TrajectoryRunner - 轨迹生成器

概述

这是一个模拟真实跑步轨迹的 Kotlin 程序，用于生成带有物理特性和GPS噪声的运动轨迹数据。

核心架构

整个程序遵循清晰的 4 步数据流：

时间 t
  ↓
[步骤1: 物理计算] → 距离、速度、加速度
  ↓
[步骤2: 路径插值] → 原始坐标(lon, lat)
  ↓
[步骤3: 噪声处理] → 添加GPS/速度/加速度噪声
  ↓
[步骤4: 结果组装] → MotionState(完整运动状态)
  ↓
输出: 模拟的轨迹点

目录结构

src/main/kotlin/
├── Main.kt                              # 程序入口
├── model/                               # 数据模型
│   ├── Coordinate.kt                   # 坐标类型定义
│   └── MotionState.kt                  # 运动状态定义
├── core/                                # 核心模拟逻辑
│   ├── TrajectorySimulator.kt          # 主协调器
│   ├── physics/                         # 物理引擎
│   │   └── RunnerPhysics.kt            # 物理计算
│   └── trajectory/                      # 轨迹处理
│       └── PathInterpolator.kt         # 路径插值（含Haversine算法）
├── noise/                               # 噪声引擎
│   ├── NoiseProcessor.kt               # 噪声协调器
│   ├── GpsNoiseEngine.kt               # GPS噪声（已实现）
│   │                                   # + VelocityNoiseEngine（预留）
│   │                                   # + AccelerationNoiseEngine（预留）
└── resources/data/                      # 样本数据
    └── SampleRoute.kt                  # 样本轨迹数据

关键类说明

TrajectorySimulator（轨迹模拟器）

• 职责：管理整个数据流，协调各个引擎
• 初始化：创建 PathInterpolator, RunnerPhysics, NoiseProcessor
• 核心方法：simulate(time) - 执行完整的4步处理

PathInterpolator（路径插值器）

• 职责：根据距离在轨迹上查找坐标
• 算法：Haversine（计算球面距离）
• 核心方法：interpolate(distance) - 线性插值

RunnerPhysics（物理引擎）

• 职责：计算物理参数（距离、速度、加速度）
• 输入：时间
• 输出：PhysicsState

NoiseProcessor（噪声处理器）

• 职责：管理并应用各种噪声
• 已实现：GpsNoiseEngine（GPS信号误差 + 漂移）
• 预留：VelocityNoiseEngine, AccelerationNoiseEngine

数据模型

MetaCoordinate（原始坐标）

data class MetaCoordinate(val lon: Double, val lat: Double)

轨迹的基础路径点。

PhysicsState（物理状态）

data class PhysicsState(
    val time: Double,
    val distance: Double,
    val velocity: Double,
    val acceleration: Double
)

某一时刻的物理参数。

MotionState（运动状态）

data class MotionState(
    val time: Double,
    val distance: Double,
    val velocity: Double,
    val acceleration: Double,
    val latitude: Double,           // 带GPS噪声
    val longitude: Double,          // 带GPS噪声
    val gpsError: Double,
    val velocityNoise: Double,      // 预留
    val accelNoise: Double          // 预留
)

最终的综合运动状态。

添加新功能的方法

例1：添加速度噪声

在 GpsNoiseEngine.kt 中，有预留的 VelocityNoiseEngine 类框架，只需在 NoiseProcessor.applyNoise() 中调用：

val velocityNoise = velocityNoiseEngine.applyNoise(physicsState.velocity)

例2：添加高程信息

在 PathInterpolator.interpolate() 返回后，创建 ElevationInterpolator，在步骤2和步骤3之间插入：

// 步骤2.5：插值高程
val elevation = elevationInterpolator.interpolate(physicsState.distance)

例3：支持不同运动模式

在 RunnerPhysics.calculate() 中增加运动模式判断，不同模式使用不同的速度曲线。

代码设计原则

1. 单一职责：每个类只做一件事
2. 清晰的数据流：4步处理，输入输出明确
3. 易于扩展：预留位置和接口，支持未来添加新功能
4. 逻辑完整：核心算法逻辑保持原有
5. 充分注释：伪代码和数据流说明帮助理解

使用示例

fun main() {
    // 创建模拟器
    val simulator = TrajectorySimulator(sampleRoute)
    
    // 配置参数
    simulator.setPhysicsParams(5000.0, 1800.0, 4.0)
    simulator.setNoiseParams(0.00002, 0.3)
    
    // 模拟运动
    for (time in 0.0..1800.0 step 0.1) {
        val motionState = simulator.simulate(time)
        println(motionState)
    }
}

预留扩展点

• 完整的 RunnerPhysics 物理模型实现
• VelocityNoiseEngine 速度噪声引擎
• AccelerationNoiseEngine 加速度噪声引擎
• 高程插值 (ElevationInterpolator)
• GPX/KML 导出功能
• 不同运动模式支持