应用Hausdorff距离的时空轨迹相似性度量方法

相似性度量方法的选取和稳健性对时空轨迹聚类结果的有效性是至关重要的.针对时空轨迹数据复杂的多重维度信息,选取空间维和时间维2个维度度量时空轨迹的相似性,提出一种应用Hausdorff距离的时空轨迹相似性度量方法.首先从时空轨迹的3个特性出发,提出面向相似性度量的时空轨迹重组策略;然后将传统的以点为中心进行相似性度量的思路转换为以轨迹段为中心,提出一个考虑时间同步性的时空轨迹段距离度量公式;最后鉴于传统的Hausdorff距离进行时空轨迹相似性度量具有时空轨迹整体形状特征的优点,针对其容易受时空轨迹局部空间分布影响和忽略时间维信息的缺陷,提出一种基于单位时间平均值Hausdorff距离的时空轨迹相似性度量方法.采用微博签到轨迹数据和出租车GPS轨迹数据进行轨迹时空聚类实验,将文中提出的时空轨迹相似性度量方法与已有的其他方法进行比较,实验结果表明,该方法可以有效地计算时空轨迹的相似性,满足时空轨迹聚类的需求.     

基于时空模式的轨迹数据聚类算法

针对轨迹聚类算法在相似性度量中多以空间特征为度量标准,缺少对时间特征的度量,提出了一种基于时空模式的轨迹数据聚类算法。该算法以划分再聚类框架为基础,首先利用曲线边缘检测方法提取轨迹特征点;然后根据轨迹特征点对轨迹进行子轨迹段划分;最后根据子轨迹段间时空相似性,采用基于密度的聚类算法进行聚类。实验结果表明,使用所提算法提取的轨迹特征点在保证特征点具有较好简约性的前提下较为准确地描述了轨迹结构,同时基于时空特征的相似性度量因同时兼顾了轨迹的空间与时间特征,得到了更好的聚类结果。     

基于轨迹时空关联语义和时态熵的移动对象社会角色发现

现有轨迹相似性度量缺乏对时空语义和时间随机性的考虑,不能有效地区分移动对象的社会角色.为解决这一问题,做了如下工作:1)提出了时空关联语义(spatial-temporal associated semantics,STAS)的概念,解释了轨迹的语义相似性规律,即两条轨迹的语义相似性与其在某时段内经过同类型区域的概率正相关;2)提出了时态熵(temporal entropy)的概念,度量了轨迹经过同一类型区域的时间随机性;3)基于STAS和时态熵,给出轨迹语义相似性度量(trajectory semantic similarity,TSS),刻画了轨迹所属移动对象的社会角色的时空特征;4)提出了移动对象社会角色发现算法(social roles discovering algorithm,SRDA),该算法基于TSS实现轨迹聚类,其中一个聚簇代表一种社会角色.真实数据和仿真数据上的实验表明,SRDA在准确率上比现有方法平均提高了18%,同时具有线性时间复杂度,从而验证了算法的有效性和性能.     

基于轨迹特征及动态邻近性的轨迹匿名方法研究

移动社会网络的兴起以及移动智能终端的发展产生了大量的时空轨迹数据,发布并分析这样的时空数据有助于改善智能交通,研究商圈的动态变化等.然而,如果攻击者能够识别出轨迹对应的用户身份,将会严重威胁到用户的隐私信息.现有的轨迹匿名算法在度量相似性时仅考虑轨迹在采样点位置的邻近性,忽略轨迹位置的动态邻近性,因此产生的匿名轨迹集合可用性相对较低.针对这一问题,本文提出了邻域扭曲密度和邻域相似性的概念,充分考虑轨迹位置的动态邻近性,并分别提出了基于邻域相似性和邻域扭曲密度的轨迹匿名算法;前者仅考虑了轨迹位置的动态邻近性,后者不仅能衡量轨迹位置的动态邻近性,而且在聚类过程中通过最小化邻域扭曲密度来减少匿名集合的信息损失.最后,在合成轨迹数据集和真实轨迹数据集上的实验结果表明,本文提出的算法具有更高的数据可用性.     

基于时间约束的Hausdorff距离的时空轨迹相似度量

从海量的轨迹数据中发现用户的相似轨迹是实现基于位置的个性化服务推荐的关键技术之一.位置和时间是轨迹数据的两个重要属性,而已有的基于Hausdorff距离的轨迹相似度量只着重关注了位置属性.针对在计算轨迹间相似性时忽略了轨迹的时间属性这一问题,提出一种基于时间约束的Hausdorff距离的时空轨迹相似度量.利用滑动窗口挖掘两条较长轨迹中所有相似的子轨迹,进而判断较长轨迹间的相似性.实验结果表明,该时空轨迹相似度量具有更好的效果.     

