一种位置判定方法与流程

本发明属于位置定位服务技术领域，涉及一种定位服务中的共享单车位置判定方法，具体涉及一种基于定位服务中进行点与多边形位置关系判定的方法。

背景技术：

随着互联网技术的快速发展，基于位置的服务(lbs)给人们的生产、生活方式带来了极大的改变，为广大用户带来了便利。网络社交中的查找附近好友、日常生活中的外卖配送等场景都使用到了位置服务，而共享单车更是为最后一公里提供了解决方案。通常共享单车的运营人员使用电子围栏围成一块地理区域，并将其抽象为一个任意多边形，将用户归还的共享单车所在的位置抽象为一个点，然后根据多边形与给定点的位置关系来判断共享单车是否停放在运营区内，进而根据判断结果提供后续的相应的服务。

目前判断点与多边形的方法有：射线法、夹角法、面积法、叉积(点线)判断法等。在射线法中，通过从给定点引出一条射线，计算该射线与多边形的交点个数，若交点的个数为奇数，则坐标点在多边形内部，否则坐标点在多边形外。但当给定点位于多边形边上时或者射线与边重合时，该方法存在一定程度的误判；在使用夹角法时，需要计算点与多边形的每条边的夹角；在面积法中，需要将点与多边形的位置问题转化为求三角形面积问题；在叉积(点线)判断法中，需要计算点与多边形每条边的关系，如果给定点在所有有向边的一侧，则坐标点在多边形内部，否则，在多边形外部。因此，这些方法在使用的过程中存在一定局限性，且面积法、叉积(点线)判断法只适用于凸多边形。因此，如何高效实现点与多边形的位置关系判定仍然是一个值得深入研究的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种可以应用于共享单车的位置判定方法，通过相应的判断方法判定给定点与任意多边形的位置关系来判断共享单车是否停放在运营区内。

本发明所采用的技术方案是：一种位置判定方法，其特征在于：使用网络电子围栏在地图所围成的地理区域是一个具有n个顶点的任意多边形l，以纵坐标最大的顶点为起点，按照逆时针顺序依次将n个顶点标记为{p0,p1,....,pn-1}，其坐标分别为(xi,yi),i＝0,2,....,n-1，并将需要判定位置的物品的所在位置抽象表示为一个点p(xp,yp)，通过判断点p与任意多边形l之间的位置关系得到需要判定位置的物品是否位于预设区域内的结果；假设任意多边形l最上方顶点为p0(x0,y0)、最下方顶点为pd(xd,yd)、最左边顶点为pl(xl,yl)、最右边顶点为pr(xr,yr)；对给定点p(xp,yp)与任意多边形l的位置关系进行判断；

具体包括以下步骤：

步骤1：若点p(xp,yp)的位置满足xl≤xp≤xr，且yd≤yp≤y0，则进入步骤2；否则认为点不在任意多边形中，即需要判定位置的物品位于预设范围之外，返回该结果；

步骤2：在顶点{p0,p1,....,pn-1}中找到相邻的两个顶点pi和pi+1，使得xi≤xp≤xi+1，或者xi+1≤xp≤xi；

如果存在相邻的三个顶点pi-1、pi和pi+1，满足xi≤xp≤xi-1且xi≤xp≤xi+1，或满足xi-1≤xp≤xi且xi+1≤xp≤xi；若|yi-1-yp|≤|yi+1-yp|，则取相邻顶点pi-1和pi；若|yi-1-yp|＞|yi+1-yp|，则取相邻顶点pi和pi+1；不失一般性，假设选取的两个相邻的顶点为pi和pi+1，其中i＝0,2,....,n-1，当i＝n-1时，i+1＝0；

步骤3：基于点pi、pi+1和p以逆时针方向构建向量和若其中-1≤t≤0，则说明pi、pi+1、p三点共线，点p位于任意多边形的边上，此时认为点p位于任意多边形中，即需要判定位置的物品位于预设范围之内，返回该结果；否则，进入步骤4；

步骤4：计算所得向量垂直于所在的平面；如果根据右手定则得到向量垂直平面向外，则说明点p(xp,yp)位于任意多边形l的内部，即需要判定位置的物品位于预设范围之内；如果根据右手定则得到向量垂直平面向里，则说明点p(xp,yp)位于任意多边形l的外部，即需要判定位置的物品位于预设范围之外；返回判断结果。

相对于现有技术，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明只需要计算法向量，进行向量间的比较即可得到点与任意多边形的位置关系，因此快速高效地解决了共享单车运营中的问题。

