【论文答辩ppt】面向位置服务的移动对象数据模型及其查询机制

面向位置服务的移动对象数据模型及查询机制Moving Object Data Model and Query Mechanism for LBS,姓 名： 专 业：地图学与地理信息系统研 究 方向：空间信息网络共享与服务技术,福州大学 福建省空间信息工程研究中心,2013年6月7日,福州大学2010级研究生论文预答辩,移动对象数据索引与查询机制,目 录,绪论,移动对象数据模型构建与分析,1,2,3,原型系统设计与实现,4,结论与展望,5,1 绪论,近年来，随着无线通信网络特别是3G网络的快速发展，手持移动终端、车载定位终端日益普及，并且终端GPS的定位精度越来越高。特别是智能手机的保有量飞速增长。人们对位置服务（Location based Service，LBS）的需求越来越急切。近几年国内外出现了许多的LBS平台：Foursquare、街旁、嘀咕、微信等,1.1选题背景,LBS平台核心：用户位置数据移动对象数据移动对象数据库移动对象数据模型,1 绪论,当前的移动对象数据模型对位置信息的管理，存储、查询功能都还比较弱，因此对于复杂的用户需求却显得无能为力，如相似性空间查询等,1.2现状分析,存在不足：现有的移动对象数据模型多沿用时空数据模型，对移动对象的支持不够，不能有效的表示移动对象连续运动过程；现有的移动对象模型多关注现在和未来时空数据查询或者是历史位置查询，对支持全时域的查询比较弱；现有的移动对象模型多半只支持简单时空查询，对复杂的时空查询（如相似性查询、时空行为查询等）比较弱。国内外学者大多关注模型的研究对原型系统的研究以及时空对象数据模型的应用研究比较少。,1 绪论,移动对象位置更新策略面向对象的全时域移动对象数据模型面向位置服务的移动对象数据索引与查询机制面向位置服务的移动对象数据库原型系统设计与实现,1.3研究内容,2.1模型构建,2 移动对象数据模型构建与分析,引入了MOST模型的动态属性的方法，并把所有的移动对象的运动轨迹分离为许多小片段。这里研究的主要是移动点对象。其它的线或面状对象可以看多点对象研究。,将每个小的片段抽象为一定时间段P内动态变化的对象，可以用一个四元组（A,P,F,S）表示,2 移动对象数据模型构建与分析,A表示移动对象的基本信息，如移动对象的编号、位置、速度、方向、精度等信息，P表示移动对象的时间，F表示移动对象的运动函数，S表示移动对象在P时间段内的状态。,pt表示坐标信息，v表示移动对象的速度，b表示方位，a表示此时的定位精度。,P是一个左闭右开的时间区间，P表示的时间段具有不确定性，它不是一个固定间隔的时间段，它的大小与移动对象位置的更新策略有关。,f(t)表示移动对象的运动函数，通过该函数可以估算过去、现在和未来短时间内移动对象的位置,2.1模型构建,2 移动对象数据模型构建与分析,2.2模型抽象,2 移动对象数据模型构建与分析,（1）速度对位置更新的影响：两个点间速度变化不大的时候，根据两点估算中间时刻位置与实际位置误差较小，则位置不用更新。因此速度可以决定位置更新的频数，这就是动态时间点算法的原理。（2）定位精度对位置更新的影响：如果定位精度从高精度降到低精度，那么位置就可能跳跃到比较远的地方，位置变化dd，按照等距离算法，该点属于位置更新点，但是实际上这个点应该为误差点，不应更新入数据库。针对这种情况，我们设计了一种根据定位精度动态改变距离阈值的方法，只有位置变化距离大于距离阈值的时候才有可能被认为该位置可以更新。 (3) 方位对位置更新的影响：方位的变化主要影响的是移动对象轨迹的精确度,2.3位置更新策略影响位置更新的因素,2 移动对象数据模型构建与分析,基于移动位置信息的动态阈值位置更新策略定义：假设 为上一个移动对象位置变化点， 新获 取 到 的 移 动 对 象 位 置 信 息 点 ， 与 的空间距离为d，方位变化为 ，如果 ， 则认为位置符合更新条件。,位置更新流程,2.3位置更新策略定义,2 移动对象数据模型构建与分析,（A,P,F,S）S：是指移动对象的状态 ， 主要有三种：过去、现在和网络故障或中断，分别用 1、2、3 表示。当 S = 1时用来存储和查询历史运动轨迹；当 S = 2时用于存储现在和估算将来位置；当 S = 3时该片段时间以后将不会存储位置信息，直到重新接收到位置信息为止。,2.4全时域位置查询,2 移动对象数据模型构建与分析,2.4全时域位置查询历史位置估算,a. 线性函数估算,其中 表示起点， 为起点和终点的平均速度， ， 表示经度， 表示纬度， 为方位变化角。,b.曲线函数估算,采用分段三次埃尔米特插值函数估算移动对象的位置,2 移动对象数据模型构建与分析,延时法：t 时刻为当前轨迹段的运动状态更新点，|vt|和t分别是更新时的运动速率和运动方向，有：,滑动平均法:即在t+t时刻的运动速率是前m个过去更新时刻速率的平均值，方向与t更新时刻保持一致,三次指数平滑法:,2.4全时域位置查询现在或将来位置估算,2 移动对象数据模型构建与分析,2.5模型实现数据库位置存储过程,2 移动对象数据模型构建与分析,模型类图,数据类型抽象,2.5移动对象数据模型实现,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,3.1支持全时域查询的移动对象索引机制（改进HR-Tree）,HR-树（History R-树）是一种两级索引机制，将时间和空间分开进行索引，它是按照平面空间对象索引的方法在每一个时刻建立一个相应的R树，称为暂态树，时间维独立出来单独索引。HR-Tree的缺点：空间开销大，且不支持未来查询,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,改进方法：不储存历史某一时刻的索引，而是在查询的时候动态建立某一时刻移动对象的空间位置的索引。