基于二级时空分桶的伴随轨迹查询

随着移动传感器设备的普及,人们能够采集到的位置数据越来越多,轨迹数据的规模也越来越庞大.从大规模时空数据中查找与指定轨迹最相似的前k条轨迹一直是时空大数据挖掘的重要挑战之一.现有的相似轨迹查询方法大都包括三个阶段:(1)对海量的离线轨迹数据建立索引;(2)基于索引结构从已知轨迹集中查询与指定轨迹相似的候选轨迹;(3)计算指定轨迹与候选轨迹之间的精确相似度并返回相似度最大的前k条轨迹.但大多数现有方法对轨迹进行聚类索引时不能有效利用时间和空间信息,导致时间相似度不高的轨迹也会被划分到相同的索引项上,最终影响查询的准确性和效率.此外,现有的时空轨迹相似度计算方法存在大量的无效运算,使得相似轨迹的查询效率整体较低.针对当前伴随轨迹查询方法对时间与空间信息利用不充分的问题,本文提出一种新的二级时空分桶索引结构,首先将每条轨迹数据按照时间滑动窗口划分为若干带有时间槽信息的子轨迹,在时间上对轨迹进行一级索引聚类;在此基础上对在相同时间槽内的子轨迹进行二级空间索引聚类,利用哈希算法将具有连续相同位置点的子轨迹映射到同一时空分桶中.与已有索引方法相比,该方法对不同轨迹在索引时具有更好的区分度,查询时的...     

以运动方向为主导的轨迹相似性度量方法

考虑到移动对象的行为趋势体现在行驶距离与前进方向上,提出以运动方向为主导并兼顾形态距离特征的轨迹相似性度量方法。形态距离特征采用包围面积进行度量,运动方向特征分别采用真实平均方向、线性平均方向、最长公共方向序列3种形式进行度量,选取形态距离和运动方向的最优组合作为轨迹相似性度量的最终形式。北京市出租车GPS载客轨迹数据上的聚类应用结果表明,该相似性度量方法能够有效区分移动对象的趋势方向,且聚类准确率优于最长公共子序列方法。     

改进DBSCAN算法在校园轨迹数据相似性的应用

针对如何更准确地分析校园无线网络数据中隐藏的社交关系亲密度, 本文提出了改进DBSCAN时空聚类算法. 首先, 通过采集校园无线网络数据, 在根据学生连接WiFi的地点, 时间等信息形成时空轨迹. 运用改进的算法对时空轨迹聚类. 其次, 对聚类结果进行特征轨迹提取, 运用LCSS算法进行相似性对比, 轨迹间相似度越高说明关系比较亲密; 相似度越低, 可能是较孤僻的学生, 老师需要进一步排查和引导教育. 最后, 运用FinBI对轨迹聚类结果可视化展示. 实验结果表明, 该算法提高了聚类结果的准确性和有效性, 为解决其他相似性问题提供思路.     

基于轨迹聚类的公共安全异常检测

公共安全异常检测的需求越来越迫切,监控中基于轨迹聚类的检测方法越来越流行,但是现有方法在处理高维不等长轨迹数据时效果并不理想。提出一个新的轨迹聚类方法,该方法通过组合动态时间弯曲和密度峰算法实现。动态时间弯曲用于度量轨迹间的距离,密度峰算法根据距离进行聚类。前者可直接度量不等长轨迹聚类,后者是近年提出的非球体分布数据聚类算法,以局部密度和最近邻聚类组合实现。实验在PETS2006监控视频数据集上进行,测试结果表明该方法有效地发现了异常的轨迹行为模式。     

物体空间运动轨迹建模优化仿真研究

研究空间物体移动轨迹建模优化问题.传统的建模方法需要大规模的采集数据,会影响建模的效果,并且增加了无线带宽的成本.为了更好地跟踪和存储移动物体的轨迹,优化轨迹建模结果,提出了基于移动物体运动轨迹点描述优化算法.该算法通过预测和规划移动物体在整个运动过程中的运动轨迹的时空模型,采用少量轨迹点对运动轨迹进行优化,在减少轨迹点的同时,使运动轨迹更接近于移动物体真实运动情况.实验结果表明,该方法能有效地描述移动物体的运动轨迹,取得了预期的结果.     

基于面积划分的轨迹相似性度量方法

大数据时代背景下,时空轨迹数据应用的场景日益增多且这些数据蕴含着大量的信息,而轨迹的相似性度量作为轨迹挖掘工作的关键步骤起着举足轻重的作用。但传统轨迹相似度量方法有着时间复杂度高、基于轨迹点判断而不够精确的问题。为了解决这些问题,提出了适用于无路网结构轨迹的以轨迹间面积度量为原理的三角分割（TD）方法轨迹相似度量方法。通过建立“指针”选择两轨迹间的轨迹点连线以构建互不重叠的三角形,累加三角形面积并计算轨迹相似度,通过在不同应用场景下设置的阈值来确认轨迹的相似情况。实验结果表明,与传统的基于轨迹点的空间轨迹相似度量方法——最长公共子序列（LCSS）方法和弗雷歇距离度量方法相比,所提方法提升了识别的准确度,且时间复杂度降低了接近90%,能更好地适应轨迹点分布不均匀的轨迹相似度量工作。     

