车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法 【技术领域】
本发明涉及一种优化方法， 特别是涉及一种车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法。 背景技本
WebGIS 是 Internet 技术应用于 GIS(Geographic Information System， 地理信息 系统 ) 开发的产物。 GIS 通过 WWW 功能得以扩展， 真正成为一种大众使用的工具。 WebGIS 车 辆监控系统是一个构建于 Internet 的大型车辆信息监控平台， 融合了 GPS 卫星定位技术、 GPRS/GSM 无线通讯技术和 WebGIS 网络地理信息系统技术。 用户能够通过 IE 浏览器在电子 地图上对车辆的地理位置、 速度、 行驶方向、 车辆状态等信息进行实时监控、 轨迹回放和信 息查询。利用 WebGIS 的空间分析功能还可以进行车辆调度的辅助决策支持， 从而实现科学 合理的监控调度管理， 提高车辆运营效率。
轨迹回放功能作为 WebGIS 车辆监控系统的一项重要功能， 可以在电子地图上重 现车辆的历史行驶状态， 为各种类型的分析管理提供一个直观的可视化信息支持。在前台 实现方式上， 因为插件式 WebGIS 需要用户安装插件这一致命缺点， 无法满足众多 WebGIS 项 目的要求， 因此目前国内主流的 WebGIS 大多使用 javascript 语言来进行前台开发。由于 javascript 语言是解释型语言， 在性能方面无法达到 C 或 JAVA 之类语言的水平， 因此当轨 迹回放中需要处理海量数据时， 车辆监控系统运算速度较慢， 无法及时响应用户操作， 严重 影响车辆监控系统的交互性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方 法， 其大幅提升了轨迹回放的性能， 且能及时响应用户操作。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 ： 一种车辆监控系统中轨迹回 放功能的优化方法， 其特征在于， 其包括以下步骤 ：
步骤一、 确定轨迹回放功能需要处理的原始轨迹点数据 ；
步骤二、 获取当前地图窗口的边界和比例尺， 边界用于过滤当前地图窗口外的原 始轨迹点， 比例尺用于计算原始轨迹点之间的距离并过滤重叠或紧邻的原始轨迹点 ；
步骤三、 根据当前地图窗口的边界判断原始轨迹点是否在当前地图窗口内， 并在 原始轨迹点数据中增加窗口内标志位和相对于前一轨迹点的变化状态信息 ；
步骤四、 为每一个原始轨迹点增加点绘图标志位， 根据原始轨迹点之间的距离与 一个阀值比对， 确定该轨迹点是否需要被绘制 ；
步骤五、 为每一个原始轨迹点增加线绘图标志位， 根据变化状态信息确定该轨迹 点是否需要加入轨迹线节点队列 ；
步骤六、 按照过滤后的原始轨迹点数据进行轨迹点和轨迹线的绘制。
优选地， 所述轨迹回放功能是通过轨迹点来模拟车辆行驶的轨迹线并叠加到电子 地图上进行可视化显示。优选地， 所述步骤三中原始轨迹点的经度、 纬度和当前地图窗口的边界进行比较， 确定该轨迹点是否在当前地图窗口内， 如果在当前地图窗口内， 则窗口内标志位置为一 ； 如 果在当前地图窗口外， 则窗口内标志位置为零。
优选地， 所述步骤六根据步骤五中的点绘图标志位和线绘图标志位进行轨迹点和 轨迹线的绘制。
本发明的积极进步效果在于 ： 本发明使轨迹绘制速度提升至少两倍以上， 当用户 连续操作地图时， 车辆监控系统运行流畅， 无明显迟滞感， 大大提高了用户的操作效率。 附图说明
图 1 为本发明一实施例的流程图。 图 2 为本发明原始轨迹点的具体位置关系的示意图。 图 3 为本发明对轨迹的优化显示最终绘图效果的示意图。 图 4 为未经优化的轨迹回放显示效果示意图。 图 5 为优化后的轨迹回放显示效果示意图。具体实施方式 下面结合附图给出本发明较佳实施例， 以详细说明本发明的技术方案。