,数据对象时空投影示意图,THR-Tree数据对象索引结构图,3.1支持全时域查询的移动对象索引机制（改进HR-Tree）,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,(1)时态关系操作,将移动对象的时态关系组合后分为13种容易理解和表达的情况：Before、After、During、Contains、Overlaps、Overlapped-by、Meets、Met-by、Starts、Started-by、Finishes、Finished-by、Equals,3.2移动对象查询机制移动对象时空关系操作,3面向位置服务的移动对象索引与查询机制,简单时空查询拓扑时空查询时空相似性查询时空行为查询,3.2移动对象查询机制查询机制定义与分析,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,定义1：查找在t时刻，移动对象A的位置 Awhen= pt(t)=MWhen(t)，pt MPT定义2：查找在某一时间段P内，移动对象A的移动轨迹定义3：查询移动对象A在一定范围R内出现的时间,简单时空查询,3.2移动对象查询机制查询机制定义与分析,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,拓扑时空查询,定义4：查找在一定时刻t移动对象是否在区域R内出现过 Aisinside=ISInSide(R,t)定义5：查找在一定时段p内移动对象是否在区域R内出现过 Aisinside=ISInSide(R,p)定义6：查询在时刻t或某一时段P内，位于给定区域R内的移动对象定义7：查询在t时刻或某一时段P内，出现在移动对象A周围一定距离d的其它对象定义8：查询在t时刻同时出现在移动对象A周围一定距离da和移动对象B一定距离db内的其它对象 Awithindistance=O ODB|d(QOa(p),MO(p)da,d(QOb(p),MO(p)db定义9：查询在某段时间P内，移动对象A出现在某一特定区域R内的运动轨迹（针对运动范围比较广的对象） Atrajectery=MO MODB|MO(p)=ST_Search_Line(R,p),Awithindistance=O ODB|d(QO(p),MO(p)d,3.2移动对象查询机制查询机制定义与分析,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,时空相似性查询,定义10：查找在某一时刻t或时间段P内，距离移动对象A最近N个其它移动对象Ann=O|O=NN( QO(t) , MO(t) , N) , O ODB定义11：查找在某一时间段P内与移动对象A运动轨迹相似的其它对象Asimilar=O|O=Silmilar(QO(p),MTrajactory(p),O ODB 定义12：查找在某一时间段P，某一区域R内运动轨迹相似的对象对ABAsimilar2=O|O=Silmilar2(QO(p),O ODB,3.2移动对象查询机制查询机制定义与分析,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,时空行为查询,定义13：查询某一时间段P内，在某一区域R内持续停留时间超过时间长度tl的移动对象A=O|ISInSide(R,p)=true,PeriodByone(tl)=true, O ODB定义14：某一移动对象A在某一时间段P内移动逗留时间最长的地点在那里（这里的是指的一个范围）Alocaltion=Loc|Loc=T(p)max定义15：查找某一对象A在某一时间段P内的平均运动速度,3.2移动对象查询机制查询机制定义与分析,3 面向位置服务的移动对象索引与查询机制,用PL/SQL定义一个包：ST_GEO，在ST_GEO下面定义移动对象数据操作的存储过程和方法,服务器查询分析类,查询服务,查询执行流程,3.2移动对象查询机制移动对象数据查询操作实现,4 原型系统设计与实现,4.1系统总体设计开发环境,4 原型系统设计与实现,4.1系统总体设计总体架构,个人位置服务,4 原型系统设计与实现,4.2系统功能设计,4 原型系统设计与实现,4.3数据库设计,4 原型系统设计与实现,移动对象数据自定义类型映射类,业务逻辑类图,4.4系统实现服务器端,4 原型系统设计与实现,4.4系统实现移动对象监控中心系统交互过程,4 原型系统设计与实现,4.4系统实现移动对象监控中心界面展示,4 原型系统设计与实现,4.4系统实现移动终端界面展示,4 原型系统设计与实现,环境：通过将数据采集终端放置于不同的交通工具（公交车、出租车、动车和步行）上进行实际测试,公交车,步行,动车,4.5实例验证位置更新、精度测试,4 原型系统设计与实现,实验数据结果对比：,4.5实例验证位置更新、精度测试,4 原型系统设计与实现,4.5实例验证查询测试,测试前提：在实际实验的基础上，通过模拟生成了在300、500、1000、2000、3000、4000、6000个移动对象的运动情况测试方法1：拓扑查询（st_within_distance、 st_within2_distance、st_nn等） 简单时刻查询（m_when）,移动对象个数（个）,查询执行时间（ms）,实验分析1：简单时刻查询的时间基本上是在15ms左右，拓扑查询的执行时间在6000个移动对象的时候查询时间不足0.8s,4 原型系统设计与实现,4.5实例验证查询测试,测试方法2：轨迹查询，实验通过查询不同的时间窗范围来确定查询移动对象轨迹的片段多少以及其执行时间,移动轨迹片段数（个）,查询执行时间（ms）,实验分析2：移动对象轨迹片段越多，查询所需要的时间越长，并且随着轨迹片段数量的增加查询所消耗的时间增长更快。但是可以看出在10000个移动对象轨迹片段的时候，查询时间不足1s，显然是可以接受的。,5 结论与展望,（1）提出了基于位置信息的动态阈值位置更新策略