基于LCS的用户时空行为兴趣相似性计算方法

移动用户的位置轨迹中蕴含着用户的运动规律,行为模式等丰富的信息。重点关注用户轨迹中的停留区域,从轨迹间共同停留区域的时空重叠中挖掘用户行为兴趣的相似性,提出一种基于最长公共子序列的用户时空行为兴趣相似性计算方法。提取轨迹中的停留区域,利用最小包围盒技术描述轨迹中的停留区域,结合最长公共子序列算法提出一种基于最长公共子包围盒长度的用户相似性计算方法。实验收集60个志愿者6周的真实时空轨迹数据来评价该方法,实验结果表明该方法具有较高的准确率。     

基于密度核心的出租车载客轨迹聚类算法

目前常见的轨迹聚类大多基于OPTICS、DBSCAN和K-means等算法,但这些聚类方法的时间复杂度随着轨迹数量的增加会大幅上升。针对该问题,提出一种基于密度核心的轨迹聚类算法。通过引入密度核心的概念,设计轨迹密度计算函数以获取聚类簇的致密核心轨迹,同时利用出租车载客轨迹自身的方向和速度等属性提取轨迹特征点,减少轨迹数据量。在此基础上,根据聚类簇中致密核心轨迹与参与聚类轨迹的相似度距离判断轨迹的匹配程度,进而聚合相似轨迹,并将聚类结果储存在聚类节点中。实验结果表明,与TRACLUS和OPTICS聚类算法相比,该算法能够得到更准确的聚类效果,并且时间效率更高。     

基于冗余分组的轨迹摘要算法

为了对视频监控设备采集到的轨迹数据进行聚类和异常检测,提出了一种新的轨迹摘要算法。使用了Jensen-Shannon Divergence（JSD）度量方法实现了轨迹数据的重采样,使得计算轨迹间相似度的准确性有所提高,并为后续滤波过程提供了必要的等采样点个数的轨迹数据;自适应地确定轨迹相似性的阈值,并采用非局部的思想,将轨迹数据进行冗余分组,同时识别出异常轨迹数据;从信号处理的角度对分组后的轨迹数据进行硬阈值滤波,经过合并得到摘要轨迹;此外,不受轨迹输入顺序的影响,并且提供了可视化的多尺度轨迹摘要结果。与具有噪声的基于密度的聚类（DBSCAN）算法的异常检测效果进行对比,所提算法在准确率（Precision）、召回率（Recall）以及F1指标上均有所提升。     

一种高效的移动对象伴随模式挖掘算法

从时空维度中寻找轨迹相似、时间相近的对象集合,即挖掘移动对象的伴随模式,在基于地理位置的用户行为分析中被广泛使用.然而现有移动对象相似性挖掘算法难以处理时间连续、空间离散、时空相关并且数据量大的时空数据.针对此类数据,设计基于滑动窗口、Apriori性质和贪心选择策略的宽度优先搜索算法,对移动对象伴随模式挖掘问题进行求解.同时结合基于哈希的迭代剪枝算法和基于摘要信息的剪枝算法,设计两层剪枝算法以去除冗余的中间结果.在真实数据上的实验结果表明,与仅使用哈希迭代或摘要信息的剪枝算法相比,该算法的剪枝效率较高,并且能够稳定去除99%以上的冗余数据.     

实时视频中的车辆运动轨迹的提取和聚类

利用运动物体轨迹的方向性、运动性和相互关系等典型特征对物体的运动轨迹进行聚类。首先利用改进的加权矢量Hausdorff距离作为度量运动物体轨迹相似度的方法,从而使之适用于空间距离有差别的运动物体轨迹的谱聚类问题;然后基于等周分割（ISO）算法,构造轨迹相似度矩阵,完成轨迹的粗聚类;最后利用轨迹的方向性特征和轨迹类间距对轨迹进行二次聚类,得到最终的轨迹聚类结果。     

移动对象轨迹时空相似性度量方法

在分析移动对象行为时,移动对象轨迹因包含大量的信息而具有重要的作用。在实际应用中移动对象常受限于空间网络而无法利用现有欧氏空间中轨迹及其距离处理技术。分析了道路网络空间轨迹相似性性质,提出一种移动对象轨迹建模的时空表示方法,能有效地将轨迹从道路网络空间转化到欧氏空间;同时提出了一种基于兴趣点POI（Points Of Interesting）距离的轨迹间相似性测量方法,有效地对轨迹进行化简并减少轨迹中节点的数目,从而降低算法时间复杂度。该方法不仅可以用于搜索相似轨迹,还可方便地应用到轨迹聚类的相关工作中。     

Composition and Retrieval of Visual Information for Video Databases

This paper presents a new visual aggregation model for representing visual information about moving objects in video data. Based on available automatic scene segmentation and object tracking algorithms, the proposed model provides eight operations to calculate object motions at various levels of semantic granularity. It represents trajectory, color and dimensions of a single moving object and the directional and topological relations among multiple objects over a time interval. Each representation of a motion can be normalized to improve computational cost and storage utilization. To facilitate query processing, there are two optimal approximate matching algorithms designed to match time-series visual features of moving objects. Experimental results indicate that the proposed algorithms outperform the conventional subsequence matching methods substantially in the similarity between the two trajectories. Finally, the visual aggregation model is integrated into a relational database system and a prototype content-based video retrieval system has been implemented as well.