本发明为一种车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法， 其基本原理是 ： 通过地 图窗口边界判断轨迹点是否在窗口内， 过滤掉在窗口外的轨迹点， 并为每一个轨迹点增加 窗口内标志位和相对于前一个轨迹点的变化状态信息 ； 然后再通过比例尺计算轨迹点距 离， 过滤掉重叠或紧邻的轨迹点， 并增加点绘图标志位来确定需要绘制的轨迹点 ； 最后通过 变化状态信息确定需要绘制的轨迹线的节点， 并为每一个轨迹点增加线绘图标志位。
如图 1 所示， 本发明车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法包括以下步骤 ：
步骤 1， 确定轨迹回放功能需要处理的原始轨迹点数据。
根据用户实际需求确定轨迹回放功能需要处理的原始轨迹点数据。例如， 用户需 要回放的车辆轨迹由第一轨迹点 (Pt1) 至第十轨迹点 (Pt10) 一共十个轨迹点组成， 每一个 轨迹点通过经度和纬度来表示地理位置， 则上述十个轨迹点组成如表 1 所示的原始轨迹点 数据。
轨迹点号 Pt1 Pt2 Pt3 Pt4经纬度 (lon， lat) (120.8， 31.7) (121.1， 31.6) (121.3， 31.3) (121.4， 31.3)4CN 101901551 A说Pt5 Pt6 Pt7 Pt8 Pt9 Pt10明书3/7 页(121.6， 30.9) (121.8， 30.8) (121.9， 30.8) (121.8， 31.3) (121.7， 31.7) (121.5， 32.1)
表1
步骤 2， 获取当前地图窗口的边界和比例尺。
轨迹回放功能是通过轨迹点来模拟车辆行驶的轨迹线并叠加到电子地图上进行 可视化显示。而当用户移动或缩放地图窗口来查看轨迹时， 往往某些轨迹点会处于当前地 图窗口之外， 或是某些轨迹点位置重叠或紧邻， 为了对轨迹回放功能进行性能和显示效果 的优化， 需要对这些轨迹点进行筛选过滤。在本步骤 2 中， 获取当前地图窗口的边界用于 过滤当前地图窗口外的原始轨迹点， 获取当前地图窗口的比例尺用于计算原始轨迹点之 间的距离并过滤重叠或紧邻的原始轨迹点。本例中， 假设当前地图窗口的屏幕分辨率为 400*400( 单位 ： 像素 )， 地图边界为左下角 (121， 31)、 右上角 (122， 32)， 然后根据分辨率和
边界我们可根据计算得出比例尺， 经度的 1 度等于 400 像素， 纬度的 1 度也等于 400 像素。 原始轨迹点的具体位置关系如图 2 所示， 其中方框表示当前地图窗口。
步骤 3， 根据当前地图窗口的边界判断原始轨迹点是否在当前地图窗口内， 并在原 始轨迹点数据中增加窗口内标志位和相对于前一轨迹点的变化状态信息。
在本步骤 3 中， 通过原始轨迹点的经度、 纬度 ( 经纬度 ) 和当前地图窗口的边界进 行比较， 确定该轨迹点是否在当前地图窗口内， 如果在当前地图窗口内， 则窗口内标志位置 为1 ； 如果在当前地图窗口外， 则窗口内标志位置为 0。 而变化状态信息一共分为四种状态， 利用前一轨迹点和当前轨迹点的窗口内标志位来进行判定， 判定规则如下 ： (1) 前一轨迹点的窗口内标志位等于 0， 当前轨迹点的窗口内标志位等于 1， 表示 当前轨迹点进入当前地图窗口 ；
(2) 前一轨迹点的窗口内标志位等于 0， 当前轨迹点的窗口内标志位等于 0， 表示 当前轨迹点持续在当前地图窗口外 ；
(3) 前一轨迹点的窗口内标志位等于 1， 当前轨迹点窗的口内标志位等于 0， 表示 当前轨迹点离开当前地图窗口 ；
(4) 前一轨迹点的窗口内标志位等于 1， 当前轨迹点的窗口内标志位等于 1， 表示 当前轨迹点持续在当前地图窗口内 ；
其中， 第一轨迹点 (Pt1) 的前一轨迹点的窗口内标志位默认为 0。
对所有原始轨迹点数据进行处理后， 得到如表 2 所示的轨迹点数据。
5CN 101901551 A
