计算弯道特征数据

        我们需要获取弯道的速度、时间、出入弯坐标等信息用于后文的弯道合并，这些数据在业务端上传的轨迹文件中就已经存在，我们只需要做一下简单的遍历获取即可，代码如下：

/*** 计算弯道数据* 获得速度、时间、出入弯坐标等信息*/
private static List getCurveData(List curveList, List list){int listSize = list.size();int curveListSize = curveList.size();//结果列表List curveDataList = new ArrayList<>();if(listSize <= 0 || curveListSize <= 0){return curveDataList;}Position before, after;for (CurveData curveData : curveList) {Position curr = curveData.center;//查找弯心点在原始数据中的位置int index = list.indexOf(curr);//排除开始和结尾的数据点if (index > 10 && index < listSize - 10) {//向前递推5秒int indexTemp = index - 1;before = list.get(indexTemp);double maxSpeed = before.speed;while (indexTemp > 0 && curr.time - before.time < 5000) {indexTemp = indexTemp - 1;before = list.get(indexTemp);maxSpeed = (maxSpeed < before.speed) ? before.speed : maxSpeed;}//向后递推5秒indexTemp = index + 1;after = list.get(indexTemp);maxSpeed = (maxSpeed < after.speed) ? after.speed : maxSpeed;while (indexTemp < listSize - 1 && after.time - curr.time < 5000) {indexTemp = indexTemp + 1;after = list.get(indexTemp);maxSpeed = (maxSpeed < after.speed) ? after.speed : maxSpeed;}//数据更新curveData.before = before;curveData.center = curr;curveData.after = after;curveData.maxSpeed = maxSpeed;curveData.countMile = after.countMile - before.countMile;curveData.countTime = after.countTime - before.countTime;curveData.speed = (curveData.countMile / (curveData.countTime / 1000.0)) * 3.6;curveDataList.add(curveData);}}return curveDataList;
}

弯道过滤与合并

        上文我们得到了基础的弯道数据，但是现实场景中有很多异常情况，比如一个大弯道会被分成几个小弯道，比如环形螺旋弯道。这些场景是在业务中必须考虑的，我们使用弯道朝向和弯心点距离判断是否是同一个弯道，从而进行弯道合并。

大弯道对比图：

螺旋弯道对比图： 

         上图可以看到效果是显著的，我们业务对于螺旋弯道的判断是属于一个弯道，所以螺旋弯的角度数据是不准确的，这个具体要看业务需求定义。

        弯道合并的主要是对于弯道方向的定义，上文知道我们是三点求夹角，即ABC求B点位置的角度。我们弯道方向使用AB作为基准直线，判断C点处于AB直线的上方还是下方（朝内还是朝外），从而确定弯道的方向。弯道合并过滤的具体实现代码如下：

/*** 过滤弯道数据* 整个多个弯道数据到一个弯道*/
private static List filterCurveData(List curveDataList){int curveListSize = curveDataList.size();//同一弯道数据暂存List sameCurveData = new ArrayList<>();//结果列表List filterList = new LinkedList<>();if(curveListSize <= 0){return filterList;}//初始化第一个弯道的方向数据boolean directionTemp = getDirection(curveDataList.get(0));sameCurveData.add(curveDataList.get(0));for (int i = 1; i < curveListSize; i++) {//获取弯道方向boolean direction = getDirection(curveDataList.get(i));//获取与上一个弯心点的距离double distance = Util.getDistance(curveDataList.get(i).center, curveDataList.get(i-1).center);//判断是否不是同一弯道：即方向不一致 且 间隔距离不满足条件if(directionTemp != direction || distance > PositionConst.CURVE_DISTANCE_MAX){//不是同一弯道则保存暂存列表中累积的弯道数据CurveData curveData = createBySameCurveData(sameCurveData);if(curveData != null){filterList.add(curveData);}//清空弯道缓存sameCurveData.clear();}//更新暂存数据directionTemp = direction;sameCurveData.add(curveDataList.get(i));}//避免最后一个弯道丢失if(sameCurveData.size() > 0){CurveData curveData = createBySameCurveData(sameCurveData);if(curveData != null){filterList.add(curveData);}}return filterList;
}/*** 将相同弯道数据合并* @param sameCurveData 弯道列表* @return 弯道*/
private static CurveData createBySameCurveData(List sameCurveData){CurveData curveData = new CurveData();curveData.maxSpeed = 0;curveData.speed = 0;//计算暂存列表中统计数据sameCurveData.forEach(it->{curveData.maxSpeed = Math.max(curveData.maxSpeed, it.maxSpeed);curveData.speed += it.speed;});curveData.speed = curveData.speed / sameCurveData.size();//第一个弯的起始点curveData.before = sameCurveData.get(0).before;//中间弯的中间点curveData.center = sameCurveData.get(sameCurveData.size()/2).center;//最后一个弯的结尾点curveData.after = sameCurveData.get(sameCurveData.size()-1).after;//默认第一个弯的角度curveData.angle = sameCurveData.get(0).angle;if(sameCurveData.size() > 1){//只有两个弯道时，取弯心中间点，避免弯心偏向某一边if(sameCurveData.size() == 2){Position position = pointsCenter(sameCurveData.get(0).center, sameCurveData.get(1).center);curveData.center.lat = position.lat;curveData.center.lng = position.lng;}//有多个弯时重新计算角度curveData.angle = getAngle(sameCurveData.get(0).before, sameCurveData.get(0).center,sameCurveData.get(sameCurveData.size()-1).center, sameCurveData.get(sameCurveData.size()-1).after);return curveData;}else if(curveData.angle < PositionConst.CURVE_ANGLE_MAX){//只有一个弯时如果角度满足才加入结果集return curveData;}return null;
}private static boolean getDirection(CurveData curveData){return getDirection(curveData.before, curveData.center, curveData.after);
}/*** 获取弯道弯心朝向，同一个弯道朝向应该相同 - 正负*/
private static boolean getDirection(Position a, Position b, Position c){//根据直线方程计算x对应的y//lat对应x lng对应ydouble y = (c.lat - a.lat)/(b.lat - a.lat)*(b.lng - a.lng)+a.lng;//以x轴判断方向，判断y处于直线的上方还是下方if(b.lat > a.lat){return c.lng > y;}else{return c.lng <= y;}
}

总结

        经过上文的算法，我们可以通过GPS坐标信息计算地理平面上的弯道数据，对于弯道的定义是三点的夹角值满足范围即可。整体思路简单，实现难度低，不依赖其它库，对一些基本的异常进行了处理判断。需要注意的是其中弯道夹角计算时未进行大地坐标格式化，存在一定误差，对于简化参数的选择也需要根据实际情况调整。

整体预览图：

算法完整实现代码： aloneCurve