zhuǎn)向角大小將軌跡分為平穩(wěn)軌跡和非平穩(wěn)軌跡，對不同類型軌跡構(gòu)建判斷橢圓，迭代調(diào)整橢圓大??；

53、輸出模塊，通過固定步長縮小判斷橢圓，輸出此時判斷橢圓的得到第一組閔式參數(shù)；根據(jù)采樣點(diǎn)處速度的大小和方向，計算相鄰采樣點(diǎn)間的法向位移，并據(jù)此計算第二組閔式參數(shù)；

54、加權(quán)模塊，將以上兩組閔式參數(shù)進(jìn)行加權(quán)結(jié)合，得到最優(yōu)閔式參數(shù)；

55、組合模塊，通過最優(yōu)閔式參數(shù)和采樣點(diǎn)測量誤差結(jié)合計算得到誤差橢圓參數(shù)，并將其組合成最終的軌跡誤差帶。

56、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其中：所述計算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的步驟。

57、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其中：所述計算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法的步驟。

58、本發(fā)明有益效果為：提高了軌跡誤差帶的準(zhǔn)確性和覆蓋率：通過綜合考慮軌跡的幾何特征和速度特征，能更全面地捕捉物體的運(yùn)動信息。加權(quán)結(jié)合兩種特征得到的閔式參數(shù)，可以更好地反映物體的實際運(yùn)動狀態(tài)。實驗結(jié)果顯示，該方法在多種采樣間隔下均能構(gòu)建具有較高點(diǎn)覆蓋率的軌跡誤差帶。

59、減小了軌跡誤差帶的冗余：相比單一使用幾何特征或速度特征的方法，本方法能構(gòu)建出面積更小的軌跡誤差帶。實驗結(jié)果表明，在大多數(shù)情況下本方法可提供最小的軌跡誤差帶。

60、提高了軌跡誤差帶構(gòu)建的靈活性：通過引入加權(quán)機(jī)制，可以根據(jù)不同應(yīng)用場景調(diào)整幾何特征和速度特征的權(quán)重。避免了使用固定參數(shù)帶來的局限性，能更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的運(yùn)動情況。

61、改進(jìn)了對非平穩(wěn)軌跡的處理：通過區(qū)分平穩(wěn)軌跡和非平穩(wěn)軌跡，并采用不同的處理方法，提高了對復(fù)雜軌跡的適應(yīng)性。對非平穩(wěn)軌跡采用前后兩個判斷橢圓的方法，可以更全面地捕捉非穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)下的軌跡特征。

62、具有廣泛的應(yīng)用潛力：該方法可以應(yīng)用于多種需要精確軌跡分析的領(lǐng)域，如交通監(jiān)控、目標(biāo)跟蹤、運(yùn)動分析等。通過提供更準(zhǔn)確、更緊湊的軌跡誤差帶，可以為相關(guān)應(yīng)用提供更可靠的決策依據(jù)。

63、綜上，這種綜合幾何與速度特征的加權(quán)軌跡誤差構(gòu)建方法在提高準(zhǔn)確性、減少冗余、增加靈活性和適應(yīng)性等方面都有明顯優(yōu)勢，為軌跡數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用提供了一種更為有效的工具。