说经纬度 (lon， lat) (120.8， 31.7) (121.1， 31.6) (121.3， 31.3) (121.4， 31.3) (121.6， 30.9) (121.8， 30.8) (121.9， 30.8) (121.8， 31.3) (121.7， 31.7) (121.5， 32.1)明书变化状态信息 持续在窗口外 进入窗口 持续在窗口内 持续在窗口内 离开窗口 持续在窗口外 持续在窗口外 进入窗口 持续在窗口内 离开窗口4/7 页轨迹点号 Pt1 Pt2 Pt3 Pt4 Pt5 Pt6 Pt7 Pt8 Pt9 Pt10
窗口内标志位 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0表2
步骤 4， 为每一个原始轨迹点增加点绘图标志位， 根据原始轨迹点之间的距离与一 个阀值比对， 确定该轨迹点是否需要被绘制。
本步骤 4 进一步对原始轨迹点数据进行优化筛选， 过滤重叠和紧邻的轨迹点， 最 终确定需要被绘制的原始轨迹点。为此预先设定一个阀值 D( 单位 ： 像素 )， 然后按照第一 轨迹点 (Pt1) 至第十轨迹点 (Pt10) 轨迹点的顺序依次判定点绘图标志位， 0 表示过滤掉的 轨迹点， 不需要绘制， 1 表示保留的轨迹点， 需要绘制， 判定规则有以下两点 ：
(1) 变化状态信息不为 “持续在窗口内” 时， 点绘图标志位与窗口内标志位一致。
(2) 变化状态信息为 “持续在窗口内” 时， 进行阀值比对， 计算当前点和 “最近绘制 点” ( 即之前最近一次点绘图标志位确定为 1 的轨迹点 ) 之间的屏幕距离， 当距离大于等于 阀值 D 时， 点绘图标志位置为 1， 当距离小于阀值 D 时， 点绘图标志位置为 0。
本例中， 变化状态信息为 “持续在窗口内”的只有第三轨迹点 (Pt3)、 第四轨迹 点 (Pt4)、 第九轨迹点 (Pt9) 三个轨迹点， 因此只需对这三个轨迹点进行阀值比对， 假设将 阀值设为 50 个像素， 那么首先判断第三轨迹点 (Pt3)， 它的 “最近绘制点” 是第二轨迹点 (Pt2)， 计算第三轨迹点 (Pt3) 和第二轨迹点 (Pt2) 之间的屏幕距离为 144.22 像素， 大于 阀值 D， 点绘图标志位置为 1 ； 然后判断第四轨迹点 (Pt4)， 它的最近绘制点是第三轨迹点 (Pt3)， 计算第四轨迹点 (Pt4) 和第三轨迹点 (Pt3) 之间的屏幕距离为 40 像素， 小于阀值 D，
点绘图标志位置为 0 ； 最后判断第九轨迹点 (Pt9)， 它的最近绘制点是第八轨迹点 (Pt8)， 计 算第九轨迹点 (Pt9) 和第八轨迹点 (Pt8) 之间的屏幕距离为 164.92 像素， 大于阀值 D， 点绘 图标志位置为 1。
最终确定需要绘制第二轨迹点 (Pt2)、 第三轨迹点 (Pt3)、 第八轨迹点 (Pt8) 和第 九轨迹点 (Pt9) 四个轨迹点， 具体数值如表 3 所示。
轨迹点号 Pt1 Pt2 Pt3 Pt4 Pt5 Pt6 Pt7 Pt8 Pt9 Pt10
经纬度 (lon， lat) (120.8， 31.7) (121.1， 31.6) (121.3， 31.3) (121.4， 31.3) (121.6， 30.9) (121.8， 30.8) (121.9， 30.8) (121.8， 31.3) (121.7， 31.7) (121.5， 32.1)窗口内标志位 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0变化状态信息 持续在窗口外 进入窗口 持续在窗口内 持续在窗口内 离开窗口 持续在窗口外 持续在窗口外 进入窗口 持续在窗口内 离开窗口点绘图标志位 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0表3
步骤 5， 为每一个原始轨迹点增加线绘图标志位， 根据变化状态信息确定该轨迹点 是否需要加入轨迹线节点队列。
