一种基于几何方法的GPS数据去噪与分段方法与流程

本发明涉及地理信息系统领域，尤其涉及一种基于几何方法的GPS数据去噪与分段方法。

背景技术：

在当前技术背景下，许多设备均会产生大量GPS数据。各种应用通过手机上报当前实时位置，贵重资产的定位器可以通过回溯GPS来确认资产安全状况。同时依赖于GPS数据的各种应用(APP)也深度的嵌入到了日常生活中。但是GPS数据有两个主要问题需要解决：1.GPS数据异常点的问题；2.GPS数据存储问题。

一般GPS轨迹数据可以采用卡尔曼滤波(kalman filter)，条样方法(spline)与主曲线(principle curve)等方法。

卡尔曼滤波主要有两个缺点：

1.卡尔曼滤波器的状态方程主要依赖于运动学定律，但是有些GPS异常点使用运动学定律的状态方程是不能有效区分的。

2.卡尔曼滤波器对于误差不满足高斯分布的异常点不能有效处理。

条样方法的主要问题在于：条样平滑的平滑系数很难适应所有情况，同时也不能处理偏移过大的异常点。

主曲线方法主要问题在于：需要大量的采样点。而对于许多GPS设备来说，受限于功耗与计算能力，提高GPS的采样率是不现实的。

技术实现要素：

针对上述方案的缺点，本发明提出一种不依赖于其他信息的情况下，提取GPS轨迹特征为后续的GPS数据压缩与处理提供了有效参考信息的基于几何方法的GPS数据去噪与分段方法。

本发明技术方案是：一种基于几何方法的GPS数据去噪与分段方法，应用于GPS数据产生及处理平台，包括以下步骤：

S1：GPS数据产生平台生成GPS序列，GPS数据处理平台选取GPS序列中的第i个点以及第j个点，其中，j＝i+2；

S2：以直线连接点i与点j；

S3：计算点i与点j之间的点到上述直线的距离d；

S4：判断是否满足分段条件，具体包括以下条件：

S41：距离d是否大于第一阈值；

S42：满足条件S41的连续点的数量是否大于第二阈值；

S5：若满足分段条件S42，则计算分段点k，且i＝k+1，j＝i+2，返回执行步骤S2-S4，直到不满足分段条件S41或S42；

S6：若不满足分段条件S41或S42，则j＝j+1，返回执行步骤S2-S4，直到满足分段条件S42；

S7：判断运算是否结束，若点j-1为GPS序列的最后一个点，则运算结束；

S8：依次连接各分段点获取GPS轨迹，同时对各分段点进行保存。

进一步的，所述步骤S5中还包括步骤S51，具体为：判断距离d是否大于第三阈值，若距离d大于第三阈值，则去除该点，若距离d小于第三阈值，则保留该点。

进一步的，所述步骤S1中i，j的初始值分别为1,3。

进一步的，：所述步骤S3中距离其中a,b,c为直线参数，(x,y)为点i与点j之间的点的GPS坐标。

进一步的，所述条件S41中的第一阈值取值为1e-5°。

进一步的，所述条件S42中的第二阈值取值为5。

进一步的，所述S5中分段点k的选取方法为：以点j-1作为分段点k。

进一步的，所述S5中分段点k的选取方法为：以满足条件S42的最后一个点作为分段点k。

本发明的有益效果是：只依赖于GPS数据，不需要额外地理信息。在一次处理过程中同时完成GPS数据的去噪声(去除异常点)和GPS数据分段(特征信息提取)的工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的整体流程示意图；

图2是本发明步骤S2与S3的流程示意图；

图3是获得分段点后的道路车辆的GPS轨迹示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

结合附图1，一种基于几何方法的GPS数据去噪与分段方法，应用于GPS数据产生及处理平台，包括以下步骤：

S1：GPS数据产生平台生成GPS序列，GPS数据处理平台选取GPS序列中的第i个点以及第j个点，其中，j＝i+2。在当前技术背景下，许多设备均会产生大量GPS数据，例如：智能手机、导航等。通过这些设备在每间隔一端时间获取一个GPS点，在一段时间内就可以生成一串GPS序列。设置i，j的初始值分别为1,3，即该序列的第1个点和第3个点。

S2：以直线连接点i与点j；

S3：计算点i与点j之间的点到上述直线的距离其中a,b,c为直线参数，(x,y)为点i与点j之间的点的GPS坐标。如图2所示，该图为步骤S2与S3的流程示意图。

S4：判断是否满足分段条件，具体包括以下条件：

S41：距离d是否大于第一阈值；

S42：满足条件S41的连续点的数量是否大于第二阈值。其中，第一阈值取值为1e-5°，第二阈值取值为5。如果需要更精细的GPS轨迹，同时去除GPS轨迹上的异常点(噪声点)。可每次迭代缩小第一阈值1与第二阈值的数值。大的阈值可处理偏移严重异常点，使用小的阈值可尽可能多的保存GPS轨迹的细节信息。

S5：若满足分段条件S42，则计算分段点k，且i＝k+1，j＝i+2，返回执行步骤S2-S4，直到不满足分段条件S41或S42。然后判断距离d是否大于第三阈值，若距离d大于第三阈值，则去除该点，若距离d小于第三阈值，则保留该点。一般将第三阈值设置在第一阈值的1-3倍范围内。而这些去除的点即为异常点(噪声点)，最终取得更精细的GPS轨迹。可以以点j-1作为分段点k，也可以以满足条件S42的最后一个点作为分段点k。

S6：若不满足分段条件S41或S42，则j＝j+1，返回执行步骤S2-S4，直到满足分段条件S42；

S7：判断运算是否结束，若点j-1为GPS序列的最后一个点，则运算结束；

S8：依次连接各分段点获取GPS轨迹，同时对各分段点进行保存。

结合附图3，对于道路车辆的GPS轨迹测量，GPS分段点可以很好的保存GPS轨迹经过的道路信息，同时去除其它冗余信息，减小的数据存储的压力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。