(2)本发明能够解决点与凸多边形的判定问题，也能解决点与凹多边形的位置判定问题。

附图说明

图1：本发明实施例的给定任意多边形；

图2：本发明实施例的给定任意多边形外接矩形示意图；

图3：本发明实施例的第一种点与给定任意多边形位置关系的示意图；

图4：本发明实施例的第二种点与给定任意多边形位置关系的示意图；

图5：本发明实施例的第三种点与给定任意多边形位置关系的示意图1；

图6：本发明实施例的第三种点与给定任意多边形位置关系的示意图2；

图7：本发明实施例的第四种点与给定任意多边形位置关系的示意图；

图8：本发明实施例的第五种点与给定任意多边形位置关系的示意图；

图9：本发明实施例的第六种点与给定任意多边形位置关系的示意图；

图10：本发明实施例的第七种点与给定任意多边形位置关系的示意图1；

图11：本发明实施例的第七种点与给定任意多边形位置关系的示意图2。

具体实施

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有方法存在计算代价、效率不高的问题，本实施例公开了一种共享单车位置判定方法；本发明首先将运营人员使用电子围栏所围成的地理区域抽象为一个任意多边形，将用户归还后的共享单车所在的位置抽象为一个点，通过相应的判断方法判定给定点与任意多边形的位置关系来判断共享单车是否停放在运营区内。

请见图1，假设共享单车运营人员使用网络电子围栏在地图所围成的地理区域是一个具有n个顶点的任意多边形l，以纵坐标最大的顶点为起点，按照逆时针顺序依次将n个顶点标记为{p0,p1,....,pn-1}，其坐标分别为(xi,yi),i＝0,2,....,n-1。

请见图2，假设任意多边形最上方顶点为p0(x0,y0)、最下方顶点为pd(xd,yd)、最左边顶点为pl(xl,yl)、最右边顶点为pr(xr,yr)。区域abcd即为满足xl≤xp≤xr，且yd≤yp≤y0的范围，称其为任意多边形的外接矩形。

请见图3至图11。将用户归还的共享单车的所在位置抽象表示为一个点p(xp,yp)，p(xp,yp)与任意多边形的位置关系如附图所示，图3表示点p(xp,yp)位于外接矩形外；图4至图11中点与多边形的关系可以分为两类，一类是图4、图5、图6、图7、图8表示点p(xp,yp)在任意多边形外，在外接矩形中；一类是图9、图10、图11表示p(xp,yp)在任意多边形中。当点p(xp,yp)在多边形的外接矩形中时，则需要进一步判断点与任意多边形的位置关系。

本发明提供的一种共享单车位置判定方法，包括以下步骤：

假设任意多边形最上方顶点为p0(x0,y0)、最下方顶点为pd(xd,yd)、最左边顶点为pl(xl,yl)、最右边顶点为pr(xr,yr)。对给定点与任意多边形l的位置关系进行判断。

请见图3至图11，具体实现包括以下子步骤：

步骤1：若点p(xp,yp)的位置满足xl≤xp≤xr，且yd≤yp≤y0，则进入步骤2；否则认为点不在任意多边形中(对应图3所示情况)，即共享单车停靠在运营区范围之外，返回该结果；

步骤2：在顶点{p0,p1,....,pn-1}中找到相邻的两个顶点pi和pi+1，使得xi≤xp≤xi+1，或者xi+1≤xp≤xi；

如果存在相邻的三个顶点pi-1、pi和pi+1，满足xi≤xp≤xi-1且xi≤xp≤xi+1或者满足xi-1≤xp≤xi且xi+1≤xp≤xi，如果|yi-1-yp|≤|yi+1-yp|，则取相邻顶点pi-1和pi，如果|yi-1-yp|＞|yi+1-yp|，则取相邻顶点pi和pi+1(对应图6和图10所示情况)；不失一般性，假设选取的两个相邻的顶点为pi和pi+1，其中i＝0,2,....,n-1，需要说明的是，当i＝n-1时，i+1＝0。

步骤3：基于点pi、pi+1和p以逆时针方向构建向量和若其中-1≤t≤0，则说明pi、pi+1、p三点共线，点p位于任意多边形的边上，此时认为点p位于任意多边形中(对应图9所示情况)，即共享单车停靠在运营区范围之内，返回该结果；否则，进入步骤4。

步骤4：计算所得向量垂直于所在的平面；如果根据右手定则得到向量垂直平面向外，则说明点p(xp,yp)位于任意多边形l的内部(对应图10和图11所示情况)，即共享单车停靠在运营区范围之内；如果根据右手定则得到向量垂直平面向里，则说明点p(xp,yp)位于任意多边形l的外部(对应图4、图5、图6、图7、图8所示情况)，即共享单车停靠在运营区范围之外；返回判断结果。

本发明针对共享单车运营中的问题，本发明首先将运营人员使用电子围栏所围成的地理区域抽象为一个任意多边形，将用户归还后的共享单车所在的位置抽象为一个点，通过相应的判断方法判定给定点与任意多边形的位置关系来判断共享单车是否停放在运营区内。本发明只需要计算法向量，进行向量间的比较即可得到点与任意多边形的位置关系，因此高效地解决了判断目标共享单车是否在运营区域内停放的问题。

本发明允许运营人员在地图上使用网络电子围栏围成一块几何区域范围，然后判断某用户停放的共享单车是否在该范围内，最后根据判断结果决定是否对该用户征收额外费用。

本发明可以应用于共享经济中的一切需要对位置进行规范的物品，包括共享单车、共享电瓶车、共享汽车、共享雨伞等。也可以应用到其他需要对位置进行规范的场景。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。