上一个步骤中已经确定了第二轨迹点 (Pt2)、 第三轨迹点 (Pt3)、 第八轨迹点 (Pt8) 和第九轨迹点 (Pt9) 四个轨迹点需要进行绘制， 但是如果轨迹线也按照这四个轨迹 点来组成的话， 那么其轨迹线的走向会与实际走向有较大失真， 因此为了使轨迹线的走向 更为准确， 本步骤为每一个轨迹点增加线绘图标志位， 用来确定该轨迹点是否需要作为轨 迹线的节点。线绘图标志位同样分为 0 和 1， 0 表示不作为轨迹线节点， 1 认定为轨迹线节 点。 预先将所有轨迹点的线绘图标志位置为 0， 然后根据变化状态信息对每一个轨迹点按顺 序进行判断， 判断的规则如下 ：
(1) 变化状态信息为 “进入窗口” 时， 前一轨迹点的线绘图标志位置为 1， 当前轨迹 点的线绘图标志位置为 1 ；
(2) 变化状态信息为 “持续在窗口内” 时， 当前轨迹点的线绘图标志位与当前轨迹 点的点绘图标志位相同 ；(3) 变化状态信息为 “离开窗口” 时， 当前轨迹点的线绘图标志位置为 1 ； (4) 变化状态信息为 “持续在窗口外” 时， 不做任何处理。最终， 处理结果如表 4 所示。
表4 步骤 6， 按照过滤后的原始轨迹点数据进行轨迹点和轨迹线的绘制。 本步骤 6 中， 根据步骤 5 中的点绘图标志位和线绘图标志位进行轨迹点和轨迹线的绘制。 优化后绘制的轨迹点 ： 第二轨迹点 (Pt2)、 第三轨迹点 (Pt3)、 第八轨迹点 (Pt8) 和 第九轨迹点 (Pt9) ；
优化后绘制的轨迹线节点 ： 第一轨迹点 (Pt1)、 第二轨迹点 (Pt2)、 第三轨迹点 (Pt3)、 第五轨迹点 (Pt5)、 第七轨迹点 (Pt7)、 第八轨迹点 (Pt8) 和第九轨迹点 (Pt9)、 第十
轨迹点 (Pt10) ；
至此， 车辆监控系统已完成对轨迹的优化显示， 最终绘图效果如图 3 所示。
图 4 是一个未经优化的轨迹回放显示效果示意图， 从图 4 中可以看到轨迹点大量 的拥挤在一起， 视觉效果大打折扣， 虽然轨迹点显示的较为详细， 但是用户关心的只是一些 关键点， 这样的回放效果浪费太多的系统资源， 并且用户的视觉感受极差。在使用了本发 明车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法后， 系统自动屏蔽处于地图窗口外的轨迹点， 并对地图窗口内的轨迹点进行均匀分布， 减少了实际需要绘制的轨迹点数量， 从而减轻了 系统的运算负担， 使得系统运行更加流畅， 并且通过均匀分布的关键轨迹点将用户所需轨 迹准确、 美观的显示出来， 因此， 无论是系统性能方面或是显示效果方面都得到了极大的改 善， 优化后的轨迹回放显示效果如图 5 所示。
车辆监控系统主要由三部分组成， 即通讯网络、 车载终端和监控中心。 车辆监控系 统的工作原理是 ： 车载终端通过 GPS(Global Positioning System， 全球定位系统 ) 模块实 时获取 GPS 定位信息并通过通讯网络发送到监控中心， 监控中心根据收到的 GPS 定位信息 将各个车辆的运行轨迹以符号化的形式显示在电子地图上。 通讯网络负责监控中心和移动 车载终端之间数据的传输， 是系统的传输装置 ； 车载终端是车载监控系统的重要组成部分， 它相当于整个系统的 “传感器” ， 被安装在需要监控管理的车辆上 ； 监控中心是整个车辆监 控系统的通信枢纽和业务展示核心， 负责车载终端 GPS 数据的接收及控制指令的下发， 为 用户提供监控及调度服务， 同时对车载数据和控制指令进行存储和转发， 为监控客户端的 实时监控和历史数据回放提供数据保障。 本发明车辆监控系统中轨迹回放功能的优化方法 主要在监控中心内实现， 接收车载终端发送的原始 GPS 定位数据， 并进行优化处理， 展现用 户所需的关键轨迹点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式， 但是本领域的技术人员应当理解， 这些 仅是举例说明， 在不背离本发明的原理和实质的前提下， 可以对这些实施方式做出多种变 更或修改。因此， 本发明的保护范围由所附权利要求书限定。